機械系統(tǒng)的運動(yùndòng)簡圖設(shè)計第一章第一頁，共四十八頁。一.機械系統(tǒng)(machinerysystem)

原動機傳動裝置工作(gōngzuò)機構(gòu)（執(zhí)行機構(gòu)）——給機械系統(tǒng)提供(tígōng)動力。——將原動機的動力和運動傳遞給執(zhí)行機構(gòu)的中間(zhōngjiān)裝置。（1）減速或增速；（2）變速；（3）傳遞動力；（4）改變運動規(guī)律；（5）實現(xiàn)多路運動；——利用機械能來進行生產(chǎn)或達到預(yù)定要求的裝置。操縱控制裝置——操縱及控制機械系統(tǒng)各組成部分協(xié)調(diào)動作。它的功能：第二頁，共四十八頁。傳動系統(tǒng)帶式運輸機聯(lián)軸器聯(lián)軸器減速器電動機運輸帶——工作(gōngzuò)機—原動機第三頁，共四十八頁。聯(lián)軸器聯(lián)軸器電動機減速器帶式運輸機傳動(chuándòng)簡圖傳動系統(tǒng)原動機工作機帶式運輸機DF

v二.機械系統(tǒng)運動(yùndòng)簡圖(machinerysystemkineticsketch)機械系統(tǒng)的運動簡圖是用規(guī)定(guīdìng)的符號，繪出能準確表達出機構(gòu)各構(gòu)件之間的相對關(guān)系及運動特征的簡單圖形。第四頁，共四十八頁。內(nèi)燃機曲柄(qūbǐng)滑塊機構(gòu)簡圖汽缸體活塞連桿曲軸F三.平面(píngmiàn)機構(gòu)運動簡圖(planarmechanismkinematicsketch)平面(píngmiàn)機構(gòu)(planarmechanism)——所有構(gòu)件都在同一平面或平行平面內(nèi)運動的機構(gòu)。如：內(nèi)燃機中的曲柄滑塊機構(gòu)。齒輪機構(gòu)簡圖或第五頁，共四十八頁。1）運動(yùndòng)副及其分類四．本章主要內(nèi)容、重點(zhòngdiǎn)及難點3）平面機構(gòu)自由度計算及機構(gòu)具有(jùyǒu)確定運動的條件2）平面機構(gòu)的運動簡圖及其繪制主要內(nèi)容重點——平面機構(gòu)自由度計算及機構(gòu)具有確定運動的條件難點機構(gòu)運動簡圖繪制有虛約束的機構(gòu)自由度計算第六頁，共四十八頁?！?-1運動(yùndòng)副及其分類一.

運動副(kineticpair)——機構(gòu)中由兩構(gòu)件直接接觸的具有(jùyǒu)一定相對運動的可動聯(lián)接。如：內(nèi)燃機中活塞(huósāi)2與氣缸體1（相對移動）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）組成可動連接。相對移動相對轉(zhuǎn)動第七頁，共四十八頁。移動(yídòng)副轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)副齒輪(chǐlún)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)件間的接觸形式分：第八頁，共四十八頁。21球面(qiúmiàn)副球銷副空間(kōngjiān)運動副螺旋(luóxuán)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：第九頁，共四十八頁?！?-2平面機構(gòu)(jīgòu)運動簡圖

機構(gòu)(jīgòu)運動簡圖(kinematicsketch)——

是用規(guī)定的符號，繪出的能準確表達機構(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)燃機中由汽缸體、活塞、連桿和曲軸組成的曲軸滑塊機構(gòu)。一．機構(gòu)構(gòu)件(gòujiàn)分類機架（或固定構(gòu)件）——內(nèi)燃機的汽缸體活動構(gòu)件——除機架外的所有可動構(gòu)件。如活塞、連桿、曲軸及齒輪等。組成機構(gòu)的構(gòu)件可分為兩大類：第十頁，共四十八頁。內(nèi)燃機曲柄(qūbǐng)滑塊機構(gòu)運動簡圖汽缸體活塞連桿曲軸F第十一頁，共四十八頁。內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)(jiégòu)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)律已知的活動(huódòng)構(gòu)件。（內(nèi)燃機中的活塞2）主動(zhǔdòng)件：作用有驅(qū)動力或驅(qū)動力矩的活動構(gòu)件。（活塞2

