机构及机构运动简图讲解

1、6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章1 1 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.1 2.1 机构机构 概念概念 用于传递运动或改变运动形式的用各种机件组合而成的组合体。用于传递运动或改变运动形式的用各种机件组合而成的组合体。 实例实例内燃机内燃机 齿轮机构齿轮机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 凸轮机构凸轮机构 图2-4 内燃机工作原理图 可见，机构是一 个组合体，如何 进行细分？ 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章2 2 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.2 2.2 零件与构件零件与构件 零件零件 每一个单独

2、加工的单元体每一个单独加工的单元体( (独立的加工单元独立的加工单元) ) 构件构件 有相对运动的各个单元体有相对运动的各个单元体( (独立的运动单元独立的运动单元) )。可以是单一的零。可以是单一的零 件，也可以是多个零件固联成的内部没有相对运动的刚性结构。件，也可以是多个零件固联成的内部没有相对运动的刚性结构。 特点特点 不同构件间有相对运动不同构件间有相对运动 单一构件内部没有相对运动单一构件内部没有相对运动 可以是单一零件（如曲轴），也可以是多个零件组成（如连杆）可以是单一零件（如曲轴），也可以是多个零件组成（如连杆） 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章3

3、 3 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.2 2.2 零件与构件零件与构件 套套 筒筒 连杆体连杆体 螺栓螺栓 垫圈垫圈 螺母螺母 轴瓦轴瓦 连杆盖连杆盖 实体实体零件零件构件构件 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章4 4 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.2 2.2 零件与构件零件与构件 零件、构件、机构与机器的联系零件、构件、机构与机器的联系 机构中构件的分类机构中构件的分类 机器机器 机构机构 构件构件零件零件 运动单元运动单元 制造单元制造单元 机械机械 确定的确定的 相对运动相对运动 一个或多个一个或多个 做功或实现做功或实

4、现 能量转换能量转换 总称总称 固定件：机架 原动件：主动件 从动件：随原动件运动的其余构件 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章5 5 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.3 2.3 运动副运动副 构件的自由度构件的自由度 构件所具有的独立运动的数目（或确定构件位置的独立参变量构件所具有的独立运动的数目（或确定构件位置的独立参变量 的数目）的数目） 一个作平面运动的自由构件具有一个作平面运动的自由构件具有 三个独立运动数三个独立运动数 如图所示，在如图所示，在OxyOxy坐标系中，构件坐标系中，构件S S 可随其上任一点可随其上任一点A A沿沿x x

5、轴、轴、y y轴方向移轴方向移 动和绕动和绕A A点转动。即一个作平面运动点转动。即一个作平面运动 的自由构件具有三个自由度。的自由构件具有三个自由度。 图2-5 构件的平面运动 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章6 6 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.3 2.3 运动副运动副 约束约束 对独立运动所加的限制。每加上一个约束，构件便失去一个自对独立运动所加的限制。每加上一个约束，构件便失去一个自 由度。由度。 运动副运动副 使构件直接接触又能保持一定形式的相对运动的连接使构件直接接触又能保持一定形式的相对运动的连接 按接触方式分类按接触方式分类

6、点接触高副(1个约束，2个自由度) 线接触高副(1个约束，2个自由度) 面接触低副(2个约束，1个自由度) 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章7 7 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.3 2.3 运动副运动副 典型运动副典型运动副 转动副转动副 使两个构件的相对移动受到约束，使两个构件的相对移动受到约束， 而只有一个独立相对转动自由度而只有一个独立相对转动自由度 的运动副。也称为回转副或铰链。的运动副。也称为回转副或铰链。 如铰链、轴与轴承等。如铰链、轴与轴承等。 移动副移动副 使构件的一个相对移动和相对转使构件的一个相对移动和相对转 动受到约束，

