機械基礎機械系統(tǒng)的運動簡圖設計課件

1、第一章第一章 機械系統(tǒng)的運動簡圖設計機械系統(tǒng)的運動簡圖設計 重點學習內容重點學習內容1、平面機構運動簡圖的繪制。、平面機構運動簡圖的繪制。2、平面機構自由度的計算。、平面機構自由度的計算。3、平面機構、平面機構具有確定運動的條件。具有確定運動的條件。 1-1 運動副運動副 機構是由運動副連接起來，有一個構件作為機架，機構是由運動副連接起來，有一個構件作為機架，傳遞機械運動和力的構件系統(tǒng)傳遞機械運動和力的構件系統(tǒng)。 機構分為平面機構和空間機構。1、平面機構：、平面機構：組成機構的各構件都在同一平面或相互 平行的平面內運動。2、空間機構：、空間機構：組成機構的各構件不在同一平面內運動。3、運動副：

2、、運動副：機構中使兩構件相互接觸而又允許產生某 些相對運動的活動聯(lián)接。稱為運動副。4、運動副元素：、運動副元素：直接參與接觸構成運動副的部分 點點、線、面線、面。幾個定義例如，軸與軸承的聯(lián)接、活塞與氣缸的聯(lián)接、傳動齒輪兩個輪齒間的聯(lián)接等都構成運動副。 兩構件組成的運動副，不外乎通過點點、線線或面面的接觸來實現(xiàn)。按照接觸特性，通常把運動副分為低副和高副兩大類。 一、低副一、低副 兩構件通過兩構件通過面面接觸組成的運動副成為接觸組成的運動副成為低副低副。 低副分為低副分為轉動副轉動副和和移動副移動副。（1） 轉動副轉動副 若組成運動副的 兩構件只能相對轉動， 這種運動副成為轉動副， 或稱鉸鏈，如圖

3、所示。（）移動副移動副 若組成運動副的兩個構件只能沿某一軸線作相對移動，這種運動副稱為移動副移動副。二、高副二、高副 兩構件通過點或線接觸組成的運動副稱為高副高副。圖14a中的車輪與鋼軌、圖b中的凸輪與從動件、圖c中的輪齒1與輪齒2分別在接觸處A組成高副。組成平面高副二構件間的相對運動是沿接觸處切線 t t 方向的相對移動和在平面內的相對轉動。空間運動副球面副螺旋副1-2 機械系統(tǒng)的運動簡圖設計 實際構件的外形和結構往往很復雜，在研究機構運動時，為了使問題簡化，有必要撇開那些與運動無關的構件外形和運動副具體構造，僅用簡單線條和符號來表示構件僅用簡單線條和符號來表示構件和運動副，并按比例定出各運

4、動副的位置和運動副，并按比例定出各運動副的位置。這種說明機構各構件間相對運動關系的簡圖稱為機構運動簡圖機構運動簡圖。 機構運動簡圖中的運動副表示： 圖1-6a、b、c是兩個構件組成轉動副的表示方法。用用圓圈表示轉動副圓圈表示轉動副，其圓心代表相對轉動軸線其圓心代表相對轉動軸線。若組成轉動副的二構件都是活動件，則用圖a表示。若其中有一個為機架，則在代表機架的構件上加陰影線，如圖b、c所示。機構中的構件可分為三類：（1） 固定構件固定構件（機架） 是用來支承活動構件的構件。例如圖0-2中的氣缸體就是固定構件，它用以支承活塞和曲軸等。研究機構中活動構件的運動時，常以固定構件作為參考坐標系。（2） 原

