機械設(shè)計基礎(chǔ) 朱龍英 01平面機構(gòu)運動簡圖

1、2022-5-111三、機械零件設(shè)計的一般步驟三、機械零件設(shè)計的一般步驟 1）根據(jù)零件的使用要求，選擇零件類型、結(jié)構(gòu)形式和材料； 2）根據(jù)機器的工作要求，計算作用在零件上的載荷； 3）根據(jù)零件的工作條件，選擇零件的材料及熱處理方法； 4）按可能的失效形式，確定零件的計算準(zhǔn)則，并確定零件的基本尺寸，并加于標(biāo)準(zhǔn)化和圓整； 5）按工藝及標(biāo)準(zhǔn)化要求，進行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計； 6）校核計算；7）繪制零件的工作圖，并編寫計算說明書。 2022-5-1124.4.平面機構(gòu)具有確定相對運動的條件平面機構(gòu)具有確定相對運動的條件3.3.平面機構(gòu)運動簡圖及繪制畫法平面機構(gòu)運動簡圖及繪制畫法2.2.平面機構(gòu)自由度及其計算

2、平面機構(gòu)自由度及其計算1.1.平面機構(gòu)的組成平面機構(gòu)的組成2022-5-113 ：各構(gòu)件在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動蝸桿傳動 曲柄滑塊機構(gòu)：各構(gòu)件不完全在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動2022-5-1141 1、概念概念： ：是具有確定相對運動的構(gòu)件的組合 動畫演示 ：機構(gòu)中的（最?。┻\動單元; 由一個或多個零件剛性聯(lián)接而成2 2、組成、組成：機架機架： 固定不動的構(gòu)件 原動件原動件：輸入運動規(guī)律的構(gòu)件 從動件從動件：其它的活動構(gòu)件一、機構(gòu)的組成與分類一、機構(gòu)的組成與分類2022-5-115當(dāng)這些構(gòu)件之間以一定的方式聯(lián)接起來成為機構(gòu)時，各個構(gòu)件不再是自由構(gòu)件。兩相互接觸的構(gòu)件間只能作一定的

3、相對運動，自由度減少。這種對構(gòu)件獨立運動所施加的限制稱為約束約束。 一個作平面運動的自由構(gòu)件有獨立運動的可能性。構(gòu)件所具有的這種獨立運動的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度自由度。所以一個作平面運動的自由構(gòu)件有 自由度,二、自由度二、自由度6個個作空間運動的自由構(gòu)件有自由度。3個個3個個2022-5-116三、運動副及其分類三、運動副及其分類（一）（一） 低副低副 兩構(gòu)件通過面接觸而構(gòu)成的運動副稱為低副低副。根據(jù)兩構(gòu)件間的相對運動形式，低副又可分為轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副和移動副移動副。限制兩個自由度：（兩個移動）保留一個自由度（轉(zhuǎn)動）概念：兩構(gòu)件直接接觸又存在一定相對運動的可動聯(lián)接。類型：低副和高副1.1.轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動

4、副 （或鉸鏈） 兩構(gòu)件只能在一個平面內(nèi)作相對轉(zhuǎn)動2022-5-117 2.2.移動副移動副 兩構(gòu)件只能沿某一方向線作相對移動的運動副稱為移動副。 限制兩個自由度：（一個移動，一個轉(zhuǎn)動）保留一個自由度（移動 ）2022-5-118 （二）高副（二）高副 兩構(gòu)件通過點或線接觸組成的運動副稱為高副高副。限制一個自由度：（一個移動）保留兩個自由度（一個移動，一個轉(zhuǎn)動）2022-5-119 （機構(gòu)示意圖：（機構(gòu)示意圖：只需表明機構(gòu)運動傳遞情況和構(gòu)造特征，不必按嚴(yán)格比例所畫的圖形）1、機構(gòu)運動簡圖、機構(gòu)運動簡圖：簡明表示機構(gòu)中各構(gòu)件之間相對運動關(guān)系 的圖形。運動副的類型、數(shù)目、相對位置、構(gòu)件數(shù)目構(gòu)件外形、

5、截面尺寸、組成構(gòu)件的零件數(shù)目、運動副的具體構(gòu)造和運動有關(guān)的：和運動無關(guān)的： 用簡單線條表示構(gòu)件用簡單線條表示構(gòu)件 作規(guī)定符號代表運動副作規(guī)定符號代表運動副 按比例按比例定出運動副的相對位置定出運動副的相對位置 與原機械具有完全相同的運動特性與原機械具有完全相同的運動特性基本要求：基本要求：2022-5-1110n桿、軸類構(gòu)件桿、軸類構(gòu)件n機架機架n同一構(gòu)件同一構(gòu)件n兩副構(gòu)件兩副構(gòu)件n三副構(gòu)件三副構(gòu)件（1 1）構(gòu)件（桿）：）構(gòu)件（桿）：2 2、常用構(gòu)件和運動副的表示方法：、常用構(gòu)件和運動副的表示方法：2022-5-1111122121122121212121212（2 2）運動副的符號）運動副的

