機械設計機構運動簡圖

第三章 平面機構的結構分析主要內容：主要內容：1、平面機構的運動簡圖2、平面機構的自由度計算 3.1節(jié)大江一句話說：不論是設計機器還是維修機器，我們都要將具體的機械抽象成簡單的物理（運動學）模型；才能更清晰地理解其工作原理，幫助我們制定設計或維修方案。能力目標：1、將具體的機械抽象成簡單的運動學模型 （會畫機構運動簡圖）2、判定機構是否具有確定的運動 （即一個裝置是不是機構，方法技術就是計算機構的自由度） 項目項目1：繪制：繪制內燃機內燃機的機構運動簡圖。的機構運動簡圖。 項目項目2：繪制：繪制顎式破碎機顎式破碎機的機構運動簡圖。的機構運動簡圖。3-2 3-2 運動副運動副定義：定義： 機構中各個構件之間必須有確定的相對運動，因此，構件的連接既要使兩個構件直接接觸，又能產生一定的相對活動， 這種使兩個構件直接接觸并能產生一定的相對運這種使兩個構件直接接觸并能產生一定的相對運動的連接稱為運動副。動的連接稱為運動副。要點：要點：a a）兩個構件）兩個構件 b b）直接接觸）直接接觸 c c）有相對運動）有相對運動 三個條件缺一不可。三個條件缺一不可。我們引入一個新概念：運動副：運動副：使兩個構件直接接觸并能產生一定的相對運動的連接。使兩個構件直接接觸并能產生一定的相對運動的連接。構件上參與接觸的部分是：點、線、面。構件上參與接觸的部分是：點、線、面。3-2 3-2 運動副運動副按其接觸形式分：按其接觸形式分：低副低副- -面接觸的運動副。面接觸的運動副。高副高副- -點或點或線接觸的運動副線接觸的運動副轉動副轉動副（回轉副回轉副或或鉸鏈鉸鏈）移動副移動副3.2.2 3.2.2 運動鏈與機構運動鏈與機構運動鏈：運動鏈：多個構件用運動副聯(lián)接構成的系統(tǒng)。多個構件用運動副聯(lián)接構成的系統(tǒng)。開式鏈：開式鏈：運動鏈的各構件不構成首尾封閉的系統(tǒng)。運動鏈的各構件不構成首尾封閉的系統(tǒng)。閉式鏈：閉式鏈：運動鏈的各構件構成了首尾封閉的系統(tǒng)。運動鏈的各構件構成了首尾封閉的系統(tǒng)。機構：機構：各構件間具有確定相對運動的運動鏈各構件間具有確定相對運動的運動鏈3.2.3 3.2.3 構件的分類構件的分類機架：機架：機構中的固定構件；機構中的固定構件； 一般機架相對地面固定不動。一般機架相對地面固定不動。 如機床床身、車輛底盤、飛機機身等。如機床床身、車輛底盤、飛機機身等。原動件：原動件：按給定已知運動規(guī)律獨立運動的構件；按給定已知運動規(guī)律獨立運動的構件； 給機構提供原動力。給機構提供原動力。從動件：從動件：機構中其余活動構件。機構中其余活動構件。 其運動規(guī)律決定于原動件的運動規(guī)律和機其運動規(guī)律決定于原動件的運動規(guī)律和機構的結構和構件的尺寸。構的結構和構件的尺寸。 機構機構= =機架機架+ +原動件原動件+ +從動件從動件1個個1個或幾個個或幾個若干若干3-3 3-3 平面機構的運動簡圖平面機構的運動簡圖 機構運動簡圖與機械結構圖的區(qū)別？機構運動簡圖與機械結構圖的區(qū)別？ 如何畫機構簡圖？如何畫機構簡圖？3-2 3-2 平面機構的運動簡圖平面機構的運動簡圖運動簡圖的定義：運動簡圖的定義： 用規(guī)定的符號和線條按一定的比例表示構件和運動用規(guī)定的符號和線條按一定的比例表示構件和運動副的相對位置，并能完全反映機構特征的簡圖。副的相對位置，并能完全反映機構特征的簡圖。運動簡圖的內容：運動簡圖的內容： 構件數(shù)目、運動副的數(shù)目和類型、構件聯(lián)接關系、與構件數(shù)目、運動副的數(shù)目和類型、構件聯(lián)接關系、與運動有關的尺寸、主動件及運動特性。運動有關的尺寸、主動件及運動特性。運動簡圖的作用：運動簡圖的作用： 表示機構的結構和運動情況；表示機構的結構和運動情況； 機構運動分析和動力分析的依據(jù)。機構運動分析和動力分析的依據(jù)。