机械设计基础机构运动简图及平面机构自由学习教案

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1、会计学1机械设计基础机构机械设计基础机构(jgu)运动简图及平面运动简图及平面机构机构(jgu)自由自由第一页，共53页。2本章主要本章主要(zhyo)内容：内容：3-1 3-1 机构机构(jgu)(jgu)的组成的组成3-2 3-2 机构机构(jgu)(jgu)运动简图运动简图3-3 3-3 平面机构平面机构(jgu)(jgu)的自由度的自由度如何判定如何判定(pndng)(pndng)是机是机构？构？机构的定义是？机构的定义是？机构机构 是由构件以可动联接方式联接起来的、用来传递运动和力的构件系统。第1页/共53页第二页，共53页。3一、机构的组成一、机构的组成(z chn)要素要素组成要

2、素组成要素构构 件件运动运动(yndng)(yndng)副副机构机构(jgu)(jgu)中的运动单元体，由一个或若干个零件组成。中的运动单元体，由一个或若干个零件组成。齿轮齿轮轴轴键键构件分成构件分成机架（或固定构件）机架（或固定构件）活动构件活动构件主动件主动件从动件从动件3-1 机构的组成第2页/共53页第三页，共53页。4对运动副的理解对运动副的理解(lji)要把握以下三点：要把握以下三点：（）运动副由（）运动副由两个构件两个构件组成；组成；（）运动副是一种联接（）运动副是一种联接,两构件两构件直接接触；直接接触；（）组成运动副的两个构件之间有（）组成运动副的两个构件之间有相对运动。相对

3、运动。运动副是机械原理中最重要的概念之运动副是机械原理中最重要的概念之一一第3页/共53页第四页，共53页。5运动运动(yndng)副元副元素不外乎为点、线素不外乎为点、线、面。、面。第4页/共53页第五页，共53页。61.构件的自由度：指一个构件的自由度：指一个(y )构件相对另一个构件相对另一个(y )构件可能出现的独立运动。一个构件可能出现的独立运动。一个(y )自由构件在空间具有自由构件在空间具有6个自由度。个自由度。2. 在平面内具有在平面内具有3个自由度。个自由度。Oyx2. 约束：指通过运动副联接约束：指通过运动副联接(lin ji)的两构件之间的某些相对独立运动所受到的限制。的

4、两构件之间的某些相对独立运动所受到的限制。运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。第5页/共53页第六页，共53页。7 按运动按运动(yndng)副相对运动副相对运动(yndng)形式分：形式分： （3 3）运动）运动(yndng)(yndng)副类型副类型球面球面(qimin)副副转转动动副副移移动动副副螺旋副螺旋副第6页/共53页第七页，共53页。8 按运动按运动(yndng)副接触形式分：副接触形式分： 低副低副: 两构件通过面接触而构成的运动两构件通过面接触而构成的运动(yndng)副统称为低副副统称为低副; 高副高副: 凡两

5、构件系通过点或线接触而构成的运动凡两构件系通过点或线接触而构成的运动(yndng)副统称为高副副统称为高副; 第7页/共53页第八页，共53页。9球面球面副副 按运动副的运动空间按运动副的运动空间(kngjin)分分: 平面运动副平面运动副:指构成运动副的两构件之间的相对运动为平面运动的运动副指构成运动副的两构件之间的相对运动为平面运动的运动副; 空间空间(kngjin)运动副运动副:指构成运动副的两构件之间的相对运动为空间指构成运动副的两构件之间的相对运动为空间(kngjin)运动。运动。螺旋螺旋副副第8页/共53页第九页，共53页。10 运动链运动链:指两个以上的构件通过指两个以上的构件通

6、过(tnggu)运动副联接而构成的系统。运动副联接而构成的系统。 闭链闭链: 运动运动(yndng)链的各构件构成首尾封闭的系统。链的各构件构成首尾封闭的系统。 开链开链: : 运动链的各构件未构成首尾封闭的系统。运动链的各构件未构成首尾封闭的系统。第9页/共53页第十页，共53页。11机构机构:在运动链中将一构件在运动链中将一构件(gujin)加以固定作为机架或参考构件加以固定作为机架或参考构件(gujin), 并给定另外一个或少数几个构件并给定另外一个或少数几个构件(gujin)的运动规律，则运动链便成为机构。的运动规律，则运动链便成为机构。机架：机构机架：机构(jgu)中固定不动构件。中

