第章机械系统的运动简图设计

机械系统的运动(yùndòng)简图设计第一章第一页，共四十八页。一.机械系统(machinerysystem)

原动机传动装置工作(gōngzuò)机构（执行机构）——给机械系统提供(tígōng)动力。——将原动机的动力和运动传递给执行机构的中间(zhōngjiān)装置。（1）减速或增速；（2）变速；（3）传递动力；（4）改变运动规律；（5）实现多路运动；——利用机械能来进行生产或达到预定要求的装置。操纵控制装置——操纵及控制机械系统各组成部分协调动作。它的功能：第二页，共四十八页。传动系统带式运输机联轴器联轴器减速器电动机运输带——工作(gōngzuò)机—原动机第三页，共四十八页。联轴器联轴器电动机减速器带式运输机传动(chuándòng)简图传动系统原动机工作机带式运输机DF

v二.机械系统运动(yùndòng)简图(machinerysystemkineticsketch)机械系统的运动简图是用规定(guīdìng)的符号，绘出能准确表达出机构各构件之间的相对关系及运动特征的简单图形。第四页，共四十八页。内燃机曲柄(qūbǐng)滑块机构简图汽缸体活塞连杆曲轴F三.平面(píngmiàn)机构运动简图(planarmechanismkinematicsketch)平面(píngmiàn)机构(planarmechanism)——所有构件都在同一平面或平行平面内运动的机构。如：内燃机中的曲柄滑块机构。齿轮机构简图或第五页，共四十八页。1）运动(yùndòng)副及其分类四．本章主要内容、重点(zhòngdiǎn)及难点3）平面机构自由度计算及机构具有(jùyǒu)确定运动的条件2）平面机构的运动简图及其绘制主要内容重点——平面机构自由度计算及机构具有确定运动的条件难点机构运动简图绘制有虚约束的机构自由度计算第六页，共四十八页。§1-1运动(yùndòng)副及其分类一.

运动副(kineticpair)——机构中由两构件直接接触的具有(jùyǒu)一定相对运动的可动联接。如：内燃机中活塞(huósāi)2与气缸体1（相对移动）连杆3与活塞2（相对转动）连杆3与曲轴4（相对转动）曲轴4与缸体1（相对转动）组成可动连接。相对移动相对转动第七页，共四十八页。移动(yídòng)副转动(zhuàndòng)副齿轮(chǐlún)副凸轮副低副：面接触的运动副高副：点、线接触的运动副二.

运动副的分类低副(lowpair)高副(highpair)（1）根据运动副中构件间的接触形式分：第八页，共四十八页。21球面(qiúmiàn)副球销副空间(kōngjiān)运动副螺旋(luóxuán)副平面运动副空间运动副（2）根据构件间的相对运动分：第九页，共四十八页。§1-2平面机构(jīgòu)运动简图

机构(jīgòu)运动简图(kinematicsketch)——

是用规定的符号，绘出的能准确表达机构各构件之间的相对运动关系及运动特征的简单图形，称为机构运动简图。(即：用线条和简单图形代表构件，用规定符号代表运动副，按比例作出的图形）。内燃机中由汽缸体、活塞、连杆和曲轴组成的曲轴滑块机构。一．机构构件(gòujiàn)分类机架（或固定构件）——内燃机的汽缸体活动构件——除机架外的所有可动构件。如活塞、连杆、曲轴及齿轮等。组成机构的构件可分为两大类：第十页，共四十八页。内燃机曲柄(qūbǐng)滑块机构运动简图汽缸体活塞连杆曲轴F第十一页，共四十八页。内燃机结构(jiégòu)分析1.汽缸体2.活塞3.

连杆4.曲轴5.齿轮6.齿轮7.凸轮8.推杆原动件：运动规律已知的活动(huódòng)构件。（内燃机中的活塞2）主动(zhǔdòng)件：作用有驱动力或驱动力矩的活动构件。（活塞2

、齿轮5、凸轮7）输出件：输出运动或动力的从动件。（曲轴4、推杆8

）活动构件从动件：机构中随主动件的运动而运动的其余活动构件（如连杆3、曲轴4、齿轮6、推杆8

）第十二页，共四十八页。121221212112二．常用机构运动(yùndòng)简图的表示符号一）运动(yùndòng)副的表示符号转动(zhuàndòng)副的符号移动副的符号高副的符号第十三页，共四十八页。三副(sānfù)构件（活动构件）两副构件(gòujiàn)（活动构件）固定(gùdìng)构件注意：固定构件用带有阴影线构件表示二）构件的表示符号第十四页，共四十八页。齿轮(chǐlún)机构凸轮(tūlún)机构齿轮(chǐlún)机构表示符号凸轮机构表示符号三）常用机构运动简图符号第十五页，共四十八页。电动机带传动链传动锥齿轮机构蜗杆蜗轮传动第十六页，共四十八页。1）分析内燃机的机构组成：主运动机构：由气缸体1、活塞2、连杆3、曲轴(qūzhóu)4组成其他机构：齿轮机构（齿轮5、齿轮6），凸轮机构（凸轮7、推杆8）固定(gùdìng)件:气缸体12）根据机构的运动情况，判别(pànbié)固定件、原动件和从动件例1-1绘制内燃机的机构运动简图凸轮7、推杆81.汽缸体2.活塞3.