7、而只有一个方向独动受到约束，而只有一个方向独 立相对移动自由度的运动副。也立相对移动自由度的运动副。也 称为棱柱副。如汽缸与活塞、滑称为棱柱副。如汽缸与活塞、滑 块与导轨等。块与导轨等。 图2-6 典型运动副 转动副和移动副分别 是低副还是高副？ 转动副和移动 副都是低副 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章8 8 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 运动链运动链 定义定义 两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。 分类分类 开式链：运动链的各构件不构成首尾封闭的系统。开式链：运动链的各构件不

8、构成首尾封闭的系统。 闭式链：运动链的各构件构成了首尾封闭的系统。闭式链：运动链的各构件构成了首尾封闭的系统。 机构机构 将运动链的一个构件固定为机架，其中的一个或几个原动件作将运动链的一个构件固定为机架，其中的一个或几个原动件作 独立运动时，其余从动件即随之作确定的运动独立运动时，其余从动件即随之作确定的运动 注：不能运动或无规则乱动的运动链不能成为机构注：不能运动或无规则乱动的运动链不能成为机构 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章9 9 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图 定义定义 不考虑与运动无关的

9、因素而仅用简单的线条和符号代表构件与不考虑与运动无关的因素而仅用简单的线条和符号代表构件与 运动副，并按一定比例表示各构件间的相对运动关系的简单图运动副，并按一定比例表示各构件间的相对运动关系的简单图 形。形。 作用作用 表示机构的组成和运动情况表示机构的组成和运动情况 作为运动分析和动力分析的依据作为运动分析和动力分析的依据 构件与运动副的表示构件与运动副的表示 常用运动副的符号常用运动副的符号 一般构件的表示方法一般构件的表示方法 常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号 如何用简单的 线条和符号表 示构件和运动 副？ 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章101

10、0 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图 绘图步骤绘图步骤 分析清楚所要绘制机械的结构和动作原理。分析清楚所要绘制机械的结构和动作原理。 从原动件开始，按照运动传递的顺序，仔细分析各构件相对运从原动件开始，按照运动传递的顺序，仔细分析各构件相对运 动的性质，确定运动副的类型和数目。动的性质，确定运动副的类型和数目。 合理选择视图平面，通常选择与大多数构件的运动平面相平行合理选择视图平面，通常选择与大多数构件的运动平面相平行 的平面为视图平面。的平面为视图平面。 选取适当的长度比例尺，按一定的顺序进行绘图，并将比例尺选取适当的长度比例尺，

11、按一定的顺序进行绘图，并将比例尺 标注图上。标注图上。 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章1111 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图 注意事项注意事项 画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。 图图2-7 2-7 构件的表示方法构件的表示方法 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章1212 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图 实例一实例一内燃机内燃机 图图2

12、-8 2-8 内燃机内燃机 曲柄滑块机构 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章1313 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图 实例一实例一内燃机内燃机 图图2-8 2-8 内燃机内燃机 齿轮机构 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章1414 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图 实例一实例一内燃机内燃机 图图2-8 2-8 内燃机内燃机 凸轮机构 5 6 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章151

13、5 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图 实例一实例一内燃机内燃机 1 2 3 4 4 5 5 6 1 5 6 + + += = 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章1616 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图 实例二实例二颚式破碎机颚式破碎机 4.肘板肘板 1. 机架机架 2. 偏心轴偏心轴 5. 带轮带轮 3. 动颚板动颚板 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章1717 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2

14、.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图 实例二实例二颚式破碎机颚式破碎机 3 D 1 2 B A 1 C 4 4.肘板肘板 1. 机架机架 2. 偏心轴偏心轴 5. 带轮带轮 3. 动颚板动颚板 A C B D 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章1818 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图 思考思考如图所示的破碎机应如何绘制运动简图？如图所示的破碎机应如何绘制运动简图？ A B C E F D G 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章1919 2 2 机构及机构运动简图

15、机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图 练习练习 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章2020 练习1解答 1 1 2 2 3 3 4 4 A B C 14 12 23 A14 B12 C234 3 3 2 2 4 4 1 1 4 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章2121 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度 运动链（或机构）的自由度运动链（或机构）的自由度 运动链（或机构）具有的独立运动的数目运动链（或机构）具有的独立运动的数目 运动链成为机构的

