第1章2平面机构自由度.ppt

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1、1主要内容主要内容1 机构组成原理机构组成原理2基本要求基本要求1 机构组成原理机构组成原理 掌握平面机构运动简图的绘制掌握平面机构运动简图的绘制 掌握机构自由度计算掌握机构自由度计算 了解平面机构组成的基本原理了解平面机构组成的基本原理重点及难点重点及难点 平面机构运动简图的测绘平面机构运动简图的测绘 平面机构自由度计算及注意事项平面机构自由度计算及注意事项3 1-1 1-1 运动副及其分类运动副及其分类 引言引言 机器是由机构组成的，机构是由构件组机器是由机构组成的，机构是由构件组成的，任意拚凑的一堆构件能否成为实现成的，任意拚凑的一堆构件能否成为实现所需功能的机构？能否具有确定的相对运所

2、需功能的机构？能否具有确定的相对运动呢？动呢？构件组合成机构需满足什么条件？构件组合成机构需满足什么条件？对于任何一个机构，其外形很复杂，有没对于任何一个机构，其外形很复杂，有没有必要将其外形准确画出呢？有必要将其外形准确画出呢？4 1-1 1-1 运动副及其分类运动副及其分类 1.自由度自由度（Degree of Freedom）组成机构的构件在未与组成机构的构件在未与其它构件组合之前，都是其它构件组合之前，都是一个自由运动的物体。做一个自由运动的物体。做平面运动时，具有三个独平面运动时，具有三个独立运动的可能性（沿立运动的可能性（沿X X轴，轴，Y Y轴方向移动和绕轴方向移动和绕A A点转

3、动）。点转动）。自由度自由度 物体具有独立运动的数目物体具有独立运动的数目xoy5 1-1 1-1 运动副及其分类运动副及其分类 2.运动副运动副 (Kinematical pair)机构是人为构件的组合，每个构件都要机构是人为构件的组合，每个构件都要以一定的方式与其它构件相互接触和联接，以一定的方式与其它构件相互接触和联接，这就限制了构件的自由度，但正是这种接触这就限制了构件的自由度，但正是这种接触和联接才使机构具有确定的相对运动。和联接才使机构具有确定的相对运动。运动副运动副 凡是使两构件直接接触并能凡是使两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接产生一定相对运动的联接 。6 1-1 1-1

4、 运动副及其分类运动副及其分类 运动副分类运动副分类(kinematical pair)根据两构件的接触方式分为：根据两构件的接触方式分为：低副低副：构件与构件之间为面接触的运动副。构件与构件之间为面接触的运动副。高副高副：构件与构件之间为点、线接触的运动副构件与构件之间为点、线接触的运动副。7 1-1 1-1 运动副及其分类运动副及其分类 低副低副（lower pair）移动副移动副 组成移动副的两构件只能沿某一轴线方向组成移动副的两构件只能沿某一轴线方向相对移动。限制沿另一轴向移动和平面内转相对移动。限制沿另一轴向移动和平面内转动两个自由度，保留了沿动两个自由度，保留了沿另一轴方向移动的自

5、由度。另一轴方向移动的自由度。8 1-1 1-1 运动副及其分类运动副及其分类 回转副回转副 限制两个移动的自由度，保留一个转动限制两个移动的自由度，保留一个转动的自由度，组成运动副的的自由度，组成运动副的两构件只能在一个两构件只能在一个平面内相对转动平面内相对转动。又称。又称转动副转动副，铰链铰链。9 1-1 1-1 运动副及其分类运动副及其分类 高副高副（higher pair）齿轮副齿轮副 车轮与车轮与钢轨钢轨 凸轮副凸轮副 限制一个移动限制一个移动自由度自由度，保留，保留二个的自由度二个的自由度10 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 1.平面机构运动简图平面机构运动简图(Kin

6、ematical Sketch of Mechanism)机器是由机构组成，因此，在对现有机构机器是由机构组成，因此，在对现有机构进行分析，或是构思新机械的运动方案和对进行分析，或是构思新机械的运动方案和对组成新机械的各种机构作进一步的运动及动组成新机械的各种机构作进一步的运动及动力设计时，需要一种表示机构的简明图形力设计时，需要一种表示机构的简明图形机构运动简图机构运动简图。撇开构件外形和运动副具体构造，仅用撇开构件外形和运动副具体构造，仅用简单的线条和符号表示构件和运动副，并按简单的线条和符号表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置，以说明机构中各比例定出各运动副的位置，以说明机构中各

7、构件间相对运动关系的简单图形。构件间相对运动关系的简单图形。11 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 2.2.运动副的表示方法运动副的表示方法2112221122112 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 移动副移动副211212211213 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 高副高副 两构件组成高副时，画出两构件接触处的两构件组成高副时，画出两构件接触处的轮廓曲线。轮廓曲线。1212齿轮副齿轮副凸轮副凸轮副1214 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图构件表示方法构件表示方法带两个带两个转动副的构件转动副的构件机架机架杆、轴构件杆、轴构件固定构件固定构件15 1-2

8、平面机构运动简图平面机构运动简图常用机构的简图符号常用机构的简图符号 电动机电动机 凸凸 轮轮16 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图17 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图18 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图19 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 3.3.机构运动简图的绘制方法机构运动简图的绘制方法 分析机构的组成，找出原动件、从动件、分析机构的组成，找出原动件、从动件、机架；机架；分析各构件间运动副的种类及数目；分析各构件间运动副的种类及数目；选定适当比例尺，用构件和运动副的规选定适当比例尺，用构件和运动副的规定符号绘出定符号绘出,在原动件上标出箭头以表示其在

