第1章机构认知

1、1第一章第一章 机构认知机构认知【能力目标】【案例导入】【知识要点】1.1零件与构件1.2 机构、机器与机械1.3 平面机构具有确定相对运动的条件与平面机构运动简图1.3.1自由度1.3.2运动副与约束1.3.3平面机构自由度的计算1.3.4平面机构运动简图1.3.5 应用举例【能力训练】本章小结2【能力目标】【能力目标】 n会区分零件与构件，机构、机器与机械等概念n掌握机构运动简图的画法。n会分析机构中的构件与运动副。n会判别机构是否有确定的相对运动。返回目录3【案例导入】【案例导入】 n内燃机的机械运动部分由活塞、连杆、曲轴、大带轮、小带轮、正时皮带、凸轮、进气阀、排气阀和机座等几个部分构

2、成。工作时首先是点火线圈点火，使得气缸中的气体膨胀，推动活塞运动，活塞带动连杆运动，连杆带动曲轴转动，从而带动正时皮带机构运动，驱动凸轮轴转动，凸轮推动气阀推杆上下移动。图图1-1内燃机结构图内燃机结构图返回目录41.1 零件与构件 零件与构件有何区别呢？零件与构件有何区别呢？n零件零件是制造的最基本的单元，是不可拆卸的单元体。n构件构件是运动的最基本单元，它可以是一个或多个零件构成，组成单一构件的零件之间没有相对运动，而是一个运动的整体。返回目录5零件的分类及举例n通用零件：螺栓、轴、齿轮、弹簧等。n专用零件：曲轴、活塞等零件。n部件:由多个零件构成，如轴承、连杆等。返回目录61.2 机构、

3、机器与机械n机构的两大特征：机构的两大特征：（1）由多个构件组成。）由多个构件组成。（2）构件间有确定的相对运动。）构件间有确定的相对运动。构件间有确定的相对运动的条件是什么？（后面讲）构件间有确定的相对运动的条件是什么？（后面讲）返回目录71.2 机构、机器与机械 n组成机构的构件按其运动性质分 固定件固定件（机架）：支撑活动构件的构件 。 固定件有且只有一个。原动原动件：已知运动规律的活动构件。原动件有一个 或几个。从动件从动件：其余随原动件运动而运动的构件。返回目录81.2 机构、机器与机械n机器机器由多个构件组成，且构件间具有确定的相对运动外，还能完成有效的机械功或进行能量转换。n机器

4、的三大特征：机器的三大特征：n 由多个构件组成。由多个构件组成。n 构件间有正确的相对运动。构件间有正确的相对运动。n 能够有效地完成机械功或进行能量转换。能够有效地完成机械功或进行能量转换。n机器的种类繁多，其结构形状和用途各不相同。返回目录91.2 机构、机器与机械n从基本组成来看，机器一般都有三个部分组成：机器一般都有三个部分组成：n 原动机部分原动机部分是驱动整个机器完成预定功能的动力源，如交直流电动机，内燃机等。一部分机器可以有一个或多个原动机，原动机的数目及运动和运动参数对一部机器而言是确定的，如电动机。n 执行部分（又称工作部分）执行部分（又称工作部分）是机器中直接完成工作任务的

5、组成部分。其运动形式可能是直线运动，回转运动或间歇运动等。如定颚板，动颚板 传动部分传动部分介于原动机与执行部分之间，用来完成运动形式，运动和动力参数转换的组成部分。例如机床减速箱，鳄式破碎机中v传动，由偏心轴、肋板及机架等组成的连杆机构101.2 机构、机器与机械n机构与机器在组成、运动、受力等方面并无本质区别，为使问题简化，将机构与机器统称为机械机械。n內燃机是由汽缸体、活塞、连杆、曲轴、正时皮带、凸轮、进气阀、排气阀和机座等多个构件构多个构件构成成，且构件间具有确定的相对运动，所以它是机构。內燃机能够将热能转化成机械能，所以它又是机器。由于机构与机器统称为机械，所以內燃机的机械运动部分也

