平面机构运动简图

1、机械设计基础机械设计基础第第2讲讲 平面机构运动简图平面机构运动简图姬翠翠姬翠翠机电工程学院机电工程学院12/09/2012机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算目标目标能力目标能力目标l掌握平面机构运动简图的绘制。知识目标知识目标l掌握机构的组成；l理解自由度、运动副、约束的概念及三者的关系。重点重点平面机构的运动简图的绘制。难点难点绘制简图时构件及运动副的准确表示。学习目标、重点、难点学习目标、重点、难点2012-9-121机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算本讲内容本讲内容2012-9-1222

2、.1 运动副运动副及其分类及其分类2.2 平面运动平面运动机构简图机构简图机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算构件构件 (Member)机器中能作相对运动的实体，是运动的单元。（注意：注意：零件是制造单元）机构机构 (Mechanism)由多个构件组成，各构件之间具有确定的相对运动。平面机构平面机构 (Planar Mechanism)所有的构件都在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。（注意：注意：否则为空间机构，不在本学习范围内）几个重要名词术语几个重要名词术语2012-9-123机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构

3、运动简图及其自由度计算一、构件的一、构件的自由度自由度 (Degree of Freedom)构件所具有的独立运动的数目；一个作平面运动的自由构件有3个自由度。2.1 运动副及其分类运动副及其分类2012-9-124机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算二、构件的二、构件的约束约束 (Constraint)当构件之间以一定的方式联接起来成为构件系统时，各个构件不再是自由构件；两相互接触的构件间只能作一定的相对运动，自由度减少；将对构件独立运动所施加的限制称为约束。2.1 运动副及其分类运动副及其分类2012-9-125机械设计基础机械设计基础平面机

4、构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算三、运动副三、运动副 (Kinematic pair)定义：定义：两个构件直接接触组成的、仍能产生某些相对运动的联接联接。三个要素（缺一不可）：l两个构件两个构件l直接接触直接接触l有相对运动有相对运动运动副的运动副的元素元素：构件上直接参与接触而构成运动副的部分。（如点、线、面）2.1 运动副及其分类运动副及其分类2012-9-126机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算四、运动副的分类四、运动副的分类按运动副引入的约束数约束数分为：I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。按运动副元素

5、接触形式接触形式可将运动副分为低副低副和高副高副。按两构件相对运动相对运动的形式可分为平面运动副和空间运动副2.1 运动副及其分类运动副及其分类2012-9-127机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算五、低副五、低副 (Lower pair)两构件通过面接触面接触组成的运动副。根据两构件间相对运动形式相对运动形式的不同，平面机构中的低副有转动副转动副和移动副移动副两种。2.1 运动副及其分类运动副及其分类2012-9-128机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算转动副转动副：两构件只能在一个平面内作相

6、对转动，又称作铰链铰链。 l限制两个（移动限制两个（移动)） 自由度；保留一个（转动）自由度。自由度；保留一个（转动）自由度。l固定铰链固定铰链2.1 运动副及其分类运动副及其分类2012-9-129机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算l 活动铰链活动铰链2.1 运动副及其分类运动副及其分类2012-9-1210机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算移动副移动副：两构件只能沿某一轴线作相对移动。l 限制两个（一个移动，一个转动）自由度；保留一个（移动 ）自由度2.1 运动副及其分类运动副及其分类201

7、2-9-1211机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算2.1 运动副及其分类运动副及其分类2012-9-1212转动副和移动副在公交车车门中的应用转动副和移动副在公交车车门中的应用机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算凸轮副凸轮副高副 (Higher pair)通过点点或线线接触组成的运动副；限制一个一个（移动）自由度；保留两个两个（一个移动，一个转动）自由度。2.1 运动副及其分类运动副及其分类2012-9-1213机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算2

8、.1 运动副及其分类运动副及其分类2012-9-1214齿轮副齿轮副两构件用高副联接，失去两构件用高副联接，失去一个自由度。一个自由度。 结论结论: :机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算一、运动链一、运动链 (Kinematic chain)若干构件通过运动副联接构成的系统称为运动链运动链。各构件构成封闭形式的运动链称为闭式运动链，简称闭链闭链。各构件不能构成封闭形式的运动链称为开式运动链，简称开链开链。2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1215机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度

