機械基礎(chǔ)機械系統(tǒng)的運動簡圖設(shè)計課件

第一章機械系統(tǒng)的運動簡圖設(shè)計重點學習內(nèi)容1、平面機構(gòu)運動簡圖的繪制。2、平面機構(gòu)自由度的計算。3、平面機構(gòu)具有確定運動的條件。

§1-1

運動副

機構(gòu)是由運動副連接起來，有一個構(gòu)件作為機架，傳遞機械運動和力的構(gòu)件系統(tǒng)。機構(gòu)分為平面機構(gòu)和空間機構(gòu)。1、平面機構(gòu)：組成機構(gòu)的各構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動。2、空間機構(gòu)：組成機構(gòu)的各構(gòu)件不在同一平面內(nèi)運動。3、運動副：機構(gòu)中使兩構(gòu)件相互接觸而又允許產(chǎn)生某些相對運動的活動聯(lián)接。稱為運動副。4、運動副元素：直接參與接觸構(gòu)成運動副的部分 點、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(gòu)成運動副。兩構(gòu)件組成的運動副，不外乎通過點、線或面的接觸來實現(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

兩構(gòu)件通過面接觸組成的運動副成為低副。低副分為轉(zhuǎn)動副和移動副。（1）

轉(zhuǎn)動副若組成運動副的兩構(gòu)件只能相對轉(zhuǎn)動，這種運動副成為轉(zhuǎn)動副，或稱鉸鏈，如圖所示?？臻g運動副球面副螺旋副§1-2機械系統(tǒng)的運動簡圖設(shè)計實際構(gòu)件的外形和結(jié)構(gòu)往往很復雜，在研究機構(gòu)運動時，為了使問題簡化，有必要撇開那些與運動無關(guān)的構(gòu)件外形和運動副具體構(gòu)造，僅用簡單線條和符號來表示構(gòu)件和運動副，并按比例定出各運動副的位置。這種說明機構(gòu)各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡圖稱為機構(gòu)運動簡圖。機構(gòu)運動簡圖中的運動副表示：圖1-6a、b、c是兩個構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動副的表示方法。用圓圈表示轉(zhuǎn)動副，其圓心代表相對轉(zhuǎn)動軸線。若組成轉(zhuǎn)動副的二構(gòu)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(gòu)件上加陰影線，如圖b、c所示。機構(gòu)中的構(gòu)件可分為三類：（1）固定構(gòu)件（機架）是用來支承活動構(gòu)件的構(gòu)件。例如圖0-2中的氣缸體就是固定構(gòu)件，它用以支承活塞和曲軸等。研究機構(gòu)中活動構(gòu)件的運動時，常以固定構(gòu)件作為參考坐標系。（2）原動件

運動規(guī)律已知的活動構(gòu)件。例如圖0-1中的活塞。兩副元素構(gòu)件兩副元素構(gòu)件三副元素構(gòu)件例

1-1繪制圖1-8a所示顎式破碎機的機構(gòu)運動簡圖。1——機架，2——偏心軸，3——動顎，4——肘板。例1-2繪制圖1-9a所示活塞泵的機構(gòu)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(gòu)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(zhuǎn)時，活塞在氣缸中往復運動。各構(gòu)件之間的聯(lián)接如下：構(gòu)件1和5、2和1、3和2、3和5之間為相對轉(zhuǎn)動，分別構(gòu)成轉(zhuǎn)動副A、B、C、D。構(gòu)件3的輪齒與構(gòu)件4的齒構(gòu)成平面高副E。構(gòu)件4與構(gòu)件5之間為相對移動，構(gòu)成移動副F。55§1-3機械系統(tǒng)具有確定運動的條件

一、平面機構(gòu)自由度的計算一個作平面運動的自由構(gòu)件具有三個獨立運動。如圖所示，在XOY坐標系中，構(gòu)件S可隨其上任一點A沿x軸、y軸方向移動和繞A點轉(zhuǎn)動。這種相對于參考系構(gòu)件所具有的獨立運動稱為構(gòu)件的自由度。所以一個作平面運動的自由構(gòu)件有三個自由度。Ｓxy．OA也可以說，在平面機構(gòu)中，每個低副引入兩個約束，使構(gòu)件失去兩個自由度，每個高副引入一個約束，使構(gòu)件失去一個自由度。

