平面机构及自由度计算要点分析.ppt

P o w e r B a r 中国专业PPT设计交流论坛 第2章 平面机构及自由度计算 平面机构及自由度计算 所有构件均在同一平面或相互平行的平面内运动的机构 称为平面机构。工程中常用机构大多数都是平面机构。如图 2-1(a)所示的卡车自动卸料机构、如图2-1(b)所示的内燃机 中的机构都属于平面机构。 图2-1 平面机构 平面机构及自由度计算 2.1 平面机构的组成 2.2 平面机构运动简图 2.3 平面机构的自由度计算 2.1.1 机构的组成 机构中的构件按其运动性质不同可以分为3类，即主动件、从动件、机架。 (1) 主动件(或原动件)。机构中由外界给定运动规律的活动构件。如图2-2所示，颚式破碎机中的大带轮1是主动件，它由电动机和带传动给定运动规律。 (2) 从动件。机构中随主动件运动的其他活动构件。如图2-2所示的动颚板2和肘板3都是从动件，它们随主动件大带轮1运动。 (3) 机架。机架是机构中固定不动的构件，它支承着机构中的活动构件。如图2-2所示的构件4是机架，它支承着大带轮1和肘板3等活动构件。 图2-2 颚式破碎机 1—大带轮；2—动颚板；3—肘板；4—机架 2.1.2 构件的自由度 自由度是构件可能出现的独立运动。对于一个作平面运动的构件，具有3个自由度。如图2-3所示的平面物体可沿x轴和y轴方向移动，以及在xOy平面内的转动。为了使组合起来的构件能产生确定的相对运动，有必要探讨平面机构自由度和平面机构具有确定运动的条件。 图2-3 构件的自由度 1.1.3 课程任务 机构由若干个相互联接起来的构件组成。机构中两构件之间直接接触并能作确定相对运动的可动联接称为运动副。如图2-1(b)所示的内燃机的轴与轴承之间的联接，活塞与汽缸之间的联接，凸轮与推杆之间的联接，两齿轮的齿和齿之间的联接等。 两个构件构成运动副后，构件的某些独立运动受到限制，这种运动副对构件的独立运动所加的限制称为约束。运动副每引入一个约束，构件就失去一个自由度。 两构件间的平面运动副按接触性质可分为低副和高副。 图2-4 低副 图2-5 高副 (a) 1—凸轮；2—从动件 (b) 1、2—轮齿 (c) 1—火车轮；2—钢轨 平面机构及自由度计算 2.1 平面机构的组成 2.2 平面机构运动简图 2.3 平面机构的自由度计算 2.2 平面机构运动简图 在对机构进行运动分析和设计时，为了使问题简化，只考虑与运动有关的运动副的数目、类型及相对位置，不考虑与运动无关的因素，如构件的形状、运动副的具体构造等，仅用简单线条和规定符号表示构件和运动副，并按一定比例画出各运动副的位置，这种表示机构各构件间相对运动关系的简单图形，称为机构运动简图。 只是为了表示机构的结构组成及运动原理而不严格按比例绘制的机构运动简图，称为机构示意图。 2.2 平面机构运动简图 绘制机构运动简图的一般步骤如下： (1) 分析机构的组成和运动，找出机架、主动件与从动件。 (2) 从主动件开始，按照运动传递的顺序，分析各构件之间相对运动的性质和接触情况，确定构件数目、运动副的类型和数目。 (3) 合理选择视图平面。应选择能充分表明各构件相对运动关系的平面为视图平面。 (5) 按比例定出各运动副之间的相对位置，用构件和运动副的规定符号绘制机构运动简图。转动副代号用大写英文字母表示，构件代号用阿拉伯数字表示，机构的主动件用箭头标明。 (4) 选择合适的比例尺，长度比例尺用 表示，在机械设计中规定如下 平面机构及自由度计算 2.1 平面机构的组成 2.2 平面机构运动简图 2.3 平面机构的自由度计算 2.3.1 平面机构的自由度及其计算 机构相对于机架所具有的独立运动数目，称为机构的自由度。 设一个平面机构由N个构件组成，其中必定有1个构件为机架，则机构中活动构件数为n = N-1。一个没有任何约束的构件有3个自由度，则这些活动构件在未组合成运动副之前共有3n个自由度，在联接成运动副之后便引入了约束，减少了自由度。设机构共有PL个低副、PH个高副，因为在平面机构中每个低副失去2个自由度，每个高副失去1个自由度，故平面机构的自由度F为 2.3.2 计算平面机构自由度时应注意的事项 实际工作中，机构的组成比较复杂，运用公式 计算自由度时可能出现差错，这是由于机构中常常存在一些特殊的结构形式，计算时需要特殊处理。 (1) 复合铰链 (2) 局部自由度 (3) 虚约束 2.3.3 平面机构具有确定运动的条件 机构相对机构是由构件和运动副组成的系统，机构要实现预期的运动传递和变换，必须使其运动具有可能性和确定性。 如图2-14(a)所示的机构，自由