机械设计-机构简图

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1、第三章 平面机构的结构分析 主要内容： 1、平面机构的运动简图 2、平面机构的自由度计算 3.1节大江一句话说：不论是设计机器还是维修机器 ，我们都要将具体的机械抽象成简单的物理（运动学） 模型；才能更清晰地理解其工作原理，帮助我们制定设 计或维修方案。 能力目标： 1、将具体的机械抽象成简单的运动学模型 （会画机构运动简图） 2、判定机构是否具有确定的运动 （即一个装置是不是机构，方法技术就是计算 机构的自由度） 项目1：绘制内燃机的机构运动简图。 项目2：绘制颚式破碎机的机构运动简图。 3-2 运动副 定义： 机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因 此，构件的连接既要使两个构件直接接触

2、，又能产生 一定的相对活动， 这种使两个构件直接接触并能产生一定的相对运 动的连接称为运动副。 要点：a）两个构件 b）直接接触 c）有相对运动 三个条件缺一不可。 我们引入一个新概念： 运动副：使两个构件直接接触并能产生一定的相对运动的连接。 构件上参与接触的部分是：点、线、面。 3-2 运动副 按其接触形式分： 低副-面接触的运动副。 高副-点或线接触的运动副 转动副（回转副或铰链） 移动副 3.2.2 运动链与机构 运动链：多个构件用运动副联接构成的系统。 开式链：运动链的各构件不构成首尾封闭的系统。 闭式链：运动链的各构件构成了首尾封闭的系统。 机构：各构件间具有确定相对运动的运动链

3、3.2.3 构件的分类 机架：机构中的固定构件； 一般机架相对地面固定不动。 如机床床身、车辆底盘、飞机机身等。 原动件：按给定已知运动规律独立运动的构件； 给机构提供原动力。 从动件：机构中其余活动构件。 其运动规律决定于原动件的运动规律和机 构的结构和构件的尺寸。 机构=机架+原动件+从动件 1个1个或几个若干 3-3 平面机构的运动简图 机构运动简图与机械结构图的区别？ 如何画机构简图？ 3-2 平面机构的运动简图 运动简图的定义： 用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动 副的相对位置，并能完全反映机构特征的简图。 运动简图的内容： 构件数目、运动副的数目和类型、构件联接关系、与

4、运动有关的尺寸、主动件及运动特性。 运动简图的作用： 表示机构的结构和运动情况； 机构运动分析和动力分析的依据。 （GB4460-84） 高副符号 第三章 平面机构的结构分析 3-2 平面机构的运动简图 运动简图的定义、内容、作用 3.2.1 运动简图中运动副、一般构件、常用机构的表示方法 3.2.2 绘制机构运动简图的步骤 1）分清机架、主动件； 2）循着运动传递的路线； 3）能充分反映机构的特性； 4）确定比例尺，用规定的符 号和线条绘制。 【例3-1】绘制图0-1所示内燃机的机构运动简图。 解 内燃机是由活塞2、连杆5、曲轴 6与气缸体1组成的曲柄滑块机构； 同曲轴固联的齿轮10，同凸轮

5、轴7固联 的齿轮9与气虹体组成的齿轮机构； 凸轮7、进气阀顶杆8与气缸体组成 的凸轮机构。 气缸体1作为固定件，是机架； 燃气推动下的活塞2是原动件；其余 构件都是从动件。 2 5 61 1097 8 【例3-1】绘制图0-1所示内燃机的机构运动简图。 各构件之间的联接方式如下： 9和10齿轮啮合，构成高副； 推杆8和气缸体1之间构成移动副； 活塞2和气缸体1之间构成移动副。 凸轮7（齿轮9）和气缸体构成转动副； 凸轮7和推杆8之间构成高副； 曲轴（齿轮10）和气缸体1之间构成 转动副； 2 5 61 1097 8 活塞连杆组 气环 油环 活塞销 活塞 连杆体 连杆螺栓 连杆轴瓦 连杆盖 活塞

6、2和连杆5小头， 连杆5和曲轴6，构成转动副。 2561 109 7 8 当曲轴2绕其轴心O连续转动时，动颚板3作往复 摆动，从而将处于动颚板3和固定颚板6之间的矿石轧 碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图。 解：（1）运动分析 此碎矿机由原动件曲轴3、 动颚板4、摆杆5、 机架7等4个构件组成， 固定颚板6 是固定安装在机架上的。 （2）曲轴3于机架7在A点构成转动副（即飞轮的回转中心）； 曲轴3与动颚板4也构成转动副，其轴心在B点（即动颚板绕 曲轴的回转几何中心）； 摆杆5分别与动颚板4和机架7在C、D两点构成转动副。 （3）其运动传递为：电机、皮带、曲轴、动颚板、摆杆。所以 ，其机构原动件为

7、曲轴，从动件为摆杆、构件3、机架5共同构 成曲柄摇杆机构。 （4）按图量取尺寸，选取合适的比例尺，确定A、B、C、D四个转动副 的位置，即可绘制出机构运动简图。最后标出原动件的转动方向。 由图量取 AB=3mm， BC=25mm， CD=14mm， AD=22mm. 低副构件的表示方法 注意：画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑注意：画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑 运动副的性质。运动副的性质。 可以组成三个回转副的构件 绘制机构运动简图的要点： 分析机构运动，找出机架、原动件与从动件。 从原动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件 之间相对运动的性质，确定活动构件数目、运动副的 类型