（GB4460-84GB4460-84）高副符號高副符號第三章 平面機構的結構分析3-2 3-2 平面機構的運動簡圖平面機構的運動簡圖運動簡圖的定義、內容、作用運動簡圖的定義、內容、作用3.2.1 3.2.1 運動簡圖中運動副、一般構件、常用機構的表示方法運動簡圖中運動副、一般構件、常用機構的表示方法3.2.2 3.2.2 繪制機構運動簡圖的步驟繪制機構運動簡圖的步驟1 1）分清機架、主動件；）分清機架、主動件；2 2）循著運動傳遞的路線；）循著運動傳遞的路線；3 3）能充分反映機構的特性；）能充分反映機構的特性；4 4）確定比例尺，用規(guī)定的符）確定比例尺，用規(guī)定的符號和線條繪制。號和線條繪制。 【例【例3-1】繪制圖0-1所示內燃機的機構運動簡圖。解解 內燃機是由活塞內燃機是由活塞2 2、連桿、連桿5 5、曲軸、曲軸6 6與氣缸體與氣缸體1 1組成的組成的曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構；同曲軸固聯(lián)的齒輪同曲軸固聯(lián)的齒輪1010，同凸輪軸，同凸輪軸7 7固聯(lián)固聯(lián)的齒輪的齒輪9 9與氣虹體組成的與氣虹體組成的齒輪機構齒輪機構；凸輪凸輪7 7、進氣閥頂桿、進氣閥頂桿8 8與氣缸體組成與氣缸體組成的的凸輪機構凸輪機構。氣缸體氣缸體1 1作為固定件，是作為固定件，是機架機架；燃氣推動下的活塞燃氣推動下的活塞2 2是是原動件原動件；其余；其余構件都是構件都是從動件從動件。256110978 【例【例3-1】繪制圖0-1所示內燃機的機構運動簡圖。各各構件構件之間的聯(lián)接方式如下：之間的聯(lián)接方式如下：9 9和和1010齒輪嚙合，齒輪嚙合，構成構成高副高副；推桿推桿8 8和氣缸體和氣缸體1 1之間構成之間構成移動副移動副；活塞活塞2 2和氣缸體和氣缸體1 1之間構成之間構成移動副移動副。凸輪凸輪7 7（齒輪（齒輪9 9）和氣缸體）和氣缸體構成構成轉動副轉動副；凸輪凸輪7 7和推桿和推桿8 8之間構成之間構成高副高副；曲軸（齒輪曲軸（齒輪1010）和氣缸體）和氣缸體1 1之間構成之間構成轉動副轉動副；256110978活塞連桿組活塞連桿組氣環(huán)氣環(huán)油環(huán)油環(huán)活塞銷活塞銷活塞活塞連桿體連桿體連桿螺栓連桿螺栓連桿軸瓦連桿軸瓦連桿蓋連桿蓋活塞活塞2 2和連桿和連桿5 5小頭，小頭，連桿連桿5 5和曲軸和曲軸6 6，構成，構成轉動副轉動副。256110978 當曲軸當曲軸2 2繞其軸心繞其軸心O O連續(xù)轉動時，動顎板連續(xù)轉動時，動顎板3 3作往復作往復擺動，從而將處于動顎板擺動，從而將處于動顎板3 3和固定顎板和固定顎板6 6之間的礦石軋之間的礦石軋碎。試繪制此碎礦機的機構運動簡圖。碎。試繪制此碎礦機的機構運動簡圖。解：解：（1）運動分析 此碎礦機由原動件曲軸3、 動顎板4、擺桿5、 機架7等4個構件組成， 固定顎板6 是固定安裝在機架上的。（2）曲軸3于機架7在A點構成轉動副（即飛輪的回轉中心）； 曲軸3與動顎板4也構成轉動副，其軸心在B點（即動顎板繞曲軸的回轉幾何中心）； 擺桿5分別與動顎板4和機架7在C、D兩點構成轉動副。（3）其運動傳遞為：電機、皮帶、曲軸、動顎板、擺桿。所以，其機構原動件為曲軸，從動件為擺桿、構件3、機架5共同構成曲柄搖桿機構。（4）按圖量取尺寸，選取合適的比例尺，確定A、B、C、D四個轉動副的位置，即可繪制出機構運動簡圖。最后標出原動件的轉動方向。由圖量取AB=3mm，BC=25mm，CD=14mm，AD=22mm. 低副構件的表示方法低副構件的表示方法 可以組成三個回轉副的構件 繪制機構運動簡圖的要點：繪制機構運動簡圖的要點： 分析機構運動，找出機架、原動件與從動件。分析機構運動，找出機架、原動件與從動件。 從原動件開始，按照運動的傳遞順序，分析各構件從原動件開始，按照運動的傳遞順序，分析各構件之間相對運動的性質，確定活動構件數(shù)目、運動副的之間相對運動的性質，確定活動構件數(shù)目、運動副的類型和數(shù)目。類型和數(shù)目。 合理選擇視圖平面，應選擇能較好表示運動關系的合理選擇視圖平面，應選擇能較好表示運動關系的平面為視圖平面。平面為視圖平面。 選擇合適的比例，選擇合適的比例， L L= =實際長度圖示長度實際長度圖示長度 按比例定出各運動副之間的相對位置，用規(guī)定符按比例定出各運動副之間的相對位置，用規(guī)定符號繪制機構運動簡圖。號繪制機構運動簡圖。 各轉動中心標以大寫的英文字母，各構件標阿拉各轉動中心標以大寫的英文字母，各構件標阿拉伯字母，機構的原動件以箭頭標明。