第01章 機(jī)械系統(tǒng)的運動簡圖設(shè)計

機(jī)械系統(tǒng)的運動簡圖設(shè)計第一章一.機(jī)械系統(tǒng)(machinerysystem)原動機(jī)傳動安裝任務(wù)機(jī)構(gòu)〔執(zhí)行機(jī)構(gòu)〕——給機(jī)械系統(tǒng)提供動力?！獙恿C(jī)的動力和運動傳送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間安裝?！?〕減速或增速；〔2〕變速；〔3〕傳送動力；〔4〕改動運動規(guī)律；〔5〕實現(xiàn)多路運動；——利用機(jī)械能來進(jìn)展消費或到達(dá)預(yù)定要求的安裝。支配控制安裝——支配及控制機(jī)械系統(tǒng)各組成部分協(xié)調(diào)動作。它的功能：傳動系統(tǒng)帶式運輸機(jī)聯(lián)軸器聯(lián)軸器減速器電動機(jī)運輸帶——任務(wù)機(jī)—原動機(jī)聯(lián)軸器聯(lián)軸器電動機(jī)減速器帶式運輸機(jī)傳動簡圖傳動系統(tǒng)原動機(jī)任務(wù)機(jī)帶式運輸機(jī)DFv二.機(jī)械系統(tǒng)運動簡圖(machinerysystemkineticsketch)棘輪機(jī)構(gòu)任務(wù)臺連桿機(jī)構(gòu)(ABCD)連桿機(jī)構(gòu)齒輪變速機(jī)構(gòu)電動機(jī)帶傳動牛頭刨床的傳動系統(tǒng)簡圖CDF×ABOEG×××刀架滑枕內(nèi)燃機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)簡圖汽缸體活塞連桿曲軸F三.平面機(jī)構(gòu)運動簡圖(planarmechanismkinematicsketch)平面機(jī)構(gòu)(planarmechanism)——一切構(gòu)件都在同一平面或平行平面內(nèi)運動的機(jī)構(gòu)。如：內(nèi)燃機(jī)中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。齒輪機(jī)構(gòu)簡圖或1〕運動副及其分類四．本章主要內(nèi)容、重點及難點3〕平面機(jī)構(gòu)自在度計算及機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件2〕平面機(jī)構(gòu)的運動簡圖及其繪制主要內(nèi)容重點——平面機(jī)構(gòu)自在度計算及機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件難點機(jī)構(gòu)運動簡圖繪制有虛約束的機(jī)構(gòu)自在度計算§1-1運動副及其分類

一.運動副(kineticpair)——機(jī)構(gòu)中由兩構(gòu)件直接接觸的具有一定相對運動的可動聯(lián)接。如：內(nèi)燃機(jī)中活塞2與氣缸體1〔相對挪動〕連桿3與活塞2〔相對轉(zhuǎn)動〕連桿3與曲軸4〔相對轉(zhuǎn)動〕曲軸4與缸體1〔相對轉(zhuǎn)動〕組成可動銜接。相對挪動相對轉(zhuǎn)動挪動副轉(zhuǎn)動副齒輪副凸輪副低副：面接觸的運動副高副：點、線接觸的運動副二.運動副的分類低副(lowpair)高副(highpair)〔1〕根據(jù)運動副中構(gòu)件間的接觸方式分：21球面副球銷副空間運動副螺旋副平面運動副空間運動副〔2〕根據(jù)構(gòu)件間的相對運動分：§1-2平面機(jī)構(gòu)運動簡圖機(jī)構(gòu)運動簡圖(kinematicsketch)——是用規(guī)定的符號，繪出的能準(zhǔn)確表達(dá)機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系及運動特征的簡單圖形，稱為機(jī)構(gòu)運動簡圖。(即：用線條和簡單圖形代表構(gòu)件，用規(guī)定符號代表運動副，按比例作出的圖形〕。內(nèi)燃機(jī)中由汽缸體、活塞、連桿和曲軸組成的曲軸滑塊機(jī)構(gòu)。一．