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高职《机械设计基础》、平面机构的运动简图和自由度,教案


**职业技术学院教案
第 2 次课 教学课型:理论课√ 实验课□ 习题课□ 实践课□ 技能课□ 其它□ 主要教学内容 第 3 章 平面机构的运动简图和自由度 3.1 自由度及运动简图 3.1.1 自由度 3.1.2 机构运动简图 重点、难点 重点:运动副、自由度等基本概念 难点:运动副 教学目的要求: 1. 了解机构的组成,搞清运动副、运动链、约束和自由度的概念; 2. 能绘制常用平面机构的运动简图;

教学方法和教学手段: 多媒体讲授 讨论、思考题、作业: 1. 什么是机构? 2. 剪子、针筒、抽屉、柜门是什么机构?自由度?运动副?

参考资料: 多媒体材料,网络资料


第3章

稿





备注

平面机构的运动简图和自由度

3.1 自由度及机构运动简图 3.1.1 自由度 1.构件的自由度——构件所具有的独立运动的数目。 一个作平面运动的自由构件有三个自由度。 (动画演示) 2.运动副——两构件直接接触而又能产生一定形式的相对运动的联接。 3.运动副的类型及其特点 平面机构中, 由于运动副将各构件的运动限制在同一平面或相互平行的平面内, 故这种运 动副也称为平面运动副。 根据构件间接触形式的不同,平面运动副可分为低副和高副。 错误!未找到引用源。 低副 (举例、动画演示说明) 低副——两构件通过面接触组成的运动副。 根据两构件间相对运动形式的不同,常见的平面低副有转动副和移动副两种。 错误!未找到引用源。转动副 转动副——两构件间只能产生相对转动的运动副。又称回转副或铰链。 固定铰链;活动铰链(中间铰链) 错误!未找到引用源。 移动副 移动副——两构件间只能产生相对移动的运动副。 错误!未找到引用源。 高副 (举例、动画演示说明) 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。 4.约束(举例、动画演示说明) 当一个构件与另一个构件组成运动副以后, 由于构件间的直接接触, 使构件的某些独立运 动受到限制,构件的自由度便随之减少。这种对构件独立运动的限制称为约束。 转动副、移动副约束数目为 2; 高副约束数目为 1. 3.1.2 机构运动简图 1. 机构运动简图 我们在研究分析现有机械和设计新机械时,一般是先不考虑那些与运动无关的因素,如 构件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目以及运动副的具体结构,仅仅用简单的线条和符 号来代表构件和运动副, 并按一定比例确定各运动副的相对位置。 这种表示机构中各构件间相 对运动关系的简单图形称为机构运动简图。 错误!未找到引用源。转动副简图 错误!未找到引用源。移动副的运动简图 错误!未找到引用源。高副的运动简图

两构件组成平面高副时,其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓,对于凸轮、滚子,

习惯划出其全部轮廓;对于齿轮,常用点划线划出其节圆。

2. 平面机构运动简图的绘制 1)分析机构,观察相对运动,数清所有构件的数目; 2)确定所有运动副的类型和数目; 3)选择合理的位置(即能充分反映机构的特性); 4)确定比例尺; 5)用规定的符号和线条绘制成简图。(从原动件开始画) 注:机架画上阴影,原动件用箭头表示出运动方向 举例绘图:内燃机 腭式破碎机 缝纫机引线机构

**职业技术学院教案
第 3 次课 教学课型:理论课√ 实验课□ 习题课□ 实践课□ 技能课□ 其它□ 主要教学内容 第 3 章 常用机构 3.1 自由度及运动简图 3.1.3 机构具有确定运动的条件 3.1.4 平面机构自由度的计算 重点、难点 重点:平面自由度的计算 难点:虚约束 教学目的要求: 1. 理解机构自由度的概念; 2. 能计算机构的自由度

教学方法和教学手段: 多媒体讲授 讨论、思考题、作业: 1. 三角形机构如何运动?平行四边形机构如何运动? 2. 内燃机如何运动?

参考资料: 多媒体材料,网络资料



稿
第2章





备注

上节内容回顾:运动副的概念以及运动副的分类; 运动副的约束数目。

常用机构

2.1 自由度及机构运动简图 2.1.3 机构具有确定运动的条件 1.机构的自由度 我们定义机构自由度为:机构具有独立运动的数目。 2.机构具有确定运动的条件 机构的自由度数等于机构的原动件数, 既机构有多少个自由度, 就应该给机构多少个原动 件。 原动件数<自由度数,机构无确定运动 原动件数>自由度数,机构在薄弱处损坏 2.1.4 平面机构自由度的计算 1. 平面机构自由度的计算公式 F=3n- 2P l - P h ……… …………………( 2-1) 2.计算机构自由度时应注意的问题 1.复合铰链 三个或三个以上构件在同一处构成共轴线转动副的铰链,我们称为复合铰链( 2.局部自由度 机构中某些构件具有局部的、不影响其它构件运动的自由度,同时与输出运动无关的自 由度我们称为局部自由度。 对于含有局部自由度的机构在计算自由度时, 不考虑局部自由度 (设 想把局部自由度固定进行计算) 局部自由度不影响机构的运动,因此,计算自由度应将局部自由度除去不计。 3.虚约束 虚约束是指为增加机构的刚度、改善受力情况、保持传动的可靠性而增加的、对机构不 起实际约束作用的约束。 计算机构自由度时应将虚约束除去不计。 虚约束常出现的形式有以下 几种: a) 轨迹重合的虚约束 如图(虚约束 1)四杆机构中,为增 加机构的刚度、改善受力情况引进了 EF 杆,但 EF∥=CD∥=AB,引入 EF 前后 E 点 的运动轨迹不改变,对杆 2 并未起实际的 约束作用,所以为虚约束。 虚约束 1

b) 转动副轴线重合的虚约束 如图(虚约束 2)所示齿轮机构中,A 和 A’,B 和 B 之中分别有一个属于虚约束。


虚约束 2 c) 移动副导路平行的虚约束 如图(虚约束 3)所示,杆 3 的滑道,可以解除其中一个而不影响机构的实际约束情况。 d) 机构对称部分的虚约束 也就是对运动不起作用的对称结构部分产生的约束。如图(虚约束 4)所示行星轮系三个 行星轮中只有一个起实际约束作用,其余两个均为虚约束。

虚约束 3

虚约束 4

需要注意:如果加工误差过大,虚约束就可能成为实际约束,而对机构产生不良影响。 因此, 对于存在虚约束的机构, 在制造时对尺寸的精度要求要高些, 以免防止其成为实际约束, 而对机构产生不良影响。 在计算含有虚约束机构的自由度时, 为了准确地计算自由度, 应该先把运动简图中的虚约束去 掉再计算 举例计算:


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