第一章 机械系统运动简图课件

第一章机械系统运动简图第一章机构的组成和结构作用：采用机械运动简图来对比各种设计方案机械系统运动简图：用规定的符号，绘出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平面机构的结构分析◎构件及其运动副◎机构运动简图的绘制◎平面机构自由度的计算

重点

运动副和运动链的概念、机构运动简图的绘制、机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算。第一章机械系统运动简图

机构中两构件直接接触的可动联接。（既保持直接接触，又能产生一定的相对运动）两构件上参与接触构成运动副的部分称为运动副元素。机构由运动副联接起来一、运动副：

构件组成运动副后，其独立运动受到约束。活塞与气缸的联结。两个传动齿轮间的联结。连杆与曲柄的联结第一章机械系统运动简图零件：单独加工的制造单元体1.1机构的组成

构件：每一个独立影响机构功能并且能单独运动的单元体,

一个构件可以由一个或多个零件组成。第一章机械系统运动简图1.1.1构件1.1.2运动副运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接两个相邻构件直接接触两者之间允许一定的相对运动每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接第一章机械系统运动简图副元素：两个构件上参与接触构成运动副的部分（点、线、面）第一章机械系统运动简图自由度：构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所需的独立变量的数目自由构件(空间)：F=6自由构件(平面)：F=3约束：运动副对构件独立运动所加的限制第一章机械系统运动简图运动副的分类方法：1按照运动副的相对运动形式分类平面运动副、空间运动副2按照运动副的接触形式分类低副、高副4按照运动副接触部分的几何形状分类圆柱副、平面与平面副、球面副、螺旋副、球面与平面副等3按照运动副引入的约束数目分类n级副n=1,2…5第一章机械系统运动简图按接触部分的几何形状分类：按接触形式分类：按引入的约束数目分类：按相对运动形式分类：

平面运动副低副转动副五级副R第一章机械系统运动简图P按接触部分的几何形状分类：按接触形式分类：按引入的约束数目分类：按相对运动形式分类：

平面运动副低副移动副五级副第一章机械系统运动简图按接触形式分类：按引入的约束数目分类：按相对运动形式分类：按接触部分的几何形状分类：

平面运动副高副平面高副四级副第一章机械系统运动简图低副机构高副机构第一章机械系统运动简图运动副—两个构件直接接触且具有确定相对运动的联接。平面运动副分类:转动副移动副特点：面接触、相对转动或相对移动

低副运动副元素——两构件相互接触的点、线、面。第一章机械系统运动简图

齿轮副凸轮副特点：点或线接触、沿接触点切线方向相对移动绕接触点的转动

高副螺旋副

球面副第一章机械系统运动简图

若干构件通过运动副联接而成的可动系统称运动链

若将运动链中的一个构件相对固定，运动链则成为机构。机构中构件的分类：

1、机架（描述运动的参考系）

2、原动件（运动规律已知的构件）

3、从动件第一章机械系统运动简图1.1.3运动链运动链：两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统开式运动链（开链）运动链的各构件未构成首末封闭系统

闭式运动链（闭链）运动链的各构件构成首末封闭的系统第一章机械系统运动简图1.1.4机构机构：在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各活动构件都有确定的相对运动，则此运动链称为机构。机构是具有确定运动的运动链。第一章机械系统运动简图机架原动件从动件在运动链中，将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各构件都有确定的相对运动，则此运动链成为机构。第一章机械系统运动简图

闭式链机构

开式链机构第一章机械系统运动简图

运动链具有确定的相对运动机构桁架运动链相对运动不确定无相对运动第一章机械系统运动简图分析现有机构新机械的运动方案设计第一章机械系统运动简图1.2机构运动简图

用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。第一章机械系统运动简图用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论重点在于机构的运动分析构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响机构的运动特性运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式构件的运动尺寸是运动分析的基础不严格按比例可绘制机构示意图第一章机械系统运动简图国标规定的构件和运动副的表示符号运动简图的绘制方法第一章机械系统运动简图1.2.1构件与运动副的表达方法机架AB机架和活动构件通过转动副联接

(内副)机架和活动构件通过移动副联接第一章机械系统运动简图两个活动构件联接第一章机械系统运动简图双副构件(一个构件和两个外副)注：点划线表示与其联接的其他构件第一章机械系统运动简图双副构件(一个构件和两个外副)第一章机械系统运动简图偏心轮AB12BA21第一章机械系统运动简图三副构件(一个构件和三个外副)第一章机械系统运动简图三副构件(一个构件和三个外副)第一章机械系统运动简图第一章机械系统运动简图第一章机械系统运动简图原动机第一章机械系统运动简图1.2.2运动简图的绘制小型压力机编号原则：注意区分位置重叠的不同构件和同轴刚性联接的多个零件。前者分别编号，后者采用一个编号，加`以示区别。1.分析整个机构的工作原理机构组成动作原理和运动情况偏心轮1齿轮1`