6、是机械。 返回目录11返回目录机构、机器与机械举例n内燃机是由曲柄滑块机构、齿轮机构和凸轮机构组成，可以将热能转换成机械能。121.3平面机构具有确定相对运动的条件与平面机构运动简图返回目录131.3.1自由度 n如图1-3所示，在xoy坐标系中，构件具有沿x、y方向的移动、，以及绕着平面xoy的垂直方向的转动，因此在平面内的自由构件具有3个独立的运动，称为3个自由度，即自由度自由度是作平面运动的构件在指定参考系中所具有的独独立运动的数目立运动的数目。返回目录图图1-3 自由构件的自由度自由构件的自由度141.3.2 运动副与约束返回目录15运动副的分类n构成机构的构件并不是独立存在，而是与其

7、他构件之间有一定的连接关系。两构件间之间接触并产生一定相对运动的连接称为运动副运动副。n两构件只能在同一平面相对运动的运动副称为平面运动副平面运动副。n在平面运动副，两构件的接触特性有点、线、面三种，由此平面运动副可以分为低低副副和高副高副。16运动副的分类转动副（点击看图）移动副（点击看图）低副:两构件通过面接触 平面运动副高副:两构件通过点或线接触.例:凸轮副,齿轮副（点击看图）返回目录17返回目录图图1-4转动副转动副图图1-5转动副的画法转动副的画法图图1-6移动副移动副 图图1-7移动副的画法移动副的画法18n转动副: 两构件间相对莫一轴线转动。n移动副：两构件间相对莫一直线移动。1

8、9返回目录图图1-4转动副转动副图图1-5转动副的画法转动副的画法图图1-6移动副移动副 图图1-7移动副的画法移动副的画法20返回目录图图1-8齿轮副齿轮副图图1-9凸轮副及画法凸轮副及画法21空间球面副22齿轮副的画法齿轮副的画法返回目录图图1-10外啮合齿轮副的画法外啮合齿轮副的画法图图1-11内啮合齿轮副的画法内啮合齿轮副的画法23n移动副移动副约束限制了一个转动和一个移动自由度，共约束了两个自由度.n转动副转动副使构件失去两个移动自由度,只保留了一个转动自由度.n高副高副：使构件失去一个移动自由度,只保留了另两个自由度.返回目录24返回目录图图1-4转动副转动副图图1-5转动副的画法

9、转动副的画法图图1-6移动副移动副 图图1-7移动副的画法移动副的画法25返回目录图图1-8齿轮副齿轮副图图1-9凸轮副及画法凸轮副及画法261.3.3平面机构自由度的计算返回目录27平面机构自由度计算平面机构自由度计算n自由度计算公式：自由度计算公式：F=3n-2PL-PH N总构件数n自由构件数，n=N-1 PL低副数PH高副数n F0时机构才能运时机构才能运动。否则，构件系统动。否则，构件系统为一个刚性桁架，而为一个刚性桁架，而不是机构。不是机构。返回目录281.3.4 平面机构运动简图平面机构运动简图返回目录29平面机构的运动简图平面机构的运动简图n平面机构的运动简图平面机构的运动简图

10、 在研究机构的运动时，为了简化问题，撇开那些与运动无关的构件的外形和运动副的具体结构，仅用一些简单的线条或符号来表达构件和运动副，并按一定比例表达出运动副之间的相对位置，这就是平面机构的运动简图平面机构的运动简图。n平面机构的运动简图要表达出与原机构相同的构相同的构件数件数、相同的运动副相同的运动副和相同的运动特性相同的运动特性。30平面机构的运动简图平面机构的运动简图n下面以颚式破碎机为例，来说明绘制平面机构的运动简图的方法。31平面机构的运动简图平面机构的运动简图画图步骤：（例如：颚式破碎机）从原动件入手分析机构运动，判别机构的类型和数目分析构件间运动副的类型和数量。选择视图平面，一般选择

11、绘制机构简图的视图平面与各个构件运动平面相互平行。确定比例尺=实际长度/图示长度将构件与运动副按规定的符号和合适的比例绘制机构运动简图。返回目录32【例【例1】平面机构的运动简图】平面机构的运动简图返回目录33返回目录【例【例2】内燃机】内燃机气缸体气缸体1是机架，缸内活塞是机架，缸内活塞4是主是主动件，曲柄动件，曲柄2、连杆、连杆3、推杆、推杆7（两（两个）、凸轮个）、凸轮8（两个）和齿轮（两个）和齿轮9（两个）、（两个）、10是从动件。是从动件。活活塞塞曲柄小齿轮曲柄小齿轮大齿轮凸轮大齿轮凸轮滚子滚子推杆推杆分析机构的传动路线：分析机构的传动路线：34返回目录【例【例2】内燃机】内燃机（2