5、動件原動件 運動規(guī)律已知的活動構件。例如圖0-1中的活塞。兩副元素構件兩副元素構件三副元素構件3）從動件：從動件： 運動規(guī)律隨原動件 的活動構件。例如 圖0-1中的連桿和曲軸都是從動件，由于該機構的功用是將直線運動變換為定軸轉動，因此，曲軸是輸出構件，連桿是用于傳遞運動的從動件。*繪制平面機構運動簡圖的一般步驟：繪制平面機構運動簡圖的一般步驟：1）分析機構運動，找出固定件（機架）、原動件和從動件。2）從原動件開始，按運動傳遞順序，及各構件之間的相對運動，確定活動構件數目、運動副的類型和數目。3）選擇適當的視圖平面和適當的機構運動瞬時位置；4）選擇比例尺，定出各運動副之間的相對位置，用規(guī)定符號繪

6、制機構運動簡圖。5) 給構件編號、給運動副標注字母。機構的運動簡圖只是機構運動過程中的某一瞬時位置（狀態(tài)）例例 1-1 繪制圖1-8a所示顎式破碎機顎式破碎機的機構運動簡圖。1機架，2偏心軸，3動顎，4肘板。例例 1-2 繪制圖1-9a 所示活塞泵活塞泵的機構簡圖（P21）?；钊糜汕?、連桿2、齒扇3、齒條活塞4和機架5共五個構件所組成。曲柄1，是原動件，2 、3、4為從動件。當原動件 1 回轉時，活塞在氣缸中往復運動。各構件之間的聯(lián)接如下：構件 1 和 5 、2和1、3和2、3和5之間為相對轉動，分別構成轉動副A、B、C、D。構件3 的輪齒與構件 4 的齒構成平面高副E。構件 4 與構件

7、 5 之間為相對移動，構成移動副F。551-3 機械系統(tǒng)具有確定運動的條件 一、平面機構自由度的計算一、平面機構自由度的計算 一個作平面運動的自由構件自由構件具有三個獨立運動三個獨立運動。如圖所示，在XOY坐標系中，構件S可隨其上任一點A沿x軸、y軸方向移動和繞A點轉動。這種相對于參考系構件所具有的獨立運動獨立運動稱為構件的自由度自由度。所以一個作平面運動的自由構件有三個自由度三個自由度。xyOA當兩個構件組成運動副之后，它們的相對運動就受到約束約束自由度隨之減少。不同種類的運動副引入的約束不同，所保留的自由度也不同。例如圖1-2所示的轉動副轉動副，約束了兩個移動自由度，只保留一個轉動自由度；

8、而移動副移動副約束了沿一軸方向的移動和在平面內的轉動兩個自由度，只保留沿另一軸方向移動的自由度；高副高副（圖1-4）則只約束了沿接觸處公法線nn 方向移動的自由度，保留繞接觸處轉動和沿接觸處公切線 t t 方向移動兩個自由度過。也可以說，在平面機構中，每個低副引入兩個約束每個低副引入兩個約束，使構件失去兩個自由度，每個高副引入一個約束每個高副引入一個約束，使構件失去一個自由度。 設平面機構共有共有K 個構件個構件。除去固定構件，則機構中的活動構件數為活動構件數為n=K-1。在未用運動副聯(lián)接之前，這些活動構件的自由度總數為3n。當用運動副將構件聯(lián)接起來組成機構之后，機構中各構件具有的自由度就減少

9、了。若機構中低副數為低副數為PL個個，高副數為高副數為PH個個，則機構中全部運動副所引入的約束總數為2PL+PH。因此活動構件的自由度總數減去運動副引入的約束總數就是該機構的機構的自由度自由度（舊稱為機構活動度），以F 表示，即 F=3n - 2PL - PH （11)這就是計算平面機構自由度的公式計算平面機構自由度的公式。由公式可知，機構自由度F取決于活動構件數以及運動副的性質 （低副或高副的 個數個數)。二、機械系統(tǒng)具有確定運動的條件二、機械系統(tǒng)具有確定運動的條件 機構的自由度也即是機構相對于機架所具有的獨立運動的數目。由前述可知，從動件是不能獨立運動的，只有原動件才能獨立運動。要使機構具

