机械系统的运动简图设计2

1、机构的组成平面机构的运动简图平面机构的自由度第2章 机构的结构分析实例分析 本章介绍了机构组成中运动副的重要概念，介绍了机构运动简图的绘制方法。本章重点阐述了平面机构自由度的计算及机构具有确定的运动条件。学习本章，应能识读机构运动简图并熟练掌握平面机构自由度计算的方法。 第第2章章 机构的结构分析机构的结构分析运动副及其分类 运动链及机构 机构的组成 构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称为运动副。运动副元素：两构件上直接参加接触构成运动副的部分。运动副：运动副及其分类按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。 1.低副 两构件以面接触

2、而形成的运动副。 (1) 转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。 a)固定铰链 平面运动副b)活动铰链转动副(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。移动副2.高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。凸轮副齿轮副 空间运动副若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。螺旋副球面副运动链及机构运动链及机构1.运动链运动链 构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统。构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统。闭式运动链 （简称闭链）平面运动链空间运动链按运动分按运动分按结构分按结构分运动链运动链开式运动链 （简称开链） 但当机但当机构安装在运动的机械上时则是运动的。构安装在运动的机械上

3、时则是运动的。 按给定已知运动规律独立运动的构件；具有固定构件的运动链称为具有固定构件的运动链称为机构机构。机 架原动件从动件机构中的固定构件；机构中的固定构件；机构中其余活动构件。1234 机构常分为平面机构和空间机构两类，其中平面机构应用最为广泛。 一般机架相对地面固定不动，一般机架相对地面固定不动，常以转向箭头表示。常以转向箭头表示。 其运动规律决定于原动件的运动规律其运动规律决定于原动件的运动规律和机构的结构和构件的尺寸。和机构的结构和构件的尺寸。机架原动件从动件2.机构机构构件与运动副的表示方法 机构运动简图的绘制 平面机构的运动简图运动副及构件的表示方法1.构件构件均用直线或小方块

4、等来表示，画有斜线的表示机架。2.转动副构件组成转动副时，如下图表示。图垂直于回转轴线时用图a表示；图面不垂直于回转轴线时用图b表示。表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。3. 移动副 两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。4. 平面高副 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。1、绘制机构运动简图的步骤 1）分析机构运动，找出机架、原动件与从动件。 2）从原动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件之间相对运动的性质，确定

5、活动构件数目、运动副的数目和类型。特别要注意两相连构件间的运动副类型。 3）合理选择视图平面。应选择能较好表示运动关系的平面为视图平面。 4）选择合适的比例尺。长度比例尺用 表示，在机械设计中规定 ， =实际长度图示长度； ll 5）按比例定出各运动副之间的相对位置，用规定符号绘制机构运动简图。 6）各运动副标以大写的英文字母，各构件标阿拉伯字母，机构的原动件以箭头标明。2、实例 试绘制内燃机的机构运动简图气缸体气缸体1活塞活塞2进气阀进气阀3排气阀排气阀4连杆连杆5曲轴曲轴6凸轮凸轮7顶杆顶杆8齿轮齿轮10解：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

6、4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置 5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件平面机构自由度及其计算公式 计算平面机构自由度的注意事项平面机构的自由度平面机构自由度及其计算公式平面机构自由度及其计算公式 1.构件自由度 一个平面构件未用运动副与其它构件连接之前，一个平面构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度有三个自由度。2.2.运动副的约束运动副的约束 1 1）低副）低副: :当用运动副连接后，构件间相对运动受到约束当用运动副连接后，构件间相对运动受到约束 低副引入两个约束！低副引入两个约束！高副引入一个约束！高副引入一个约束！ 2 2）高副高副: :高副则只约

7、束了沿接触处公法线高副则只约束了沿接触处公法线n-n方向移方向移动的自由度，保留绕接触处的转动和沿接触处公切动的自由度，保留绕接触处的转动和沿接触处公切线方向线方向t-t移动的两个自由度移动的两个自由度 v计算实例 n =5, Pl = 7, Ph = 0 F = 3n 2Pl Ph = 35 27 0= 1解：n：机构中活动构件数； Pl ：机构中低副数； Ph ：机构中高副数； F ：机构的自由度数；F = 3n - 2Pl - Ph 计算实例 n = 3, Pl = 4, Ph = 0 F = 3n - 2Pl - Ph =33 - 2Pl - Ph =33 - 24 - 0设则= 1

8、3 平面机构的自由度计算公式4 4、机构具有确定运动的条件、机构具有确定运动的条件原动件数大于自由度数原动件数小于自由度数原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏 原动件数自由度数，机构无确定运动 （单击播放）（单击播放）原动件数等于自由度数结论 平面机构具有确定运动的条件：1、自由度数02、 机构原动件个数应等于机构的自由度数目。 1.1.复合铰链复合铰链2.2.局部自由度局部自由度 3.3.虚约束虚约束 两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。 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。 重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。 4.4.虚约束常

9、见情况及处理方法虚约束常见情况及处理方法 5.5.虚约束对机构的影响虚约束对机构的影响计算平面机构自由度的注意事项三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时，有m 1个转动副。 惯性筛机构C处为复合铰链计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。n = 5, Pl = 7, Ph = 0= 35 -27 0 = 1F = 3n - 2Pl Ph滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。 计入局部自由度时 n = 3, Pl = 3, Ph = 1 F =33 - 2- 1 = 2 与实际不符 应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。处理方法处理方

10、法 实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。教材图教材图1-13b动画动画N = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 32 - 22 1 = 1与实际相符n = 4, Pl =6, Ph = 0 构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束。 与实际不符 F = 34 -26 0 = 0虚约束虚约束n = 3, Pl =4, Ph =0F = 33 - 24 0 = 1处理方法与实际相符 应除去虚约束，即将产生虚约束的构件5及运动副除去不计。1.两构件未组成运动副前，连接点处的轨迹已重合为一，组成的运动

11、副存在虚约束。 计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。 虚约束常见情况及处理计算中只计入一个移动副。 2.两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。如图的缝纫机引线机如图的缝纫机引线机构中，装针杆在构中，装针杆在A、B处分别与机架组成导处分别与机架组成导路重合的移动副。计路重合的移动副。计算机构自由度时只能算机构自由度时只能算一个移动副，另一算一个移动副，另一个为虚约束。个为虚约束。P234.两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点间用另一构件连接时，将产生虚约束。计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。计算中应将对称部分除去不

12、计。 5.机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。虚约束对机构的影响机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不计”是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。 虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如“平行”、“重合”、“距离不变”等。如果几何条件不满足，虚约束会转化为有效约束。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。虚约束的作用：虚约束的作用：改善构件的受力情况，如多个行星轮。改善构件的受力情况，如多个行星轮。增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的 ! 1、复合