機(jī)構(gòu)構(gòu)件分類機(jī)架〔或固定構(gòu)件〕——內(nèi)燃機(jī)的汽缸體活動構(gòu)件——除機(jī)架外的一切可動構(gòu)件。如活塞、連桿、曲軸及齒輪等。組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件可分為兩大類：內(nèi)燃機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運動簡圖汽缸體活塞連桿曲軸F內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造分析1.汽缸體2.活塞3.連桿4.曲軸5.齒輪6.齒輪7.凸輪8.推桿原動件：運動規(guī)律知的活動構(gòu)件?！矁?nèi)燃機(jī)中的活塞2〕自動件：作用有驅(qū)動力或驅(qū)動力矩的活動構(gòu)件?！不钊?、齒輪5、凸輪7〕輸出件：輸出運動或動力的從動件?！睬S4、推桿8〕活動構(gòu)件從動件：機(jī)構(gòu)中隨自動件的運動而運動的其他活動構(gòu)件〔如連桿3、曲軸4、齒輪5、推桿8〕121221212112二．常用機(jī)構(gòu)運動簡圖的表示符號一〕運動副的表示符號轉(zhuǎn)動副的符號挪動副的符號高副的符號三副構(gòu)件〔活動構(gòu)件〕兩副構(gòu)件〔活動構(gòu)件〕固定構(gòu)件留意：固定構(gòu)件用帶有陰影線構(gòu)件表示二〕構(gòu)件的表示符號齒輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)表示符號凸輪機(jī)構(gòu)表示符號三〕常用機(jī)構(gòu)運動簡圖符號電動機(jī)帶傳動鏈傳動錐齒輪機(jī)構(gòu)蝸桿蝸輪傳動三.平面機(jī)構(gòu)運動簡圖繪制——舉例闡明1〕分析內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)組成：主運動機(jī)構(gòu)：由氣缸體1、活塞2、連桿3、曲軸4組成其他機(jī)構(gòu)：齒輪機(jī)構(gòu)〔齒輪5、齒輪6〕，凸輪機(jī)構(gòu)〔凸輪7、推桿8〕固定件:氣缸體12〕根據(jù)機(jī)構(gòu)的運動情況，判別固定件、原動件和從動件例1-1繪制內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運動簡圖凸輪7、推桿81.汽缸體2.活塞3.連桿4.曲軸5.齒輪6.齒輪7.凸輪8.推桿解：1．分析機(jī)構(gòu)的運動，判別固定件、原動件和從動件原動件:活塞2連桿3、曲軸4齒輪5、6從動件2．從原動件開場，按運動傳送順序，分析各構(gòu)件之間相對運動的性質(zhì)、確定運動副的種類和數(shù)目。2個挪動副——2和1、8和1；4個轉(zhuǎn)動副——2和3、3和4、5和1、6和1；2個高副——5和6、7和8。該機(jī)構(gòu)1.汽缸體2.活塞3.連桿4.曲軸5.齒輪7.凸輪8.推桿6.齒輪3．合理選擇視圖平面〔選機(jī)構(gòu)的主運動平面及其平行平面〕適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)的運動瞬時位置〔圖示位置〕4．選擇適當(dāng)?shù)拈L度比例尺μl定出運動副之間的相對位置，用規(guī)定的符號繪制機(jī)構(gòu)運動簡圖。12344'55'6CABDEF例1-2繪制鄂式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運動簡圖鄂式破碎機(jī)的組成情況4.肘板3.動顎板5.帶輪2.偏心軸1.機(jī)架解：1．鄂式破碎機(jī)的構(gòu)造分析鄂式破碎機(jī)的主運動機(jī)構(gòu)由：機(jī)架1、偏心軸2〔與帶輪5固連在一同〕、動顎板3和肘板4組成。動顎板3在偏心軸驅(qū)動下作平面運動，將堆放在動顎板與定顎板之間的礦石壓碎。2．分析機(jī)構(gòu)的運動，判別固定件、原動件和從動件1〕機(jī)構(gòu)的運動情況分析鄂式破碎機(jī)4.肘板3.動顎板1.機(jī)架5.帶輪2.偏心軸固定件——機(jī)架1原動件——偏心軸2從動件——動顎板3、肘板42〕判別4.