伯字母，機構的原動件以箭頭標明。抽油機抽油機機械設計的一般程序機械設計的一般程序市場調研可行性研究試制、試驗小批生產試銷投產階段 目標設計任務書 定出最佳方案 裝配圖零件圖 樣機評價 考核工藝性 產品 及其它技術文件 改進 收集用戶意見 銷售技術設計原理方案設計1、產品規(guī)劃、產品規(guī)劃2、方案設計、方案設計 3、技術設計、技術設計 4、制造及試驗、制造及試驗平面機構的結構分析能力目標：1、將具體的機械抽象成簡單的運動學模型運動簡圖2、判定機構是否具有確定的運動自由度計算第三章 平面機構的結構分析構件的自由度：構件的自由度：構件相對于參考系具有的獨立運動參數(shù)的數(shù)目。構件相對于參考系具有的獨立運動參數(shù)的數(shù)目。3.1.2 3.1.2 自由度和運動副約束自由度和運動副約束無約束下一個構件的平面運動有無約束下一個構件的平面運動有三個自由度三個自由度。運動副約束：運動副約束：兩個構件以運動副連接后，相對運動受到的限制。兩個構件以運動副連接后，相對運動受到的限制。回轉副回轉副2個約束1個自由度移動副移動副2個約束1個自由度高副高副1 1個約束個約束2 2個自由度個自由度第三章 平面機構的結構分析3-3 3-3 平面機構的自由度平面機構的自由度一、機構具有確定運動的條件一、機構具有確定運動的條件 因為一個原動件只能提供一個獨立運動參數(shù)，所以， 機構的自由度數(shù)等于機構的原動件數(shù)，既機構有多少個自由度，就應該給機構多少個原動件。 自由度自由度= =原動件數(shù)原動件數(shù)二、計算機構自由度二、計算機構自由度 （設n個活動構件，PL個低副，PH個高副） F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H12346545ABCD n=5 pL=6 ph=2 F=3n-(2pL+ph) =1AABCDEE原動件數(shù)=機構自由度 四桿機構的自由度計算四桿機構的自由度計算n=3 pL=4 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1原動件數(shù)=機構自由度例例 二桿機構的自由度計算二桿機構的自由度計算n=1 pL=1 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1三桿自由度計算三桿自由度計算n=2 pL=3 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =0原動件數(shù)=機構自由度（F=0，不是機構是剛性桁架 ）凸輪機構自由度計算凸輪機構自由度計算n=2 pL=2 ph=1F=3n-(2pL+ph)=1四桿機構的自由度計算四桿機構的自由度計算n=3 pL=4 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1原動件數(shù)=機構自由度原動件數(shù)原動件數(shù) 機構自由度數(shù)，機構機構自由度數(shù)，機構運動不確定（任意亂動）運動不確定（任意亂動）鉸鏈五桿機構鉸鏈五桿機構n=4 pL=5 ph=0F=3n-(2pL+ph)=2五桿機構五桿機構2個原動件個原動件小結：小結：運動鏈的自由度運動鏈的自由度F F 與原動件數(shù)目的關系：與原動件數(shù)目的關系：自由度自由度F0 F0 結構（不是機構）結構（不是機構）自由度自由度F F0 0 時，時，F(xiàn) F原動件數(shù)目原動件數(shù)目( (運動不相容，破壞了機構運動不相容，破壞了機構) ) F= F=原動件數(shù)目（運動確定原動件數(shù)目（運動確定) ) F F原動件數(shù)目（運動不確定原動件數(shù)目（運動不確定) )n機構具有確定運動的條件是機構具有確定運動的條件是：機構的自由度數(shù)等于機構的原動件數(shù)，既機構有多少個自由度，就應該給機構多少個原動件。三、計算機構自由度時應注意的問題三、計算機構自由度時應注意的問題 三、計算機構自由度時應注意的問題三、計算機構自由度時應注意的問題 1 1復合鉸鏈復合鉸鏈 三個或三個以上構件在同一處構成共軸線轉動副的鉸鏈，我們稱為復合鉸鏈。