杆件2齿轮6`

杆件3槽凸轮6

杆件4

滑块7

压头8原动件执行构件第一章机械系统运动简图2.沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动关系，确定运动副的类型和数目。转动副移动副平面高副第一章机械系统运动简图3.选择适当的视图平面

选择原则1清楚表达机构的主体部分；2尽可能反映机构的全面运动；3可以选择其他视图平面作为补充。第一章机械系统运动简图1.2.2运动简图的绘制1.分析整个机构的工作原理

沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动关系，确定运动副的类型和数目3.选择适当的视图平面第一章机械系统运动简图4.绘图选择机架提取构件的运动尺寸确定比例尺选择机构运动中的一个状态确定各运动副位置，绘图编号：A、B、C…表示运动副

1、2、3…表示构件

O1、O2…表示固定转轴

原动件的运动方向第一章机械系统运动简图机构运动简图

表示机构运动特征的一种工程用图表达方式：用简单线条表示构件规定符号代表运动副按比例定出运动副的相对位置与运动有关的因素：

构件数目运动副数目及类型运动副之间的相对位置第一章机械系统运动简图

转动副1、运动副符号移动副圆心表示两构件相对转动的中心。矩形框的长边和直线表示移动导路或其中心线的位置。第一章机械系统运动简图齿轮副凸轮副122122第一章机械系统运动简图螺旋副球面副机构运动简图表第一章机械系统运动简图2、构件

不管构件形状如何，简单线条表示，带短剖面线表示机架。固定构件同一构件第一章机械系统运动简图带运动副元素的构件两运动副构件三运动副构件第一章机械系统运动简图原动件（主动件）机架

任何一个机构中，必有一个构件被相对地看作固定构件从动件ABCD输出构件输入构件从动件第一章机械系统运动简图3、机构运动简图的绘制步骤

1、分析机构（1）找出构件总数，定出原动件,判断各构件的运动性质

(移动、转动)（2）定出运动副的个数，各运动副的类型（移动副、转动副、高副）2、适当选择投影面

一般选择与多数构件的运动平面相平行的面作为投影面。第一章机械系统运动简图3、选择适当的比例尺，绘制机构运动简图

选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动副之间的相对位置，用构件和运动副的规定符号绘制机构的运动简图。4、标出原动件，给各构件标上代号一般原动件标号为1，机架为最后标号。▲注意以下简图的区别：第一章机械系统运动简图●A1234BCD例1颚式破碎机例1：圆盘1套在滑块2孔内，滑块2在圆盘3的槽中滑动，圆盘3相对于机架4转动。23141233ABAB44第一章机械系统运动简图一、构件的自由度自由度

构件所具独立运动的个数（确定构件位置所需独立坐标数）。一个完全自由的平面运动构件具有三个自由度。xy21

xyyx第一章机械系统运动简图F=3二、平面运动副的约束条件

约束—限制约束条件—约束数运动副的形成引入了约束，使构件失去运动自由度。1.转动副x0y0

约束数S=2F=1第一章机械系统运动简图2.移动副约束数S=23.齿轮副4.凸轮副nn约束数S=1nn

平面低副约束数S=2

平面高副约束数S=1第一章机械系统运动简图1.3运动链成为机构的条件

运动链的自由度：确定运动链中各构件相对与其中某一构件的位置所需要的独立参变量的数目。第一章机械系统运动简图

运动链的自由度

F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2–P1机架1F=0活动构件

2F=6K级运动副F=6-kn为活动构件数目，Pk

表示k级副的数目第一章机械系统运动简图自动驾驶仪操作装置1.3.1运动链的自由度计算2314第一章机械系统运动简图构件数目：N=4活动构件数目：n=3运动副：机架1和活塞2：圆柱副（4级副）活塞2和连杆3：转动副（5级副）连杆3和摇杆4：球面副（3级副）摇杆4和机架1：转动副（5级副）P3=1P4=1P5=22314第一章机械系统运动简图F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2–P1

=

6×3－5×2－4×1－3×1=1P3=1P4=1P5=2n=32314第一章机械系统运动简图三、平面机构的自由度机构的自由度F=3

活动构件数-2低副数-1高副数计算公式F＝3n

2PL

PH1.机构自由度的计算公式F＝3n

2PL

PH

＝3

2

340＝

1F＝3n

2PL

PH

＝3

2

450＝

2F＝3n

2PL

PH

＝3

2

221＝

1例第一章机械系统运动简图F=3n-2PL-PH=3

2-2

3-0=0F=3n-2PL-PH=3

3-2

5-0=-1

三个构件通过三个转动副相连,相当于一个构件。2.机构(运动链)具有确定相对运动的条件有一个机架自由度大于零（F>0）原动件数=自由度数（通常，原动件为含低副构件且与机架相连,只有一个自由度。）第一章机械系统运动简图

