《机械设计基础》项目一

机械设计基础作业布置

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1—机架；2—偏心轴；3—动颚；4—肘板

颚式破碎机的结构图【解】可按照以下步骤绘制颚式破碎机的机构运动简图。（1）（2）（3）-（4）（5）例1-1（1）分析机构的组成和运动情况首先确定机构中的机架、主动件和从动件，然后从主动件开始，按照运动传递的顺序分析运动的传递情况由图可知，颚式破碎机的主体机构由机架1、偏心轴2、动颚3、肘板4等4个构件组成偏心轴2是主动件，动颚3和肘板4都是从动件偏心轴2在与它固连的带轮的带动下绕轴线A转动，驱使动颚3做平面运动，从而将矿石轧碎二、平面机构运动简图的含义和绘制方法（二）绘制机构运动简图的方法同步例题绘制颚式破碎机的机构运动简图

1—机架；2—偏心轴；3—动颚；4—肘板

颚式破碎机的结构图（1）（2）（3）-（4）（5）例1-1（2）确定运动副的类型和数量从主动件开始，按照运动传递的顺序分析各构件之间相对运动的性质，从而确定运动副的类型和数量偏心轴2与机架1之间为面接触，偏心轴2绕轴线A转动，故构件1、2组成转动副；偏心轴2绕轴线B转动时带动动颚3上下运动，故构件2、3组成转动副；动颚3上下运动时，肘板4绕轴线C转动，故构件3、4组成转动副；肘板4在绕轴线C转动时，也会绕轴线D转动，故构件4与机架1组成转动副二、平面机构运动简图的含义和绘制方法（二）绘制机构运动简图的方法同步例题

1—机架；2—偏心轴；3—动颚；4—肘板

颚式破碎机的结构图（续表）（1）（2）（3）-（4）（5）例1-1（3）选择投影面为了能清楚地表明各构件间的相对运动关系，通常选择平行于机构中多数构件所在的运动平面为投影面本题选择图中所示的平面为投影面（4）选择瞬时位置选择能充分反映机构运动特性的瞬时位置，在此瞬时位置，不能出现构件相互重叠或交叉的现象本题选择图中所示的位置为瞬时位置二、平面机构运动简图的含义和绘制方法（二）绘制机构运动简图的方法同步例题

颚式破碎机的结构图

1—机架；2—偏心轴；3—动颚；4—肘板（续表）（1）（2）（3）-（4）（5）例1-1（5）选择适当的比例尺并绘图首先根据构件的实际尺寸和图纸大小确定适当的比例尺，然后按照各构件的长度和运动副间的相对位置，用规定的线条和符号绘制机构运动简图根据结构图确定各运动副中心的相对位置，用规定的线条和符号绘制各个构件和运动副，然后为机架画上表示固定含义的斜线，并在偏心轴2上标出指示运动方向的箭头，如机构运动运动简图所示二、平面机构运动简图的含义和绘制方法（二）绘制机构运动简图的方法同步例题

