大学机械设计基础《平面机构的运动简图》教学课件

机械设计基础平面机构的运动简图机械设计基础·第二章授课时间：2026年课程导览01认知基础机构、构件与运动副的基本概念02符号规范运动副与构件的国标表示方法03绘制方法机构运动简图的绘制步骤04实例演练典型机构简图绘制示范05检验应用自由度计算与运动确定性判断认知基础认识机构，从构件与运动副开始厘清机构、构件与运动副的基本概念01机构是最小运动单元组合建立机构与构件的基本定义，明确运动单元与制造单元的区别在此基础上能实现能量转换或完成有用功，则称为机器零件是制造单元，构件是运动单元，二者不可混为一谈机构由具有确定相对运动的构件组合而成用于传递运动或动力构件机构中的最小运动单元可由一个或多个零件刚性连接组成零件制造单元与构件不可混为一谈01人为的实物组合02各单元之间具有确定的相对运动机构由三类构件组成从动件不能独立运动只有原动件才能独立运动机构=原动件+从动件+机架机架固定不动的构件支承活动构件相对于参考系静止原动件又称主动件动力所作用的构件运动规律已知，是输入构件从动件随原动件运动而运动的其余构件又称输出构件运动副是构件的可动联接自行车车轮与轴的连接、变速器中的齿轮啮合，都构成运动副两构件上参与接触的点、线、面称为运动副元素运动副是使两构件直接接触，并能产生一定相对运动的联接低副接触方式：面接触特征：压强低、承载能力强高副接触方式：点或线接触特征：压强大、易磨损，能传递较复杂运动低副分为转动副与移动副转动副与移动副——低副的两种基本形态转动副2项别名又称回转副、铰链运动特征两构件只能在一个平面内作相对转动移动副2项运动特征两构件只能沿某一直线作相对移动实例如火车车厢沿铁轨运动|-----------##低副分为转动副与移动副运动副类型接触形式引入约束数保留自由度低副面接触21高副点线接触12高副与空间运动副补充高副及空间运动副知识，明确本课研究范围限于平面机构高副定义两构件通过点或线接触组成的运动副实例凸轮与从动件、轮齿啮合、车轮与钢轨均构成高副特性高副承载能力差，但能传递较复杂的运动空间运动副2项类型螺旋副、球面副等均属于空间运动副本课范围本课研究的平面机构，所有构件都在同一平面或相互平行的平面内运动符号规范符号是简图的通用语言掌握运动副与构件的国标表示方法02简图是机构的抽象几何模型机构运动简图：用简单线条和标准符号表示构件与运动副，并按比例绘制各运动副相对位置的图形简图忽略构件外形、截面尺寸和具体结构等非运动要素，只保留运动副类型、相对位置及关键尺寸，与实际机构具有完全相同的运动特性。简图的作用：表示结构与运动、支撑分析、判断创新表示结构和运动情况表示机构的结构和运动情况分析的基础作为运动分析和动力分析的基础判断创新判断机构是否为创新机构简图与示意图的区别在比例关键区别在于是否按比例绘制机构运动简图绘制要求必须按比例绘制表达方式线条代表构件，规定符号代表运动副用途可直接量取尺寸，进行速度、加速度等精确运动分析机构示意图绘制要求不要求严格比例表达方式只说明运动状态或构件相互关系用途只能定性分析或展示结构原理，不能作精确计算转动副用小圆圈表示转动副3项小圆圈表示用小圆圈表示，小圆的圆心必须与回转轴线重合机架表示带阴影斜线的构件表示机架铰链活动性固定铰链的一构件固定，活动铰链两构件均活动移动副2项滑块与导路表示用滑块与导路表示，导路方向必须与相对移动方向一致不同形式可分为滑块、导槽、导杆等不同形式高副与构件的表示方法须表示出接触处的曲线形状，其曲率中心与实际轮廓相同常见形式有凸轮副、齿轮副构件的表示刚性构件用直线或矩形表示，多杆构件用多条直线组合表示画构件时应撇开构件的实际外形，只考虑运动副的性质同一构件在多处与其他构件以转动副相连时，应在两线相交处涂黑或画斜线三副构件的表示规范“一个构件可同时含转动副与移动副，需按实际连接关系标注。”