原动件数<机构自由度数，机构运动不确定（任意乱动）12345AEBCD1j4j

机构的原动件的独立运动是由外界给定的。若给出的原动件数不等于机构的自由度，则将产生如下影响：第一章机械系统运动简图

原动件数>机构自由度数，将杆2拉断。1234ABCD104233=--X=FX第一章机械系统运动简图

机构自由度等于零时，各构件间不可能产生相对运动。12345机构具有确定运动的条件是：（1）机构自由度F>0，（2）机构自由度F等于原动件数。第一章机械系统运动简图计算平面机构自由度的注意事项1、复合铰链两个以上的构件同时在一处用转动副相联结就构成复合铰链。

由K个构件组成的复合铰链应含有(K-1)个转动副。第一章机械系统运动简图复合铰链m个构件(m3)在同一处构成共轴线的转动副412356F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－560＝

3F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－570＝

1m-1个低副复合铰链

—计算在内523要正确计算运动副数目第一章机械系统运动简图例题1计算原盘锯主体机构的自由度12345678解机构中活动构件有n＝7低副有PL＝②④⑥⑧⑨1⑩10F=3n–2PL–PH=3×–2×=7101第一章机械系统运动简图F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－123F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－231＝-1两构件间构成多个运动副注意事项（续）错221＝1对移动副导路平行转动副轴线重合平面高副接触点共法线“转动副”“移动副”第一章机械系统运动简图2、局部自由度

在机构中常会出现一种与输出构件运动无关的自由度，称局部自由度（或多余自由度）。计算机构自由度时应予排除。第一章机械系统运动简图例题2计算滚子从动件凸轮机构的自由度ABC321F=3n–2PL–PH=3×–2×=221n＝2PL＝2①②PH＝1①–

1ABC4213第一章机械系统运动简图F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－331＝

2注意事项（续）

机构中某些构件所具有的局部运动，并不影响机构运动的自由度。局部自由度

—排除F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－221＝

1这时应将局部自由度数除去不计

滚子相对从动件的自由度就是局部自由度，即滚子是多余活动构件第一章机械系统运动简图3、虚约束

在机构中与其他运动副作用重复，而对构件间的相对运动不起独立限制作用的约束。AMBN1O3OAMB2314NO3O1第一章机械系统运动简图412351234F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝

1F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－460＝

0？对虚约束不产生实际约束效果的重复约束—排除注意事项（续）应用实例F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝

1第一章机械系统运动简图1.轨迹重合转动副联接的两构件上联接点的轨迹重合1234BOAF＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－221＝

1F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－341＝

0错对虚约束常发生在下列情况n＝3，PL＝4，PH＝0，F＝1第一章机械系统运动简图两构件构成多个移动副且导路互相平行两构件组成若干个轴线互相重合的转动副,只有一个转动副起作用。如：两个轴承支持一根轴只能看作一个转动副。第一章机械系统运动简图41235用一个构件两个运动副去联接则构成虚约束2.两构件上某两点间的距离在运动过程中始终不变虚F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝

1第一章机械系统运动简图

机构中传递运动不起独立作用的对称部分存在虚约束。

增加一个齿轮，使机构增加一个虚约束。（增加三个自由度，组成一个转动副和两个高副）第一章机械系统运动简图3.对传递运动不起独立作用的重复部分1232虚F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－332＝

1F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－332＝

1虚第一章机械系统运动简图

虚约束的引入，一般是为了改善机构受力，增大传递功率或者其它特殊需求；计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用；虚约束的成立，要满足一定的几何条件或者结构条件，如果这些条件被破坏，将转化了实约束，影响机构运动；虚约束问题小结：

机械设计中如果需要采用虚约束，必须保证设计、加工、装配精度，以确保满足虚约束存在的条件。第一章机械系统运动简图平面机构自由度计算公式F＝3n-2PL-PHPH

高副数n

活动构件数PL

低副数第一章机械系统运动简图F＝3n－2PL－PH＝3

－2

－681＝

1局复局F＝3n－2PL－PH＝3

－2

－791＝

2例3例441235678123456798第一章机械系统运动简图例题5计算图示机构自由度。12345678910F=3n–2PL–PH3×–2×=9121–2=②③④⑤⑥⑦⑧⑩⑫①②第一章机械系统运动简图例题6计算图示机构自由度。1345678②④⑤⑥⑦⑧⑩⑫①29F=3n–2PL–PH3×–2×=8111–1=①⑨⑪第一章机械系统运动简图构件+运动副

运动链

机构1.4机构的组成原理和结构分析

机架原动件从动件组合F=0基本杆组：最简单的不可再拆的自由度为零的构件组，简称为杆组。第一章机械系统运动简图

平面低副运动链自由度

F=3n-2P5

基本杆组F=0P5=n32第一章机械系统运动简图n

=2P5=3Ⅱ级杆组（双杆组）第一章机械系统运动