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1、第一章第一章 机械系统的运动简图设计机械系统的运动简图设计111 1 运动副及其分类运动副及其分类112 2 平面机构的运动简图平面机构的运动简图113 3 机械系统具有确定运动的条件机械系统具有确定运动的条件1.名词术语解释名词术语解释:构件构件 独立的独立的运动运动单元单元 内燃机内燃机中的连杆11 运动副及其分类运动副及其分类内燃机内燃机连杆连杆套筒套筒连杆体连杆体螺栓螺栓垫圈垫圈螺母螺母轴瓦轴瓦连杆盖连杆盖零件零件 独立的独立的制造制造单元单元2.运动副运动副a)两个构件、两个构件、b)直接接触、直接接触、c)有相对运动有相对运动运动副元素运动副元素直接接触的部分（点、线、面）直接接触
2、的部分（点、线、面）例如：例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。等。定义：定义：运动副运动副两个构件直接接触组成的仍能产两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。生某些相对运动的联接。三个条件，缺一不可三个条件，缺一不可分类：分类：高副高副点、线接触，应力高。点、线接触，应力高。低副低副面接触，应力低面接触，应力低例如：例如：滚动副滚动副、凸轮副、齿轮副等。、凸轮副、齿轮副等。例如：例如：转动副转动副（回转副）、（回转副）、移动副移动副。常见运动副符号的表示常见运动副符号的表示:国标国标GB446084常用运动副的符号常用运动副的符号运动副运动副名称名称运动副符
3、号运动副符号两运动构件构成的运动副两运动构件构成的运动副转转动动副副移移动动副副12121212121212121212121212两构件之一为固定时的运动副两构件之一为固定时的运动副122121平平面面运运动动副副平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球球销销副副121212空空间间运运动动副副121212构件的表示方法构件的表示方法:一般构件的表示方法一般构件的表示方法 杆、轴构件杆、轴构件固定构件固定构件同一构件同一构件三副构件三副构件 两副构件两副构件 一般构件的表示方法一般构件的表示方法 运动链两个以上的构件通过运动副运动链两个以上的构件通过运动副的联接
4、而构成的系统。的联接而构成的系统。注意事项注意事项:画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质的性质。闭式链闭式链、开式链开式链3.运动链运动链 若干若干1个或几个个或几个1个个4.机构机构定义定义：具有确定运动的运动链称为机构具有确定运动的运动链称为机构。机架机架作为参考系的构件作为参考系的构件，如机床床身、车如机床床身、车辆底盘、飞机机身。辆底盘、飞机机身。机构的组成：机构的组成：机构机构机架原动件从动件机架原动件从动件机构是由若干构件经运动副联接而成的，很显然，机构归属于运动链，那么，运动链在什么条件下就能称为机构呢？即各部分运动确定。
5、分别用四杆机构和五杆机构模型演示得出如下结论：在运动链中，如果以某一个构件作为参考坐标系，当其中另一个（或少数几个）构件相对于该坐标系按给定的运动规律运动时，其余所有的构件都能得到确定的运动，那么，该运动链便成为机构。原（主）动件原（主）动件按给定运动规律运动的构件按给定运动规律运动的构件。从动件从动件其余可动构件。其余可动构件。12 平面机构运动简图平面机构运动简图机构运动简图机构运动简图用用规定的符号规定的符号和和简单的线条简单的线条，按比例按比例绘制的表示绘制的表示机构中各构件之间的机构中各构件之间的相对运动关系相对运动关系的图形。的图形。作用：作用：1.表示机构的类型和运动情况。表示机
6、构的类型和运动情况。机构示意图机构示意图不按比例绘制的简图不按比例绘制的简图现摘录了部分现摘录了部分GB446084机构示意图如下表机构示意图如下表。2.作为运动分析和动力分析的依据。作为运动分析和动力分析的依据。常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号 在在机机架架上上的的电电机机齿齿轮轮齿齿条条传传动动带带传传动动圆圆锥锥齿齿轮轮传传动动链链传传动动圆柱圆柱蜗杆蜗杆蜗轮蜗轮传动传动凸凸轮轮传传动动外啮外啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动机构运动简图机构运动简图应满足的条件应满足的条件：2.简图中简图中运动副的性质、数目运动副的性质、数目与实际相符与实际相符 3.简图中运动副之间的简图中运动副之
