第01章 機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)

機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)第一章一.機(jī)械系統(tǒng)(machinerysystem)原動(dòng)機(jī)傳動(dòng)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(dòng)力?！獙?dòng)力機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)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(dòng)力；〔4〕改動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律；〔5〕實(shí)現(xiàn)多路運(yùn)動(dòng)；——利用機(jī)械能來(lái)進(jìn)展消費(fèi)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(dòng)作。它的功能：傳動(dòng)系統(tǒng)帶式運(yùn)輸機(jī)聯(lián)軸器聯(lián)軸器減速器電動(dòng)機(jī)運(yùn)輸帶——任務(wù)機(jī)—原動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器聯(lián)軸器電動(dòng)機(jī)減速器帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖傳動(dòng)系統(tǒng)原動(dòng)機(jī)任務(wù)機(jī)帶式運(yùn)輸機(jī)DFv二.機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖(machinerysystemkineticsketch)棘輪機(jī)構(gòu)任務(wù)臺(tái)連桿機(jī)構(gòu)(ABCD)連桿機(jī)構(gòu)齒輪變速機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)帶傳動(dòng)牛頭刨床的傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖CDF×ABOEG×××刀架滑枕內(nèi)燃機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖汽缸體活塞連桿曲軸F三.平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)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(jiǎn)圖或1〕運(yùn)動(dòng)副及其分類四．本章主要內(nèi)容、重點(diǎn)及難點(diǎn)3〕平面機(jī)構(gòu)自在度計(jì)算及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件2〕平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及其繪制主要內(nèi)容重點(diǎn)——平面機(jī)構(gòu)自在度計(jì)算及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件難點(diǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制有虛約束的機(jī)構(gòu)自在度計(jì)算§1-1運(yùn)動(dòng)副及其分類

一.運(yùn)動(dòng)副(kineticpair)——機(jī)構(gòu)中由兩構(gòu)件直接接觸的具有一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)聯(lián)接。如：內(nèi)燃機(jī)中活塞2與氣缸體1〔相對(duì)挪動(dòng)〕連桿3與活塞2〔相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)〕連桿3與曲軸4〔相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)〕曲軸4與缸體1〔相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)〕組成可動(dòng)銜接。相對(duì)挪動(dòng)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)挪動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副齒輪副凸輪副低副：面接觸的運(yùn)動(dòng)副高副：點(diǎn)、線接觸的運(yùn)動(dòng)副二.運(yùn)動(dòng)副的分類低副(lowpair)高副(highpair)〔1〕根據(jù)運(yùn)動(dòng)副中構(gòu)件間的接觸方式分：21球面副球銷副空間運(yùn)動(dòng)副螺旋副平面運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)副〔2〕根據(jù)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分：§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖(kinematicsketch)——是用規(guī)定的符號(hào)，繪出的能準(zhǔn)確表達(dá)機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系及運(yùn)動(dòng)特征的簡(jiǎn)單圖形，稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(即：用線條和簡(jiǎn)單圖形代表構(gòu)件，用規(guī)定符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)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(dòng)構(gòu)件——除機(jī)架外的一切可動(dòng)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(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)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(dòng)件：運(yùn)動(dòng)規(guī)律知的活動(dòng)構(gòu)件。〔內(nèi)燃機(jī)中的活塞2〕自動(dòng)件：作用有驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩的活動(dòng)構(gòu)件?！不钊?、齒輪5、凸輪7〕輸出件：輸出運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力的從動(dòng)件。〔曲軸4、推桿8〕活動(dòng)構(gòu)件從動(dòng)件：機(jī)構(gòu)中隨自動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的其他活動(dòng)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(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的表示符號(hào)一〕運(yùn)動(dòng)副的表示符號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)副的符號(hào)挪動(dòng)副的符號(hào)高副的符號(hào)三副構(gòu)件〔活動(dòng)構(gòu)件〕兩副構(gòu)件〔活動(dòng)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(hào)齒輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)表示符號(hào)凸輪機(jī)構(gòu)表示符號(hào)三〕常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)電動(dòng)機(jī)帶傳動(dòng)鏈傳動(dòng)錐齒輪機(jī)構(gòu)蝸桿蝸輪傳動(dòng)三.平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制——舉例闡明1〕分析內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)組成：主運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)情況，判別固定件、原動(dòng)件和從動(dòng)件例1-1繪制內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)，判別固定件、原動(dòng)件和從動(dòng)件原動(dòng)件:活塞2連桿3、曲軸4齒輪5、6從動(dòng)件2．從原動(dòng)件開(kāi)場(chǎng)，按運(yùn)動(dòng)傳送順序，分析各構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)、確定運(yùn)動(dòng)副的種類和數(shù)目。2個(gè)挪動(dòng)副——2和1、8和1；4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副——2和3、3和4、5和1、6和1；2個(gè)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(yùn)動(dòng)平面及其平行平面〕適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)位置〔圖示位置〕4．選擇適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度比例尺μl定出運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，用規(guī)定的符號(hào)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。12344'55'6CABDEF例1-2繪制鄂式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖鄂式破碎機(jī)的組成情況4.肘板3.動(dòng)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由：機(jī)架1、偏心軸2〔與帶輪5固連在一同〕、動(dòng)顎板3和肘板4組成。動(dòng)顎板3在偏心軸驅(qū)動(dòng)下作平面運(yùn)動(dòng)，將堆放在動(dòng)顎板與定顎板之間的礦石壓碎。2．分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，判別固定件、原動(dòng)件和從動(dòng)件1〕機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況分析鄂式破碎機(jī)4.肘板3.動(dòng)顎板1.機(jī)架5.帶輪2.偏心軸固定件——機(jī)架1原動(dòng)件——偏心軸2從動(dòng)件——?jiǎng)宇€板3、肘板42〕判別4.肘板1.機(jī)架2.偏心軸5.帶輪3.動(dòng)顎板3．從原動(dòng)件開(kāi)場(chǎng)，按運(yùn)動(dòng)傳送順序，分析各構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)、確定運(yùn)動(dòng)副的種類和數(shù)目。因機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)均為轉(zhuǎn)動(dòng)，固組成4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，即：轉(zhuǎn)動(dòng)副A、B、C、D，其中A和D為固定鉸鏈，B、C為活動(dòng)鉸鏈4.肘板1.機(jī)架2.偏心軸5.帶輪3.動(dòng)顎板ACBD4．合理選擇視圖平面〔普通選機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平面或者與運(yùn)動(dòng)平面平行的平面〕，適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)位置〔以可以清楚反映出各構(gòu)件之間相對(duì)位置關(guān)系為原那么〕5．選擇適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度比例尺μl=，定出運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，用規(guī)定的符號(hào)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖3D1鄂式破碎機(jī)4.肘板3.動(dòng)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(diǎn)位置→→根據(jù)D點(diǎn)相對(duì)于A點(diǎn)的坐標(biāo)和長(zhǎng)度比例尺μl定出D點(diǎn)；2〕確定活動(dòng)鉸鏈B的位置：以A點(diǎn)為圓心，偏心距e/μl〔即lAB/μl〕為半徑畫(huà)圓，在其圓周上確定一適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)瞬時(shí)位置B2BA13〕確定活動(dòng)鉸鏈C的位置：分別以B、D點(diǎn)為圓心，lBC/μl、lCD/μl為半徑畫(huà)弧相交于C點(diǎn)；4〕用規(guī)定的構(gòu)件符號(hào)銜接各點(diǎn)，所構(gòu)成的簡(jiǎn)單圖形即為鄂式破碎機(jī)的主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)C41〕確定固定鉸鏈A和D：先定A點(diǎn)位置→→根據(jù)D點(diǎn)相對(duì)于A點(diǎn)的坐標(biāo)和長(zhǎng)度比例尺μl定出D點(diǎn)；2〕確定活動(dòng)鉸鏈B的位置：以A點(diǎn)為圓心，偏心距e/μl〔即lAB/μl〕為半徑畫(huà)圓，在其圓周上確定一適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)瞬時(shí)位置B；3〕確定活動(dòng)鉸鏈C的位置：分別以B、D點(diǎn)為圓心，lBC/μl、lCD/μl為半徑畫(huà)弧相交于C點(diǎn)；4〕用規(guī)定的構(gòu)件符號(hào)銜接各點(diǎn)，所構(gòu)成的簡(jiǎn)單圖形即為鄂式破碎機(jī)的主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)鄂式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖3D12BA1C4鄂式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)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(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自在構(gòu)件有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。即有三個(gè)自在度。OxY12A