8、和数目。 合理选择视图平面，应选择能较好表示运动关系的 平面为视图平面。 选择合适的比例， L=实际长度图示长度 按比例定出各运动副之间的相对位置，用规定符 号绘制机构运动简图。 各转动中心标以大写的英文字母，各构件标阿拉 伯字母，机构的原动件以箭头标明。 抽油机 机械设计的一般程序 市场调 研可行 性研究 试制、试验 小批生 产试销 投产 阶 段 目 标 设计任务书 定出最佳方案 装配图零件图 样机评价 考核工艺性 产品 及其它技术文件 改进 收集用户意见 销售 技术设计 原理方 案设计 1、产品规划2、方案设计 3、技术设计 4、制造及试验 平面机构的结构分析能力目标： 1、将具体的机械抽

9、象成简单的运动学模型运动简图 2、判定机构是否具有确定的运动自由度计算 第三章 平面机构的结构分析 构件的自由度：构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目。 3.1.2 自由度和运动副约束 无约束下一个构件的平面运动有三个自由度。 运动副约束：两个构件以运动副连接后，相对运动受到的限制。 回转副 2个约束 1个自由度 移动副 2个约束 1个自由度 高副 1个约束 2个自由度 第三章 平面机构的结构分析 3-3 平面机构的自由度 一、机构具有确定运动的条件 因为一个原动件只能提供一个独立运动参数，所以， 机构的自由度数等于机构的原动件数，既机构有多少 个自由度，就应该给机构多少个原动件。 自由度

10、=原动件数 二、计算机构自由度 （设n个活动构件，PL个低副，PH个高副） F=3n-2PL-PH 1 2 3 4 6 5 4 5 A B CD n=5 pL=6 ph=2 F=3n-(2pL+ph) =1 AABCDE E 原动件数=机构自由度 四杆机构的自由度计算 n=3 pL=4 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1 原动件数=机构自由度 例 二杆机构的自由度计算 n=1 pL=1 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1 三杆自由度计算 n=2 pL=3 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =0 原动件数=机构自由度（F=0，不是机构 是刚性桁架 ） 凸轮机构自由度计算 n=

11、2 pL=2 ph=1 F=3n-(2pL+ph)=1 四杆机构的自由度计算 n=3 pL=4 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1 原动件数=机构自由度 原动件数机构自由度数，机构 运动不确定（任意乱动） 铰链五杆机构 n=4 pL=5 ph=0 F=3n-(2pL+ph)=2 五杆机构2个原动件 小结： 运动链的自由度F 与原动件数目的关系： 自由度F0 结构（不是机构） 自由度F0 时，F原动件数目(运动不相容，破坏了机构) F=原动件数目（运动确定) F原动件数目（运动不确定) n机构具有确定运动的条件是：机构的自由度数等于机 构的原动件数，既机构有多少个自由度，就应该给机 构多

12、少个原动件。 三、计算机构自由度时应注意的问题 三、计算机构自由度时应注意的问题 1复合铰链 三个或三个以上构件在同一处构成共 轴线转动副的铰链，我们称为复合铰链。 若有m个构件组成复合铰链，则 复合铰链处的转动副数应为（m-1）个。 2个低副 三、计算机构自由度时应注意的问题 2局部自由度 机构中某些构件具有局部的、不影响其它构件运动 的自由度，同时与输出运动无关的自由度我们称为局部 自由度。 滚子作用：滑动摩擦 滚动摩擦 三、计算机构自由度时应注意的问题 左图：n=2，PL=2，Ph1， F=3x2-2x2-1=1 如右图凸轮机构认为： n=3，PL=3，Ph1， F=3x3-2x3-1=

13、2，是错误的。 2局部自由度 对于含有局部自由度的机构在计算自由度时，不考 虑局部自由度。 局部自由度， “焊死”处理 三、计算机构自由度时应注意的问题 （3）虚约束： 在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是 重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。 平行四边形机构 在计算机构自由度时应将虚约束去除。 平行四边形机构 3、虚约束： 虚约束经常出现在以下几种情况中： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合， 虚约束消除平行四边形运动不确定性 3、虚约束： 虚约束经常出现在以下几种情况中： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合， （2）两构件某两点间的距离始终不变，将此两点

14、用构件和运动副连接会带进虚约束。 n=3 pL=4 ph=0 F=3n-(2pl+ph)=1 3、虚约束： 虚约束经常出现在以下几种情况中： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合， （2）两构件某两点间的距离始终不变，将此两点用构 件和运动副连接会带进虚约束。 （3）两构件组成多个移动方向一致的运动副 3、虚约束： 虚约束经常出现在以下几种情况中： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合， （2）两构件某两点间的距离始终不变，将此两点用构 件和运动副连接会带进虚约束。 （3）两构件组成多个移动方向一致的运动副 或两构件组成多个轴线重合的移动副 虚约束增强支承刚度 虚约束经常出现在以下

15、几种情况中： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合， （2）两构件某两点间的距离始终不变，将此两点用构件 和运动副连接会带进虚约束。 （3）两构件组成多个移动方向一致的运动副 或两构件组成多个轴线重合的移动副 （4）与运动无关的对称部分，如多个行星轮 虚约束改善受力 平面机构的自由度要点 计算机构自由度F=3n-2PL-PH （设n个活动构件，PL个低副，PH个高副） 机构具有确定运动的条件是：原动件数=机构自由度 1、若有m个构件组成复合铰链， 2、不考虑局部自由度。 （凸轮滚子及推杆弹簧） 则复合铰链处的转动副数为（m-1）个。 计算机构自由度时应注意的问题: 平面机构的自由度要点 计算机构自由度时应注意的问题: 3、在计算机构自由度时应将虚约束去除： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合， （2）两构件某两点间的距离始终不变， （3）两构件组成多个移动方向一致的运动副 或两构件组成多个 轴线重合的移动副 （4）与运动无关的对称部分 （移动导杆机构） 3.5 3.6 曲柄移动导杆机构 3.7 3.8 3.8 3.9 3.10 补充练习 补充练习 补充练习