肘板1.機(jī)架2.偏心軸5.帶輪3.動顎板3．從原動件開場，按運動傳送順序，分析各構(gòu)件之間相對運動的性質(zhì)、確定運動副的種類和數(shù)目。因機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間的相對運動均為轉(zhuǎn)動，固組成4個轉(zhuǎn)動副，即：轉(zhuǎn)動副A、B、C、D，其中A和D為固定鉸鏈，B、C為活動鉸鏈4.肘板1.機(jī)架2.偏心軸5.帶輪3.動顎板ACBD4．合理選擇視圖平面〔普通選機(jī)構(gòu)的運動平面或者與運動平面平行的平面〕，適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)的運動瞬時位置〔以可以清楚反映出各構(gòu)件之間相對位置關(guān)系為原那么〕5．選擇適當(dāng)?shù)拈L度比例尺μl=，定出運動副之間的相對位置，用規(guī)定的符號繪制機(jī)構(gòu)運動簡圖。機(jī)構(gòu)運動簡圖3D1鄂式破碎機(jī)4.肘板3.動顎板1.機(jī)架2.偏心軸5.帶輪1〕確定固定鉸鏈A和D：先定A點位置→→根據(jù)D點相對于A點的坐標(biāo)和長度比例尺μl定出D點；2〕確定活動鉸鏈B的位置：以A點為圓心，偏心距e/μl〔即lAB/μl〕為半徑畫圓，在其圓周上確定一適當(dāng)?shù)倪\動瞬時位置B2BA13〕確定活動鉸鏈C的位置：分別以B、D點為圓心，lBC/μl、lCD/μl為半徑畫弧相交于C點；4〕用規(guī)定的構(gòu)件符號銜接各點，所構(gòu)成的簡單圖形即為鄂式破碎機(jī)的主運動機(jī)構(gòu)C41〕確定固定鉸鏈A和D：先定A點位置→→根據(jù)D點相對于A點的坐標(biāo)和長度比例尺μl定出D點；2〕確定活動鉸鏈B的位置：以A點為圓心，偏心距e/μl〔即lAB/μl〕為半徑畫圓，在其圓周上確定一適當(dāng)?shù)倪\動瞬時位置B；3〕確定活動鉸鏈C的位置：分別以B、D點為圓心，lBC/μl、lCD/μl為半徑畫弧相交于C點；4〕用規(guī)定的構(gòu)件符號銜接各點，所構(gòu)成的簡單圖形即為鄂式破碎機(jī)的主運動機(jī)構(gòu)鄂式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運動簡圖3D12BA1C4鄂式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運動簡圖繪制步驟：§1-3平面機(jī)構(gòu)的自在度一.平面機(jī)構(gòu)的自在度(degreeoffreedom)〔一〕構(gòu)件的自在度一個作平面運動的自在構(gòu)件有三個獨立運動。即有三個自在度。OxY12A

能動嗎？213ACB4D〔二〕約束當(dāng)兩構(gòu)件用運動副銜接后,彼此間的相對運動遭到約束,自在度減少,失去一個自在度,產(chǎn)生一個約束。對構(gòu)件的約束數(shù)取決于運動副的類型。低副：兩個約束12ttnnAttnnA高副：一個約束·平面機(jī)構(gòu)自在度：機(jī)構(gòu)中各活動構(gòu)件相對于機(jī)架的可能的獨立運動的數(shù)目?！踩称矫鏅C(jī)構(gòu)自在度平面機(jī)構(gòu)中有n個活動構(gòu)件，未用運動副聯(lián)接時有3n個自在度。·平面機(jī)構(gòu)自在度計算公式:F=3n–2pL–pH用pL個底副及pH個高副聯(lián)接后，自在度減少〔2pL+pH〕。機(jī)構(gòu)中的高副數(shù)目機(jī)構(gòu)中的低副數(shù)目機(jī)構(gòu)中活動構(gòu)件數(shù)目n=N〔總構(gòu)件數(shù)〕-1〔機(jī)架〕平面機(jī)構(gòu)自在數(shù)目：3n-〔2pL+pH〕二.機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件pL=4,pH=1,F=33–24-1=0n=3,123ACB4Dn=2,pL=3F=32–23=0231n=3,pL=5F=33–25=1B2C4ADE13n=3,pL=4F=33–24=114123ABCD不能動不能動不能動能動1.