连杆4.曲轴5.齿轮6.齿轮7.凸轮8.推杆解：1．分析机构的运动，判别固定件、原动件和从动件原动件:活塞2连杆3、曲轴4齿轮5、6从动件三.平面机构运动简图绘制——举例说明第十七页，共四十八页。2．从原动件开始，按运动传递顺序，分析各构件之间相对运动(xiānɡduìyùndònɡ)的性质、确定运动副的种类和数目。

2个移动(yídòng)副——2和1、8和1；

4个转动(zhuàndòng)副——2和3、3和4、5和1、6和1；

2个高

副——5和6、7和8。

该机构

1.汽缸体2.活塞3.

连杆4.曲轴5.齿轮7.凸轮8.推杆6.齿轮第十八页，共四十八页。3．合理选择视图平面（选机构的主运动平面及其平行平面）和适当的机构运动瞬时(shùnshí)位置（图示位置）4．选择适当的长度比例尺μl定出运动副之间的相对位置，用规定(guīdìng)的符号绘制机构运动简图。12344'55'6CABDEF第十九页，共四十八页。例1-2绘制(huìzhì)颚式破碎机机构运动简图颚式破碎机的组成(zǔchénɡ)情况4.肘板3.动颚板5.带轮2.偏心轴1.机架解：1．颚式破碎机的结构(jiégòu)分析第二十页，共四十八页。

颚式破碎机的主运动机构由：机架1、偏心轴2（与带轮5固连在一起）、动颚板3和肘板4组成(zǔchénɡ)。动颚板3在偏心轴驱动下作平面运动，将堆放在动颚板与定颚板之间的矿石压碎。2．分析机构的运动(yùndòng)，判别固定件、原动件和从动件1）机构的运动(yùndòng)情况分析颚式破碎机4.肘板3.动颚板1.机架5.带轮2.偏心轴第二十一页，共四十八页。固定(gùdìng)件——机架1原动件——偏心轴2从动件——动颚板3、肘板42）判别4.肘板1.机架2.偏心轴5.带轮3.动颚板3．从原动件开始，按运动传递顺序，分析各构件之间相对运动的性质、确定运动副的种类和数目。因机构(jīgòu)各构件之间的相对运动均为转动，故组成4个转动副，即：转动副A、B、C、D，其中A和D为固定铰链，B、C为活动铰链第二十二页，共四十八页。4．合理选择视图平面（一般选机构的运动平面或者与运动平面平行的平面），适当的机构的运动瞬时位置（以能够清楚反映(fǎnyìng)出各构件之间相对位置关系为原则）5．选择适当的长度比例尺μl=，定出运动副之间的相对位置，用规定的符号绘制机构运动简图。第二十三页，共四十八页。1）确定固定铰链A和D：先定A点位置→→根据D点相对于A点的坐标和长度比例尺μl

定出D点；

2）确定活动铰链B的位置：以A点为圆心，偏心距e/μl（即lAB/μl）为半径画圆，在其圆周上确定一适当的运动瞬时位置B；

3）确定活动铰链C的位置：分别以B、D点为圆心，lBC/μl

、lCD/μl

为半径画弧相交于C点；

4）用规定(guīdìng)的构件符号连接各点，所形成的简单图形即为颚式破碎机的主运动机构。鄂式破碎机机构运动简图3D12BA1C4鄂式破碎机机构(jīgòu)运动简图绘制步骤：第二十四页，共四十八页。§1－3平面机构(jīgòu)自由度（DegreesofFreedom）的计算一、构件(gòujiàn)的自由度与约束yxθ(x,y)

构件独立运动的数目(shùmù)称为构件自由度；

对构件运动的限制作用称为约束。（运动副）。自由度的减少数=约束数

作平面运动的刚体在平面的位置需要三个独立的参数（x，y,θ）才能唯一确定。n个自由构件的自由度？第二十五页，共四十八页。yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2θ运动(yùndòng)副自由度数约束数回转副1（θ）+2（x，y）=3移动(yídòng)副1（x）+2（y，θ）=3结论(jiélùn)：构件自由度＝3－约束数高副2（x,θ）+1（y）=3＝自由构件的自由度数－约束数自由构件的自由度数第二十六页，共四十八页。活动(huódòng)构件数

n

计算公式：F=3n－(2Pl+Ph)