能動(dòng)嗎？213ACB4D〔二〕約束當(dāng)兩構(gòu)件用運(yùn)動(dòng)副銜接后,彼此間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)遭到約束,自在度減少,失去一個(gè)自在度,產(chǎn)生一個(gè)約束。對(duì)構(gòu)件的約束數(shù)取決于運(yùn)動(dòng)副的類型。低副：兩個(gè)約束12ttnnAttnnA高副：一個(gè)約束·平面機(jī)構(gòu)自在度：機(jī)構(gòu)中各活動(dòng)構(gòu)件相對(duì)于機(jī)架的可能的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。〔三〕平面機(jī)構(gòu)自在度平面機(jī)構(gòu)中有n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，未用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接時(shí)有3n個(gè)自在度?！て矫鏅C(jī)構(gòu)自在度計(jì)算公式:F=3n–2pL–pH用pL個(gè)底副及pH個(gè)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(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dòng)不能動(dòng)不能動(dòng)能動(dòng)1.機(jī)構(gòu)能夠運(yùn)動(dòng)的條件是：2.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：即:自動(dòng)件數(shù)等于機(jī)構(gòu)自在度數(shù)F。輸入的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)那么機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定只給定1構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定給定1、4構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(jì)算是：F=35–27=1篩料機(jī)構(gòu)復(fù)合鉸鏈處置方法——計(jì)入復(fù)合鉸鏈數(shù)目復(fù)合鉸鏈由m個(gè)構(gòu)件在一處組成軸線重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副,實(shí)踐有(m-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。三.計(jì)算機(jī)構(gòu)自在度時(shí)應(yīng)留意的問(wèn)題二〕部分自在度部分自在度：機(jī)構(gòu)中個(gè)別構(gòu)件所具有的不影響其它構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，即與整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無(wú)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(jì)算機(jī)構(gòu)自在度時(shí)，應(yīng)將部分自在度除去不計(jì)，即將滾子與推桿固聯(lián)成一體，看成一個(gè)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(jì)機(jī)車車輪的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)中那些對(duì)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立限制造用的反復(fù)約束。或稱消極約束。[例]DABC123F=33–24=1常見(jiàn)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(gè)導(dǎo)路中心線相互平行或重疊的挪動(dòng)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(gè)軸線相互重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副。F=33–23–2=1虛約束4.在機(jī)構(gòu)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)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(duì)運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對(duì)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(yùn)動(dòng),由于自動(dòng)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(jì)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(yùn)動(dòng),由于自動(dòng)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(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并計(jì)算其自在度