机械设计基础自由度

第四章 机构运动简图及平面机构自由度
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平面低副——面接触
a）回转副（铰链）——相对转动
b）移动副——相对移动
第四章 机构运动简图及平面机构自由度
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平面高副——点、线接触
空间运动副
球面副
螺旋副
第四章 机构运动简图及平面机构自由度
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二、运动链 运动链：两个以上构件通过运动副连接而构成的可动系统。 闭式链 首尾两构件相互连接形成一个封闭的可动系统。
2）确定运动关系 1-6：回转副O；1-2：回转副A 2-3：回转副D；2-4：回转副B 4-5：回转副C；3-6：回转副E 5-6：回转副F
3）作图
第四章 机构运动简图及平面机构自由度
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第四章 机构运动简图及平面机构自由度
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冲孔机构
抽水机机构
插齿机构 缝纫机下针机构
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开式链 首尾两构件不相互连接，形成一个非封闭的可动系统。
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三、机构 机构：在运动链中，将某一构件固定作为机架 。
机架：4 原动件：1 从动件：2、3
平面机构：各构件在同一平面或平行平面内运动。 空间机构
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§2 机构运动简图
第四章 机构运动简图及平面机构自由度
例1：偏心轮滑块机构
解：1) 识别构件 1——机架 2——偏心轮 3——连杆 4——滑块
2) 确定运动关系
1-2：回转副O
2A
2-3：回转副A O
3Baidu Nhomakorabea
e
3-4：回转副B
4-1：移动副
3) 选视图，定比例，作图。
9
B 1
4
第四章 机构运动简图及平面机构自由度
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例：凸轮机构
F=0，机构无法运动。
第四章 机构运动简图及平面机构自由度
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注意：虚约束虽不影响整个机构的运动，但可改善
受载状况。
常见的虚约束：多以对称结构出现
虚约束
虚约束
虚约束 虚约束
虚约束
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例： 虚约束
解：机构中B、C、D、E处均为复 合铰链，每处有2个回转副。
F=3×7-2×10=1
o
x 构件失去2个自由度。
y 引入一个回转副后，
o
x 构件失去2个自由度。
y 引入一个高副后，构
件失去1个自由度。
x o
结论：平面机构中，每个低副约束2个自由度，每个 高副约束1个自由度。
第四章 机构运动简图及平面机构自由度
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自由度计算公式及意义
设由N个构件组成的平面机构，活动构件数为
n=N-1，低副数为PL，高副数为PH，则机构的自由
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§3 平面机构的自由度
平面机构——机构中所有运动构件在同一平面或平 行平面内运动。
自 由 度——独立的自由运动。
约 束——对构件间相对运动的限制。
一、机构具有确定运动的条件
运动副对自由度的影响 y
一个作平面运动的自
由构件有3个自由度。
o
x
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y 引入一个移动副后，
第四章 机构运动简图及平面机构自由度
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注意：局部自由度虽不影响整个机构的运动，但可将 滑动摩擦→滚动摩擦，从而↑η，↓磨损。
常见的局部自由度：小滚子
. 虚约束
B
E
A
F
图示机构：F=3×4-2×6=0 C
该机构是否有确定相对运动呢？
D 构件3：重复约束——虚约束 去掉虚约束：F=3×3-2×4=1
5
4
6 7
虚约束
F=3×7-2×10=1 该机构有确定运动。
解：去掉机构中的虚约束。
6 5
4
局部自由度
将小滚子局部自由度焊接住。 共有6个活动构件，8个低副，1 个高副，三角形框架可视为1个
3 2
虚约束 1
构件。 F=3×6-2×8-1=1
该机构有确定运动。
度F为：
F=3n-2PL-PH
例： B
1
A
2
C3
D
F=3×3-2×4=1 该机构有确定运动。
4
C’
D’ D
F=3×4-2×5=2
B
1
A
2
C
34 E5
该机构无确定运动。 若4也为原动件,则有确定运动。
1 B2
A
C3
F=3×2-2×3=0 该机构为桁架，无法运动。
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机构运动简图：用简单线条、符号表达复杂机械中各 构件的相互联系、运动特性。
3
7,8 2
6
5
1
4
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一、功用 对现有机器进行运动分析和受力分析。 新机器的方案设计、方案比较及主要参数的确定。
二、作图方法 识别构件；
确定构件间的相对运动关系(运动副)； 选择视图、定比例作图。
第工四 业章设计机机构械运基动础简图及平面机构自由度
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第四章 机构运动简图及平面机 构自由度
§1 机构的组成 §2 机构运动简图 §3 平面机构的自由度
第四章 机构运动简图及平面机构自由度
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§1 机构的组成
一、运动副
零 静联接 构 动联接 机 协调组合 机
件
件
构
器
运动副：构件间直接接触的动联接。
曲柄滑块机构
结论：平面机构要实现确定的运动，必须满足以下条件： 1、F>0 2、原动件数目=F。
F=3×10-2×11-1=7 ??
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二、应注意的几个问题 . 复合铰链 ：多个构件在同一轴线上用回转副相联。
如图：三个构件组成的复合铰链构 成了2个回转副。
可以包括机架。
如： 1
2 3
同理：m个构件组成的复合铰链，构成m-1个回转副。
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. 局部自由度
图示凸轮机构： n=3 PL=3 PH=1 F=3×3-2×3-1=2
该机构是否有确定的相对运动呢？ 滚子3的转动不会影响整个机构的运动 ——局部自由度。
正确的计算方法： 将滚子与从动件焊接在一起（如图） F=3×2-2×2-1=1
解：1）识别构件 1——机架; 2——凸轮; 3——从动杆
2）确定运动关系 1-2: 回转副A; 2-3: 高副B; 3-1: 移动副C
3) 作图
e
3 C1
B 2A
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例：颚式破碎机 解：1）识别构件 1——曲轴；2、3、4——从动件； 5——动颚板；6——机架
4 5
该机构有确定运动。 若lCE=lDE， lBC=lBD=lCF=lDF，则 F沿mm水平移动——圆盘锯机构。
解：首先去掉虚约束。
2
1
共有5个活动构件，7个低副。 F=3×5-2×7=1
3
该机构有确定运动。
第四章 机构运动简图及平面机构自由度
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1 2
解：去掉机构中的虚约束。
3
共有7个活动构件，10个低副。