机械设计基础 教学课件 高英敏第1章机械系统运动简图设计 第1章机械系统运动简图设计

1,第一章 平面机构运动简图设计学习目标 1) 熟练掌握机构运动简图的绘制方法。 2) 熟练掌握平面机构自由度计算的方法； 3) 了解用瞬心法分析机构速度的方法。,2,零 绪论,1. 研究平面机构的目的,3,机构由构件组成的。几个构件堆砌在一起，并不能构成机构，构件之间肯定要以某种形式发生联系，进而相互影响和相互制约，才能形成机构。这种发生联系的连接方式，就是运动副。,一、平面机构的组成,1. 运动副（1）-必要性,4,1. 运动副（2）-定义,两个构件直接接触形成的可动连接，称为运动副。,一、平面机构的组成,5,1. 运动副（3）-运动副元素,参与接触而构成运动副的点、线和面。,一、平面机构的组成,6,2. 运动副的类型（1）-按相对运动性质1/2,空间运动副,平面运动副,螺旋副,球副,一、平面机构的组成,7,2. 运动副的类型（1）-按相对运动性质1/2,平面运动副,空间运动副,移动副,转动副,一、平面机构的组成,8,高副,低副,齿轮副,凸轮副,2. 运动副的类型（2）-按运动副元素1/2,一、平面机构的组成,9,高副,低副,2. 运动副的类型（2）-按运动副元素2/2,移动副,转动副,一、平面机构的组成,10,两个以上构件通过运动副联接而成的系统,3. 运动链（1）-定义,一、平面机构的组成,11,闭式,开式,构件形成封闭系统,构件未形成封闭系统,3. 运动链（2）-类型,一、平面机构的组成,12,含有机架，具有确定运动的运动链称为机构,4. 机构,一、平面机构的组成,13,表达各种构件的相对运动关系，确切表达机构的运动规律和特性，用规定符号表示构件和运动副，并按比例绘制的图形,二、机械系统运动简图设计,1. 定义,14,（1）简图中的构件数目与实际相同；,（2）简图中运动副性质、数目与实际相符；,（3）简图中运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例；,2. 满足的条件,二、机械系统运动简图设计,15,表达各种构件的相对运动关系，确切表达机构的运动规律和特性。,3. 作用,二、机械系统运动简图设计,16,机构示意图是用规定符号，但不严格按比例绘制的图形，重在表达各种构件的相对运动关系和结构，而不能揭示机构的运动规律和特性。,4. 机构示意图,二、机械系统运动简图设计,17,5. 常用符号（1）-转动副,二、机械系统运动简图设计,18,5. 常用符号（2）-移动副,二、机械系统运动简图设计,19,5. 常用符号（3）-高副,二、机械系统运动简图设计,20,5. 常用符号（4）-一般构件,二、机械系统运动简图设计,21,5. 常用符号（5）-两副和三副构件,二、机械系统运动简图设计,22,画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质,5. 常用符号（6）-注意事项,二、机械系统运动简图设计,23,先定原动件和工作件（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。,6. 绘制机构运动简图（1）-一般思路,二、机械系统运动简图设计,24,（1）分析运动，确定构件的类型和数量；（2）确定运动副的类型和数目；（3）选择视图平面；（4）选取比例尺，定出各运动副间相对位置；（5）画出运动副和机构，并表示出各构件。,6. 绘制机构运动简图（2）-步骤,二、机械系统运动简图设计,25,7.唧筒实例（1）-平面图,二、机械系统运动简图设计,26,7.唧筒实例（2）-三维动画,二、机械系统运动简图设计,27,7.唧筒实例（3）-答案,二、机械系统运动简图设计,28,8.泵实例 （1）-平面图,二、机械系统运动简图设计,29,8.泵实例（2）-答案,二、机械系统运动简图设计,30,9. 缝纫机跳针机构实例（1）-平面图,二、机械系统运动简图设计,31,9. 缝纫机跳针机构实例（2）-动画,二、机械系统运动简图设计,32,四、实例（3）-,9. 缝纫机跳针机构实例（3）-答案,二、机械系统运动简图设计,33,（1）先找首端原动件；再找尾端工作件；（2）确定机架；（3）确定各构件之间的运动副种类， “两两分析相对运动；,10. 