第一章 機械系統(tǒng)運動簡圖課件

第一章機械系統(tǒng)運動簡圖第一章機構的組成和結構作用：采用機械運動簡圖來對比各種設計方案機械系統(tǒng)運動簡圖：用規(guī)定的符號，繪出準確表達機構各構件之間的相對運動關系及運動特征的簡單圖形平面機構的結構分析◎構件及其運動副◎機構運動簡圖的繪制◎平面機構自由度的計算

重點

運動副和運動鏈的概念、機構運動簡圖的繪制、機構具有確定運動的條件及機構自由度的計算。第一章機械系統(tǒng)運動簡圖

機構中兩構件直接接觸的可動聯(lián)接。（既保持直接接觸，又能產生一定的相對運動）兩構件上參與接觸構成運動副的部分稱為運動副元素。機構由運動副聯(lián)接起來一、運動副：

構件組成運動副后，其獨立運動受到約束。活塞與氣缸的聯(lián)結。兩個傳動齒輪間的聯(lián)結。連桿與曲柄的聯(lián)結第一章機械系統(tǒng)運動簡圖零件：單獨加工的制造單元體1.1機構的組成

構件：每一個獨立影響機構功能并且能單獨運動的單元體,

一個構件可以由一個或多個零件組成。第一章機械系統(tǒng)運動簡圖1.1.1構件1.1.2運動副運動副：兩個構件之間直接接觸所形成的可動聯(lián)接兩個相鄰構件直接接觸兩者之間允許一定的相對運動每個構件至少和另外一個構件通過運動副聯(lián)接第一章機械系統(tǒng)運動簡圖副元素：兩個構件上參與接觸構成運動副的部分（點、線、面）第一章機械系統(tǒng)運動簡圖自由度：構件所具有的獨立運動的數(shù)目，或確定構件位置所需的獨立變量的數(shù)目自由構件(空間)：F=6自由構件(平面)：F=3約束：運動副對構件獨立運動所加的限制第一章機械系統(tǒng)運動簡圖運動副的分類方法：1按照運動副的相對運動形式分類平面運動副、空間運動副2按照運動副的接觸形式分類低副、高副4按照運動副接觸部分的幾何形狀分類圓柱副、平面與平面副、球面副、螺旋副、球面與平面副等3按照運動副引入的約束數(shù)目分類n級副n=1,2…5第一章機械系統(tǒng)運動簡圖按接觸部分的幾何形狀分類：按接觸形式分類：按引入的約束數(shù)目分類：按相對運動形式分類：

平面運動副低副轉動副五級副R第一章機械系統(tǒng)運動簡圖P按接觸部分的幾何形狀分類：按接觸形式分類：按引入的約束數(shù)目分類：按相對運動形式分類：

平面運動副低副移動副五級副第一章機械系統(tǒng)運動簡圖按接觸形式分類：按引入的約束數(shù)目分類：按相對運動形式分類：按接觸部分的幾何形狀分類：

平面運動副高副平面高副四級副第一章機械系統(tǒng)運動簡圖低副機構高副機構第一章機械系統(tǒng)運動簡圖運動副—兩個構件直接接觸且具有確定相對運動的聯(lián)接。平面運動副分類:轉動副移動副特點：面接觸、相對轉動或相對移動

低副運動副元素——兩構件相互接觸的點、線、面。第一章機械系統(tǒng)運動簡圖

齒輪副凸輪副特點：點或線接觸、沿接觸點切線方向相對移動繞接觸點的轉動

高副螺旋副

球面副第一章機械系統(tǒng)運動簡圖

若干構件通過運動副聯(lián)接而成的可動系統(tǒng)稱運動鏈

若將運動鏈中的一個構件相對固定，運動鏈則成為機構。機構中構件的分類：

1、機架（描述運動的參考系）

2、原動件（運動規(guī)律已知的構件）

3、從動件第一章機械系統(tǒng)運動簡圖1.1.3運動鏈運動鏈：兩個或兩個以上的構件通過運動副聯(lián)接而構成的系統(tǒng)開式運動鏈（開鏈）運動鏈的各構件未構成首末封閉系統(tǒng)

閉式運動鏈（閉鏈）運動鏈的各構件構成首末封閉的系統(tǒng)第一章機械系統(tǒng)運動簡圖1.1.4機構機構：在運動鏈中，如果將某一個構件加以固定，而讓另一個或幾個構件按給定運動規(guī)律相對固定構件運動時，如果運動鏈中其余各活動構件都有確定的相對運動，則此運動鏈稱為機構。機構是具有確定運動的運動鏈。第一章機械系統(tǒng)運動簡圖機架原動件從動件在運動鏈中，將某一個構件加以固定，而讓另一個或幾個構件按給定運動規(guī)律相對固定構件運動時，如果運動鏈中其余各構件都有確定的相對運動，則此運動鏈成為機構。第一章機械系統(tǒng)運動簡圖

