ch02 机械系统的运动简图设计

1、机械工程基础部机械工程基础部1 1PSJ机械工程基础部机械工程基础部2 2 机械系统要完成比较复杂的运动，一般都需要将若干个机构根据机械系统的运动协调配合的要求组合起来，因此机械系统的运动简图也是机构系统的运动简图。机构（机械）的运动简图：机构（机械）的运动简图：第二章 平面机构的运动简图及自由度用规定的符号，绘出能准确表达机构各构件之间的用规定的符号，绘出能准确表达机构各构件之间的相对运动关系及运动特征的简单图形。相对运动关系及运动特征的简单图形。机械工程基础部机械工程基础部3 3o 11 机构的组成o 12 机械系统的运动简图设计o 13 机械系统具有确定运动的条件机械工程基础部机械工程基

2、础部4 4 1.1.构件构件o 从加工制造角度来看，任何机器（或机构）从加工制造角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立制造单元体组合而成，这些都是由许多独立制造单元体组合而成，这些独立制造单元体称为独立制造单元体称为零件零件。o 从运动角度来看，任何机器（或机构）都从运动角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立运动单元体组合而成的，这些是由许多独立运动单元体组合而成的，这些独立运动单元体称为独立运动单元体称为构件构件。 机械工程基础部机械工程基础部5 5构件可以是一个零件；也可以是由一个以上的零件组成。机械工程基础部机械工程基础部6 6构件的自由度把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数

3、目称为自由度（空间自由度演示）（空间自由度演示）机械工程基础部机械工程基础部7 7（平面自由度示意）（平面自由度示意）机械工程基础部机械工程基础部8 8o2.2.运动副运动副1）运动副定义）运动副定义 机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构件的连接既要使两个构件直接接触直接接触，又能产生一定的相对运动相对运动，这种直接接触的活动连接称为运动副。轴承副（演示）轴承副（演示） 移移动副（演示）动副（演示）球副（演示）球副（演示）机械工程基础部机械工程基础部9 92） 运动副的分类运动副的分类 （1）按两个构件运动关系分为平面运动副和空间运动副 轴承副（演示）轴承副（演示） 移移动副（演示

4、）动副（演示）球副（演示）球副（演示）机械工程基础部机械工程基础部1010 （2）平面运动副按其接触形式分：低副低副-面接触的运动副高副高副-点、线接触的运动副机械工程基础部机械工程基础部1111低副（面接触）（演示）（演示）（演示）（演示）机械工程基础部机械工程基础部12122.高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。高副（点、线接触）（演示）（演示）（演示）（演示）机械工程基础部机械工程基础部1313运动副引入的约束运动副引入的约束低副引入两个约束低副引入两个约束高副引入一个约束高副引入一个约束低副低副高副高副机械工程基础部机械工程基础部1414自由度和运动副约束平面机构有3 个独立的自由

5、度 （平面自由度示意）（平面自由度示意）低副：引入低副：引入2个约束，失去个约束，失去2个自由度，个自由度，保留保留(3-2=1)个个 自由度。自由度。高副：引入高副：引入1个约束，失去个约束，失去1个自由度，个自由度，保留保留(3-1=2)个个 自由度。自由度。机械工程基础部机械工程基础部1515o 3.3.机构机构o 机机 构构 具有确定相对运动的构件组合体具有确定相对运动的构件组合体o（机构（机构= =构件构件+ +运动副运动副+ +相对运动）相对运动）。o 机机 架：架： 机构中的固定构件；一般机架相对地面固定不机构中的固定构件；一般机架相对地面固定不动；动；o 原动件：原动件： 按给

6、定已知运动规律独立运动的构件；按给定已知运动规律独立运动的构件；o 从动件：从动件： 机构中其余活动构件。其运动规律决定于原机构中其余活动构件。其运动规律决定于原动件的运动规律和机构的结构和构件的尺寸。动件的运动规律和机构的结构和构件的尺寸。o 机构常分为机构常分为平面机构平面机构和和空间机构空间机构两类，其中平面机两类，其中平面机构应用最为广泛构应用最为广泛 （四杆机构）PSJ机械工程基础部机械工程基础部1616第2章 机械系统的运动简图设计o 21 机构的组成o 22 机械系统的运动简图设计o 23 机械系统具有确定运动的条件机械工程基础部机械工程基础部17172-2 机械系统的运动简图设

