机械设计基础第二章案例.ppt

2.3.1　自由度和约束的概念 约束 2 　　当两构件组成运动副后，它们之间的某些相对运动受到限制，对于相对运动所加的限制称为约束。每加上一个约束，自由构件便失去一个自由度。　　运动副的约束数目和约束特点取决于运动副是低副还是高副。 一个构件在三维坐标系的空间运动可以分解为分别沿X轴、Y轴和Z轴的移动和绕X轴、Y轴和Z轴的转动，共有6个独立运动。 一个构件的平面运动可以分解为分别沿X轴、Y轴的移动和绕一根垂直于平面的轴的转动，共有3个独立运动。 自由度与约束 3 运动副 自 由 度 约 束 低 副 转动副 构件2可以绕与XOY平面垂直的Z轴转动，自由度为1。 构件2沿着X轴和Y轴两个方向的移动受到限制，约束数为2。 移动副 构件2可以沿着X轴方向的移动，自由度为1。 构件2沿着Y轴方向的移动和绕与XOY平面垂直的Z轴转动受到限制，约束数为2。 高 副 构件2可以沿着接触点公切线t-t方向移动和绕接触点转动，自由度为2。 构件2沿着接触点公法线n-n方向的移动受到限制，约束数为1。 2.3.2　机构自由度的计算和机构具有确定运动的条件 　　设一个平面构由N个构件组成，其中必有一个构件为机架，则活动构件数为n=N-1。它们在未组成运动副之前，共有3n个自由度。用运动副连接后便引入了约束，减少了自由度。若机构中有PL个低副、PH个高副。则平面机构的自由度F的计算公式为 F=3n-2PL-PH 　　因此，当机构中原动件数等于机构自由度数时，机构中各构件就会具有确定的相对运动。 2.3.3　复合铰链、局部自由度和虚约束 复合铰链 1 　　两个以上的构件在同一处以同轴线的转动副相连，称为复合铰链。 　　一般地，k个构件形成复合铰链应具有（k-1）个转动副，计算自由度时应注意找出复合铰链。 复合铰链 2.3.3　复合铰链、局部自由度和虚约束 复合铰链 1 　　如图所示为直线机构，其构件的长为AF=FE，AD=AB，BC=　CD=DE=EB，当构件FE摇动时，C点的轨迹为垂直于AF的直线。该机构在A、B、D、E四点均为由三个构件组成轴线重合的两个转动副，即复合铰链。 该机构n=7， PL=10，PH=0，其自由度为：F=3n-2PL-PH=3×7-2×10-0=1 直线机构 2.3.3　复合铰链、局部自由度和虚约束 局部自由度 2 　　机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动。这些构件所产生的这种局部运动的自由度称为局部自由度。 　　在计算机构自由度时，局部自由度应略去不计。 该机构的自由度为 F=3n-2PL -PH =3×2-2×2-1=1 动画 凸轮机构 2.3.3　复合铰链、局部自由度和虚约束 虚约束 3 　　机构中与其他约束重复而对机构运动不起新的限制作用的约束，称为虚约束。计算机构自由度时，应除去不计。　　虚约束常出现在下列场合:　　(1)两构件间形成多个具有相同作用的运动副。 　　①两构件在同一轴线上组成多个转动副。计算机构自由度时应按一个转动副计算。 两构件组成多个运动副 2.3.3　复合铰链、局部自由度和虚约束 虚约束 3 　　②两构件组成多处接触点公法线重合的高副同样应只考虑一处高副，其余为虚约束。 　　③两构件组成多个导路平行或重合的移动副。 　　计算自由度时应只算作一个移动副。 两构件组成多个运动副 2.3.3　复合铰链、局部自由度和虚约束 虚约束 3 (2)两构件上连接点的运动轨迹互相重合。 在计算机车车轮联动机构的自由度时应除去不计， 即 F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1 机车车轮联动机构中的虚约束 2.3.3　复合铰链、局部自由度和虚约束 虚约束 3 例2-3 计算图所示筛料机构的自由度。 机构中n=7，PL=9，PH=1，其自由度为 F=3n-2PL-PH=3×7-2×9-1=2 筛料机构 能力训练案例3-5 ：图3-13为一简易冲床的初拟设计方案，从动件凸轮2绕定轴作逆时针方向转动，通过摆杆3带动导杆4实现冲头的上下往复冲压动作。试分析该设计方案有无结构组成的错误。若有，应该如何修改？并绘制出正确的机构运动简图。 ⑴增加1个滑块（或摇块）和1个移动副 ⑵增加1个杆件和1个转动副 ⑶低副变换高副 从减轻构件磨损、提高构件强度和机构工作可靠性等因素考虑，选择一个适用设计方案 根据平面机构的结构公式，在给定设计所需机构自由度的条件下，可以灵活地选择运动副类型、数目和活动构件数的多种组合来满足要求，这种排列组配的过程就是机构的类型综合，是机构创新的重要途径。 实训习题3-5 ：试绘制题图3-5所示4种机构（a手动冲孔钳、b手动冲压机）的运动简图。 实训习题3-5 ：试绘制题图3-5所示4种机构（c柱塞油