10、有確定的運動，則機構的原動件個數機構的原動件個數應等于機構的自由度的數目。這就是機構具有確定運動的條件。應等于機構的自由度的數目。這就是機構具有確定運動的條件。例例 1-3 計算圖1-4b所示顎式破碎機主體機構的自由度。 解解 在顎式破碎機顎式破碎機主體機構中，有三個活動構件，n=3；包含四個轉動副，PL=4；沒有高副，PH=0。所以由式（1-1）得機構自由度 F=3n-2PL-PH=33-2 4 0=1該機構具有一個原動件（曲軸 2 ），原動件數與機構的自由度等。例例 1-4 計算圖1-9所式活塞泵活塞泵的自由度。 解解 活塞泵具有四個活動構件，n=4；五個低副（四個轉動副和一個移動副），P

11、L=5；一個高副，PH=1。由式（1-1）得F=3n-2PL-PH=34 -2 5 -1=1機構的自由度與原動件（曲柄1）數相等。例例1-5 牛頭刨床牛頭刨床的主體機構運動簡圖。（P17圖1-10）三、計算機構自由度時應注意的幾種情況三、計算機構自由度時應注意的幾種情況1、復合鉸鏈、復合鉸鏈 兩個以上的構件同時在一軸線上用轉動副轉動副聯(lián)接，就形成復合鉸鏈。若復合鉸鏈由m個構件組成，則聯(lián)接處有(m-1)個轉動副。例例1-6 試計算慣性篩機構慣性篩機構的自由度。n=5, Pl=7, Ph=0F=3n-2Pl-Ph=352 7=1解解 機構中有七個活動構件,n=7 ，A、B、C、D四處都是三個構件匯

12、交的復合鉸鏈，各有兩個轉動副，E、F處各有一個轉動副，機構的自由度與機構原動件數相等。當原動件8轉動時，圓盤中心E將沿EE直線移動。F=3n-2PL-PH=37-2 100=1例 1 -7 計算圖1-14所示圓盤鋸圓盤鋸主體機構的自由度2、局部自由度、局部自由度 機構中常出現(xiàn)一種與輸出構件運動無關的個別構件的獨立運動自由度，稱為局部自由度局部自由度（或多余自由度），在計算機構自由度時應除去不計。 局部自由度雖然不影響整個機構的運動，但滾子可使高副接觸處的滑動摩擦變成滾動摩擦，減少磨損，所以實際機械中常有局部自由度出現(xiàn)。（凸輪機構使用較多）F=3n-2PL-PH=33-2 31=2F=3n-2P

13、L-PH=32-2 21=13、 虛約束虛約束 機構中與其它約束重復重復，而不起限制運動作用的約束的約束稱為虛約束虛約束。在計算機構自由度時應除去不計。如圖示：LAB=LCD=LEF，LBC=LAD，L=BE=LAF，當原動件AB運動時，構件BC上E點的軌跡與構件EF上E點軌跡重合,即都是以F為圓心，以EF長度為半徑圓的軌跡。不除去虛約束 除去虛約束F=3n-2PL-PH=3 4-2 60= 0 , F=3n-2PL-PH=3 3-2 40=1出現(xiàn)虛約束的情況有出現(xiàn)虛約束的情況有：1）兩構件同時在幾處構成多個移動副，且移動副導路平行, 圖1-15a)；或兩構件同時在幾處構成多個轉動副，圖1-15b);2）兩構件上某兩點間的距離在運動過程中始終保持不變時, 圖1-16 ；3）機構中傳遞運動不起獨立作用的對稱部分,圖1-17。解解 機構中的滾子有一個局部自由度，頂桿與機架在E和E組成兩個導路平行的移動副，其中之一為虛約束，C處是復合鉸鏈。今將滾子與頂桿焊成一體，去掉移動副E，并在C點注明轉動副數，如圖1-17所示，由圖 b得，n=7，PL=9（7個轉動副和2個移動副），PH=1， F=3n - 2PL - PH=37-2 9-1=2此機構