、齒輪5、凸輪7）輸出件：輸出運動或動力的從動件。（曲軸4、推桿8

）活動構(gòu)件從動件：機構(gòu)中隨主動件的運動而運動的其余活動構(gòu)件（如連桿3、曲軸4、齒輪6、推桿8

）第十二頁，共四十八頁。121221212112二．常用機構(gòu)運動(yùndòng)簡圖的表示符號一）運動(yùndòng)副的表示符號轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)副的符號移動副的符號高副的符號第十三頁，共四十八頁。三副(sānfù)構(gòu)件（活動構(gòu)件）兩副構(gòu)件(gòujiàn)（活動構(gòu)件）固定(gùdìng)構(gòu)件注意：固定構(gòu)件用帶有陰影線構(gòu)件表示二）構(gòu)件的表示符號第十四頁，共四十八頁。齒輪(chǐlún)機構(gòu)凸輪(tūlún)機構(gòu)齒輪(chǐlún)機構(gòu)表示符號凸輪機構(gòu)表示符號三）常用機構(gòu)運動簡圖符號第十五頁，共四十八頁。電動機帶傳動鏈傳動錐齒輪機構(gòu)蝸桿蝸輪傳動第十六頁，共四十八頁。1）分析內(nèi)燃機的機構(gòu)組成：主運動機構(gòu)：由氣缸體1、活塞2、連桿3、曲軸(qūzhóu)4組成其他機構(gòu)：齒輪機構(gòu)（齒輪5、齒輪6），凸輪機構(gòu)（凸輪7、推桿8）固定(gùdìng)件:氣缸體12）根據(jù)機構(gòu)的運動情況，判別(pànbié)固定件、原動件和從動件例1-1繪制內(nèi)燃機的機構(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從動件三.平面機構(gòu)運動簡圖繪制——舉例說明第十七頁，共四十八頁。2．從原動件開始，按運動傳遞順序，分析各構(gòu)件之間相對運動(xiānɡduìyùndònɡ)的性質(zhì)、確定運動副的種類和數(shù)目。

2個移動(yídòng)副——2和1、8和1；

4個轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)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.齒輪第十八頁，共四十八頁。3．合理選擇視圖平面（選機構(gòu)的主運動平面及其平行平面）和適當?shù)臋C構(gòu)運動瞬時(shùnshí)位置（圖示位置）4．選擇適當?shù)拈L度比例尺μl定出運動副之間的相對位置，用規(guī)定(guīdìng)的符號繪制機構(gòu)運動簡圖。12344'55'6CABDEF第十九頁，共四十八頁。例1-2繪制(huìzhì)顎式破碎機機構(gòu)運動簡圖顎式破碎機的組成(zǔchénɡ)情況4.肘板3.動顎板5.帶輪2.偏心軸1.機架解：1．顎式破碎機的結(jié)構(gòu)(jiégòu)分析第二十頁，共四十八頁。

顎式破碎機的主運動機構(gòu)由：機架1、偏心軸2（與帶輪5固連在一起）、動顎板3和肘板4組成(zǔchénɡ)。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．分析機構(gòu)的運動(yùndòng)，判別固定件、原動件和從動件1）機構(gòu)的運動(yùndòng)情況分析顎式破碎機4.肘板3.動顎板1.機架5.帶輪2.偏心軸第二十一頁，共四十八頁。固定(gùdìng)件——機架1原動件——偏心軸2從動件——動顎板3、肘板42）判別4.肘板1.機架2.偏心軸5.帶輪3.動顎板3．從原動件開始，按運動傳遞順序，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。因機構(gòu)(jīgòu)各構(gòu)件之間的相對運動均為轉(zhuǎn)動，故組成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為活動鉸鏈第二十二頁，共四十八頁。4．合理選擇視圖平面（一般選機構(gòu)的運動平面或者與運動平面平行的平面），適當?shù)臋C構(gòu)的運動瞬時位置（以能夠清楚反映(fǎnyìng)出各構(gòu)件之間相對位置關(guān)系為原則）5．選擇適當?shù)拈L度比例尺μl=，定出運動副之間的相對位置，用規(guī)定的符號繪制機構(gòu)運動簡圖。第二十三頁，共四十八頁。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?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(guīdìng)的構(gòu)件符號連接各點，所形成的簡單圖形即為顎式破碎機的主運動機構(gòu)。鄂式破碎機機構(gòu)運動簡圖3D12BA1C4鄂式破碎機機構(gòu)(jīgòu)運動簡圖繪制步驟：第二十四頁，共四十八頁?！?－3平面機構(gòu)(jīgòu)自由度（DegreesofFreedom）的計算一、構(gòu)件(gòujiàn)的自由度與約束yxθ(x,y)

