机械零部件设计 第2版 课件 学习情境二 任务2.2绘制平面机构运动简图与计算自由度

《机械零部件设计》

情境二

设计

内燃机中的常用机构

1、了解内燃机的组成及工作原理，学会进行内燃机结构分析。2、掌握平面机构运动简图绘制与自由度计算。3、掌握平面连杆机构的设计。4、掌握凸轮机构设计。5、培养学生分析和解决工程实际问题的能力，勇于创新、敬业乐业的工作作风和良好的职业道德以及团队协作精神。学习目标任务二任务三任务四任务一工作任务内燃机的结构分析平面机构运动简图绘制与自由度计算平面连杆机的设计凸轮机构设计任务二平面机构运动简图绘制与自由度计算工作任务1、掌握平面机构运动副的概念；2、学会平面机构运动简图的绘制；3、掌握平面机构自由度的概念，学会平面机构自由度的计算方法和机构运动确定性的判定方法。学习目标1、完成学习情境（二）工作任务单中的问题：（1）什么是高副？什么是低副？在平面机构中高副和低副各引入几个约束？（2）什么是机构运动简图？绘制机构运动简图的步骤？（3）什么是机构的自由度？计算自由度应注意那些问题？（4）机构具有确定运动的条件是什么？若不满足这一条件，机构会出现什么情况？2、完成内燃机机构运动简图的绘制；3、计算内燃机主体机构的自由度。任务书1、平面机构的运动副；2、平面机构运动简图；3、平面机构的自由度概念；4、平面机构的自由度计算；5、平面机构具有确定运动的条件。主要内容1．平面运动副的定义两个构件或两个以上构件直接接触，并且构件之间能产生一定形式的相对运动的可动联接称为运动副。若运动副只允许两构件在同一平面或相互平行平面上做相对运动，则称该运动副为平面运动副。一、运动副及其分类2．平面运动副的分类根据运动副中两构件接触方式的不同，平面运动副分为低副和高副。两构件通过面接触组成的运动副称为低副，包括转动副和移动副。两构件通过点或线接触构成的运动副称为高副，包括凸轮副和齿轮副。一、运动副及其分类1）转动副若运动副只允许两个构件作相对转动，则称该运动副为转动副，也称铰链。（１）低副2）移动副若运动副只允许两个构件沿某一直线做相对移动，则称该运动副为移动副。（１）低副1）齿轮副：两个齿轮接触形成的运动副称为齿轮副。（2）高副2）凸轮副：与凸轮表面接触所形成的运动副称为凸轮副。（2）高副1.平面机构运动简图的概念

所有构件都只能在相互平行的平面上运动的机构称为平面机构。为了便于研究机构的运动，将机构中那些与运动无关的实际外形和具体结构略去，只用一些简单线条表示构件、用简单的规定符号表示运动副的类型，按一定比例确定出各运动副的相对位置及与运动有关的尺寸。这种表示机构各构件间相对运动关系的简单图形称为机构运动简图。若不按比例绘制，则称为机构运动示意图。二、平面机构运动简图的绘制2.构件的分类

（1）机架：机构中相对固定的构件称为机架，它的作用是支承运动构件。（2）主动件：给定运动规律的构件称为主动件，一般主动件与机架相连。（3）从动件：机构中除主动件以外的全部活动件都称为从动件。二、平面机构运动简图的绘制3.绘制机构运动简图的目的1）用来分析现有机器能够了解机器由哪些构件、哪些机构组成的，还能根据这些机构的运动性能知晓其工作特点。甚至能预知其容易发生故障的部位，进而能正确操作、使用与维护。二、平面机构运动简图的绘制简易冲床1.主动轮2.凸轮3.杠杆4.冲头5.机架2）用来设计构思新机器设计任何一部新机器，首先要根据工作要求，进行设计构思，即拟定各种可能的不同设计方案，制作出机构运动简图（或者示意图），经过比较从中选出最佳设计方案。一开始就进行机器的结构设计，绘制零部件的工作图是不可能的，也是不必要的。二、平面机构运动简图的绘制4.平面机构运动简图的绘制1）绘制简图的比例尺及机构要素的符号绘制机构运动简图的比例尺μl为

μl=实际长度(mm)

图示长度(mm)

二、平面机构运动简图的绘制2）绘制平面机构运动简图的步骤（1）分析机构的构造和运动情况，搞清楚该机构是由多少个构件组成，各构件之间用何种运动副连接。（2）选择合适的①比例尺，②机构位置，③投影面。（3）按照机构运动简图的定义绘图，即用简单线条和规定符号分别表示构件和运动副，按比例确定各运动副之间的位置，用简单图形把机构运动情况反映出来。★图中各运动副顺次标以大写英文字母，各构件标以阿拉伯数字，用箭头标明主动件。二、平面机构运动简图的绘制机构运动简图符号绘制平面机构运动简图实例试绘制图示的自动卸货机构的运动简图。绘制平面机构运动简图实例试绘制下图所示颚式破碎机的机构运动简图。电机皮带曲轴动颚板肘板其运动传递为：绘制平面机构运动简图实例训练：绘制内燃机的机构运动简图训练：绘制内燃机的机构运动简图三、平面机构自由度的计算1、构件的自由度所谓构件的自由度，是指构件可能作的独立运动个数。一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。自由构件三、平面机构自由度的计算2、运动副的约束

2、运动副的约束平面低副的约束为2：

在低副中，十分显然转动副和移动副分别限制了构件的两个自由度（即两个移动或一个移动和一个转动），也就是说使机构减少了两个自由度；平面高副的约束为1：在高副中，只限制了两个构件沿接触点公法线方向的移动，也就是说构件减少了一个自由度。三、平面机构自由度的计算三、平面机构自由度的计算3、平面机构自由度的计算

平面机构可能做的独立运动个数称为平面机构的自由度。

设一个平面机构由N个构件组成，其中必有一个构件是机架，因机架为固定件，其自由度为零，故活动构件数n=N－1。这

n个活动构件在没有通过运动副连接时，共有3n个自由度，当用运动副将构件连接起来组成机构之后，其自由度就要减少。当引入一个低副，自由度就减少两个；当引入一个高副，自由度就减少一个。若机构中有PL个低副和PH个高副，则共减少2PL+PH个自由度。于是，平面机构的自由度F为

F=3n-2PL-PH[例]计算右图所示机构的自由度解：该图中总构件数N为6，转动副数为5，移动副数为2，没有高副。所以n=5，PL=7,PH=0，则自由度为：F=3n-2PL-PH=3×5-2×7-0=1机构自由度计算实例

机构具有确定运动的条件是：机构原动件的数目W应等于机构的自由度F，即W=F>0如果F与W不相等，则1）若F=0，则机构不能做独立运动，不能动；

2）若F<0，机构蜕变为刚性桁架，超静定，不能动；

3）若W>F，机构按动力较大的原动件的运动规律运动，发生运动干涉，机构的薄弱处可能遭到破坏。

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