機(jī)構(gòu)能夠運動的條件是：2.機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件是：即:自動件數(shù)等于機(jī)構(gòu)自在度數(shù)F。輸入的獨立運動數(shù)目等于機(jī)構(gòu)自在度數(shù)F。機(jī)構(gòu)自在度數(shù)F1。pL=5,n=4,F=213C2B54ADE1CDn=3,pL=4,F=11C4123ABD給定1構(gòu)件的運動那么機(jī)構(gòu)運動確定只給定1構(gòu)件的運動時，機(jī)構(gòu)運動不確定給定1、4構(gòu)件運動，機(jī)構(gòu)運動才確定。14B54A3C2DE1結(jié)論：3C2D一〕復(fù)合鉸鏈:A2CB134DE56324篩料機(jī)構(gòu)自在度：F=3n-2PL–PH=35–26=3？因此，篩料機(jī)構(gòu)自在度的正確計算是：F=35–27=1篩料機(jī)構(gòu)復(fù)合鉸鏈處置方法——計入復(fù)合鉸鏈數(shù)目復(fù)合鉸鏈由m個構(gòu)件在一處組成軸線重合的轉(zhuǎn)動副,實踐有(m-1)個轉(zhuǎn)動副。三.計算機(jī)構(gòu)自在度時應(yīng)留意的問題二〕部分自在度部分自在度：機(jī)構(gòu)中個別構(gòu)件所具有的不影響其它構(gòu)件運動，即與整個機(jī)構(gòu)運動無關(guān)的自在度。21ACB4321ACB3F=33–23–1=2？F=32–22–1=1部分自在度處置方法：計算機(jī)構(gòu)自在度時，應(yīng)將部分自在度除去不計，即將滾子與推桿固聯(lián)成一體，看成一個零件4F5ABCDEF123ADBCE123ADBCEF=34–26=0?F=33–24=1三〕虛約束——虛約束處置方法:將虛約束去除不計機(jī)車車輪的聯(lián)動機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)中那些對構(gòu)件間的相對運動不起獨立限制造用的反復(fù)約束?；蚍Q消極約束。[例]DABC123F=33–24=1常見的虛約束：1.機(jī)構(gòu)中聯(lián)構(gòu)造件與被聯(lián)構(gòu)造件的軌跡重合橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)AB=BC=BDDABC123虛約束4F5ABCDEF123ADBCE虛約束2.兩構(gòu)件組成假設(shè)干個導(dǎo)路中心線相互平行或重疊的挪動副F=33–24=12CAB134EF虛約束21虛約束ACBD1232'3.兩構(gòu)件組成假設(shè)干個軸線相互重合的轉(zhuǎn)動副。F=33–23–2=1虛約束4.在機(jī)構(gòu)整個運動過程中，的間隔一直不變。AB=CD，AE=DF，BE=CF，BC=EF=AD4CAB1325DEFF=33–24=1CAB1325DEF虛約束5.機(jī)構(gòu)中對運動不起獨立作用的對稱部分。2132'2"OF=33–23–2=1[例1]找出圖示直線機(jī)構(gòu)中的是復(fù)合鉸鏈F=37–210=1[例2]F=37–210=1機(jī)構(gòu)具有確定運動,由于自動件數(shù)等于機(jī)構(gòu)自在度數(shù)F。直線機(jī)構(gòu)復(fù)合鉸鏈A2CB13DE5647緊縮機(jī)機(jī)構(gòu)計算圖示緊縮機(jī)機(jī)構(gòu)的自在度F復(fù)合鉸鏈15632874ACBFED復(fù)合鉸鏈EABCDOFGH機(jī)構(gòu)具有確定運動,由于自動件數(shù)等于機(jī)構(gòu)自在度數(shù)F。[例]虛約束部分自在度F=36–28–1=1F=3n–2Pl–Ph[例]部分圖示油泵機(jī)構(gòu)中，1為曲柄，2為活塞桿，3為轉(zhuǎn)塊，4為泵體。試?yán)L制該機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運動簡圖，并計算其自在度