機械基礎(chǔ) 課件 模塊二任務(wù)一 平面機構(gòu)運動簡圖及自由度

教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1.掌握運動副的類型與判別方法。2.掌握機構(gòu)運動簡圖的繪制。3.掌握機構(gòu)自由度的計算。能力目標(biāo)1.能分析并繪制機構(gòu)運動簡圖。2.能計算出機構(gòu)的自由度并能判斷機構(gòu)是否具有確定的相對運動。3.能對不具有確定相對運動的機構(gòu)進行改進。素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)意識和規(guī)范意識；2.培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心、愛崗敬業(yè)、精益求精的工匠精神。模塊二平面機構(gòu)

任務(wù)一平面機構(gòu)運動簡圖及自由度【學(xué)習(xí)重點與難點】1.運動副的類型及判別。2.機構(gòu)運動簡圖的繪制。3.平面機構(gòu)自由度的計算及機構(gòu)具有確定相對運動的條件。4.復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束等特殊情況下自由度的計算。【相關(guān)知識】

本模塊只討論平面機構(gòu)。平面機構(gòu)是指組成機構(gòu)的所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面中運動。一、平面運動副的概念與分類、自由度和約束條件（一）運動副的概念

構(gòu)件和構(gòu)件之間這種直接接觸又產(chǎn)生相對運動的連接，稱為運動副。使兩構(gòu)件之間保持接觸的點、線、面稱為運動副元素。如圖所示為常見的運動副。轉(zhuǎn)動副移動副凸輪副齒輪副（三）運動副的分類

兩構(gòu)件一般通過點、線、面三種接觸形式連接起來，根據(jù)組成運動副兩構(gòu)件之間的接觸幾何特征不同，運動副可分為低副和高副。1.低副

兩構(gòu)件通過面接觸構(gòu)成的運動副稱為低副。每個低副有兩個約束。按兩構(gòu)件間的相對運動形式，低副又分為轉(zhuǎn)動副和移動副。移動副的符號轉(zhuǎn)動副的符號2.高副

兩個構(gòu)件之間通過點或者線接觸的運動副稱為高副。高副時用兩構(gòu)件在直接接觸處的輪廓表示，如圖所示。每個高副引入一個約束，保留兩個自由度數(shù)。凸輪副齒輪副平面運動構(gòu)件的自由度（二）自由度與約束

構(gòu)件相對于參考系所具有的獨立運動參數(shù)的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度。如圖所示，構(gòu)件可隨其上任一點A沿x軸、Y軸移動和繞垂直于XOY平面的軸轉(zhuǎn)動。因此作平面運動的自由構(gòu)件具有三個自由度，用三個獨立的參數(shù)

、

、

表示。

兩構(gòu)件通過運動副連接后，其相對運動會受到限制，自由度數(shù)也隨之減少。運動副限制了兩個構(gòu)件間的某些獨立運動的可能性，這種限制稱為約束。（四）構(gòu)件的分類與表示法1.構(gòu)件的分類

機構(gòu)中的構(gòu)件可分為三類：機架、原動件、從動件。2.構(gòu)件的表示法

構(gòu)件有兩運動副、三運動副構(gòu)件，其運動副按如圖所示表示。二運動副構(gòu)件三運動副構(gòu)件二、平面機構(gòu)的運動簡圖繪制平面機構(gòu)運動簡圖步驟：1）分析機構(gòu)運動的傳遞情況，找出機架、主動件和從動件；2）從主動件開始，按照運動的傳遞順序，確定構(gòu)件和運動副的數(shù)目和類型；3）測量各運動副間的相對位置；4）選擇適當(dāng)?shù)囊晥D平面（通常選擇與構(gòu)件運動平行的平面作為平面機構(gòu)的投影面）和主動件位置，合理表達各構(gòu)件間的運動關(guān)系。5）選擇適當(dāng)?shù)谋壤撸凑崭鬟\動副間的距離和相對位置，畫出機構(gòu)運動簡圖。繪制如圖所示抽水唧筒機構(gòu)運動簡圖。抽水唧筒機構(gòu)運動簡圖三、平面機構(gòu)自由度的計算及機構(gòu)具有確定相對運動的條件1.平面機構(gòu)自由度的計算機構(gòu)能產(chǎn)生獨立運動的數(shù)目稱為機構(gòu)的自由度。設(shè)平面機構(gòu)中共有n個活動構(gòu)件（機架不是活動構(gòu)件），共有個

低副和

個高副，則機構(gòu)的自由度數(shù)F為：2.平面機構(gòu)具有確定相對運動的條件（a）F=0，機構(gòu)都不能產(chǎn)生運動（b）F=-1，機構(gòu)都不能產(chǎn)生運動（c）F=1，機構(gòu)能產(chǎn)生確定的相對運動（d）F=2，運動不確定，不能成為機構(gòu)如何使（d）能產(chǎn)生確定的相對運動？機構(gòu)具有確定相對運動的充分必要條件是：

構(gòu)件系統(tǒng)的自由度F必須大于零，且自由度必須等于原動件數(shù)W。四、機構(gòu)自由度計算中幾種特殊情況的處理（一）復(fù)合鉸鏈

兩個以上的構(gòu)件在同一軸線上用轉(zhuǎn)動副相連接就構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。如圖所示，三個構(gòu)件組成復(fù)合鉸鏈，這三個構(gòu)件共組成兩個轉(zhuǎn)動副。依次類推，m個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)具有m-1個轉(zhuǎn)動副。請找出復(fù)合鉸鏈？（二）局部自由度

機構(gòu)中不影響整個機構(gòu)的輸出與輸入運動關(guān)系的局部的獨立運動，稱為局部自由度。在計算自由度時應(yīng)將局部自由度除去。（三）虛約束

機構(gòu)中與其它約束起重復(fù)限制運動作用的約束稱為虛約束。在計算機構(gòu)自由度時應(yīng)除去虛約束不計。虛約束出現(xiàn)的場合有以下幾種情況：1.兩個構(gòu)件形成多個具有相同作用的運動副（1）兩個構(gòu)件在同一軸線上形成多個轉(zhuǎn)動副處理方法：只保留一個轉(zhuǎn)動副。兩個構(gòu)件在同一軸線上形成多個轉(zhuǎn)動副（2）兩構(gòu)件形成多個導(dǎo)路平行或重合的移動副處理方法：只保留一個移動副。兩構(gòu)形成多個導(dǎo)路平行或重合的移動副（3）兩構(gòu)件在多處接觸形成高副處理方法：只保留一個高副。兩構(gòu)件在兩處形成高副2.兩聯(lián)接構(gòu)件在聯(lián)接點上的運動軌跡重合處理方法：去除虛約束及多余的構(gòu)件?；疖囓囕喡?lián)動機構(gòu)3.機構(gòu)中對傳遞運動不起獨立作用的對稱部分處理方法：去除對稱部分的構(gòu)件和形成的運動副。周轉(zhuǎn)輪系例：

計算如圖所示機構(gòu)的自由度，指出并說明其中是否有復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束，并判斷該機構(gòu)是否有確定的相對運動（圖中箭頭所示構(gòu)件為原動件）？答案：（1）F=1（2）G處有復(fù)合鉸鏈，C處存在局部自由度，K、I處存在虛約束。（3）機構(gòu)具有確定的相對運動。課堂練習(xí)