9、计算闭链闭链 (Closed kinematic chain)2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1216单封闭回路闭链p N （p为运动副数，N为构件数）多封闭回路运动闭链k pN 1(k为回路数)机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算开链开链 (Open kinematic chain)2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1217 开式运动链广泛应用于机械手和机器人中。开式运动链广泛应用于机械手和机器人中。N p 1机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算二、机构二

10、、机构 (Mechanism)如果将运动链运动链中的一个构件固定一个构件固定，并使另一个或几个构件按给定的规律运动按给定的规律运动，而且其余构件都能随之作确定的相对确定的相对运动，运动，则这种运动链就成为机构机构。2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1218其余构件运动是否确定？机构机构满足条件在另一个（或几个）构件上加上已知运动21341432运动链 4132固定一个构件机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算同一运动链可以生成的不同机构同一运动链可以生成的不同机构2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1219曲柄

11、滑块机构摇块机构导杆机构 运动链的生成是创造、获取新机构的重要手段运动链的生成是创造、获取新机构的重要手段。431CAB21423ABC1432ABCAB2134机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算三、构件的分类三、构件的分类任何机构都包含固定构件固定构件、原动件原动件和从动件从动件3个部分。固定构件固定构件 (机架，Fixed link, Frame) l机构中视作固定不动的构件，用来支承其它可动构件。l在机构简图中，将机架打上斜线斜线表示。 原动件原动件 (输入构件，Driving link, Input link)l机构中按给定运动规律运动

12、的构件，即直接接受能源或最先接受能源作用有驱动力或力矩的构件。l在机构简图中，将原动件标上箭头箭头表示。2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1220机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算从动件从动件 (输出构件，Driven link, Output link)l机构中随着原动件的运动而运动的其他活动构件。l当从动件输出运动或实现机构的功能时，便称其为执行件执行件。l 从动件的运动规律取决于原动件的运动规律和机构的结构。l当机构的结构确定之后，从动件的运动规律完全取决于原动件的运动规律。2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图20

13、12-9-1221至少1个1个机构机架 原动件 从动件系统机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算四、平面运动机构简图四、平面运动机构简图 (Kinematic sketch)简单地说：简单地说：简明表示简明表示机构各构件之间相对运动关系的图形。具体地说：具体地说：从运动学角度出发，将实际机械中与运动无关的因素加以抽象和简化后，得到的反映实际机械的运动特性和运动传递关系的图形。和运动有关的：和运动有关的：l运动副的类型、数目、相对位置、构件数目和运动无关的：和运动无关的：l构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体构造。2.2 平面运动机构

14、简图平面运动机构简图2012-9-1222机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1223横截面形状不同的连杆横截面形状不同的连杆 连杆机构中的连杆，与构件间运动关系有关的只是连杆机构中的连杆，与构件间运动关系有关的只是 “连连杆杆长度长度”，而与截面形状、是单个还是多个零件组成无关，而与截面形状、是单个还是多个零件组成无关。 机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算五、机构运动简图应满足的条件五、机构运动简图应满足的条件构件数目构件数目与实际机构相同；

15、运动副的性质性质、数目数目与实际机构相符；运动副之间的相对位置相对位置以及构件尺寸构件尺寸与实际机构成比例成比例。六、机构示意图六、机构示意图不严格按比例绘制的简图简图，仅用于表达机构运动传递情况和构造特征。注意：注意：机构运动简图与原机构具有完全相同的运动特性！2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1224机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算七、绘制机构运动简图的目的七、绘制机构运动简图的目的 机构运动简图与真实机构具有完全相同的运动特性，机构运动简图与真实机构具有完全相同的运动特性，主要主要用于用于简明地表达机构的简明地表达机

16、构的组成情况组成情况和和运动情况运动情况；进行进行运动分析运动分析，作为运动设计的目标和构造设计的依据；，作为运动设计的目标和构造设计的依据；也可对机构进行力学分析并作为专利性质的判据。也可对机构进行力学分析并作为专利性质的判据。2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1225机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算八、运动副与构件的表示方法八、运动副与构件的表示方法低副的表示方法低副的表示方法l转动副转动副用圆圈表示转动副，其圆心代表相对转动轴线。用圆圈表示转动副，其圆心代表相对转动轴线。2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图201