1—机架；2—偏心轴；3—动颚；4—肘板

颚式破碎机的结构图机构运动简图（续表）（1）（2）（3）-（4）（5）例1-1二、平面机构运动简图的含义和绘制方法课堂活动图中为手摇抽水泵的结构图。已知，，请绘制手摇抽水泵的机构运动简图。手摇抽水泵的结构图任务实施绘制单缸活塞式内燃机的机构运动简图内燃机是一种通过使燃料在发动机气缸内燃烧，并将燃烧放出的热能直接转换为动能的动力机械。内燃机有很多种类，其中，活塞式内燃机的应用最为广泛。任务实施绘制单缸活塞式内燃机的机构运动简图活塞式内燃机的工作原理如下：燃料和空气混合并在气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温、高压燃气，燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。任务实施绘制单缸活塞式内燃机的机构运动简图请根据图中所示的单缸活塞式内燃机，绘制其机构运动简图。单缸活塞式内燃机机架（缸体）曲轴连杆活塞进气阀排气阀推杆凸轮齿轮任务实施绘制单缸活塞式内燃机的机构运动简图（1）按照如下步骤绘制单缸活塞式内燃机的机构运动简图：①分析机构的组成和运动情况；②确定运动副的类型和数量；③选择投影面；④选择瞬时位置；⑤选择适当的比例尺并绘图。【实施流程】任务实施绘制单缸活塞式内燃机的机构运动简图（2）将绘制过程记录下来并提交给老师。要求写出绘制单缸活塞式内燃机机构运动简图的具体步骤，并画出规范的机构运动简图。（3）老师对学生提交的作业进行点评。【实施流程】课堂训练在学习完本节内容之后，请你简述平面机构运动简图的含义和绘制方法？课堂小结绘制平面机构运动简图运动副平面机构运动简图的含义和绘制方法任务二计算平面机构自由度任务引入通过预习，小王知道在平面机构的设计过程中，应根据实际需求确定平面机构的自由度，并且为了使构件能够产生确定的相对运动，机构的自由度应与主动件的数量相等。点击跳过案例任务引入但在实际应用中，机构的自由度通常与主动件的数量不相等。点击跳过案例任务引入例如，对于需要实现复杂运动的机构，往往通过增加机构的自由度来提高机构的灵活性；对于一些有高精度要求的机构，则往往通过减少外部约束和减小摩擦力来提高机构的稳定性。点击跳过案例任务引入那么，该如何计算平面机构的自由度？在计算平面机构自由度时，应注意哪些事项？点击跳过案例任务引入学习本任务的相关知识后，请你帮助小王解开疑惑。点击跳过案例一、自由度和约束在直角坐标系中，构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为构件的自由度。一个在空间内处于自由状态的构件，具有6个独立运动的参数，即沿三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动，因此其自由度为6。一、自由度和约束一个在平面内处于自由状态的构件，仅有3个独立运动的参数，即沿x轴、y轴的移动和绕垂直于xOy平面的轴的转动，因此其自由度为3。两个构件通过运动副连接以后，相对运动受到限制，自由度减少。运动副限制构件独立运动的作用称为约束。二、平面机构自由度的计算公式在转动副中，转动副约束了构件沿两个轴向移动的自由度，只保留了构件绕与平面垂直的轴线转动的自由度在移动副中，移动副约束了构件沿一个轴向移动的自由度和绕与平面垂直的轴线转动的自由度，只保留了沿另一个轴向移动的自由度如果一个平面机构中包含n

个可动构件，未用运动副连接之前，这些构件的自由度总数为3n；用运动副连接之后，这些构件的自由度将发生变化。转动副移动副二、平面机构自由度的计算公式在齿轮副、凸轮副中，高副只约束构件沿接触处公法线n-n

方向移动的自由度，保留了构件转动和沿公切线t-t

方向移动两个自由度如果一个平面机构中包含n

个可动构件，未用运动副连接之前，这些构件的自由度总数为3n；用运动副连接之后，这些构件的自由度将发生变化。齿轮副凸轮副（续表）二、平面机构自由度的计算公式由此可知，在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度；而每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。因此，若机构中有个低副和个高副，则这些运动副引入的约束数为。于是，平面机构的自由度F可表示为（1-1）三、计算平面机构自由度的注意事项在计算平面机构自由度时，应注意复合铰链局部自由度虚约束机构中是否存在三、计算平面机构自由度的注意事项（一）复合铰链由三个或更多个构件组成的两个或更多个共轴线的转动副称为复合铰链。（a）惯性筛的机构运动简图复合铰链（b）复合铰链惯性筛机构三、计算平面机构自由度的注意事项图（a）为惯性筛的机构运动简图，由图可知，构件2、3、4通过同一根轴在C处汇交成复合铰链。由图（b）可知，三个构件组成的复合铰链包含两个转动副。以此类推，k个构件汇交成的复合铰链包含k-1个转动副。（一）复合铰链（a）惯性筛的机构运动简图（b）复合铰链三、计算平面机构自由度的注意事项同步例题【解】由图（a）可知，惯性筛机构中有5个构件，即n=5。构件1在A、B处分别形成一个转动副，构件2在B处形成一个转动副，构件4在E