规范多副构件的表示方法，解决构件识别与连接的歧义问题双副构件一个构件与两个外副相连，如参与两个转动副的构件。三副构件一个构件与三个外副相连，常用三角形表示组成三个转动副的构件。为表明三角形是单一构件，常在三角形内加剖面线或在三个内角涂以焊缝标记。三个转动副中心在一条直线上时，也用直线表示。绘制方法五步法，把机器画成简图掌握机构运动简图的绘制步骤与要领03绘制简图遵循五步法1第一步分析机构运动，找出机架、原动件和从动件2第二步从原动件开始，按运动传递顺序确定运动副类型和数目3第三步选择适当的视图平面和机构运动的瞬时位置4第四步选择合适的比例尺，定出各运动副的相对位置5第五步用规定符号绘出简图，标出运动方向箭头和机架斜线先定原动部分和工作部分，弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副类型常用方法称为顺藤摸瓜法：从原动件出发，顺藤逐件分析第一步分析机构组成根据机械的功能分析机械的组成和运动情况构件是独立运动的单元，相互间无相对运动的零件无论数量多少，只算一个构件认清固定件、主动件和从动件，是绘制简图的起点1步骤01先找机架固定不动的基础所有动作相对它发生2步骤02再找原动件通常是电机带动的构件是动力源头3步骤03最后找从动件沿运动传递顺序逐一找出各从动件依次识别第二步确定运动副类型从主动件开始，按照运动的传递顺序，逐一分析各构件之间相对运动的性质按运动传递顺序逐一分析确定所有构件的数目与形状确定运动副的数目与类型传递顺序观察两构件接触方式面接触为低副点线接触为高副接触方式观察相对运动形式相对转动为转动副相对移动为移动副对每个构件逐一编号，并标注各运动副的字母代号编号标注第三步选择视图平面选择与机械多数构件运动平面相平行的平面作为视图平面，目的是找到一个最能看清机构运动的视角。选择原则3项看运动，不看正面选择能看见机构动起来的那一面，而非正面。从侧面绘制如绘制自行车脚踏板机构，应从侧面绘制，才能看清曲柄整周转动。避开重叠位置选择恰当的机构运动瞬时位置，一般避开各构件重叠的位置。第四步确定比例尺“统一比例尺是机构图与机构示意图的分界。”测量各运动副之间的相对位置尺寸，是确定比例尺的前提比例尺的定义2项比例尺的实质比例尺为实际尺寸与图上长度之比统一比例尺须采用统一比例尺，否则只能称为机构示意图选取原则2项大小适当比例尺大小应选得适当，以保证对机构运动完整、准确、清楚的表达预留分析图形位置应在图面上留出速度多边形、加速度多边形等其他分析图形的位置第五步绘制与标注1定机架先确定机架位置，再用规定符号从原动件开始，沿传递路线依次绘出各构件2连构件将同一构件上的运动副符号用简单线条连接起来3标符号标出各运动副的符号，并在原动件上用箭头标出运动方向4画斜线在机架上画上斜线从机架开始依次编号构件，用字母标注运动副，以箭头标明原动件运动方向绘制后进行三项校核校核原则：三个一样、一个相等三个一样3项构件数目与实际相同运动副的性质、数目与实际相符运动副间的相对位置及构件尺寸与实际机构成比例01一个相等原动件数目应与机构自由度数目相等校核通过，简图才能作为后续运动分析和动力分析的可靠依据实例演练在真实机构中练就绘图本领通过典型机构实例巩固绘制技能04颚式破碎机构件分析电机带动偏心轮转动，是整个机器的动力来源颚式破碎机机构共有6个构件和7个转动副编号构件名称运动角色1偏心轮原动件2连杆从动件3调整底座机架4推力板从动件5动颚从动件6固定颚机架颚式破碎机绘制过程1找机架固定底座与侧壁，标斜线阴影›2找原动件大飞轮与连着的短杆，编号