6、符號轉(zhuǎn)動副：移動副：2022-5-11122112凸輪副：齒輪副：2022-5-1113常用構(gòu)件和運動副的表示方法常用構(gòu)件和運動副的表示方法2022-5-11143 3、繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟、繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟 (/)lm mm實際作圖尺寸尺寸1）分析機構(gòu)，觀察相對運動，數(shù)清所有構(gòu)件的數(shù)目；2）確定所有運動副的類型和數(shù)目，測量各運動副之間位置；3）選擇合理的位置（即能充分反映機構(gòu)的特性），確定視圖方向；4）確定比例；5）用規(guī)定的符號和線條繪制成簡圖。（從原動件開始畫)） 原動件用箭頭標(biāo)出運動方向分清原動件、機架和從動件(或者mm/mm)2022-5-1115例題例題1：內(nèi)燃機內(nèi)燃機202

7、2-5-1116ABCEFDG例題例題2：破碎機破碎機2022-5-11171.偏心輪機構(gòu)偏心輪機構(gòu)繪制運動副時注意事項繪制運動副時注意事項繪制轉(zhuǎn)動副時，轉(zhuǎn)動副的位置是關(guān)鍵繪制轉(zhuǎn)動副時，轉(zhuǎn)動副的位置是關(guān)鍵：代表轉(zhuǎn)動副小圓的圓心必須代表轉(zhuǎn)動副小圓的圓心必須與回轉(zhuǎn)中心重合；兩個轉(zhuǎn)動副中心連線的長度一定要精確。與回轉(zhuǎn)中心重合；兩個轉(zhuǎn)動副中心連線的長度一定要精確。 偏心輪偏心輪和和圓弧形滑塊圓弧形滑塊是是轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副的特殊形式。它們的繪制是易錯點。繪的特殊形式。它們的繪制是易錯點。繪制時關(guān)鍵是要找出相對轉(zhuǎn)動中心。制時關(guān)鍵是要找出相對轉(zhuǎn)動中心。2022-5-1118繪制移動副時，導(dǎo)路的方向和位置是關(guān)鍵繪

8、制移動副時，導(dǎo)路的方向和位置是關(guān)鍵。必須注意：代必須注意：代表移動副的滑塊，其導(dǎo)路的方向必須與相對移動的方向一致；轉(zhuǎn)動表移動副的滑塊，其導(dǎo)路的方向必須與相對移動的方向一致；轉(zhuǎn)動副到移動副導(dǎo)路間的距離要精確。副到移動副導(dǎo)路間的距離要精確。2.圓弧形滑塊圓弧形滑塊2022-5-1119:1. 1. 分析機構(gòu)的組成及運動情況，確定機構(gòu)中的機架、原動部分析機構(gòu)的組成及運動情況，確定機構(gòu)中的機架、原動部分、傳動部分和執(zhí)行部分，以分、傳動部分和執(zhí)行部分，以確定構(gòu)件的數(shù)目確定構(gòu)件的數(shù)目。2. 2. 循著運動傳遞的路線，逐一分析每兩個構(gòu)件間相對運動的循著運動傳遞的路線，逐一分析每兩個構(gòu)件間相對運動的性質(zhì)，性質(zhì)

9、，確定運動副的類型和數(shù)目確定運動副的類型和數(shù)目; ;3. 3. 恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面：一般選擇與機械的多數(shù)構(gòu)件的運動平：一般選擇與機械的多數(shù)構(gòu)件的運動平面相平行的平面作為投影面。面相平行的平面作為投影面。4. 4. 選擇適當(dāng)?shù)谋壤哌x擇適當(dāng)?shù)谋壤? , 定出各運動副之間的相對位置，定出各運動副之間的相對位置，用規(guī)用規(guī)定的簡單線條和各種運動副符號定的簡單線條和各種運動副符號, , 將機構(gòu)運動簡圖畫出來。將機構(gòu)運動簡圖畫出來。小結(jié)：小結(jié)：2022-5-11202022-5-1121一、平面機構(gòu)的自由度計算一、平面機構(gòu)的自由度計算機構(gòu)的自由度機構(gòu)的自由度：機構(gòu)中活動構(gòu)件相對于機架所具有