7、固定不动构件。p 平面机构平面机构: 机构中各构件间的相对运动为平面运动。机构中各构件间的相对运动为平面运动。p 空间机构空间机构: 机构中各构件间的相对运动为空间运动。机构中各构件间的相对运动为空间运动。原动件原动件: 机构中按给定的运动规律独立运动的构件。机构中按给定的运动规律独立运动的构件。从动件从动件:机构其余活动构件。机构其余活动构件。第10页/共53页第十一页，共53页。12机构的示意图：指为了表明机构结构机构的示意图：指为了表明机构结构(jigu)状况状况, 不要求不要求严格地按比例而绘制的简图。严格地按比例而绘制的简图。机构运动简图：指根据机构的运动尺寸机构运动简图：指根据机构

8、的运动尺寸, 按一定的按一定的比例尺定出各运动副的位置比例尺定出各运动副的位置, 并用并用(bn yn)国标国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副，绘制出规定的简单线条和符号代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。表示机构运动关系的简明图形。 机构机构(jgu)示意图示意图机构的运动：机构的运动：与与原动件运动规律原动件运动规律、运动副类型运动副类型、机构运动尺寸机构运动尺寸有关有关, 而与而与机构的结构尺寸和形状机构的结构尺寸和形状以及以及运动副的具体构造运动副的具体构造无关无关，因此可以不计或略去那些与机构运动无关的，因此可以不计或略去那些与机构运动无关的 因素。因素。3-2

9、 机构运动简图为什么要画机构运动简图？为什么要画机构运动简图？第11页/共53页第十二页，共53页。13第12页/共53页第十三页，共53页。常用运动常用运动(yndng)副的符号副的符号运动运动(yndng)副符号副符号两运动两运动(yndng)构件构构件构成的运动成的运动(yndng)副副转转动动副副移移动动副副121212121212212121平平面面运运动动副副两构件之一为固定时的运动副两构件之一为固定时的运动副121222112211222112运动副运动副名称名称第13页/共53页第十四页，共53页。平平面面(pngmin)高高副副螺螺旋旋(luxun)副副21121221211

10、212球球面面(qimin)副副球球销销副副1212空空间间运运动动副副122112平平面面运运动动副副21第14页/共53页第十五页，共53页。构件的表示构件的表示(biosh)方法方法 杆、轴构件杆、轴构件(gujin)固定固定(gdng)构件构件同一构件同一构件第15页/共53页第十六页，共53页。三副三副(snf)构构件件 两副构件两副构件(gujin) 构件的表示构件的表示(biosh)方法方法第16页/共53页第十七页，共53页。 画构件时应撇开构件的实际画构件时应撇开构件的实际(shj)外形，而只考虑运动副外形，而只考虑运动副的性质。的性质。第17页/共53页第十八页，共53页。

11、 常用常用(chn yn)(chn yn)机构运动简图符号（摘自机构运动简图符号（摘自GB/T4460-1984GB/T4460-1984）在在机机架架上上的的电电机机齿齿轮轮齿齿条条传传动动圆圆锥锥齿齿轮轮传传动动带带传传动动第18页/共53页第十九页，共53页。链链传传动动圆圆柱柱杆杆蜗蜗轮轮传传动动凸凸轮轮传传动动外啮外啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动常用机构运动常用机构运动(yndng)(yndng)简图符号（续）简图符号（续）第19页/共53页第二十页，共53页。常用常用(chn yn)(chn yn)机构运动简图符号（续）机构运动简图符号（续）内啮内啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动棘棘