復合鉸鏈。若有m個構件組成復合鉸鏈，則復合鉸鏈處的轉動副數(shù)應為（m-1）個。 2個低副個低副三、計算機構自由度時應注意的問題三、計算機構自由度時應注意的問題 2 2局部自由度局部自由度 機構中某些構件具有局部的、不影響其它構件運動的自由度，同時與輸出運動無關的自由度我們稱為局部局部自由度自由度。滾子作用：滑動摩擦滾子作用：滑動摩擦 滾動摩擦滾動摩擦三、計算機構自由度時應注意的問題三、計算機構自由度時應注意的問題 左圖：n=2，PL=2，Ph1，F(xiàn)=3x2-2x2-1=1如右圖凸輪機構認為：n=3，PL=3，Ph1，F(xiàn)=3x3-2x3-1=2，是錯誤的。2 2局部自由度局部自由度 對于含有局部自由度的機構在計算自由度時，不考慮局部自由度。局部自由度，局部自由度， “焊死焊死”處處理理三、計算機構自由度時應注意的問題三、計算機構自由度時應注意的問題 （3 3）虛約束：）虛約束： 在特殊的幾何條件下，有些約束所起的限制作用是重復的，這種不起獨立限制作用的約束稱為虛約束。平行四邊形機構平行四邊形機構在計算機構自由度時應將虛約束去除。在計算機構自由度時應將虛約束去除。平行四邊形機構平行四邊形機構3 3、虛約束：、虛約束：虛約束經常出現(xiàn)在以下幾種情況中：虛約束經常出現(xiàn)在以下幾種情況中：（1）兩連接構件在連接點上的運動軌跡相重合，虛約束消除平行四邊形運動不確定性虛約束消除平行四邊形運動不確定性3 3、虛約束：、虛約束：虛約束經常出現(xiàn)在以下幾種情況中：虛約束經常出現(xiàn)在以下幾種情況中：（1）兩連接構件在連接點上的運動軌跡相重合，（2）兩構件某兩點間的距離始終不變，將此兩點用構件和運動副連接會帶進虛約束。n=3 pL=4 ph=0F=3n-(2pl+ph)=13 3、虛約束：、虛約束：虛約束經常出現(xiàn)在以下幾種情況中：虛約束經常出現(xiàn)在以下幾種情況中：（1）兩連接構件在連接點上的運動軌跡相重合，（2）兩構件某兩點間的距離始終不變，將此兩點用構件和運動副連接會帶進虛約束。（3）兩構件組成多個移動方向一致的運動副3 3、虛約束：、虛約束：虛約束經常出現(xiàn)在以下幾種情況中：虛約束經常出現(xiàn)在以下幾種情況中：（1）兩連接構件在連接點上的運動軌跡相重合，（2）兩構件某兩點間的距離始終不變，將此兩點用構件和運動副連接會帶進虛約束。（3）兩構件組成多個移動方向一致的運動副 或兩構件組成多個軸線重合的移動副虛約束增強支承剛度虛約束經常出現(xiàn)在以下幾種情況中：虛約束經常出現(xiàn)在以下幾種情況中：（1）兩連接構件在連接點上的運動軌跡相重合，（2）兩構件某兩點間的距離始終不變，將此兩點用構件和運動副連接會帶進虛約束。（3）兩構件組成多個移動方向一致的運動副 或兩構件組成多個軸線重合的移動副（4）與運動無關的對稱部分，如多個行星輪虛約束改善受力平面機構的自由度要點平面機構的自由度要點計算機構自由度計算機構自由度F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H （設（設n n個活動構件，個活動構件，P PL L個低副，個低副，P PH H個高副）個高副）機構具有確定運動的條件是機構具有確定運動的條件是：原動件數(shù)=機構自由度1 1、若有、若有m m個構件組成復合鉸鏈，個構件組成復合鉸鏈，2 2、不考慮局部自由度。、不考慮局部自由度。（凸輪滾子及推桿彈簧）（凸輪滾子及推桿彈簧）則復合鉸鏈處的轉動副數(shù)為（則復合鉸鏈處的轉動副數(shù)為（m-1m-1）個。）個。計算機構自由度時應注意的問題計算機構自由度時應注意的問題:平面機構的自由度要點平面機構的自由度要點計算機構自由度時應注意的問題計算機構自由度時應注意的問題: 3 3、在計算機構自由度時應將虛約束去除：、在計算機構自由度時應將虛約束去除：（1）兩連接構件在連接點上的運動軌跡相重合，（2）兩構件某兩點間的距離始終不變，（3）兩構件組成多個移動方向一致的運動副或兩構件組成多個軸線重合的移動副（4）與運動無關的對稱部分（移動導桿機構）（移動導桿機構）3.53.6曲柄移動導桿機構曲柄移動導桿機構3.73.83.83.93.10補充練習補充練習補充練習補充練習補充練習補充練習