設(shè)平面機構(gòu)共有K個構(gòu)件。除去固定構(gòu)件，則機構(gòu)中的活動構(gòu)件數(shù)為n=K-1。在未用運動副聯(lián)接之前，這些活動構(gòu)件的自由度總數(shù)為3n。當用運動副將構(gòu)件聯(lián)接起來組成機構(gòu)之后，機構(gòu)中各構(gòu)件具有的自由度就減少了。若機構(gòu)中低副數(shù)為PL個，高副數(shù)為PH個，則機構(gòu)中全部運動副所引入的約束總數(shù)為2PL+PH。因此活動構(gòu)件的自由度總數(shù)減去運動副引入的約束總數(shù)就是該機構(gòu)的自由度（舊稱為機構(gòu)活動度），以F表示，即

F=3n-2PL-PH（1－1)這就是計算平面機構(gòu)自由度的公式。由公式可知，機構(gòu)自由度F取決于活動構(gòu)件數(shù)以及運動副的性質(zhì)（低副或高副的個數(shù))。二、機械系統(tǒng)具有確定運動的條件

機構(gòu)的自由度也即是機構(gòu)相對于機架所具有的獨立運動的數(shù)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(gòu)具有確定的運動，則機構(gòu)的原動件個數(shù)應等于機構(gòu)的自由度的數(shù)目。這就是機構(gòu)具有確定運動的條件。例1-3計算圖1-4b所示顎式破碎機主體機構(gòu)的自由度。

解在顎式破碎機主體機構(gòu)中，有三個活動構(gòu)件，n=3；包含四個轉(zhuǎn)動副，PL=4；沒有高副，PH=0。所以由式（1-1）得機構(gòu)自由度F=3n-2PL-PH=3×3-2×4–0=1該機構(gòu)具有一個原動件（曲軸2），原動件數(shù)與機構(gòu)的自由度等。三、計算機構(gòu)自由度時應注意的幾種情況1、復合鉸鏈兩個以上的構(gòu)件同時在一軸線上用轉(zhuǎn)動副聯(lián)接，就形成復合鉸鏈。若復合鉸鏈由m個構(gòu)件組成，則聯(lián)接處有(m-1)個轉(zhuǎn)動副。例1-6試計算慣性篩機構(gòu)的自由度。n=5,Pl=7,Ph=0F=3n-2Pl-Ph=3×5－2×7=1解機構(gòu)中有七個活動構(gòu)件,n=7，A、B、C、D四處都是三個構(gòu)件匯交的復合鉸鏈，各有兩個轉(zhuǎn)動副，E、F處各有一個轉(zhuǎn)動副，機構(gòu)的自由度與機構(gòu)原動件數(shù)相等。當原動件8轉(zhuǎn)動時，圓盤中心E將沿EEˊ直線移動。F=3n-2PL-PH=3×7-2×10–0=1例1-7

計算圖1-14所示圓盤鋸主體機構(gòu)的自由度2、局部自由度機構(gòu)中常出現(xiàn)一種與輸出構(gòu)件運動無關(guān)的個別構(gòu)件的獨立運動自由度，稱為局部自由度（或多余自由度），在計算機構(gòu)自由度時應除去不計。局部自由度雖然不影響整個機構(gòu)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(gòu)使用較多）F=3n-2PL-PH=3×3-2×3–1=2F=3n-2PL-PH=3×2-2×2–1=1出現(xiàn)虛約束的情況有：1）兩構(gòu)件同時在幾處構(gòu)成多個移動副，且移動副導路平行,圖1-15a)；或兩構(gòu)件同時在幾處構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，圖1-15b);2）兩構(gòu)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(gòu)中傳遞運動不起獨立作用的對稱部分,圖1-17。解

機構(gòu)中的滾子有一個局部自由度，頂桿與機架在E和Eˊ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Eˊ，并在C點注明轉(zhuǎn)動副數(shù)，如圖1-17所示，由圖b得，n=7，PL=9（7個轉(zhuǎn)動副和2個移動副），PH=1，F(xiàn)=3n-2PL-PH=3×7-2×9-1=2此機構(gòu)的自由度等于2，有兩個原動件。例1-8計算圖1-7a所示大篩機構(gòu)的自由度。如有復合鉸鏈、局部自由度、虛約束