12、轮轮机机构构第20页/共53页第二十一页，共53页。221、分析机构的组成及运动情况，确定机构中的机架、原动部分、传动部分和执行部分，以确定构件和运动副的数目。2、循着运动传递的路线，逐一分析每两个构件间相对运动(xin du yn dn)的性质，确定运动副的类型和数目;还应确定与机构运动特性相关的运动要素：运动副间的相对位置。如转动副中心的位置和移动副导路的方位；高副的廓线形状，包括其曲率中心和曲率半径等。3、恰当地选择投影面：一般选择与机械的多数构件的运动平面相平行的平面作为投影面。4、选择适当的比例尺, 用规定的简单线条和各种运动副符号, 将机构运动简图画出来。第21页/共53页第二十二

13、页，共53页。23例例3-1 3-1 绘制绘制(huzh)(huzh)颚式破碎机的构运动简图颚式破碎机的构运动简图(1)分析机构分析机构(jgu)的组成及运动情况，共四个构件：机架的组成及运动情况，共四个构件：机架1、偏心轴、偏心轴2、动颚、动颚3和肘板和肘板4(2)确定运动副的类型及数量确定运动副的类型及数量 偏心轴与机架偏心轴与机架 转动副转动副A 动颚与偏心轴动颚与偏心轴 转动副转动副B 肘板与动颚肘板与动颚 转动副转动副C 肘板与机架肘板与机架 转动副转动副D(3)选定投影面和比例尺，定出各运动副的相对位置，绘制出机构选定投影面和比例尺，定出各运动副的相对位置，绘制出机构(jgu)运动

14、简图运动简图第22页/共53页第二十三页，共53页。24DCBA1432第23页/共53页第二十四页，共53页。25AB12C34AB12C34第24页/共53页第二十五页，共53页。26第25页/共53页第二十六页，共53页。27CAB2344D5561第26页/共53页第二十七页，共53页。282B1AC第27页/共53页第二十八页，共53页。29能动能动(nngdng)吗？吗？213ACB4D3-3 平面(pngmin)机构的自由度第28页/共53页第二十九页，共53页。30给定给定S3S3S3(t)S3(t)，一个，一个(y )(y )独立参数独立参数1111（t t）唯一确定，该机构

15、仅需要一个）唯一确定，该机构仅需要一个(y )(y )独立参数。独立参数。 若仅给定若仅给定(i dn)1(i dn)111（t t）, ,则则2 3 4 2 3 4 均不能唯一确定。若同时给定均不能唯一确定。若同时给定(i dn)1(i dn)1和和4 4 ，则，则3 2 3 2 能唯一确定，该机构需要两个独立参数能唯一确定，该机构需要两个独立参数 。4 4S3123S31 112341 1一、机构一、机构(jgu)具有确定运动的条件具有确定运动的条件第29页/共53页第三十页，共53页。31定义：保证机构具有确定运动时所必须定义：保证机构具有确定运动时所必须(bx)(bx)给定给定的的 独

16、立运动参数称为机构的自由度。独立运动参数称为机构的自由度。原动件原动件能独立能独立(dl)(dl)运动的构件。运动的构件。一个原动件只能提供一个独立一个原动件只能提供一个独立(dl)(dl)参数参数机构机构(jgu)(jgu)具有确定运动的条件为具有确定运动的条件为：自由度原动件数自由度原动件数第30页/共53页第三十一页，共53页。32二、平面二、平面(pngmin)(pngmin)机构自由度的计算机构自由度的计算作平面运动的刚体在空间作平面运动的刚体在空间(kngjin)的位置需要三个独立的参数（的位置需要三个独立的参数（x，y, ）才能唯一确定。）才能唯一确定。F = 3单个自由构件的自

17、由度为单个自由构件的自由度为 3 3yx(x , y)第31页/共53页第三十二页，共53页。自由构自由构件的自件的自由度数由度数运动副运动副 自由度数自由度数 约束约束(yush)数数回转副回转副 1（） + 2（x，y） = 3yx12Syx12xy12R=2, F=1R=2, F=1R=1, F=2结论：构件结论：构件(gujin)自由度自由度3约约束数束数移动移动(ydng)副副 1（x） + 2（y，）= 3高高 副副 2（x,） + 1（y） = 3经运动副相联后，构件自由度会有变化：经运动副相联后，构件自由度会有变化： 自由构件的自由度数约束数自由构件的自由度数约束数第32页/共