10、的獨立運動的數(shù)目。（與構(gòu)件數(shù)目、運動副的類型和數(shù)目有關(guān)）如果如果：活動構(gòu)件數(shù)：n 低副數(shù)： pl 高副數(shù)： p ph h聯(lián)接前，總自由度： 3n聯(lián)接后，引入的總約束數(shù)：2pl+phF=3n - ( 2pl + ph ) =3n - 2pl - ph機構(gòu)自由度機構(gòu)自由度F：2022-5-1122機構(gòu)自由度計算舉例：機構(gòu)自由度計算舉例：1234F =3n2plph = 3 2 340= 112345F =3n2plph = 3 2 450= 2F =3n2plph = 3 2 221= 1BCAF =3n2plph = 3 2 340 = 1F =3n2plph = 3 2 451 = 12022

11、-5-1123機構(gòu)自由度計算舉例：機構(gòu)自由度計算舉例：牛頭刨床 F=3n- 2PL-Ph=36-28-1=1解：n=6,PL=8,Ph=12022-5-1124二、平面機構(gòu)具有確定相對運動的條件二、平面機構(gòu)具有確定相對運動的條件 機構(gòu)要能運動，它的自由度必須大于零。機構(gòu)的自由度表明機構(gòu)具有的獨立運動數(shù)。由于每一個原動件只可從外界接受一個獨立運動規(guī)律（如內(nèi)燃機的活塞具有一個獨立的移動）因此：當(dāng)機構(gòu)的自由度為1時，只需有一個原動件；當(dāng)機構(gòu)的自由度為2時，則需有2個原動件。F =3n2plph = 3 42 50= 2 F =3n2plph = 3 32 50= -1 F =3n2plph = 3

12、22 30=0 BCABCADEAEBCD2022-5-1125F0，構(gòu)件間無相對運動，不成為機構(gòu)。F0,原動件數(shù)=F，運動確定原動件數(shù)F，機構(gòu)破壞12345AEBCC DD 1423411故機構(gòu)具有確定相對運動的必要條件是機構(gòu)具有確定相對運動的必要條件是：原動件數(shù)目應(yīng)等于機構(gòu)的自由度數(shù)目。原動件數(shù)目應(yīng)等于機構(gòu)的自由度數(shù)目。結(jié)論：結(jié)論：機構(gòu)具有確定相對運動的充要條件：機構(gòu)具有確定相對運動的充要條件： 1. 機構(gòu)自由度機構(gòu)自由度 0 2. 原動件數(shù)原動件數(shù) 機構(gòu)自由度數(shù)機構(gòu)自由度數(shù)2022-5-1126縫紉機刺布機構(gòu) 油泵2022-5-1127F=3n- 2PF=3n- 2PL L-P-Ph h

13、 =3 =3* *5-25-2* *6-06-0 =3 =3F=3n- 2PF=3n- 2PL L-P-Ph h =3 =3* *5-25-2* *7-07-0 =1 =11.1.復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈：兩個以上個構(gòu)件在同一條軸線上形成的轉(zhuǎn)動副。由K個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈包含的轉(zhuǎn)動副數(shù)目應(yīng)為（K-1）個。312123三、三、 注意事項注意事項 2022-5-1128F=3n- 2PL-Ph =3*3-2*3-1 =2F=3n- 2PL-Ph =3*2-2*2-1 =12 2、局部自由度、局部自由度 在機構(gòu)中，某些構(gòu)件具有不影響其它構(gòu)件運動的自由度局部自由度經(jīng)常發(fā)生的場合：局部自由度經(jīng)常發(fā)生的場合：滑動

14、摩擦變?yōu)闈L動摩擦?xí)r添加滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦?xí)r添加的滾子、軸承中的滾珠的滾子、軸承中的滾珠解決的方法：解決的方法：計算機構(gòu)自由度時，設(shè)想將滾計算機構(gòu)自由度時，設(shè)想將滾子與安裝滾子的構(gòu)件固結(jié)在一子與安裝滾子的構(gòu)件固結(jié)在一起，視作一個構(gòu)件起，視作一個構(gòu)件排除排除2022-5-1129 3 3、虛約束、虛約束 重復(fù)而不起獨立限制作用的約束稱為虛約束虛約束。 計算機構(gòu)的自由度時，虛約束應(yīng)除去不計。排除排除虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合: :A 兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運動副兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運動副B 兩構(gòu)件某兩點之間的距離在運動過程中始終保持不變兩構(gòu)件某兩點之間的距離在運動過程中始終保持不變C 聯(lián)接

