《机械设计基础》第五版自由度.ppt

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1、机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析本章要解决问题本章要解决问题 构件组合具有确定相对运动的条件是什么构件组合具有确定相对运动的条件是什么? ? 怎样绘制机构运动简图、机构自由度的计算。怎样绘制机构运动简图、机构自由度的计算。 何谓速度瞬心？速度瞬心有哪些用途？何谓速度瞬心？速度瞬心有哪些用途？ 基本要求基本要求 自由度、运动副、瞬心、复合铰链、局部自由度、自由度、运动副、瞬心、复合铰链、局部自由度、虚约束；虚约束； 能正确计算平面机构的自由度；能

2、正确计算平面机构的自由度； 能绘制简单机械的机构运动简图；能正确判定瞬心。能绘制简单机械的机构运动简图；能正确判定瞬心。 重点重点 机构自由度的计算机构自由度的计算; ;机构运动简图绘制。机构运动简图绘制。 机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析1 11 1 运动副及其分类运动副及其分类 构件与零件构件与零件零件零件是机器中的一个独立制造单元体；是机器中的一个独立制造单元体；构件构件是机器中的一个独立运动单元体。是机器中的一个独立运动单元体。 从运动来看，任何机器都是由若干个从运动来看，任何机器都是由若干个构件组合而成的。构件组合而成的。

3、任何机器都是由许多零件组合而成的。任何机器都是由许多零件组合而成的。气缸体气缸体连杆体连杆体连杆连杆头头曲轴曲轴齿轮齿轮活塞活塞 构件往往是由若干零件刚性地联接在一构件往往是由若干零件刚性地联接在一起的独立运动的整体起的独立运动的整体真实连杆真实连杆连杆体连杆体连杆头连杆头螺栓螺栓螺母螺母垫圈垫圈机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析与动力与动力源组合源组合机器的组成机器的组成( (从运动观点看从运动观点看) )由构件组成由构件组成( (从制造观点看从制造观点看) )由零件组成由零件组成机械机械机器机器机构机构构件构件零件零件通用零件通用零

4、件专用零件专用零件原动构件原动构件从动构件从动构件机机 架架零件零件构件构件机构机构机器机器静联接静联接动联接动联接(运动副运动副)视频：零件的加工方法视频：零件的加工方法机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析一、一、 平面运动构件的自由度平面运动构件的自由度自由度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的自由度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自由度。数目称为自由度。u结论：一个作平面运动的自由构件有三个自由度。结论：一个作平面运动的自由构件有三个自由度。机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机

5、构的自由度和速度分析xyov运动副运动副: : 两构件直接接触而形成的可动联接两构件直接接触而形成的可动联接v运动副元素：运动副元素：构成运动副时直接接触的点、线、面部分构成运动副时直接接触的点、线、面部分v接触形式接触形式: : 点、线、面点、线、面机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析v按接触形式分类v按相对运动分类机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析按接触形式分类：按接触形式分类：v接触形式接触形式: 点、线、面点、线、面v低副低副：面接触：面接触v高副高副：点、线接触：点、线接

6、触平面低副平面低副空间低副空间低副xyo高副高副高副高副空间低副空间低副平面低副平面低副平面低副平面低副机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析按相对运动分类：按相对运动分类：v运动副的性质（即运动副引入的约束）确定了两构件的相运动副的性质（即运动副引入的约束）确定了两构件的相对运动对运动v按相对运动分类：按相对运动分类：转动副：相对转动转动副：相对转动 回转副回转副(铰链铰链)移动副移动副：相对移动：相对移动 螺旋副螺旋副：螺旋运动：螺旋运动 球面副球面副：球面运动：球面运动低副低副机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速

7、度分析章平面机构的自由度和速度分析运动副类型小结运动副类型小结v平面低副平面低副: 转动副、移动副转动副、移动副 （面接触面接触）v平面高副平面高副: 齿轮副、凸轮副齿轮副、凸轮副 （点、线接触点、线接触）v空间低副空间低副: 螺旋副、球面副、圆柱副螺旋副、球面副、圆柱副 （面接触面接触）v空间高副空间高副: 球和圆柱与平面、球与圆柱副球和圆柱与平面、球与圆柱副 (点、线接触点、线接触)v运动副特性运动副特性: :运动副一经形成运动副一经形成, , 组成它的两个构件间的可组成它的两个构件间的可能的相对运动就确定。而且能的相对运动就确定。而且这种可能的相对运动这种可能的相对运动, , 只与运只与

8、运动副类型有关动副类型有关, , 而与运动副的具体结构无关。而与运动副的具体结构无关。v工程上常用一些规定的符号代表运动副工程上常用一些规定的符号代表运动副机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析平面副平面副低副低副：转动副、移动副：转动副、移动副( (面接触面接触) )高副高副：齿轮副、凸轮副：齿轮副、凸轮副( (点、点、线接触线接触) )xyoxyottnnnt机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析空间副空间副高副高副：点、线接触：点、线接触球面副球面副螺旋副螺旋副了解了解机械设计基础