7、计平面机构运动简图：平面机构运动简图：根据机构的运动尺寸，按照一定的比例尺定根据机构的运动尺寸，按照一定的比例尺定出各运动副的位置，采用运动副及常用机构出各运动副的位置，采用运动副及常用机构的运动简图符号和构件的表示方法，将机构的运动简图符号和构件的表示方法，将机构的运动传递情况表示出来的简化图形的运动传递情况表示出来的简化图形机械工程基础部机械工程基础部18181.转动副构件组成转动副时，如下图表示。图面垂直于回转轴线时用图a表示；图面不垂直于回转轴线时用图b表示。表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。1-2 机械系统的

8、运动简图设计2.2.1构件及运动副的表示方法 （四杆机构）机械工程基础部机械工程基础部19192. 移动副两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。2-2 机械系统的运动简图设计机械工程基础部机械工程基础部20203. 平面高副 两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。2-2 机械系统的运动简图设计机械工程基础部机械工程基础部21214.构件构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。机械工程基础部机械工程基础部2222机械工程基础部机械工程基础部2323两副构件(一个构件和两个外副)注：点

9、划线表示与其联接的其他构件2-2 机械系统的运动简图设计机械工程基础部机械工程基础部2424两副构件(一个构件和两个外副)2-2 机械系统的运动简图设计机械工程基础部机械工程基础部2525三副构件(一个构件和三个外副)2-2 机械系统的运动简图设计机械工程基础部机械工程基础部2626三副构件(一个构件和三个外副)2-2 机械系统的运动简图设计机械工程基础部机械工程基础部27272-2 机械系统的运动简图设计机械工程基础部机械工程基础部28282-2 机械系统的运动简图设计机械工程基础部机械工程基础部2929原动机2-2 机械系统的运动简图设计机械工程基础部机械工程基础部30302.2.2 机械

10、系统运动简图设计的内容 任何一个机构都是有若干构件组成，这些构件可以分为三类：原动件、机架（即固定件）、从动件。将机构中作用有驱动力或力矩的构件称为原动件，有时也可以把运动规律已知的构架称为原动件；机构中固结于参考系的构件称为机架，机构中除了原动件和机架以外的构件通称为从动件。 原动件用箭头表示，机架用斜线表示。2-2 机械系统的运动简图设计机械工程基础部机械工程基础部3131解：1）分析运动，确定构件的类型和数量 2）确定运动副的类型和数目 3）选择视图平面 4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置 5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件2-2 机械系统的运动简图设计s

11、wf1-4b.swfPSJ机械工程基础部机械工程基础部3232缝纫机引线机构运动简图绘制1、从动件随原动件的位置而改变，机构运动简图只是机构运动过程中某一瞬时状态2、机构运动简图中对运动没有影响的尺寸可以忽略 如构件的形状、截面尺寸等注意：注意：机械工程基础部机械工程基础部3333第2章 机械系统的运动简图设计o 21 运动副o 22 机械系统的运动简图设计o 23 机械系统具有确定运动的条件机械工程基础部机械工程基础部343423 机械系统具有确定运动的条件1.实例分析 不能产生运动 11给定构件1运动参数 = (t)构件2、3的运动是确定的 2.3.1 机构具有确定运动确定运动的条件(示意

12、示意)机械工程基础部机械工程基础部3535给定构件1运动参数 ，构件2、3、4的运动是不确定的 11t 再给定构件4运动参数 ，构件2、3的运动是确定的 t4423 机械系统具有确定运动的条件五杆机构五杆机构（示意）（示意）（示意）（示意）机械工程基础部机械工程基础部36362.2.自由度的定义自由度的定义 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目称机构的自由度自由度。 23 机械系统具有确定运动的条件(示意示意)11给定构件1运动参数 = (t)构件2、3的运动是确定的 四杆机构五杆机构（示意）（示意）给定构件1、4运动参数 ，构件2、3的运动是确定的 t44机械工程基础部机械工程基

13、础部3737平面机构具有确定运动的条件确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由度数目。（原动件数=自由度）原动件数自由度，机构无确定运动 (示意示意)原动件数自由度，机构在薄弱处损坏 ( (示意示意) )机构自由度的确定？机构自由度的确定？(示意示意)机械工程基础部机械工程基础部38382.4.1 平面机构自由度的计算 1.构件自由度 一个构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度。 当用运动副连接后，构件间的相对运动受到当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束，失去一些自由度。约束，失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保留的自由度数目也不同。24 平面机构自由度的计算低

