模块二任务一 平面机构运动简图及自由度（课件）-《机械基础》同步教学（机工教育）

教学目标 知识目标 1.掌握运动副的类型与判别方法。 2.掌握机构运动简图的绘制。 3.掌握机构自由度的计算。 能力目标 1.能分析并绘制机构运动简图。 2.能计算出机构的自由度并能判断机构是否具有确定的相对运动。 3.能对不具有确定相对运动的机构进行改进。 素养目标 1.培养学生标准意识和规范意识； 2.培养学生严谨细心、爱岗敬业、精益求精的工匠精神。 模块二 平面机构 任务一 平面机构运动简图及自由度 【学习重点与难点】 1.运动副的类型及判别。 2.机构运动简图的绘制。 3.平面机构自由度的计算及机构具有确定相对运动的条件。 4.复合铰链、局部自由度、虚约束等特殊情况下自由度的计算。 【相关知识】 本模块只讨论平面机构。平面机构是指组成机构的所有构件都在同一平面或相互平行的平面中运动。 一、平面运动副的概念与分类、自由度和约束条件 （一）运动副的概念 构件和构件之间这种直接接触又产生相对运动的连接，称为运动副。使两构件之间保持接触的点、线、面称为运动副元素。如图所示为常见的运动副。 转动副 移动副 凸轮副 齿轮副 （三）运动副的分类 两构件一般通过点、线、面三种接触形式连接起来，根据组成运动副两构件之间的接触几何特征不同，运动副可分为低副和高副。 1.低副 两构件通过面接触构成的运动副称为低副。每个低副有两个约束。按两构件间的相对运动形式，低副又分为转动副和移动副。 移动副的符号 转动副的符号 2.高副 两个构件之间通过点或者线接触的运动副称为高副。高副时用两构件在直接接触处的轮廓表示，如图所示。每个高副引入一个约束，保留两个自由度数。 凸轮副 齿轮副 平面运动构件的自由度 （二）自由度与约束 构件相对于参考系所具有的独立运动参数的数目称为构件的自由度。如图所示，构件可随其上任一点A沿x轴、Y轴移动和绕垂直于XOY平面的轴转动。因此作平面运动的自由构件具有三个自由度，用三个独立的参数 、 、 表示。 两构件通过运动副连接后，其相对运动会受到限制，自由度数也随之减少。运动副限制了两个构件间的某些独立运动的可能性，这种限制称为约束。 （四）构件的分类与表示法 1.构件的分类 机构中的构件可分为三类：机架、原动件、从动件。 2.构件的表示法 构件有两运动副、三运动副构件，其运动副按如图所示表示。 二运动副构件 三运动副构件 二、平面机构的运动简图 绘制平面机构运动简图步骤： 1）分析机构运动的传递情况，找出机架、主动件和从动件； 2）从主动件开始，按照运动的传递顺序，确定构件和运动副的数目和类型； 3）测量各运动副间的相对位置； 4）选择适当的视图平面（通常选择与构件运动平行的平面作为平面机构的投影面）和主动件位置，合理表达各构件间的运动关系。 5）选择适当的比例尺，按照各运动副间的距离和相对位置，画出机构运动简图。 绘制如图所示抽水唧筒机构运动简图。 抽水唧筒 机构运动简图 三、平面机构自由度的计算及机构具有确定相对运动的条件 1.平面机构自由度的计算 机构能产生独立运动的数目称为机构的自由度。设平面机构中共有n个活动构件（机架不是活动构件），共有个 低副和 个高副，则机构的自由度数F为： 2.平面机构具有确定相对运动的条件 （a）F=0，机构都不能产生运动 （b）F=-1，机构都不能产生运动 （c）F=1，机构能产生确定的相对运动 （d）F=2，运动不确定，不能成为机构 如何使（d）能产生确定的相对运动？ 机构具有确定相对运动的充分必要条件是： 构件系统的自由度F必须大于零，且自由度必须等于原动件数W。 四、机构自由度计算中几种特殊情况的处理 （一）复合铰链 两个以上的构件在同一轴线上用转动副相连接就构成复合铰链。如图所示，三个构件组成复合铰链，这三个构件共组成两个转动副。依次类推，m个构件组成的复合铰链应具有m-1个转动副。 请找出复合铰链？ （二）局部自由度 机构中不影响整个机构的输出与输入运动关系的局部的独立运动，称为局部自由度。在计算自由度时应将局部自由度除去。 （三）虚约束 机构中与其它约束起重复限制运动作用的约束称为虚约束。在计算机构自由度时应除去虚约束不计。 虚约束出现的场合有以下几种情况： 1.两个构件形成多个具有相同作用的运动副 （1）两个构件在同一轴线上形成多个转动副 处理方法：只保留一个转动副。 两个构件在同一轴线上形成多个转动副 （2）两构件形成多个导路平行或重合的移动副 处理方法：只保留一个移动副。 两构形成多个导路平行或重合的移动副 （3）两构件在多处接触形成高副 处理方法：只保留一个高副。 两构件在两处形成高副 2.两联接构件在联接点上的运动轨迹重合 处理方法：去除虚约束及多余的构件。 火车车轮联动机构 3.机构中对传递运动不起独立作用的对称部分 处理方法：去除对称部分的构件和形成的运动副。 周转轮系 例： 计算如图所示机构的自由度，指出并说明其中是否有复合铰链、局部自由度、虚约束，并判断该机构是否有确定的相对运动（图中箭头所示构件为原动件）？ 答案： （1）F=1 （2）G处有复合铰链，C处存在局部自由度，K、I处存在虚约束。 （3）机构具有确定的相对运动。 课堂练习： 1.计算如图所示的机构自由度，并判断它是否具有确定的相对运动（图中画有箭头的构件为原动件）。 2.计算如图所示的机构自由度，并指出其中的复合铰链、局部自由度和虚约束。并判断它是否具有确定的相对运动（图中画有箭头的构件为原动件）。 课堂练习： $$