第01章机械系统的运动简图设计资料

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1、机械系统的运动简图设计,第一章,原动机,传动装置,工作机构（执行机构）,给机械系统提供动力。,将原动机的动力和运动传递给执 行机构的中间装置。,（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。,工作机, 原动机,带式运输机传动简图,二. 机械系统运动简图(machinery system kinetic sketch ),机械系统的运动简图是用规定的符号，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。,内燃机,曲柄滑块机构简图,三.

2、 平面机构运动简图(planar mechanism kinematic sketch ),平面机构(planar mechanism )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,1）运动副及其分类,四本章主要内容、重点及难点,3）平面机构自由度计算及机构具有确定运动的条件,2）平面机构的运动简图及其绘制,重点 平面机构自由度计算及机构具有确定运动的条件,机构运动简图绘制,有虚约束的机构自由度计算,1-1 运动副及其分类,一. 运动副(kinetic pair )机构中由两构件直接接触的具有一定相对运动的可动联接。如：,内燃机中活塞2与气缸

3、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,移动副,转动副,齿轮副,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(low pair),高副(high pair),球面副,球销副,空间运动副,螺旋副,平面运动副,空间运动副,1-2 平面机构运动简图,机构运动简图(kinematic sketch ) 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

4、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：,内燃机,曲柄滑块机构 运动简图,内燃机结构分析,原动件：运动规律已知的活动构件。（内燃机中的活塞2）,主动件：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 ）,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 ）,二常用机构运动简图的表示符号,一）运动副的表示符号,转动

5、副的符号,移动副的符号,高副的符号,三副构件（活动构件）,两副构件（活动构件）,固定构件,注意：固定构件用带有阴影线构件表示,二）构件的表示符号,齿轮机构,凸轮机构,齿轮机构表示符号,凸轮机构表示符号,三）常用机构运动简图符号,电动机,带传动,链传动,锥齿轮机构,蜗杆蜗轮传动,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）,固定件: 气缸体1,2）根据机构的运动情况，判别固定件、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8,解：1分析机构的运动，判别固定件、原动件和从

6、动件,原动件: 活塞2,连杆3、曲轴4,齿轮5 、 6,三. 平面机构运动简图绘制 举例说明,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的性质、确定运动副的种类和数目。,2个移动副2和1、8和1；,4个转动副2和3、3 和4、5和1、6和1；,2个高 副5和6、7 和8 。,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位置（图示位置）,4选择适当的长度 比例尺l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。,例1-2 绘制颚式破碎机机构运动简图,颚式破碎机的组成情况,解：1颚式破碎机的结构分析,颚式破碎机的主运动机构 由：机架1、偏心轴2

7、（与带 轮5固连在一起）、动颚板3 和肘板4组成。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，判别固定件、原动件和从动件,1）机构的运动情况分析,固定件 机架1 原动件 偏心轴2 从动件 动颚板3、肘板4,3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,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（以能够清楚反映出各构件之间相对位置关系

8、为原则）,5选择适当的长度比例尺l = ，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。,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l 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/l（即lAB/l）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/l 、lCD/l 为半径画弧相交于C点； 4）用规定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绘制步骤：,13 平面机构自由度（Degrees of Freedom）的计算,一、构件

9、的自由度与约束,构件独立运动的数目称为构件自由度；,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, ）才能唯一确定。n个自由构件的自由度？,运动副 自由度数 约束数 回转副 1（） + 2（x，y） = 3,移动副 1（x） + 2（y，）= 3,结论：构件自由度3约束数,高 副 2（x,） + 1（y） = 3,自由构件的自由度数约束数,活动构件数 n,计算公式： F=3n(2Pl+Ph ) （记）,构件总自由度,低副约束数,高副约束数,3n,2 Pl,1 Ph,推广到一般：,闭式运动链: 每个构件均与两个或多个构件

10、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,二. 机构自由度 机构独立运动的数目称为机构的自由度。,解：活动构件数n=,3,低副数Pl=,4,F=3n 2Pl Ph =33 24 =1 =原动件数,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 = 3n2PlPh = 32-23 = 0,解：活动构件数n=,4,低副数Pl=,5,F=3n2PlPh =3425 =2,高副数Ph=,0,n=,2,Pl=,2,F= 3n2PlPh =32 221 =1,Ph=,1,F = 3n-2pl

11、-ph = 37-210-0 = 1 原动件数,机构具有确 定运动的条：,机构的原动件数目=机构的自由度数目,n=,4,Pl=,5,Ph=,0,F= 3n2PlPh =34 25 =2,？,（6）,（6）,（0）,四、计算机构自由度时应注意的事项,1. 复合铰链(Multiple Joint) 由两个以上构件在同一处构成的重合转动副称为复合铰链。,F = 3n-2pl-ph = 37-210-0 = 1,F = 3n-2pl-ph = 33-23-1 = 2,F = 32-22-1 = 1,2. 局部自由度(Passive Degree of Freedom),处理方式：在计算机构自由度时，局

12、部自由度应当舍弃不计。,不影响机构整体运动的自由度，称为局部自由度。,解：n=,4，,Pl=,6，,F=3n 2Pl Ph =34 26 =0,Ph=0,3.虚约束(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。, FEAB CD ，故增加构件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。,重新计算：n=3, Pl=4, Ph=0,F=3n 2Pl Ph =33 24 =1,特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：,常见的虚约束有以下几种情况: 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

13、作用，其余都是虚约束。,带虚约束的凸轮机构,带虚约束的曲轴,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，其余转动副都是虚约束。,3) 如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则将会引入一个虚约束。,F=3n-2pl-ph=3*4-2*6= 0 ?,=3*3-2*4= 1,4) 机构中对运动起重复限制作用的对称部分也往往会引入虚约束。,F=3n-2pl-ph=3*5-2*5-6= -1 ?,=3*3-2*3-2= 1,4,）两构件构成高副，两处接触，且法线重合。,注意： 法线不重合时，变成实际约束！,虚约束的本质

14、是什么?,从运动的角度看,虚约束就是“重复的约束”或者是“多余的约束”。,2,E,E,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? 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。,机构中为什么要使用虚约束?,例1,找出图示直线机构中的复合铰链,F=372 10 =1,例2,F=372 10 =1,机构具有确定运动,因为主动件数等于机构自由度数F 。,直线机构,复合 铰链,计算图示压缩机机构的自由度F,复合 铰链,机构具有确定运动,因为主动件数等于机构自由度数F 。,例,F=362 81 =1,F=3n

15、2Pl Ph,例,部分图示油泵机构中，1为曲柄，2为活塞杆，3为转块， 4为泵体。试绘制该机构的机构运动简图，并计算其自由度。,机构运动简图,2. 机构的自由度： F = 3 n2 PlPh = 3324 = 1,解：1 . 机构组成结构分析,本章内容小结,机构具有确 定运动的条：,计算公式：F = 3n - 2pL - pH,注意事项：复合铰链、局部自由度和虚约束的判别及其处理,机构的原动件数目=机构的自由度数目,1运动副及其分类、表示方法、规定画法,2构件类型、表示方法及规定画法,3机构运动简图及其绘制方法,作业题：P21：1-6, 1-8 P22： 1-9 图1-24 、 1-26 、 1-27 、 1-28,选择题及填空题： 1.机构自由度是指 数目，通常等于 数目。 A.机构中的原动件 B.组成机构的构件 C.机构具有的独立运动 D.机构中具有的运动副 2.机构具有确定相对运动的条件是机构的 。 A.自由度大于0 B.活动构件数n4 C.原动件数目1 D.自由度数=原动件数目 3.平面机构中，一个低副具有 个约束，