14、副：引入低副：引入2个约束，失去个约束，失去2个自由度，个自由度，1个个 自由度。自由度。高副：引入高副：引入1个约束，失去个约束，失去1个自由度，保留个自由度，保留2个个 自由度。自由度。机械工程基础部机械工程基础部39392.计算公式n：机构中活动构件数； Pl ：机构中低副数； Ph ：机构中高副数； F ：机构的自由度数；F = 3n - 2Pl - Ph 设则23 机械系统具有确定运动的条件(示意示意)四杆机构（示意）（示意）五杆机构机械工程基础部机械工程基础部4040例 颚式破碎机的自由度 n = 3, Pl = 4, Ph = 0 F = 3n - 2Pl - Ph =33 -

15、2Pl - Ph =33 - 24 - 0= 1 机械工程基础部机械工程基础部4141v例 牛头刨床机构 ( (示意示意) )n =5, Pl = 7, Ph = 0 F = 3n 2Pl Ph = 35 27 0= 1解：24 平面机构自由度的计算机械工程基础部机械工程基础部4242自由度计算时应注意的几种情况自由度计算时应注意的几种情况 1.复合铰链2.局部自由度 3.虚约束 两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。m个构件构成的转动副实际有(m-1)个转动副 个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。 与其他约束相重复，对机构运动不起独立限制作用的约束称

16、为虚约束。 （轨迹重合、导路平行、轴向重合、距离恒定、对称结构）（轨迹重合、导路平行、轴向重合、距离恒定、对称结构） 机械工程基础部机械工程基础部4343三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时，有（m1）个转动副。（示意）（示意） 23 机械系统具有确定运动的条件机械工程基础部机械工程基础部4444惯性筛机构C处为复合铰链计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。n = 5, Pl = 7, Ph = 0= 35 -27 0 = 1F = 3n - 2Pl Ph23 机械系统具有确定运动的条件(演示演示)机械工程基础部机械工程基础部4545自由度计算时应注意的

17、几种情况自由度计算时应注意的几种情况 1.复合铰链2.局部自由度 3.虚约束 两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。m个构件构成的转动副实际有(m-1)个转动副 个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。 与其他约束相重复，对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。 （轨迹重合、导路平行、轴向重合、距离恒定、对称结构）（轨迹重合、导路平行、轴向重合、距离恒定、对称结构） 机械工程基础部机械工程基础部4646滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。 计入局部自由度时 n = 3, Pl = 3, Ph = 1 F =33 - 23- 1 = 2

18、 与实际不符23 机械系统具有确定运动的条件 应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。处理方法 n = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 32 - 22 1 = 1与实际相符（滚子示意图）（滚子示意图）（处理后滚子示意图）（处理后滚子示意图）机械工程基础部机械工程基础部4747自由度计算时应注意的几种情况自由度计算时应注意的几种情况 1.复合铰链2.局部自由度 3.虚约束 两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。m个构件构成的转动副实际有(m-1)个转动副 个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。 与其他约束相重复，对机构运动不起独立限制

19、作用的约束称为虚约束。 （轨迹重合、导路平行、轴向重合、距离恒定、对称结构）（轨迹重合、导路平行、轴向重合、距离恒定、对称结构） 机械工程基础部机械工程基础部4848n = 4, Pl =6, Ph = 0 构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束。 与实际不符 F = 34 -26 0 = 023 机械系统具有确定运动的条件n = 3, Pl =4, Ph =0F = 33 - 24 0 = 1处理方法与实际相符 应除去虚约束，即将产生虚约束的构件5及运动副除去不计。演示例题演示例题机械工程基础部机械工程基础部49491.两构件未组成运动副前，连接点处的轨迹已重合为一，组成的运动副存在虚约束。 计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。 虚约束常见情况及处理(1.(1.轨迹重合轨迹重合 E E点点) )23 机械系统具有确定运动的条件演示例题演示例题机械工程基础部机械工程基础部5050虚约束常见情况及处理 （2.2.导路平行）导路平行）计算中只计入一个移动副。 2.两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。23 机械系统具有确定运动的条件(演示演示)机械工程基础部机械工程基础部5151 3.两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为虚约束