机械设计基础第一章优秀课件

y 1
未连接前总自由度： 3n
Ｏ
连接后引入的总约束数： 2pl+ph
2
x
机构自由度F： F=3n - ( 2pl + ph )
F=3n - 2pl - ph
机构自由度举例1：
2 1
2 3
1
3 4
4
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0
=1
B
5
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－0
例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。
②低副－面接触，应力低 例如：转动副（回转副）、移动副 。
运动副类型小结
平面低副: 转动副、移动副 （面接触） 平面高副: 齿轮副、凸轮副 （点、线接触）
空间低副: 螺旋副、球面副、圆柱副 （面接触） 空间高副: 球和圆柱与平面、球与圆柱副 (点、线接触)
运动副特性:运动副一经形成, 组成它的两个构件间的可能 的相对运动就确定。而且这种可能的相对运动, 只与运动 副类型有关, 而与运动副的具体结构无关。
若仅给定θ1＝θ1（t）,则θ2 θ3 θ4 均不能唯一确定。若同时给 定θ1和θ4 ，则θ3 θ2 能唯一确定， 该机构需要两个独立参数 。
定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的 独立运动参数称为机构的自由度。
原动件－能独立运动的构件。 ∵一个原动件只能提供一个独立参数
∴机构具有确定运动的条件为：
§1－2 平面机构的运动简图
机构运动简图: （表示机构运动特征的一种工程用图）
用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 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
1.工程上常用一些规定的符号代表运动副
机械设计基础 —— 平面连杆机构
平面副
y
y x
o
x
o
n n
t
ttnFra bibliotek低副：转动副、移动副( 面接触)
=2
F =3n－2pl－ph = 3 2－2 2－1
=1
C A
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0 = 1
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－ 1 = 1
机构自由度举例2： 计算下列两种机构的自由度
1
2
θ1
3
S’3 S3
2 1 θ1
3 4 θ4
给定S3＝S3(t)，一个独立参数 θ1＝θ1（t）唯一确定，该机 构仅需要一个独立参数。
机构的组成： 机构＝机架 ＋ 原动件 ＋ 从动件
1个
1个或几个
若干
绘制机构运动简图
思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线 路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运 动副的类型，并用符号表示出来。
步骤： 1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目； 2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），
(构件可能出现的独立运动)
y
1
¨与其它构件未连之前：3
¨ 用运动副与其它构件连接后, 运 动副引入约束, 原自由度减少
(2) 平面运动副引入的约束R (对独立的运动所加的限制)
Ｏ 2
y R=2
o
x
y R=2
n R=1
x
t
t
o n
x
结论： 平面低副引入 2个约束 平面高副引入 1个约束
如果：活动构件数：n 低副数： pl 高副数： ph
绘制示意图。 3.按比例绘制运动简图。
简图比例尺： μl =实际尺寸 m / 图上长度mm
4.检验机构是否满足运动确定的条件。 举例：绘制破碎机和偏心泵的机构运动简图。
举例 引线机构 简易冲床 偏心泵
1 4
2 3
2 1
3
4
2 1
3
4
§1－3 平面机构的自由度
一、平面机构自由度的计算公式
(1) 平面运动构件的自由度
＝3 错
②
2
3
5
6
1
6
4
F ＝ 3n－ 2pl－ph ＝ 3 －5 2 －7 0
＝1 对
(1) 复合铰链
2
m个构件(m>2)在同一处构成转
3
5
动副
3
m-1个低副
m个构件,
2
5 m-1个铰链
1
(2) 局部自由度
定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动, 不影响机 构输出运动的自由度
局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加 的滚子、轴承中的滚珠
I级副
II级副
III级副
两者关联
IV级副
V级副1 V级副2
V级副3
2)按相对运动范围分有： 平面运动副－平面运动
空间运动副－空间运动
例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。
平面机构－全部由平面运动副组成的机构。 空间机构－至少含有一个空间运动副的机构。
3)按运动副元素分有： ①高副－点、线接触，应力高。
解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的 构件固结在一起，视作一个构件
动画
F＝3n－2pl－ph ＝3 3－2 3－1 ＝2
动画
F＝3n－ 2pl－ph ＝3 2－2 2－1 ＝1
错
对
(3) 虚约束 —排除
不影响机构运动传递的重复约束
在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束
高副：齿轮副、凸轮 副(点、线接触)
机械设计基础 —— 平面连杆机构
空间副
了解
高副：点、线接触
球面副
螺旋副
机械设计基础 —— 平面连杆机构
2 构件的表示方法 杆、轴类构件 机架 同一构件
两副构件 三副构件
机构中构件的分类
机架－作为参考系的构件，如机床床身、车辆底盘、飞机机身。
原（主）动件－按给定运动规律运动的构件。 从动件－其余可动构件。
1
机械设计基础第一章
2.运动副 定义：运动副－－两个构件直接接触组成的仍能产 生某些相对运动的联接。
a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动 三个条件，缺一不可
运动副元素－直接接触的部分（点、线、面） 例如：滚子凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
运动副的分类： 1)按引入的约束数分有： I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。
可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限
制作用的运动副叫虚约束
虚约束经常发生的场合
处理方法：计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其
所带入的运动副）去掉
3
结论
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 －2 1
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 －3 1
之一为 虚约束
2
＝1 对
＝-1 错
机构自由度＝原动件数
二、计算平面机构自由度的注意事项
例 计算图示圆盘锯机构的自由度。
解：活动构件数n= 7
低副数PL= 6
高副数PH=0
F=3n － 2PL － PH =3×7 －2×6 －0 =9
计算结果肯定不对！
D5
F
1
4
7
6 C
E
2
3
B
8A
2 1
3
5
4
F ＝ 3n－2pl－ph ＝ 3 －52 －6 0