構(gòu)件獨立運動的數(shù)目(shùmù)稱為構(gòu)件自由度；

對構(gòu)件運動的限制作用稱為約束。（運動副）。自由度的減少數(shù)=約束數(shù)

作平面運動的剛體在平面的位置需要三個獨立的參數(shù)（x，y,θ）才能唯一確定。n個自由構(gòu)件的自由度？第二十五頁，共四十八頁。yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2θ運動(yùndòng)副自由度數(shù)約束數(shù)回轉(zhuǎn)副1（θ）+2（x，y）=3移動(yídòng)副1（x）+2（y，θ）=3結(jié)論(jiélùn)：構(gòu)件自由度＝3－約束數(shù)高副2（x,θ）+1（y）=3＝自由構(gòu)件的自由度數(shù)－約束數(shù)自由構(gòu)件的自由度數(shù)第二十六頁，共四十八頁?；顒?huódòng)構(gòu)件數(shù)

n

計算公式：F=3n－(2Pl+Ph)

（記）構(gòu)件(gòujiàn)總自由度

低副約束(yuēshù)數(shù)

高副約束數(shù)

3×n2×Pl1

×Ph推廣到一般：

開式運動鏈閉式運動鏈機構(gòu)閉式運動鏈:每個構(gòu)件均與兩個或多個構(gòu)件形成運動副運動鏈:運動副聯(lián)接而成的可動構(gòu)件系統(tǒng)開式運動鏈:至少有一個構(gòu)件只與一個構(gòu)件形成運動副第二十七頁，共四十八頁。二.機構(gòu)自由度

機構(gòu)獨立運動的數(shù)目(shùmù)稱為機構(gòu)的自由度。l4l1l2l3w1j1解：活動(huódòng)構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)Pl=4F=3n－2Pl－Ph=3×3－2×4=1=原動件數(shù)(jiànshù)高副數(shù)Ph=0計算上述機構(gòu)的自由度：解：活動構(gòu)件數(shù)n=

2低副數(shù)Pl=

3

高副數(shù)Ph=0

F=3n－2Pl－Ph=3×2-2×3=0第二十八頁，共四十八頁。解：活動(huódòng)構(gòu)件數(shù)n=4低副數(shù)Pl=5F=3n－2Pl－Ph=3×4－2×5=2高副數(shù)Ph=0n=2Pl=2F=3n－2Pl－Ph

=3×2－

2×2－1=1Ph=1第二十九頁，共四十八頁。F=3n-2pl-ph

=3×7-2×10-0=1

＝原動件數(shù)(jiànshù)12634578

機構(gòu)具有(jùyǒu)確定運動的條：機構(gòu)(jīgòu)的原動件數(shù)目=機構(gòu)的自由度數(shù)目第三十頁，共四十八頁。n=4Pl=5Ph=0F=3n－2Pl－Ph

=3×4－

2×5=2312321？（6）（6）（0）第三十一頁，共四十八頁。四、計算(jìsuàn)機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項1.復(fù)合鉸鏈(MultipleJoint)

由兩個以上構(gòu)件(gòujiàn)在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)合鉸鏈。31824567F=3n-2pl-ph

=3×7-2×10-0=1第三十二頁，共四十八頁。F=3n-2pl-ph

=3×3-2×3-1=2F

=3×2-2×2-1=12.局部(júbù)自由度(PassiveDegreeofFreedom)