18、53页第三十三页，共53页。活 动活 动 ( h u dng)构件数构件数 n 计算公式：计算公式： F=3n(2PL +Ph )要求：记住上述公式要求：记住上述公式(gngsh)，并能熟练应，并能熟练应用。用。构件构件(gujin)总自由度总自由度 低副约束数低副约束数 高副约束数高副约束数 3n 2 PL1 Ph计算曲柄滑块机构的自由度。计算曲柄滑块机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n=3低副数低副数PL=4F=3n 2PL PH =33 24 =1 高副数高副数PH=0S3123推广到一般：推广到一般： 第33页/共53页第三十四页，共53页。35计算五杆铰链计算五杆铰链(jio

19、lin)机构的自由度机构的自由度解 ： 活 动解 ： 活 动 ( h u dng)构件数构件数n=4低副数低副数PL=5F=3n 2PL PH =34 25 =2 高副数高副数PH=012341 1第34页/共53页第三十五页，共53页。36计算计算(j sun)图示凸轮机构的自由度。图示凸轮机构的自由度。解：活动解：活动(hu dng)构构件数件数n=2低副数低副数PL=2F=3n 2PL PH =32 221 =1高副数高副数PH=1123第35页/共53页第三十六页，共53页。3712345678ABCDEF计算计算(j sun)图示圆盘锯机构的自由度图示圆盘锯机构的自由度。解：活动解：

20、活动(hu dng)构构件数件数n=7低副数低副数PL= 6F=3n 2PL PH 高副数高副数PH=0=37 26 0=9计算结果肯定计算结果肯定(kndng)不对！不对！第36页/共53页第三十七页，共53页。381.复合铰链复合铰链 两个以上的构件在同一两个以上的构件在同一(tngy)处以转动副相联。处以转动副相联。计算计算(j sun)：m个个构件构件,有有 m 1 转 动转 动(zhun dng)副。副。两个低副两个低副三、三、计算平面机构自由度的注意事项计算平面机构自由度的注意事项第37页/共53页第三十八页，共53页。39上例：在上例：在B、C、D、E四处四处(sch)应各有应各

21、有 2 个运动副。个运动副。计算图示圆盘计算图示圆盘(yun pn)(yun pn)锯机构锯机构的自由度。的自由度。解：活动解：活动(hu dng)构构件数件数n=7低副数低副数PL= 10F=3n 2PL PH =37 2100 =1可以证明：可以证明：F点的轨迹为一直线。点的轨迹为一直线。12345678ABCDEF第38页/共53页第三十九页，共53页。401231342123441321432312两个两个(lin )转动副转动副两个两个(lin )转动副转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副第39页/共53页第四十页，共53页。41 计

22、算图示两种凸轮计算图示两种凸轮(tln)机构的自由度。机构的自由度。解：解：n=3，PL=3，F=3n 2PL PH =33 23 1 =2PH=1对于对于(duy)右边的机构，右边的机构，有：有： F=32 22 1=1事实上，两个机构事实上，两个机构(jgu)的运动相同，的运动相同，且且F=1123123第40页/共53页第四十一页，共53页。422.局部局部(jb)自由度自由度 F=32 22 1 =1定义：构件定义：构件(gujin)局部运动所产生的自由度，并不局部运动所产生的自由度，并不影响整个机构的运动。影响整个机构的运动。出现在加装滚子的场合，出现在加装滚子的场合，计算时应去掉计

23、算时应去掉(q dio)滚滚子和铰链：子和铰链：滚子的作用：滑动摩擦滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。滚动摩擦。123123第41页/共53页第四十二页，共53页。43解：解：n=4，PL= 6，F=3n 2PL PH =34 26 =0PH=03.虚约束虚约束 对机构的运动实际上不起作用的约束。对机构的运动实际上不起作用的约束。 计算计算(j sun)自由度时应去掉虚约束。自由度时应去掉虚约束。 FE FEAB AB CD CD ，故增加构件，故增加构件(gujin)4(gujin)4前后前后E E点点的轨迹都是圆弧，增加的约束不起作用，应去掉构的轨迹都是圆弧，增加的约束不起作用，应去掉构件件(