（记）构件(gòujiàn)总自由度

低副约束(yuēshù)数

高副约束数

3×n2×Pl1

×Ph推广到一般：

开式运动链闭式运动链机构闭式运动链:每个构件均与两个或多个构件形成运动副运动链:运动副联接而成的可动构件系统开式运动链:至少有一个构件只与一个构件形成运动副第二十七页，共四十八页。二.机构自由度

机构独立运动的数目(shùmù)称为机构的自由度。l4l1l2l3w1j1解：活动(huódòng)构件数n=3低副数Pl=4F=3n－2Pl－Ph=3×3－2×4=1=原动件数(jiànshù)高副数Ph=0计算上述机构的自由度：解：活动构件数n=

2低副数Pl=

3

高副数Ph=0

F=3n－2Pl－Ph=3×2-2×3=0第二十八页，共四十八页。解：活动(huódòng)构件数n=4低副数Pl=5F=3n－2Pl－Ph=3×4－2×5=2高副数Ph=0n=2Pl=2F=3n－2Pl－Ph

=3×2－

2×2－1=1Ph=1第二十九页，共四十八页。F=3n-2pl-ph

=3×7-2×10-0=1

＝原动件数(jiànshù)12634578

机构具有(jùyǒu)确定运动的条：机构(jīgòu)的原动件数目=机构的自由度数目第三十页，共四十八页。n=4Pl=5Ph=0F=3n－2Pl－Ph

=3×4－

2×5=2312321？（6）（6）（0）第三十一页，共四十八页。四、计算(jìsuàn)机构自由度时应注意的事项1.复合铰链(MultipleJoint)

由两个以上构件(gòujiàn)在同一处构成的重合转动副称为复合铰链。31824567F=3n-2pl-ph

=3×7-2×10-0=1第三十二页，共四十八页。F=3n-2pl-ph

=3×3-2×3-1=2F

=3×2-2×2-1=12.局部(júbù)自由度(PassiveDegreeofFreedom)

处理方式(fāngshì)：在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计。不影响机构整体运动(yùndòng)的自由度，称为局部自由度。第三十三页，共四十八页。已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形机构的自由度。

解：n=4，Pl=6，F=3n－2Pl

－Ph

=3×4－2×6=0Ph=01234ABCDEF第三十四页，共四十八页。3.虚约束(yuēshù)(Redundant

constraint)－－对机构的运动不起限制作用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。∵FE＝AB＝CD，故增加(zēngjiā)构件4前后E点的轨迹都是圆弧，增加的约束不起作用，应去掉构件4。1234ABCDEF重新(chóngxīn)计算：n=3,Pl=4,Ph=0F=3n－2Pl

－Ph

=3×3－2×4=1特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：AB＝CD＝EF第三十五页，共四十八页。常见的虚约束有以下(yǐxià)几种情况:1)当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。EE'带虚约束的凸轮(tūlún)机构第三十六页，共四十八页。带虚约束(yuēshù)的曲轴2)当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个转动副起作用，其余(qíyú)转动副都是虚约束。第三十七页，共四十八页。3)如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此时若用具有两个(liǎnɡɡè)转动副的附加构件来连接这两个(liǎnɡɡè)点，则将会引入一个虚约束。F=3n-2pl-ph=3*4-2*6=0

???带虚约束的杆机构=3*3-2*4=1

第三十八页，共四十八页。4)机构中对运动起重复限制作用的对称(duìchèn)部分也往往会引入虚约束。带虚约束的行星轮系2'2"231F=3n-2pl-ph=3*5-2*5-6=-1

???21=3*3-2*3-2=14第三十九页，共四十八页。５）两构件构成高副，两处接触(jiēchù)，且法线重合。W注意(zhùyì)：法线不重合时，变成实际约束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A第四十页，共四十八页。虚约束的本质(běnzhì)是什么?

从运动(yùndòng)的角度看,虚约束就是“重复的约束”或者是“多余的约束”。22'32"1CB311DMN245AEE'第四十一页，共四十八页。a.使受力状态更合理；

b.使机构平衡；

c.考虑机构在特殊位置的运动．使用虚约束时要注意什么问题(wèntí)?

保证满足虚约束存在的几何条件，在机械设计中使用虚约束时，机械制造的精度要提高。机构(jīgòu)中为什么要使用虚约束?第四十二页，共四十八页。[例1]找出图示直线机构中的复合(fùhé)铰链

F=37–210=1[例2]

F=37–210=1机构具有(jùyǒu)确定运动,因为主动件数等于机构自由度数F。直线(zhíxiàn)机构复合铰链A2CB13DE5647压缩机机构计算图示压缩机机构的自由度F复合铰链15632874ACBFED复合铰链第四十三页，共四十八页。EABCDOFGH

机构具有确定运动(yùndòng),因为主动件数等于机构自由度数F。[例]虚约束局部自由度F=36–28–1=1F=3n–2Pl–Ph第四十四页，共四十八页。[例]

部分图示油泵机构中，1为曲柄，2为活塞杆，3为转块，4