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1、第1章平面机构的自由度和速度分析1.1重点内容提要1.1.1教学基本要求(1)掌握运动副的概念及其分类。(2)掌握绘制机构运动简图的方法。(3)掌握平面机构的自由度计算公式。(4)掌握速度瞬心的概念,能正确计算机构的瞬心数。(5)掌握三心定理并能确定平面机构各瞬心的位置。(6)能用瞬心法对简单高、低副机构进行速度分析。1.1.2构件和运动副及其分类1.构件构件是机器中独立的运动单元体,是组成机构的基本要素之一。零件是机器中加工制造的单元体,一个构件可以是一个零件,也可以是由若干个零件刚性联接在一起的一个独立运动的整体。构件在图形表达上是用规定的最简单的线条或几何图形来表示的,但从运动学的角度看
2、,构件又可视为任意大的平面刚体。机构中的构件可分为三类:(1)固定构件(机架)。用来支承活动构件(运动构件)的构件,作为研究机构运动时的参考坐标系。(2)原动件(主动件)。又称为输入构件,是运动规律已知的活动构件,即作用有驱动力的构件。(3)从动件。其余随主动件的运动而运动的活动构件。(4)输出构件。输出预期运动的从动件。其他从动件则起传递运动的作用。2.运动副运动副是由两构件组成的相对可动的联接部分,是组成机构的又一基本要素。由运动副的定义可以看出运动副的基本特征如下:(1)具有一定的接触表面,并把两构件参与接触的表面称为运动副元素。(2)能产生一定的相对运动。因此,运动副可按下述情况分类:
3、(1)根据两构件的接触情况分为高副和低副,其中通过点或线接触的运动副称为高副,以面接触的运动副称为低副。(2)按构成运动副两构件之间所能产生相对运动的形式分为转动副(又称为铰链)、移动副、螺旋副和球面副等。(3)因为运动副起着限制两构件之间某些相对运动的作用,所以运动副可根据其所引入约束的数目分为Ⅰ级副、Ⅱ级副、Ⅲ级副、Ⅳ级副和Ⅴ级副。在实际机械中,经常出现某一构件与其他构件在多处接触的联接情况,这时应注意分析各处接触所引入的约束情况,并根据所引入独立约束的数目来判定两构件形成运动副的类别及数目。总之,两构件构成的运动副应至少要引入一个约束,也至少要具有一个自由度。因此,平面运动副的最大约束数
4、为2,最小约束数为1。至于运动副的图形表达则应按照国家标准规定的符号来绘制。1.1.3机构运动简图及其绘制机构各部分的相对运动只决定于各构件间组成的运动副类型(转动副、移动副及高副等)和各构件的运动尺寸(即确定各运动副相对位置的尺寸),而与构件的形状和外形尺寸等因素无关。所以,描述机构运动原理的图形,可以根据机构的运动尺寸,按一定的比例尺定出各运动副的位置,再用规定的运动副的代表符号和代表构件的简单线条或几何图形将机构的运动情况表示出来,这种与实际机构位置相同或尺寸成比例绘出的简单图形称为机构运动简图。可以看出,机构运动简图是剔除了与运动无关的因素而画出来的简图,最清楚地揭示了机构的运动特性。
5、而设计机构,也就是要确定机构方案和与运动有关的尺寸,即设计机构运动简图。机构运动简图绘制的步骤如下:第一步:认清机架、输入构件和输出构件。第二步:分清构件并编号。首先使主动件运动起来,然后从主动件开始,按2机械设计基础导教·导学·导考构件是运动单元体的概念分清机构中有几个构件,并将构件(包括机架)按联接顺序编号为1,2,3,⋯。第三步:认清运动副类型并编号。根据两构件间的相对运动形态或运动副元素的形状,认清运动副的类型并依次编号,如A,B,C,⋯。第四步:恰当地选择作图的投影平面。选择时应以能最简单、清楚地把机构的运动情况表示出来为原则。一般选机构中的多数构件的运动平面为投影面。第五步:以机架
6、为参考坐标系,将主动件置于一个适当的位置,按比例定出各运动副的位置,并画出各运动副的符号及注出编号。以机架为参考坐标系,就是可先定出机架上运动副的位置,并以此位置作为基准,画出机构中各构件相对于机架的位置关系,所以机架本身是否水平或倾斜是不必考虑的。将主动件置于适当位置的目的是使画出的机构运动简图清晰,就是代表构件的线条尽量不交叉、不重叠。第六步:将同一构件的运动副用简单的线条连起来代表构件,并注出构件编号和原动件的转向箭头,便绘出了机构的运动简图。1.1.4平面机构自由度的计算1.平面一般机构自由度的计算其公式为F=3n-2pl-ph(1.1)式(1.1)中,F为机构的自由度,n为机构中活动
7、构件的数目,pl为机构中低副的数目,ph为机构中高副的数目。为了使F计算正确,必须正确判断机构中n,pl和ph的数目,因此,应特别注意处理好下列三种情况:(1)要正确判定机构中构件的数目和运动副的数目。构件是机构中的运动单元体,所以,不论构件的结构如何复杂,只要是同一个运动单元体,它就是一个构件。对于运动副数目的确定,应注意复合铰链的存在,即当m(m>2)个构件同在一处以转动副联接时,则构成复合铰