24、gujin)4(gujin)4。 已知：已知：ABCDEF，计算图示平行四边形，计算图示平行四边形 机构的自由度。机构的自由度。 1234ABCDEF第42页/共53页第四十三页，共53页。44重新重新(chngxn)计算计算：n=3, PL=4, PH=0F=3n 2PL PH =33 24 =1特别注意：此例存在虚约束的几何特别注意：此例存在虚约束的几何(j h)条条件是：件是：1234ABCDEF4F已知：已知：ABCDEF，计算图示平行四边形，计算图示平行四边形 机构的自由度。机构的自由度。 ABCDEF虚约束虚约束(yush)第43页/共53页第四十四页，共53页。45出现虚约束的场

25、合：出现虚约束的场合：(1) 两构件联接前后，联接点的轨迹两构件联接前后，联接点的轨迹(guj)重重合，合，(2) 两构件两构件(gujin)构成多个构成多个移动副，且导路平行。移动副，且导路平行。 如平行四边形机构如平行四边形机构(jgu)，火车轮，火车轮椭圆仪椭圆仪等。等。(需要证明)第44页/共53页第四十五页，共53页。46(4) 运动时，两构件运动时，两构件(gujin)上的两点距离上的两点距离始终不变。始终不变。(3) 两构件两构件(gujin)构成多个构成多个转动副，且同轴。转动副，且同轴。(5) 对运动不起作用的对称对运动不起作用的对称(duchn)部分。如多个行星部分。如多个

26、行星轮。轮。52134EF53241EF1B342A1234ADBC2 2 第45页/共53页第四十六页，共53页。47AA(6) 两构件构成高副，两处接触，且法线两构件构成高副，两处接触，且法线(f xin)重合。重合。如等宽凸轮如等宽凸轮(tln)W注意：注意：法线不重合法线不重合(chngh)时，变时，变成实际约束！成实际约束！AAn1n1n2n2n1n1n2n2第46页/共53页第四十七页，共53页。48虚约束虚约束(yush)的作用：的作用：改善构件的受力情况，如多个行星轮。改善构件的受力情况，如多个行星轮。增加机构的刚度增加机构的刚度(n d)，如轴与轴承、机床导轨，如轴与轴承、机

27、床导轨。使机构运动顺利，避免运动不确定使机构运动顺利，避免运动不确定(qudng)，如车轮。如车轮。注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的 !第47页/共53页第四十八页，共53页。49计算计算(j sun)(j sun)图示大筛机构的图示大筛机构的自由度。自由度。CDABGFoEE位置位置(wi zhi)C ，2个低副个低副复合复合(fh)铰链铰链:局部自由度局部自由度1个个虚约束虚约束En=7PL = 9PH =1F=3n-2PL PH=37 -29 -1=2CDABGFoE第48页/共53页第四十九页，共53页。50B2I9C 3A1J6H87DE4

28、FG5计算计算(j sun)(j sun)包装机送纸机构的包装机送纸机构的自由度自由度 分析分析活动活动(hu dng)构件数构件数A1B2C 3J6G5H89IFn 9复合复合(fh)铰链铰链虚约束虚约束运动副运动副D1处处去掉局部自由度和虚约束去掉局部自由度和虚约束局部自由度局部自由度n 6，pL 7，pH 3F 3n 2pL pH 3 6 2 7 1 3 1滚子滚子3、8绕自身轴线的转动绕自身轴线的转动7ED42个转动副个转动副杆杆9和运动副和运动副F、I引入一个虚约束引入一个虚约束第49页/共53页第五十页，共53页。51123ACB4DP PL L=4,=4,P Ph h=1,=1,F=0F=0n=3,n=3,第50页/共53页第五十一页，共53页。52ECAB1DFG2345678HI第51页/共53页第五十二页，共53页。53本章本章(bn zhn)小结小结 运动副(概念及其分类) 平面(pngmin)机构的运动简图（会识别） 平面(pngmin)机构的自由度第52页/共53页第五十三页，共53页。