16、条件运动链成为机构的条件 自由度自由度大于大于0 0（保证运动链能运动）（保证运动链能运动） 自由度数等于原动件数（保证运动链具有确定的运动）自由度数等于原动件数（保证运动链具有确定的运动） 自由度的计算自由度的计算 设设n n个活动构件，个活动构件，P PL L个低副，个低副，P PH H个高副，自由度数为个高副，自由度数为F F 构件总自由度构件总自由度 低副约束数低副约束数 高副约束数高副约束数 3n 2 PL 1 Ph = F=3n-2P = F=3n-2PL L-P-PH H 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章2222 2 2 机构及机构运动简图机构及机

17、构运动简图 2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度 实例一：铰链四杆机构实例一：铰链四杆机构 n=3 pL=4 ph=0 F=3n-2pL-ph=1 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章2323 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度 实例二实例二颚式破碎机颚式破碎机 3 D 1 2 B A 1 C 4 n=3 pL=4 ph=0 F=3n-2pL-ph) =1 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章2424 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面

18、机构的自由度平面机构的自由度 练习练习曲柄滑块机构曲柄滑块机构 n=3 PL= 4 F=3n - 2PL - PH =1 PH= 0 S3 1 2 3 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章2525 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度 练习练习五连杆机构五连杆机构 n= 4 PL= 5 F=3n - 2PL - PH =2 PH= 0 1 23 4 1 1 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章2626 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构的自由度平

19、面机构的自由度 实例三实例三圆盘锯机构圆盘锯机构 1 2 3 4 5 6 7 8 A B C D E F n= 7 PL = 6 F=3n 2PL PH PH= 0 =9 实际上自由实际上自由 度为度为1，错在，错在 哪里？哪里？ 因为存在复因为存在复 合铰链！合铰链！ 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章2727 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度 复合铰链定义复合铰链定义 两个以上的构件在同一处以转动副相联两个以上的构件在同一处以转动副相联 复合铰链的计算复合铰链的计算 m m个构件的复合铰链，有个构件

20、的复合铰链，有m m1 1转动副。转动副。 两个低副两个低副 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章2828 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度 实例三实例三圆盘锯机构（正确解法）圆盘锯机构（正确解法） 1 2 3 4 5 6 7 8 A B C D E F n= 7 PL= 10 F=3n 2PL PH PH= 0 =1 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章2929 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度 实例四实例四滚子凸

21、轮滚子凸轮 1 2 3 1 2 3 n= 3 PL= 3 F= 2 PH= 1 n= 2 PL= 2 F= 1 PH= 1 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章3030 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度 实例四实例四滚子凸轮滚子凸轮 1 2 3 1 2 3 事实上，两个机构的事实上，两个机构的 运动相同，且运动相同，且F=1F=1。作。作 图多出的图多出的1 1个自由度为个自由度为 滚子局部运动所产生滚子局部运动所产生 的局部自由度。的局部自由度。 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一

22、章第一章3131 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度 局部自由度定义局部自由度定义 构件局部运动所产生的自由度构件局部运动所产生的自由度 局部自由度出现的场合局部自由度出现的场合 加装滚子的场合加装滚子的场合 局部自由度的计算局部自由度的计算 计算总的自由度后减去局部自由度数计算总的自由度后减去局部自由度数 计算时将局部自由度坐在的滚子和铰链排除计算时将局部自由度坐在的滚子和铰链排除 为什么需要局部自由度为什么需要局部自由度 添加滚子使滑动摩擦变为滚动摩擦，减少运动过程中的摩擦，添加滚子使滑动摩擦变为滚动摩擦，减少运动过程中的摩擦，

23、延长使用寿命延长使用寿命 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章3232 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度 实例五实例五凸轮机构凸轮机构 1 2 3 F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 23 1 - -1 错！错！ 实际自由度 为1，为什 么？ 存在虚约束！ 6/28/20216/28/2021机械基础机械基础第一章第一章3333 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图 2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度 虚约束定义虚约束定义 对机构的运动实际不起作用的约束对机构的运动实际不起