9、原动件上标出箭头以表示其运动方向。运动方向。20 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 实例实例1绘制如图所示绘制如图所示曲柄滑块机构曲柄滑块机构 234 选定适当比例尺，定出选定适当比例尺，定出 A A、B B、C C的相对位置的相对位置 用构件和运动用构件和运动副规定符号绘出副规定符号绘出机构运动简图机构运动简图 ABCA21 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图分析分析2 2、1 1绕轴线绕轴线A A相对转动，组成以相对转动，组成以A A为中心的回转副；为中心的回转副；机构由机构由机架机架1 1、曲柄曲柄2 2、连连杆杆3 3、滑块滑块4 4共四个构件组成共四个构件组成 原动件原

10、动件-曲柄，曲柄，从动件从动件-滑块和连杆；滑块和连杆；2 2、3 3绕轴线绕轴线B B相对转动，组成回转副相对转动，组成回转副B B；滑块滑块4 4在机架的滑道内往复移动，组成移动副。在机架的滑道内往复移动，组成移动副。3 3、4 4绕轴线绕轴线C C相对转动，组成回转副相对转动，组成回转副C C；2314ABC22 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 实例实例绘制鹤式起重机机构运动简图绘制鹤式起重机机构运动简图23 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图341224 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图24抽水唧筒1325 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 实例实例绘制

11、抽水机机构运动简图绘制抽水机机构运动简图26 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图实例实例27 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 思考思考 以以三角板三角板为例为例 ：三个构件：三个构件用三个转动副相联结，是否用三个转动副相联结，是否成为成为？机构是具有确定相对运动的构件组合，那机构是具有确定相对运动的构件组合，那么任意组合在一起的一堆构件能否构成传递运么任意组合在一起的一堆构件能否构成传递运动和力的机构？是否具有确定的相对运动？动和力的机构？是否具有确定的相对运动？机构具有确定相对运动的条件是什么？机构具有确定相对运动的条件是什么？28 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度1

12、.1.平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算 自由度是物体具有独立运动的数目，一个自由度是物体具有独立运动的数目，一个平面独立构件有三个自由度，两个构件通过运平面独立构件有三个自由度，两个构件通过运动副联接起来后，其相对运动受到约束，使之动副联接起来后，其相对运动受到约束，使之失去某些自由度。失去某些自由度。低副限制二个自由度，高副限制一个自由度。低副限制二个自由度，高副限制一个自由度。机构的自由度机构的自由度 构件组成机构后，机构所构件组成机构后，机构所 具有的独立运动的个数具有的独立运动的个数 29 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 实例实例 如图四杆机构共有如图四杆机构共有1

13、1、2 2、3 3、4 4共四个构件，除共四个构件，除去机架去机架4 4，共有，共有活动构件数为活动构件数为 3 3，未用运动副联接，未用运动副联接前，这些活动构件的前，这些活动构件的自由度总数为自由度总数为3 33=93=9，用运，用运动副联接起来组成机构后，各构件自由度减少了，动副联接起来组成机构后，各构件自由度减少了，共有共有4 4个回转副个回转副共共限制限制2 24=84=8个自由度个自由度。故机构的自由度数目为故机构的自由度数目为F=3F=33-23-24=14=1。423130 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 结论结论 若某平面机构共有若某平面机构共有K K个构件，除去固

14、定件，个构件，除去固定件，机构中机构中活动构件数活动构件数为为 n=k-1n=k-1，未用运动副联接，未用运动副联接之前，这些活动构件的之前，这些活动构件的自由度总数应自由度总数应为为3n3n，当，当用运动副将构件连接起来组成机构之后，机构用运动副将构件连接起来组成机构之后，机构中各构件具有的自由度数减少了，若机构中中各构件具有的自由度数减少了，若机构中低低副的数目副的数目为为P PL L个个，高副的数目高副的数目为为P PH H个个，则机构，则机构中全部运动副所引入的中全部运动副所引入的约束总数约束总数为为2P2PL L+P+PH H，则，则 机构自由度数目机构自由度数目 =F=3n-2pF

15、=3n-2pL L-P-PH H31 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 实例实例4计算计算、及及自由度自由度(练习练习)321657 n=5 pL=7 PH=0 F=3n-2pF=3n-2pL L-P-PH H =3=35-25-27-0=17-0=1 32 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度2.2.机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 观察图示三杆机构自由度观察图示三杆机构自由度无论以何构件为原动件时，无论以何构件为原动件时，各构件间都没有相对运动。各构件间都没有相对运动。F=32-23=033 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 观察图示四杆机构自由度观

16、察图示四杆机构自由度 当当1 1为原动件时，机构具有确定的相对运动。为原动件时，机构具有确定的相对运动。1234F=3F=3 3-(23-(2 4+0)=14+0)=134 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 当构件当构件1 1、3 3为原动件时，机构不能动作。为原动件时，机构不能动作。1234F=3F=3 3-(23-(2 4+0)=14+0)=135 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度观察图示五杆机构自由度观察图示五杆机构自由度 当当1 1为原动件时，机构不具有确定的相对运动。为原动件时，机构不具有确定的相对运动。1234F=34-25=236 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 当增加构件当增加构件4 4为原动件时，机构各构件为原动件时，机构各构件间具有确定的相对运动。间具有确定的相对运动。123437 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 机构的原动件数目机构的原动件数目=机构自由度数目机构自由度数目 F0F038 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度2.2.计算平面机构自由度的注意事项计算平面机构