7、间的相对位置相对位置以及以及构件尺寸构件尺寸与实际与实际机构成比例。机构成比例。棘棘轮轮机机构构内啮内啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动1.简图中简图中构件数目构件数目与实际相同与实际相同DCBA1432绘制图示绘制图示鳄式破碎机鳄式破碎机的运动简图。的运动简图。绘制机构运动简图绘制机构运动简图顺口溜：顺口溜：先两头，后中间，先两头，后中间，从头至尾走一遍，从头至尾走一遍，数数构件是多少，数数构件是多少，再看它们怎相联。再看它们怎相联。步骤：步骤：1.运转机械，分析传递路线，弄清机架、原动件运转机械，分析传递路线，弄清机架、原动件和活动构件数及运动副的性质、数目和构件数目；和活动构件数及运动副的性
8、质、数目和构件数目；4.检验机构是否满足运动确定的条件。检验机构是否满足运动确定的条件。2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面）。测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面）。3.按比例绘制运动简图。按比例绘制运动简图。简图比例尺：简图比例尺：l=实际尺寸实际尺寸 m/m/图上长度图上长度mmmm思路：思路：先定原动件和工作件（一般位于传动线路末端）先定原动件和工作件（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。并用符号表示出来。举例：举例：绘制绘制破碎机破碎机和和偏心泵偏心泵的机构运动简图。的机
9、构运动简图。1234绘制图示绘制图示偏心泵偏心泵的运动简图的运动简图偏心泵偏心泵实例实例13 机械系统具有确定运动的条件机械系统具有确定运动的条件给定给定S S3 3S S3 3(t)(t)，一个独立参，一个独立参数数1 11 1（t t）唯一确定，）唯一确定，该机构仅需要一个独立参数。该机构仅需要一个独立参数。若若仅仅给给定定1 11 1（t t）,则则2 2 3 3 4 4 均均不不能能唯唯一一确确定定。若若同同时时给给定定1 1和和4 4 ，则则3 3 2 2 能能唯唯一一确确定定，该该机机构构需需要要两两个个独独立立参数参数 。4 4S3123S31 112341 1一、机构具有确定运
10、动的条件一、机构具有确定运动的条件曲柄滑块机构曲柄滑块机构五杆机构五杆机构定义：定义：保证机构具有保证机构具有确定运动确定运动时所必须给定的时所必须给定的 独立运动参数独立运动参数称为机构的称为机构的自由度自由度。原动件原动件能独立运动的构件。能独立运动的构件。一个原动件只能提供一个独立参数一个原动件只能提供一个独立参数机构具有确定运动的条件为：机构具有确定运动的条件为：自由度原动件数自由度原动件数二、二、平面机构自由度的计算公式平面机构自由度的计算公式作作平平面面运运动动的的刚刚体体在在空空间间的的位位置置需需要要三三个个独独立立的的参参数数（x，y,）才才能唯一确定。能唯一确定。yx(x,
11、y)F=3单个自由构件的自由度为单个自由构件的自由度为 3 3自由构自由构件的自件的自由度数由度数运动副运动副 自由度数自由度数 约束数约束数回转副回转副 1（）+2（x，y）=3yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2结论：结论：构件自由度构件自由度3约束数约束数移动副移动副 1（x）+2（y，）=3高高 副副 2（x,）+1（y）=3经运动副相联后，构件自由度会有变化：经运动副相联后，构件自由度会有变化：自由构件的自由度数约束数自由构件的自由度数约束数活动构件数活动构件数 n 计算公式：计算公式：F=3n(2PL+Ph)要求：要求：记住上述公式，并能熟练应用。记
12、住上述公式，并能熟练应用。构件总自由度构件总自由度 低副约束数低副约束数 高副约束数高副约束数 3n 2 PL1 Ph计算曲柄滑块机构的自由度。计算曲柄滑块机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n=3低副数低副数PL=4F=3n 2PL PH =33 24 =1 高副数高副数PH=0S3123推广到一般：推广到一般：计算计算五杆铰链五杆铰链机构的自由度机构的自由度解：活动构件数解：活动构件数n=4低副数低副数PL=5F=3n 2PL PH =34 25 =2 高副数高副数PH=012341 1计算图示凸轮机构的自由度。计算图示凸轮机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n=2低副数低副数