閉式鏈機構

開式鏈機構第一章機械系統(tǒng)運動簡圖

運動鏈具有確定的相對運動機構桁架運動鏈相對運動不確定無相對運動第一章機械系統(tǒng)運動簡圖分析現(xiàn)有機構新機械的運動方案設計第一章機械系統(tǒng)運動簡圖1.2機構運動簡圖

用國標規(guī)定的簡單符號和線條代表運動副和構件，并按一定比例尺表示機構的運動尺寸，繪制出表示機構的簡明圖形。機構運動簡圖與原機械具有完全相同運動特性。第一章機械系統(tǒng)運動簡圖用于現(xiàn)有機械或新機械原理方案的設計、分析與討論重點在于機構的運動分析構件的具體結構、組成方式等在方案設計階段并不影響機構的運動特性運動副類型表明了構件之間的聯(lián)接關系和傳動方式構件的運動尺寸是運動分析的基礎不嚴格按比例可繪制機構示意圖第一章機械系統(tǒng)運動簡圖國標規(guī)定的構件和運動副的表示符號運動簡圖的繪制方法第一章機械系統(tǒng)運動簡圖1.2.1構件與運動副的表達方法機架AB機架和活動構件通過轉動副聯(lián)接

(內副)機架和活動構件通過移動副聯(lián)接第一章機械系統(tǒng)運動簡圖兩個活動構件聯(lián)接第一章機械系統(tǒng)運動簡圖雙副構件(一個構件和兩個外副)注：點劃線表示與其聯(lián)接的其他構件第一章機械系統(tǒng)運動簡圖雙副構件(一個構件和兩個外副)第一章機械系統(tǒng)運動簡圖偏心輪AB12BA21第一章機械系統(tǒng)運動簡圖三副構件(一個構件和三個外副)第一章機械系統(tǒng)運動簡圖三副構件(一個構件和三個外副)第一章機械系統(tǒng)運動簡圖第一章機械系統(tǒng)運動簡圖第一章機械系統(tǒng)運動簡圖原動機第一章機械系統(tǒng)運動簡圖1.2.2運動簡圖的繪制小型壓力機編號原則：注意區(qū)分位置重疊的不同構件和同軸剛性聯(lián)接的多個零件。前者分別編號，后者采用一個編號，加`以示區(qū)別。1.分析整個機構的工作原理機構組成動作原理和運動情況偏心輪1齒輪1`

桿件2齒輪6`

桿件3槽凸輪6

桿件4

滑塊7

壓頭8原動件執(zhí)行構件第一章機械系統(tǒng)運動簡圖2.沿著傳動路線，分析相鄰構件之間的相對運動關系，確定運動副的類型和數(shù)目。轉動副移動副平面高副第一章機械系統(tǒng)運動簡圖3.選擇適當?shù)囊晥D平面

選擇原則1清楚表達機構的主體部分；2盡可能反映機構的全面運動；3可以選擇其他視圖平面作為補充。第一章機械系統(tǒng)運動簡圖1.2.2運動簡圖的繪制1.分析整個機構的工作原理

沿著傳動路線，分析相鄰構件之間的相對運動關系，確定運動副的類型和數(shù)目3.選擇適當?shù)囊晥D平面第一章機械系統(tǒng)運動簡圖4.繪圖選擇機架提取構件的運動尺寸確定比例尺選擇機構運動中的一個狀態(tài)確定各運動副位置，繪圖編號：A、B、C…表示運動副

1、2、3…表示構件

O1、O2…表示固定轉軸

原動件的運動方向第一章機械系統(tǒng)運動簡圖機構運動簡圖

表示機構運動特征的一種工程用圖表達方式：用簡單線條表示構件規(guī)定符號代表運動副按比例定出運動副的相對位置與運動有關的因素：

構件數(shù)目運動副數(shù)目及類型運動副之間的相對位置第一章機械系統(tǒng)運動簡圖

轉動副1、運動副符號移動副圓心表示兩構件相對轉動的中心。矩形框的長邊和直線表示移動導路或其中心線的位置。第一章機械系統(tǒng)運動簡圖齒輪副凸輪副122122第一章機械系統(tǒng)運動簡圖螺旋副球面副機構運動簡圖表第一章機械系統(tǒng)運動簡圖2、構件

不管構件形狀如何，簡單線條表示，帶短剖面線表示機架。固定構件同一構件第一章機械系統(tǒng)運動簡圖帶運動副元素的構件兩運動副構件三運動副構件第一章機械系統(tǒng)運動簡圖原動件（主動件）機架

