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1、1 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 工业设计机械基础工业设计机械基础 1 机构的组成 2 机构运动简图 3 平面机构的自由度 第四章第四章 机构运动简图及平面机机构运动简图及平面机 构自由度构自由度 2 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 1 1 机构的组成机构的组成 一、运动副一、运动副 运动副：构件间直接接触直接接触的动联接。 零 件 静联接 构 件 动联接 机 构 机 器 协调组合 曲柄滑块机构 3 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 平面低副面接触 a）回转副（铰链）相对转动
2、 b）移动副相对移动 4 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 平面高副点、线接触 空间运动副 球面副球面副 螺旋副螺旋副 5 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 二、运动链二、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。 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。 6 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 三、机构三、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
3、面机构：各构件在同一平面或平行平面内运动。 空间机构 7 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 机构运动简图机构运动简图：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。 2 1 3 4 5 6 7,8 2 2 机构运动简图机构运动简图 8 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 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。 u 对现有机器进行运动分析和受力分析。 u 新机器的方案设计、方案比较及主要参数的确定。 一、功用一、功用 二、作图方法二、作图方法 9 第四章第四章 机构运动简图及
4、平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 1 4 例1：偏心轮滑块机构 A B O e 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 2-3：回转副A 3-4：回转副B 4-1：移动副 2 3 3) 选视图，定比例，作图。 10 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 例：凸轮机构 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 A B e 3 2 C 1 3) 作图 11 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机
5、构自由度 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 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 12 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 13 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 抽水机机构 冲孔机构 缝纫机下针机构 插齿机构 14 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 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
6、自由运动。 运动副对自由度的影响运动副对自由度的影响 ox y 一个作平面运动的自 由构件有3个自由度。 约 束对构件间相对运动的限制。 3 3 平面机构的自由度平面机构的自由度 一、机构具有确定运动的条件一、机构具有确定运动的条件 15 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 引入一个回转副后， 构件失去2个自由度。 引入一个高副后，构 件失去1个自由度。 结论：平面机构中，每个低副约束每个低副约束2 2个自由度个自由度，每个每个 高副高副约束约束1 1个自由度。个自由度。 引入一个移动副后， 构件失去2个自由度。o x y o x y y o x 16 第四
7、章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 自由度计算公式及意义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 度F为： F=3n-2PF=3n-2P L L -P-P H H F=33-24=1 该机构有确定运动。 F=34-25=2 该机构无确定运动。 若4也为原动件,则有确定运动。 F=32-23=0 该机构为桁架，无法运动。 1 2 3 4 5 A B C D E 例： 1 2 3 4 A B C D 1 2 3A C B C D 17 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及
8、平面机构自由度 结论：平面机构要实现确定的运动，必须满足以下条件： 1 1、F0F0 2 2、原动件数目、原动件数目=F=F。 F=310-211-1=7 ? 18 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 . . 复合铰链复合铰链 ：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。 同理：m m个构件组成的复合铰链，构成个构件组成的复合铰链，构成m-1m-1个回转副。个回转副。 可以包括机架。 如： 1 2 3 二、应注意的几个问题二、应注意的几个问题 19 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由
9、度 . . 局部自由度局部自由度 图示凸轮机构： n=3PH=1PL=3 F=33-23-1=2 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焊接在一起（如图） F=32-22-1=1 该机构是否有确定的相对运动呢？该机构是否有确定的相对运动呢？ 20 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 E A BC DF 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，磨损。 常见的局部自由度：小滚子 . . 虚约束虚约束 图示机构：F=34-26=0 构件3：重复约束虚约束虚约束 F=33-24=1 F=
10、0，机构无法运动。 去掉虚约束：去掉虚约束： 该机构是否有确定相对运动呢？该机构是否有确定相对运动呢？ 21 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 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 22 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 例： 解：机构中B、C、D、E处均为复 合铰链，每处有2个回转副。 F=37-210=1 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。 虚约束 共有5
11、个活动构件，7个低副。 该机构有确定运动。 F=35-27=1 该机构有确定运动。 1 2 3 4 5 23 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 虚约束 解：去掉机构中的虚约束。 共有7个活动构件，10个低副。 F=37-210=1 1 2 3 4 5 6 7 该机构有确定运动。 解：去掉机构中的虚约束。 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 构件。 1 2 3 4 5 6 F=36-28-1=1 该机构有确定运动。 虚约束 24 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 局部自由度 复合铰链 虚约束 F=38 - 211-1=1 该机构具有确定的相对运动。 25 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度 六自由度工业机器人 26 第四章第四章 机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度