13、PL=2F=3n 2PL PH =32 221 =1高副数高副数PH=1123三、三、计算平面机构自由度的注意事项计算平面机构自由度的注意事项12345678ABCDEF计算图示计算图示圆盘锯机构圆盘锯机构的自由度。的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n=7低副数低副数PL=6F=3n 2PL PH 高副数高副数PH=0=37 26 0=9计算结果肯定不对！计算结果肯定不对！1.复复合合铰铰链链 两两个个以以上上的的构构件件在在同同一一处处以以转转动副相联。动副相联。计算：计算：m个构件个构件,有有m1转动副。转动副。两个低副两个低副上例：在上例：在B、C、D、E四处应各有四处应各有 2 个
14、运动副。个运动副。计算图示圆盘锯机构的自由度。计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n=7低副数低副数PL=10F=3n 2PL PH =37 2100 =1可以证明：可以证明：F点的轨迹为一直线。点的轨迹为一直线。12345678ABCDEF圆盘锯机构圆盘锯机构计算图示两种凸轮机构的自由度。计算图示两种凸轮机构的自由度。解：解：n=3，PL=3，F=3n 2PL PH =33 23 1 =2PH=1对于右边的机构，有：对于右边的机构，有：F=32 22 1=1事实上，两个机构的运动相同，且事实上，两个机构的运动相同，且F=11231232.局部自由度局部自由度 F=32 2
15、2 1 =1定定义义：构构件件局局部部运运动动所所产产生生的的自自由由度度，并并不不影影响整个机构的运动。响整个机构的运动。出出现现在在加加装装滚滚子子的的场场合合，计计算算时时应应去去掉掉滚滚子子和和铰铰链：链：滚子的作用：滑动摩擦滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。滚动摩擦。123123解：解：n=4，PL=6，F=3n 2PL PH =34 26 =0PH=03.虚约束虚约束 对机构的运动实际上不起作用的约束。对机构的运动实际上不起作用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。计算自由度时应去掉虚约束。FEAB CD，故故增增加加构构件件4前前后后E点点的轨迹都是圆弧，。的轨迹都是圆弧，。增加的约束不
16、起作用增加的约束不起作用，应去掉构件，应去掉构件4。已知：已知：ABCDEF，计算图示平行四边形计算图示平行四边形 机构的自由度。机构的自由度。1234ABCDEF平行四边形机构平行四边形机构重新计算：重新计算：n=3,PL=4,PH=0F=3n 2PL PH =33 24 =1特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：1234ABCDEF4F已知：已知：ABCDEF，计算图示平行四边形，计算图示平行四边形 机构的自由度。机构的自由度。ABCDEF虚约束虚约束出现虚约束的场合：出现虚约束的场合：1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，两构件联接前后，联接点的轨迹
17、重合，2.两两构构件件构构成成多多个个移移动动副副，且且导路平行。导路平行。如如平行四边形机构平行四边形机构，火车轮火车轮椭圆仪椭圆仪等。等。4.运运动动时时，两两构构件件上上的的两点距离始终不变。两点距离始终不变。3.两两构构件件构构成成多多个个转转动动副副，且同轴。且同轴。5.对对运运动动不不起起作作用用的的对对称部分。如多个行星轮。称部分。如多个行星轮。EFAA6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。两构件构成高副，两处接触，且法线重合。如如等宽凸轮等宽凸轮W注意：注意：法线不重合时，法线不重合时，变成实际约束！变成实际约束！AAn1n1n2n2n1n1n2n2虚约束的作用：虚约束的作
18、用：改善构件的受力情况，如多个行星轮。改善构件的受力情况，如多个行星轮。增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。注意：注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的各种出现虚约束的场合都是有条件的!CDABGFoEE计算图示大筛机构的自由度。计算图示大筛机构的自由度。位置位置C，2个个低副低副复合铰链复合铰链:局部自由度局部自由度 1个个虚约束虚约束En=7PL=9PH=1F=3n 2PL PH =37 29 1 =2CDABGFoEB2I9C 3A1J6H87DE4FG5计算图示包装机送纸机构的自由度。计算图示包装机送纸机构的自由度。分析：分析：活动构件数活动构件数n：A1B2I9C 3J6H87DE4FG592个低副个低副复合铰链复合铰链:局部自由度局部自由度 2个个虚约束虚约束:1处处I8去去掉掉局局部部自自由由度度和和虚约束后：虚约束后：n=6PL=7F=3n 2PL PH =36 27 3 =1PH=3螺螺旋旋副副球球面面副副