任何一個機構中，必有一個構件被相對地看作固定構件從動件ABCD輸出構件輸入構件從動件第一章機械系統(tǒng)運動簡圖3、機構運動簡圖的繪制步驟

1、分析機構（1）找出構件總數(shù)，定出原動件,判斷各構件的運動性質

(移動、轉動)（2）定出運動副的個數(shù)，各運動副的類型（移動副、轉動副、高副）2、適當選擇投影面

一般選擇與多數(shù)構件的運動平面相平行的面作為投影面。第一章機械系統(tǒng)運動簡圖3、選擇適當?shù)谋壤?，繪制機構運動簡圖

選擇適當?shù)谋壤?，根?jù)機構的運動尺寸定出各運動副之間的相對位置，用構件和運動副的規(guī)定符號繪制機構的運動簡圖。4、標出原動件，給各構件標上代號一般原動件標號為1，機架為最后標號。▲注意以下簡圖的區(qū)別：第一章機械系統(tǒng)運動簡圖●A1234BCD例1顎式破碎機例1：圓盤1套在滑塊2孔內，滑塊2在圓盤3的槽中滑動，圓盤3相對于機架4轉動。23141233ABAB44第一章機械系統(tǒng)運動簡圖一、構件的自由度自由度

構件所具獨立運動的個數(shù)（確定構件位置所需獨立坐標數(shù)）。一個完全自由的平面運動構件具有三個自由度。xy21

xyyx第一章機械系統(tǒng)運動簡圖F=3二、平面運動副的約束條件

約束—限制約束條件—約束數(shù)運動副的形成引入了約束，使構件失去運動自由度。1.轉動副x0y0

約束數(shù)S=2F=1第一章機械系統(tǒng)運動簡圖2.移動副約束數(shù)S=23.齒輪副4.凸輪副nn約束數(shù)S=1nn

平面低副約束數(shù)S=2

平面高副約束數(shù)S=1第一章機械系統(tǒng)運動簡圖1.3運動鏈成為機構的條件

運動鏈的自由度：確定運動鏈中各構件相對與其中某一構件的位置所需要的獨立參變量的數(shù)目。第一章機械系統(tǒng)運動簡圖

運動鏈的自由度

F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2–P1機架1F=0活動構件

2F=6K級運動副F=6-kn為活動構件數(shù)目，Pk

表示k級副的數(shù)目第一章機械系統(tǒng)運動簡圖自動駕駛儀操作裝置1.3.1運動鏈的自由度計算2314第一章機械系統(tǒng)運動簡圖構件數(shù)目：N=4活動構件數(shù)目：n=3運動副：機架1和活塞2：圓柱副（4級副）活塞2和連桿3：轉動副（5級副）連桿3和搖桿4：球面副（3級副）搖桿4和機架1：轉動副（5級副）P3=1P4=1P5=22314第一章機械系統(tǒng)運動簡圖F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2–P1

=

6×3－5×2－4×1－3×1=1P3=1P4=1P5=2n=32314第一章機械系統(tǒng)運動簡圖三、平面機構的自由度機構的自由度F=3

活動構件數(shù)-2低副數(shù)-1高副數(shù)計算公式F＝3n

2PL

PH1.機構自由度的計算公式F＝3n

2PL

PH

＝3

2

340＝

1F＝3n

2PL

PH

＝3

2

450＝

2F＝3n

2PL

PH

＝3

2

221＝

1例第一章機械系統(tǒng)運動簡圖F=3n-2PL-PH=3

2-2

3-0=0F=3n-2PL-PH=3

3-2

5-0=-1

三個構件通過三個轉動副相連,相當于一個構件。2.機構(運動鏈)具有確定相對運動的條件有一個機架自由度大于零（F>0）原動件數(shù)=自由度數(shù)（通常，原動件為含低副構件且與機架相連,只有一個自由度。）第一章機械系統(tǒng)運動簡圖

原動件數(shù)<機構自由度數(shù)，機構運動不確定（任意亂動）12345AEBCD1j4j

機構的原動件的獨立運動是由外界給定的。若給出的原動件數(shù)不等于機構的自由度，則將產生如下影響：第一章機械系統(tǒng)運動簡圖

原動件數(shù)>機構自由度數(shù)，將桿2拉斷。1234ABCD104233=--X=FX第一章機械系統(tǒng)運動簡圖

機構自由度等于零時，各構件間不可能產生相對運動。12345機構具有確定運動的條件是：（1）機構自由度F>0，（2）機構自由度F等于原動件數(shù)。第一章機械系統(tǒng)運動簡圖計算平面機構自由度的注意事項1、復合鉸鏈兩個以上的構件同時在一處用轉動副相聯(lián)結就構成復合鉸鏈。

由K個構件組成的復合鉸鏈應含有(K-1)個轉動副。第一章機械系統(tǒng)運動簡圖復合鉸鏈m個構件(m3)在同一處構成共軸線的轉動副412356F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－560＝