12、）确定运动副类型和数目）确定运动副类型和数目35返回目录【例【例2】内燃机】内燃机（3）选择适当投影面，选择适当投影面，这里选择齿轮的旋转平这里选择齿轮的旋转平面为正投影面，确定各面为正投影面，确定各运动副之间的相对位置。运动副之间的相对位置。（4 4）选择恰当的比例）选择恰当的比例尺，按照规定的线条和尺，按照规定的线条和符号，绘制出该机构的符号，绘制出该机构的运动简图，并注明原动运动简图，并注明原动件及标注构件号。件及标注构件号。361.3.5 应用举例371.3.5 应用举例【例1-1】 分析图1-13是惯性筛机构，计算其自由度，并判别机构是否有确定的相对运动。返回目录图图1-13惯性筛机

13、构惯性筛机构分析：（1） 机构在C处有一个复合铰链，旁边连接了三构件，存在2个转动副，如图1-14所示。如果一个复合铰链旁边连接了K个构件，存在K-1个转动副。 （点击看图）图图1-14复合铰链复合铰链（2） 机构在H处有一个局部自由度，此处的转动副对于机构的自由度并无约束与限制作用，与将滚子9焊死在构件4上对运动的影响是一样的，计算自由度时滚子就不计入活动构件数内。只不过焊死的时候，滚子9与凸轮5形成的高副间是滑动摩擦，构件磨损严重一些；没有焊死的时候，滚子9与凸轮5形成的高副间是滚动摩擦，可减轻构件的磨损，如图1-15所示。 （点击看图）图图1-15局部自由度局部自由度38【例1-1】 （

14、点击看图）返回目录图图1-13惯性筛机构惯性筛机构图图1-17机车车轮联动机构机车车轮联动机构（3） 机构在E和F处各有一个转动副，表达的都是构件4与机架之间形成的转动副。由运动副的概念可知，两个构件之间相互接触有且只有一个运动副。E和F处对机构的约束是重复的，只能算一个转动副，我们称这种重复的约束为虚约束虚约束。虚约束常常在一些对称或平行机构中存在。如图1-17中的构件5，图1-18中的构件2和2都引入了虚约束。在计算自由度的过程中都要将引入虚约束的构件及运动副去掉不算。 （点击看图1-17）图图1-18行星轮机构行星轮机构（点击看图1-18）39【例1-1】 n解：在图1-13中1和5都是

15、原动件，取其中任一个开始，依次用数字表明构件，用大写字母标出运动副。其中活动构件共有9个，活动构件n=9-1-1个，低副有A、B、C（2个）、D、E、I、J、K，即P1=9个，F是虚约束，G是局部自由度，都不应计入低副。G处有一个高副，Ph=1.n则机构的自由度F为： F=3n-2P1-Ph=37-29-1=2n所以机构的自由度大于1，而自由度等于原动件。 故平面机构具有确定的相对运动。40【能力训练】返回目录411问题提出问题提出 返回目录画出图1-13简易冲床机构运动示意图，然后计算机构的自由度，并判别机构是否有确定的相对运动。图图1-13简易冲床简易冲床422解决方案解决方案 返回目录 在图1-13中用数字表明构件，其中构件1凸轮是原动件，构件4是机架，共有N=4个构件，活动构件n=N-1=3个。 （点击看图或藏图) 用大写字母标出运动副，有PL=4个低副（即A、C、D和E处），有PH=1个高副（即B处）。（3）为了清楚表达机构，选择平行于齿轮端面的平面为视图平面，选择机构运动到图1-13所示位置时刻为作图位置，画出机构的运动示意图，如图1-14。 （点击看图或藏图)（4）计算机构的自由度：F=3n-2Pl-Ph=33-24-1=0（5）结论：由于机构的自由度小于1，且自由度数不等于原动件的个数，