处形成一个转动副，构件5在地面移动形成一个移动副，构件2、3、4在C

处汇交成复合铰链，包含两个转动副。【例1-2】试计算图（a）所示惯性筛机构的自由度。请绘制颚式破碎机的机构运动简图。（a）惯性筛的机构运动简图三、计算平面机构自由度的注意事项同步例题【例1-2】试计算图（a）所示惯性筛机构的自由度。请绘制颚式破碎机的机构运动简图。【解】因此，惯性筛机构共有6个转动副和1个移动副，即。该机构中不存在高副，故。则该机构的自由度为（a）惯性筛的机构运动简图三、计算平面机构自由度的注意事项不影响机构输出与输入运动关系的个别构件的独立运动自由度称为局部自由度。在计算平面机构的自由度时，应将局部自由度除去。（二）局部自由度三、计算平面机构自由度的注意事项同步例题【解】在凸轮机构中，主动件凸轮1沿逆时针方向转动，通过滚子2使从动件3在导路中往复移动。显然，滚子2绕其自身轴线B的转动并不影响凸轮1与从动件3间的相对运动，因此滚子2绕其自身轴线B的转动为局部自由度。【例1-3】计算图（a）所示凸轮机构的自由度。1—凸轮；2—滚子；3—从动件局部自由度三、计算平面机构自由度的注意事项同步例题【解】在计算机构的自由度时，可将滚子2与从动件3固连在一起，作为一个构件来考虑，如图（b）所示。故在该机构中，n=2，，。则机构的自由度为【例1-3】计算图（a）所示凸轮机构的自由度。1—凸轮；2—滚子；3—从动件局部自由度三、计算平面机构自由度的注意事项在运动副引入的约束中，与其他约束重复而不限制机构运动的约束称为虚约束。在计算平面机构的自由度时，应将虚约束除去。（三）虚约束三、计算平面机构自由度的注意事项（三）虚约束平面机构中存在虚约束的情况如下：（1）两构件间形成多个导路平行或重合的移动副。例如，图中的推杆与机架之间组成两个导路方向平行的移动副，其中之一为虚约束。单缸活塞式内燃机机架（缸体）曲轴连杆活塞进气阀排气阀推杆凸轮齿轮三、计算平面机构自由度的注意事项（三）虚约束平面机构中存在虚约束的情况如下：（2）两构件组成多个轴线重合的转动副。例如，图中的机架1与转轴2在A、B两处组成两个转动副，其中之一为虚约束。轴线重合时的虚约束机架转轴三、计算平面机构自由度的注意事项（三）虚约束平面机构中存在虚约束的情况如下：（3）两构件上连接点的运动轨迹互相重合。例如，在图所示的机车车轮联动机构中，将构件3与该机构在点C处断开连接，可发现，构件3上点C的运动轨迹与构件2上点C的运动轨迹重合，故该机构中存在虚约束。机车车轮联动机构机车车轮联动机构三、计算平面机构自由度的注意事项（三）虚约束平面机构中存在虚约束的情况如下：（4）机构中存在对运动不起作用的对称部分。例如，在图所示的轮系中，只需要齿轮2转动便可传递运动，但是为了提高承载能力并使机构受力均匀，此轮系采用了三个完全相同且均匀分布的齿轮，此时齿轮和引入的约束均为虚约束。结构对称时的虚约束中心齿轮齿轮齿轮齿轮三、计算平面机构自由度的注意事项同步例题（a）（b）筛料机构【例1-4】计算图（a）所示筛料机构的自由度。【解】在图（a）中，滚子G有局部自由度。顶杆DG与机架在E处和处形成两个导路重合的移动副，其中一个为虚约束。C处为复合铰链。去掉局部自由度和虚约束后，可将图（a）转化为图（b）。三、计算平面机构自由度的注意事项同步例题（a）（b）筛料机构【例1-4】计算图（a）所示筛料机构的自由度。【解】由图（b）可知，，则筛料机构的自由度为此筛料机构的自由度为2，有两个主动构件（构件1和5）。四、平面机构具有确定运动的条件平面三杆构件组合体图中所示的平面三杆构件组合体的自由度。这表明该组合体中各构件间无相对运动。由此可知，机构能够运动的首要条件是其自由度必须大于零。四、平面机构具有确定运动的条件但自由度大于零只能说明机构能够运动，并不能说明机构有确定的运动。例如，在图（a）中，五杆铰链构件组合体的自由度。若构件1为主动件，当其绕点A

逆时针转动且处于AB

位置时，构件2、3、4可处于实线位置，也可以处于双点画线位置，即这三个构件的运动是不确定的。（a）五杆铰链构件组合体四、平面机构具有确定运动的条件若构件1和4为主动件，当构件1和构件4分别绕点A

和点E转动时，构件2和构件3的运动就能完全确定，如图（b）所示。（b）五杆铰链构件组合体综上所述，平面机构具有确定运动的条件为：①F>0；②F

等于机构中主动件的个数。五杆铰链构件组合体任务实施计算冲压机构的自由度图中所示为冲压机构的机构运动简图，计算该机构的自由度，并判断其运动是否确定。冲压机构的机构运动简图【实施流程】（1）按照以下步骤计算冲压机构的自由度：①判断机构中有多少个活动构件；②找出机构中的复合铰链、局部自由度和虚约束；③确定低副和高副的数目；④按式计算自由度。任务实施