小结1/2,二、机械系统运动简图设计,34,（4）代表回转副的小圆，其圆心必须与相对运动回转中心重合。代表移动副的滑块，其导路方向必须与相对运动方向一致；（5）比例、符号、线条、标号、原动件。,10. 小结2/2,二、机械系统运动简图设计,35,机构中各构件相对于机架所能有的 独立运动的数目,三、机械系统具有确定运动的条件,1. 自由度的定义,36,2. 约束（1）-定义,运动副对成副两构件间的相对运动所加的限制。引入1个约束将减少1个自由度。,37,（1） 2个约束/1个低副（如转动副或移动副）,2. 约束（2）-数目1/2,38,（2） 1个约束/1个高副（如凸轮副或齿轮副）,2. 约束（2）-数目2/2,39,F=3n-2PL-PH,3. 自由度的计算公式,40,解：n = 2 Pl= 2 Ph=1 F = 3n - 2Pl - Ph = 32 - 22 - 1 = 1,4. 例题（1）-凸轮机构,41,解：n = 3 Pl= 4 Ph= 0 F=3n - 2Pl - Ph = 33 - 24 -0 = 1,4. 例题（2）-四杆机构,42,解：n = 3 F=3n - 2Pl - Ph Pl= 4 = 33 - 24 -0 Ph= 0 = 1,4. 例题（3）-对心曲柄滑块机构,43,（1）原动件是通过转动副或移动副和机架相联；（2）每个原动件只能输入1个独立运动。,5. 机构具有确定运动的条件（1）-理论准备,44,（1）机构自由度F=0；,F=0,5. 机构具有确定运动的条件（2）-三杆机构,45,（1）机构自由度F=1；,（3）同时给定1（t）和3（t），机构会被破坏。,（2）给定11（t）,构件位置全部确定。,5. 机构具有确定运动的条件（3）-四杆机构1/2,46,5. 机构具有确定运动的条件（3）-四杆机构2/2,47,（1）机构自由度F=2；,（3）若同时给1和4 ，则能唯一确定.,（2）若仅给定11（t）,则其它构件位置均不能确定。,5. 机构具有确定运动的条件（4）-五杆机构1/3,48,运动不确定,5. 机构具有确定运动的条件（4）-五杆机构2/3,49,运动确定,5. 机构具有确定运动的条件（4）-五杆机构3/3,50,6. 机构具有确定运动的条件,51,F=3n2PLPH,F原动件数目 机构没有确定运动,=35,-26,=3,-0,1,2,3,4,5,7. 复合铰链（1）-引言,52,两个以上构件在同一轴线处，用转动副联接，就形成了复合铰链。,7. 复合铰链（2）-定义,53,m个构件时，算m1个转动副,m=3铰链个数=m-1=2,7. 复合铰链（3）-处理方法,54,F=原动件数目，机构有确定运动,=35,-27,=1,-0,1,2,3,4,5,F=3n2PLPH,7. 复合铰链（4）-练习题1/4,55,F=原动件数目，机构有确定运动,=37,-210,=1,-0,F=3n2PLPH,1,2,3,4,5,6,7,7. 复合铰链（4）-练习题2/4,56,F=原动件数目，机构有确定运动,1,2,3,4,5,6,7,=37,-210,=1,-0,F=3n2PLPH,7. 复合铰链（4）-练习题3/4,57,8. 局部自由度（1）-感性认识,58,F=3n2PLPH =33231 =2,F原动件数目 机构没有确定运动,8. 局部自由度（2）-理论分析,59,个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。,8. 局部自由度（3）-定义,60,把滚子和与它铰接的从动件看作一个构件，作虚拟的“焊死”处理,8. 局部自由度（4）-处理方法1/2,61,8. 局部自由度（4）-处理方法2/2,62,将滑动摩擦变成滚动摩擦。降低摩擦力，减轻磨损,8. 局部自由度（4）-作用,63,F=3n2PLPH,F=原动件数目，机构有确定运动,=32221,=1,8. 局部自由度（5）-练习题1/3,64,F=3n2PLPH,=33232,=1,1,2,3,8. 局部自由度（5）-练习题2/3,65,F=3n2PLPH,=33232,=1,1,2,3,8. 