1›3找从动件沿运动传递顺序：连杆

2、推力板

4、动颚

5›4用国标符号圆圈代表转动副，直线代表刚性构件›5标编号与方向标出构件编号和原动件运动方向箭头符号识别粉色三角带斜线=固定机架圆圈=转动副直线=刚性构件牛头刨床机构简图扩展应用：常要求按十二等分及切削起止位置作出14个曲柄位置的运动简图，并完成速度、加速度分析牛头刨床主传动机构是著名的导杆机构课程设计题目绘制注意事项1用中心线绘制出机构的两极限位置和曲柄的运动轨迹2对机架、原动件、构件编号、运动副进行标示3标注曲柄的位置4写出比例尺及其单位5在简图旁写出各构件长度偏心轮曲柄滑块机构偏心轮曲柄滑块机构——从机构组成到简图绘制的五步分析过程1分析机构组成认清机架、主动件和从动件2确定相对运动性质明确各构件之间的运动关系3选择视图平面确定合适的视图平面和原动件位置4确定比例尺根据机构实际尺寸及图样大小确定5绘制简图确定各运动副相对位置，用规定符号绘制偏心轮的转动中心与几何中心不重合，是实现曲柄滑块运动的关键内燃机活塞连杆机构以压缩行程为例，绘制内燃机活塞连杆机构的运动简图构件组成气缸（机架）、活塞、连杆、曲轴共

四个构件运动副共

4个绘制步骤5步分析机构组成气缸为机架，曲轴为原动件确定构件与运动副确定所有构件和运动副选择视图平面选择机构的运动平面作为视图平面确定比例尺根据实际尺寸及图样大小确定比例尺绘制简图确定位置与距离，绘制简图检验应用算一算，简图是否画对了用自由度计算检验简图并判断运动确定性05自由度公式与基本概念自由度是机构具有确定运动所必需的独立运动参数数目，约束是对独立运动所加的限制。自由度机构具有确定运动所必需的独立运动参数数目约束对独立运动所加的限制自由构件一个作平面运动的自由构件具有3个独立运动自由度计算公式F=3n−2PL−PH01n活动构件数（机架不计）02PL低副数，每个低副引入2个约束03PH高副数，每个高副引入1个约束复合铰链按m减1计算两个以上的构件同时在一处以转动副相连接，就构成复合铰链计算方法2项m个构件组成的复合铰链实际具有（m−1）个转动副三构件示例三个构件组成的复合铰链，实际为两个转动副识别要领2项构件数与转动副数相等则大概率漏算了复合铰链判断顺序先数清该处的构件个数，再按（m−1）计算局部自由度可以去掉“局部自由度不计，自由度才不会被高估”局部自由度：某些构件产生的局部运动，不影响其他构件的运动典型案例滚子推杆凸轮机构为减少高副元素磨损，在推杆与凸轮间装一个滚子滚子绕自身轴线的转动并不影响其他构件的运动处理方法计算处理计算时应将机构中的局部自由度除去不计等效设想可设想将滚子与推杆焊在一起，再按实际构件数计算虚约束计算时应去除虚约束的作用：虽不参与运动控制，但可改善受力、增强刚度、保障运动平稳，如轴与轴承、机床导轨。虚约束是对机构实际运动不起作用的重复约束，计算时应予以去除常见情形两构件连接前后轨迹重合，如平行四边形机构多个导路平行的移动副多个同轴的转动副运动中两点间距离恒定对称结构中的冗余部分，如多个行星轮机构具有确定运动的条件原动件数小于自由度则运动不确定，大于自由度则会导致机构中最薄弱环节的损坏机构具有确定运动的充分必要条件是

F＞0且F=原动件数自由度与原动件数关系运动情况F等于原动件数具有确定运动F大于原动件数运动不确定F小于原动件数机构被破坏典型机构自由度计算典型机构计算对比曲柄滑块活动构件n=3，低副PL=4，高副PH=0，自由度F=1凸轮机构活动构件n=3，低副PL=4，高副PH=0，自由度F=1复合杆活动构件n=5，低副PL=7，高副PH=0，自由度F=1计算示例：曲柄滑块机构F=3