3F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－570＝

1m-1個低副復合鉸鏈

—計算在內523要正確計算運動副數(shù)目第一章機械系統(tǒng)運動簡圖例題1計算原盤鋸主體機構的自由度12345678解機構中活動構件有n＝7低副有PL＝②④⑥⑧⑨1⑩10F=3n–2PL–PH=3×–2×=7101第一章機械系統(tǒng)運動簡圖F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－123F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－231＝-1兩構件間構成多個運動副注意事項（續(xù)）錯221＝1對移動副導路平行轉動副軸線重合平面高副接觸點共法線“轉動副”“移動副”第一章機械系統(tǒng)運動簡圖2、局部自由度

在機構中常會出現(xiàn)一種與輸出構件運動無關的自由度，稱局部自由度（或多余自由度）。計算機構自由度時應予排除。第一章機械系統(tǒng)運動簡圖例題2計算滾子從動件凸輪機構的自由度ABC321F=3n–2PL–PH=3×–2×=221n＝2PL＝2①②PH＝1①–

1ABC4213第一章機械系統(tǒng)運動簡圖F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－331＝

2注意事項（續(xù)）

機構中某些構件所具有的局部運動，并不影響機構運動的自由度。局部自由度

—排除F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－221＝

1這時應將局部自由度數(shù)除去不計

滾子相對從動件的自由度就是局部自由度，即滾子是多余活動構件第一章機械系統(tǒng)運動簡圖3、虛約束

在機構中與其他運動副作用重復，而對構件間的相對運動不起獨立限制作用的約束。AMBN1O3OAMB2314NO3O1第一章機械系統(tǒng)運動簡圖412351234F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝

1F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－460＝

0？對虛約束不產生實際約束效果的重復約束—排除注意事項（續(xù)）應用實例F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝

1第一章機械系統(tǒng)運動簡圖1.軌跡重合轉動副聯(lián)接的兩構件上聯(lián)接點的軌跡重合1234BOAF＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－221＝

1F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－341＝

0錯對虛約束常發(fā)生在下列情況n＝3，PL＝4，PH＝0，F(xiàn)＝1第一章機械系統(tǒng)運動簡圖兩構件構成多個移動副且導路互相平行兩構件組成若干個軸線互相重合的轉動副,只有一個轉動副起作用。如：兩個軸承支持一根軸只能看作一個轉動副。第一章機械系統(tǒng)運動簡圖41235用一個構件兩個運動副去聯(lián)接則構成虛約束2.兩構件上某兩點間的距離在運動過程中始終不變虛F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝

1第一章機械系統(tǒng)運動簡圖

機構中傳遞運動不起獨立作用的對稱部分存在虛約束。

增加一個齒輪，使機構增加一個虛約束。（增加三個自由度，組成一個轉動副和兩個高副）第一章機械系統(tǒng)運動簡圖3.對傳遞運動不起獨立作用的重復部分1232虛F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－332＝

1F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－332＝

1虛第一章機械系統(tǒng)運動簡圖

虛約束的引入，一般是為了改善機構受力，增大傳遞功率或者其它特殊需求；計算機構自由度時，不考慮虛約束的作用；虛約束的成立，要滿足一定的幾何條件或者結構條件，如果這些條件被破壞，將轉化了實約束，影響機構運動；虛約束問題小結：

機械設計中如果需要采用虛約束，必須保證設計、加工、裝配精度，以確保滿足虛約束存在的條件。第一章機械系統(tǒng)運動簡圖平面機構自由度計算公式F＝3n-2PL-PHPH

高副數(shù)n

活動構件數(shù)PL

低副數(shù)第一章機械系統(tǒng)運動簡圖F＝3n－2PL－PH＝3

－2

－681＝

1局復局F＝3n－2PL－PH＝3

－2

－791＝

2例3例441235678123456798第一章機械系統(tǒng)運動簡圖例題5計算圖示機構自由度。12345678910F=3n–2PL–PH3×–2×=9121–2=②③④⑤⑥⑦⑧⑩?①②第一章機械系統(tǒng)運動簡圖例題6計算圖示機構自由度。1345678②④⑤⑥⑦⑧⑩?①29F=3n–2PL–PH3×–2×=8111–1=①⑨?第一章機械系統(tǒng)運動簡圖構件+運動副

運動鏈

機構1.4機構的組成原理和結構分析

機架原動件從動件組合F=0基本桿組：最簡單的不可再拆的自由度為零的構件組，簡稱為桿組。第一章機械系統(tǒng)運動簡圖

平面低副運動鏈自由度

F=3n-2P5

基本桿組F=0P5=n32第一章機械系統(tǒng)運動簡圖n

=2P5=3Ⅱ級桿組（雙桿組）第一章機械系統(tǒng)運動