處理方式(fāngshì)：在計算機構(gòu)自由度時，局部自由度應(yīng)當舍棄不計。不影響機構(gòu)整體運動(yùndòng)的自由度，稱為局部自由度。第三十三頁，共四十八頁。已知：AB＝CD＝EF，計算圖示平行四邊形機構(gòu)的自由度。

解：n=4，Pl=6，F(xiàn)=3n－2Pl

－Ph

=3×4－2×6=0Ph=01234ABCDEF第三十四頁，共四十八頁。3.虛約束(yuēshù)(Redundant

constraint)－－對機構(gòu)的運動不起限制作用的約束。計算自由度時應(yīng)去掉虛約束。∵FE＝AB＝CD，故增加(zēngjiā)構(gòu)件4前后E點的軌跡都是圓弧，增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件4。1234ABCDEF重新(chóngxīn)計算：n=3,Pl=4,Ph=0F=3n－2Pl

－Ph

=3×3－2×4=1特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：AB＝CD＝EF第三十五頁，共四十八頁。常見的虛約束有以下(yǐxià)幾種情況:1)當兩構(gòu)件組成多個移動副，且其導(dǎo)路互相平行或重合時，則只有一個移動副起約束作用，其余都是虛約束。EE'帶虛約束的凸輪(tūlún)機構(gòu)第三十六頁，共四十八頁。帶虛約束(yuēshù)的曲軸2)當兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，且軸線互相重合時，則只有一個轉(zhuǎn)動副起作用，其余(qíyú)轉(zhuǎn)動副都是虛約束。第三十七頁，共四十八頁。3)如果機構(gòu)中兩活動構(gòu)件上某兩點的距離始終保持不變，此時若用具有兩個(liǎnɡɡè)轉(zhuǎn)動副的附加構(gòu)件來連接這兩個(liǎnɡɡè)點，則將會引入一個虛約束。F=3n-2pl-ph=3*4-2*6=0

???帶虛約束的桿機構(gòu)=3*3-2*4=1

第三十八頁，共四十八頁。4)機構(gòu)中對運動起重復(fù)限制作用的對稱(duìchèn)部分也往往會引入虛約束。帶虛約束的行星輪系2'2"231F=3n-2pl-ph=3*5-2*5-6=-1

???21=3*3-2*3-2=14第三十九頁，共四十八頁。５）兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸(jiēchù)，且法線重合。W注意(zhùyì)：法線不重合時，變成實際約束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A第四十頁，共四十八頁。虛約束的本質(zhì)(běnzhì)是什么?

從運動(yùndòng)的角度看,虛約束就是“重復(fù)的約束”或者是“多余的約束”。22'32"1CB311DMN245AEE'第四十一頁，共四十八頁。a.使受力狀態(tài)更合理；

b.使機構(gòu)平衡；

c.考慮機構(gòu)在特殊位置的運動．使用虛約束時要注意什么問題(wèntí)?

保證滿足虛約束存在的幾何條件，在機械設(shè)計中使用虛約束時，機械制造的精度要提高。機構(gòu)(jīgòu)中為什么要使用虛約束?第四十二頁，共四十八頁。[例1]找出圖示直線機構(gòu)中的復(fù)合(fùhé)鉸鏈

F=37–210=1[例2]

F=37–210=1機構(gòu)具有(jùyǒu)確定運動,因為主動件數(shù)等于機構(gòu)自由度數(shù)F。直線(zhíxiàn)機構(gòu)復(fù)合鉸鏈A2CB13DE5647壓縮機機構(gòu)計算圖示壓縮機機構(gòu)的自由度F復(fù)合鉸鏈15632874ACBFED復(fù)合鉸鏈第四十三頁，共四十八頁。EABCDOFGH

機構(gòu)具有確定運動(yùndòng),因為主動件數(shù)等于機構(gòu)自由度數(shù)F。[例]虛約束局部自由度F=36–28–1=1F=3n–2Pl–Ph第四十四頁，共四十八頁。[例]

部分圖示油泵機構(gòu)中，1為曲柄，2為活塞桿，3為轉(zhuǎn)塊，4