15、構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合D 機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分n目的：目的：為了改善構(gòu)件的受力情況為了改善構(gòu)件的受力情況2022-5-1130A、 兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運動副時兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運動副時n兩構(gòu)件組合成多個兩構(gòu)件組合成多個轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副，且其且其軸線重合軸線重合n兩構(gòu)件組合成多個兩構(gòu)件組合成多個移動副移動副，其其導(dǎo)路平行或重合導(dǎo)路平行或重合n兩構(gòu)件組合成若干個兩構(gòu)件組合成若干個高副高副，但接觸點之間的但接觸點之間的距離為距離為常數(shù)常數(shù)123123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 22 1

16、12022-5-1131討論： 兩構(gòu)件構(gòu)成多個導(dǎo)路平行的移動副F=3n- 2PL-Ph =3*3-2*5-0 =-1F=3n- 2PL-Ph =3*3-2*4-0 =1例子分析：2022-5-1132B、 兩構(gòu)件某兩點之間的距離在運動中保持不變時兩構(gòu)件某兩點之間的距離在運動中保持不變時n在這兩個例子中，加與不加紅色構(gòu)件在這兩個例子中，加與不加紅色構(gòu)件MNMN效果完全一樣，為效果完全一樣，為虛約虛約束束n解決方法：解決方法：計算時應(yīng)將構(gòu)件計算時應(yīng)將構(gòu)件MNMN及其引入的約束去掉及其引入的約束去掉F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 0F F3n3n2P2PL LP PH

17、 H 3 3 2 2 46 0 0NM 1F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 012022-5-1133C、兩構(gòu)件用轉(zhuǎn)動副聯(lián)接、兩構(gòu)件用轉(zhuǎn)動副聯(lián)接,聯(lián)接前后其聯(lián)接點的運動軌跡重合聯(lián)接前后其聯(lián)接點的運動軌跡重合n在該機構(gòu)中，構(gòu)件在該機構(gòu)中，構(gòu)件3 3與構(gòu)件與構(gòu)件2 2上的點上的點C C2 2軌軌跡重合，跡重合，C C點為點為虛約束虛約束n解決方法：解決方法：計算時應(yīng)將構(gòu)件計算時應(yīng)將構(gòu)件3 3及其引入及其引入的約束去掉的約束去掉n同理，也可將構(gòu)件同理，也可將構(gòu)件4 4的的D D點當(dāng)作虛約束，點當(dāng)作虛約束，將構(gòu)件將構(gòu)件4 4及其引入的約束去掉，效果完及其引入的約束去掉，效

18、果完全一樣全一樣BAC(C2,C3)D1234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 012022-5-1134D、 機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分n在該機構(gòu)中，齒輪在該機構(gòu)中，齒輪2 2、3 3、4 4圓周對稱，為圓周對稱，為虛約束虛約束n目的：目的：為了改善構(gòu)件的受力情況為了改善構(gòu)件的受力情況n解決方法：解決方法：計算時應(yīng)將齒輪和計算時應(yīng)將齒輪和3 3及其引入的約束去掉及其引入的約束去掉n同理，將齒輪同理，將齒輪2 2和當(dāng)作虛約束去掉，完全一樣和當(dāng)作虛約束去掉，完全一樣F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 33 21

19、01機械原理動畫素材周轉(zhuǎn)輪系-虛約束.rm輪系123452022-5-1135虛約束虛約束結(jié)論結(jié)論n機構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn)的，機構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn)的，如果這些幾何條件不滿足，則虛約束將變成有效如果這些幾何條件不滿足，則虛約束將變成有效約束，而使機構(gòu)不能運動約束，而使機構(gòu)不能運動n采用虛約束是為了采用虛約束是為了: :改善構(gòu)件的受力情況；傳遞較大功率；或滿改善構(gòu)件的受力情況；傳遞較大功率；或滿足某種特殊需要足某種特殊需要n在設(shè)計機械時，若為了某種需要而必須使用虛約束時，則必須在設(shè)計機械時，若為了某種需要而必須使用虛約束時，則必須嚴(yán)格保證設(shè)計、加工、裝配的精度，以滿足虛約束所需要的幾嚴(yán)格保證設(shè)計、加工、裝配的精度，以滿足虛約束所需要的幾何條件何條件1232022-5-1136C處為復(fù)合鉸鏈處為復(fù)合鉸鏈,計算時為計算時為（3-1)=2個鉸鏈；個鉸鏈；E或或E為虛約束為虛約束應(yīng)去掉應(yīng)去掉一個；一個；F處為