17、2-9-1226121212两构件之一为固定件，两构件之一为固定件，图中画上阴影线图中画上阴影线两个构件均为活动件两个构件均为活动件机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算l移动副移动副移动副的导路必须与相对移动方向一致。移动副的导路必须与相对移动方向一致。 2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-122722112 2112两个构件均为活动件两个构件均为活动件211212两个构件之一为机架两个构件之一为机架机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算平面高副平面高副l两构件组成平面高副时，其运动

18、简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓。l对于凸轮凸轮、滚子，习惯画出其全部轮廓；对于齿轮齿轮，常用点划线画出其节圆。2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1228机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算构件的表示方法l构件均用直线直线或小方块小方块等来表示，画有斜线的表示机架机架。2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1229机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1230杆、轴构件杆、轴构件固定构件固定构件同一构件同一构件

19、机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1231三副构件三副构件 两副构件两副构件 机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算 参与构成n个运动副的构件，可以用n边形表示，并在相交的部位涂上焊缝标记 或在几何图形中间画上剖面线。在画构件简图时，应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1232机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算九、机构运动简图的绘制步骤

20、九、机构运动简图的绘制步骤第一步第一步：分析机械的动作原理、组成情况和运动情况，确定原动件原动件、机架机架、执行部分执行部分和传动部分传动部分。2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1233颚式破碎机中：原动件为原动件为偏心轴5；从动件从动件为动颚6、肘板7；机架机架为定颚8。机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算第二步第二步：沿着运动传递路线，逐一分析每两个构件间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目，并对各运动副标上字母：A，B，C，。2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1234颚式破碎机中：动颚6和偏心轴5、

21、肘板7分别在连接处形成2个转动副；偏心轴5和肘板7与定颚8也在连接处形成2个转动副。ABCD机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算第三步第三步： 恰当地选择投影平面，作为机构运动简图的视图平面。l选择时应以能简单、清楚地把机构的运动情况表示出来为原则。l一般选取与构件运动平面相平行平行的平面作为投影面。第四步第四步：把原动件固定在某一位置，选取适当的比例尺。定出各运动副的相互位置：转动副中心位置、移动副导路方位、平面滚滑副轮廓形状等。2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1235 图上尺寸(mm)m实际尺寸l机械设计基础机械设计基础

22、平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算第五步第五步：用规定的符号画出运动副，并用简单的线条或几何图形联接起来，标出构件号数字及运动副的代号字母，以及原动件的转向箭头，即得机构运动简图。2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1236机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算例例2-1 试绘制抽水唧筒的机构运动简图。（书本P16 ）2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1237机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图20

23、12-9-1238抽水唧筒及其机构简图 a)抽水唧筒 b)抽水唧筒的机构运动简图 1手柄 2连杆 3活塞杆 4抽水筒 解：解： 唧筒唧筒的机构分析：的机构分析： 机架是抽水筒4；原动件是手柄1；从动件是连杆2和活塞杆3。操作手柄1以转动副A为中心摆动，依次带动连杆2和活塞杆3运动；该机构在A、B、C三处有3个转动副，活塞杆3与抽水筒构成1个移动副。 绘制运动简图绘制运动简图 运动运动与运动副分析与运动副分析 取转动副A点为基准点，选择合适比例尺，根据图a中构件的尺寸和几个运动副的位置，绘制出抽水唧筒的运动简图如图b所示。 机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及

24、其自由度计算例例2-2 试绘制简单内燃机的机构运动简图。 2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1239机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算例例2-3 试绘制偏心轮冲床机构的运动简图。 2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1240机械设计基础机械设计基础平面机构运动简图及其自由度计算平面机构运动简图及其自由度计算2.2 平面运动机构简图平面运动机构简图2012-9-1241解：解： 偏心轮的偏心轮的机构分析：机构分析： 机架是床身4；原动件是偏心轮1 ，由电机通过带传动来驱动；其余构件连杆2和冲头3都是从动件。偏心轮1 以转动副A为中心转动，依次带动连杆2和冲头3运动。连杆2与偏心轮1、连杆2与冲头3之间也都为转动副联接，而冲头3与机架4之间则为移动副联接；该机构在A、B、C三处有3个转动副，冲头3与床身4构成1个移动副。 绘制运动简图绘制运动简图 运动运动与运动副分析与运动副分析 以偏心轮运动平面作为投影面，取转动副A点为基准点，选择合适比例尺，根据图a中构件的尺寸和几个运