9、机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析运动链和机构运动链和机构1 1、 运动链运动链 运动链运动链: :两个以上的构件通过运动副联接而构成的两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统。系统。闭式运动链闭式运动链( (Closed kinematic chain) )单封闭回路闭链单封闭回路闭链p N （p为运动副数，为运动副数，N为构为构件数）件数）多封闭回路运动闭链多封闭回路运动闭链k p N 1( (k为回路数为回路数) )开式运动链开式运动链( (Open kinematic chain) )N p 1开式运动链广泛应用于机械手和机器人中。开式运动

10、链广泛应用于机械手和机器人中。机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析2 2、机构、机构机构机构: :在运动链中将一构件固定为在运动链中将一构件固定为机架机架, , 而通过而通过某某种方式种方式使其余构件都具有使其余构件都具有确定运动确定运动，则运动链便成为，则运动链便成为机构。机构。其余构件运动其余构件运动是否确定？是否确定？机构机构满足条件满足条件在另一个（或几个）在另一个（或几个）构件上加上已知运动构件上加上已知运动21341432运动链运动链 4132固定一个构件固定一个构件机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度

11、分析章平面机构的自由度和速度分析同一运动链可以生成的不同机构：同一运动链可以生成的不同机构：曲柄滑块机构曲柄滑块机构摇块机构摇块机构导杆机构导杆机构 运动链的生成是创造、获取新机构的重要手段。运运动链的生成是创造、获取新机构的重要手段。运动链的设计只关注构件数和联接这些构件的运动副的数动链的设计只关注构件数和联接这些构件的运动副的数量和类型，所以又称为机构的型数综合。量和类型，所以又称为机构的型数综合。431CAB21423ABC1432ABCAB2134机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析原动件原动件1234从动件从动件机架机架机构机构

12、机架机架：固定不动的构件固定不动的构件原动件原动件: : 机构中按给定的运动规机构中按给定的运动规律独立运动的构件。律独立运动的构件。从动件从动件: :其余的可动构件其余的可动构件连杆与连架杆连杆与连架杆：构件的类型：构件的类型：至少至少1个个1个个机架机架 原动件原动件 从动件系统从动件系统机构机构机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析 根据机构中各构件的相对运动是否在同一平面或根据机构中各构件的相对运动是否在同一平面或平行平面内，可将机构分为平面机构和空间机构。平行平面内，可将机构分为平面机构和空间机构。空间空间RSRC机构机构球面球面

13、4 4R机构机构空间空间RSSP机构机构 平面机构是我们的主要研究对象。平面机构是我们的主要研究对象。机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析1 概述2 构件的表示方法3 运动副的表示方法4 运动简图的绘制方法5 例题1 12 2 平面机构运动简图平面机构运动简图机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析1 概述概述v机构各部分的运动，取决于：机构各部分的运动，取决于：原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸(确定各运动副相对位置的尺寸确

14、定各运动副相对位置的尺寸)v机构运动简图机构运动简图:（表示机构（表示机构运动特征运动特征的一种工程用图）的一种工程用图）用简单线条表示构件用简单线条表示构件规定符号代表运动副规定符号代表运动副按比例定出运动副的相对位置按比例定出运动副的相对位置与原机械具有完全相同的运动特性与原机械具有完全相同的运动特性v比较：比较：机构示意图：机构示意图：没严格按照比例绘制的机构运动简图没严格按照比例绘制的机构运动简图v用途：用途：分析现有机械，构思设计新机械分析现有机械，构思设计新机械机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析2 构件的表示方法构件的表示方

15、法v杆、轴类构件杆、轴类构件v机架机架v同一构件同一构件v两副构件两副构件v三副构件三副构件机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析3 运动副的表示方法运动副的表示方法v转动副转动副v移动副移动副转动动画转动动画转动动画转动动画移动动画移动动画移动动画移动动画移动动画移动动画继续机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析续运动副的表示方法续运动副的表示方法v高副高副（齿轮副、（齿轮副、凸轮副）凸轮副）动画动画动画动画机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自

16、由度和速度分析4 4绘机构运动简图的步骤绘机构运动简图的步骤 图上尺寸(mm)mm实际尺寸l1 1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；的数目；2 2）确定所有运动副的类型和数目；）确定所有运动副的类型和数目；4 4）确定比例尺：）确定比例尺：5 5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画动件开始画) )3 3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；机械设计基础机械设计基础 第第1 1章平面机构的自由度和速度分析章平面机构的自由度和速度分析例例1:1:运动简图的绘制分析运动简图的绘制分析小型压力机小型压力机编号原则：编号原则：注意区分位置重叠的不注意区分位置重叠的不同构件和同轴刚性联接的多个零件。同构件和同轴刚性联接的多个零件。前者分别编号，后者采用一个编号，加前者分别编号，后者采用一个编号，加 以示区别。以示区别。 1.1.分析整个机构的工作原理分析整个机构的工作原理机构组成机构组成动作原理和运动情况动作原理和运动情况偏心轮偏心轮1 齿轮齿轮1