局部自由度（5）-练习题3/3,66,9. 虚约束（1）-感性认识,67,F=3n2PLPH =34260 =0,F=0 机构不能动,9. 虚约束（2）-理论分析,68,在机构中与其他运动副作用重复，而对构件间的相对运动不起独立限制作用的约束。,9. 虚约束（3）-定义,69,转动副联接的是两构件上运动轨迹相重合的点,9. 虚约束（4）-表现形式1/6,70,两构件上的两点间的距离始终不变,EF或BC,9. 虚约束（3）-表现形式2/6,71,机构中对运动不起作用的对称部分,9. 虚约束（3）-表现形式3/6,72,两构件组成多个轴线重合的转动副，只有一个转动副起约束作用，其余为虚约束。,9. 虚约束（3）-表现形式4/6,73,两构件组成多个导路相互平行或重合的移动副，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束,9. 虚约束（3）-表现形式5/6,74,两构件构成高副，两处接触且法线重合或平行,9. 虚约束（3）-表现形式6/6,75,将具有虚约束运动副的构件连同它所带入的与机构运动无关的运动副一并不计。,9. 虚约束（4）-处理方法1/2,76,9. 虚约束（4）-处理方法2/2,将具有虚约束运动副的构件连同它所带入的与机构运动无关的运动副一并不计。,77,机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。,9. 虚约束（5）-作用,78,F=3n2PLPH =34242 =2,F=原动件数目，机构有确定运动,9. 虚约束（6）-练习题1/4,79,F=3n2PLPH =33240 =1,F=原动件数目，机构有确定运动,9. 虚约束（6）-练习题2/4,80,F=3n2PLPH =33240 =1,F=原动件数目，机构有确定运动,9. 虚约束（6）-练习题3/4,81,F=3n2PLPH =32221 =1,F=原动件数目，机构有确定运动,9. 虚约束（6）-练习题4/4,82,F=3n2PLPH =34251 =1,F=原动件数目，机构有确定运动,10. 综合练习题1/3,83,F=3n2PLPH =37291 =2,10. 综合练习题2/3,84,F=3n2PLPH =392122 =1,F=原动件数目，机构有确定运动,10. 综合练习题3/3,85,根据机构原动件的已知运动规律确定：1）构件的角位移、角速度和角加速度；2）求机构中任一构件的任一点的轨迹，位移，速度和加速度。 通过对机构进行速度分析：1）了解从动件的速度变化是否满足工作要求；2）确定各构件及构件上某点的加速度和角加速度，及其变化规律。,1.机构运动分析的目的,86,常采用的方法：瞬心法、图解法、解析法。,图解法 形象、直观、简单。但精度不高，且求 系列位置时需反复作图。,解析法 精确度高，采用不同的数学工具，可分 为直角坐标解析法、矢量法，矩阵法、 复数矢量法等。随着电子计算机的普及 解析法将得到广泛的应用。,2.机构运动分析的常用方法,87,当构件i 和构件j 作平面相对运动时，在任一瞬时，都可以看作是绕该两构件某一重合点的转动，该重合点称为速度瞬心。简称瞬心(Pij)。,Pij,瞬心 重合点的相对速度为零；绝对速度相同。,相对瞬心该点的绝对速度不为零。绝对瞬心该点的绝对速度为零。,3.速度瞬心（1）-定义,88,Pij,N n ( n - 1) / 2,3.速度瞬心（2）-数目,89,用转动副联接,P12,P12,用移动副联接,用高副联接,4.速度瞬心位置的确定（1）-直接观察法,90,三心定理：作平面运动的三个构件共有三个瞬心，它们位于同一直线上。,三个相对瞬心必在一条直线上,4.速度瞬心位置的确定（2）-三心定理,91,例1 铰链四杆机构。已知原动件2以2等角速回转，及各构件的尺寸。确定机构的全部瞬心及 4。,5.练习题1,92,解：瞬心数目,Nn(n-1)/26,P12 、P23 、P34、P14 （观察法）,P13 、P24 （三心定理）,1 2 3,P13,1 4 3,5.练习题1,93,P13,利用绝对瞬心P24,5.练习题1,94,例 2 曲柄滑块机构。已知构件的长度，曲柄AB