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第二章机械系统及机械运动简图

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机械系统的运动简图设计

机械系统的运动简图设计

运动简图的绘制步骤
确定机械系统的组成和功能
了解机械系统的基本组成和各部分的功能， 确定需要表示的运动关系。
绘制机械系统各部分的轮廓
根据实际情况绘制出机械系统各部分的轮廓， 以便于表示其运动关系。
选择合适的图形符号
根据需要表示的运动关系，选择合适的图形 符号来表示各部分。
标注尺寸和参数
根据需要标注出机械系统各部分的尺寸和运 动参数，以便于分析和设计。
通过运动简图分析，优化传动系 统的参数，如齿轮模数、带轮直 径等，提高传动效率。
03
传动系统可靠性分 析
利用运动简图，分析传动系统的 可靠性，预测潜在的故障和问题， 提出相应的改进措施。
控制系统设计与调试

控制。
控制系统调试
通过运动简图，对控制系统进行调 试，确保系统稳定、可靠地运行。
传动系统运动简图绘制方法
根据传动部件的工作原理和运动形式，使用规定的图形符号和比例 尺绘制传动系统运动简图。
传动系统运动简图的应用
用于分析传动系统的运动特性和工作原理，比较不同传动方案的优 缺点，以及进行传动系统的优化设计和改进。
控制系统运动简图设计
控制系统运动简图定义
控制系统运动简图是一种用图形符号表示机 械系统中控制元件和运动关系的简化图形。
运动原理
机械系统的运动是通过各组成部分的 相对运动来实现的，这些相对运动包 括转动、移动等。
02
运动简图设计基础
运动简图的定义与作用
定义
运动简图是一种用图形符号表示机械系统运动关系的简化示意图，用于描述机 械系统的运动规律、运动轨迹和运动参数。
作用
运动简图能够直观地表达机械系统的运动关系，便于分析和设计机械系统，提 高设计效率。

第二章机械系统及机械运动简图

第二章机械系统及机械运动简图

2．平面机构自在度的计算公式
自在运动构件经过运动副组成机构 时，由于运动副发生的约束，其自在 度将随之增加。至于自在度增加的数 目，那么因运动副性质的不同而不同。 作为平面机构，我们知道其运动副只 能是低副〔转动副和移动副〕和高副 组成。
在低副中，十分显然转动副和移动 副区分限制了构件的两个自在度 〔即两个移动或一个移动和一个转 动〕，也就是说使机构增加了两个 自在度；在高副中，只限制了两个 构件沿接触点公法线方向的移动， 也就是说构件增加了一个自在度。
3．运动链与机构
前面引见了构件和运动副的概念， 下面我们给出运动链和机构的概念。
假定干个构件经过运动副所构成 的相对可动的构件系统称为运动链。 可以分为两大类：假设运动链构成首 末封锁的系统，
图2-5
如图中的a、b，我们称其为闭式运动 链；假设运动链未构成首末封锁的系统，如 图中的c、d，我们称其为开式运动链。在各 种机械中，普通都采用闭链。
机构运动简图必需与原机构具有完全相
反的运动特性，疏忽对运动没有影响的尺寸。 只要这样我们才可以依据运动简图对机构停 止运动剖析和受力剖析。为了到达这一要求， 绘制运动简图要遵照以下步骤：
⑴．依据机构的实践结构和运动状况，找出 机构的原动件〔即作独立运动的构件〕及任 务执行构件〔即输入运动的构件〕；
d.按运动形状分类：可以分为平 面运动副和空间运动副，凡是两 构件运动平面相互平行的运动副 称为平面运动副，而运动平面不 相互平行的称为空间运动副。如 前图中的螺旋副和球面副。
由于构成运动副的 两构件之间的相对 运动仅与运动副元 素的几何外形及接 触状况有关，所以 各种运动副常用规 则的复杂符号来表 示，这些符号国度 曾经制定有规范， 我们教材上的表就 是其中的一局部。

机械原理课件第二章

机械原理课件第二章

1个虚约束
计算机构自由度典型例题分析
例三. 计算下图所示大筛机构的自由度。
1.分析： n = 7, PL = 9, PH = 1
2.计算 F =3n- 2PL-PH = 2 ，
此机构应有两个原动件
例 四 图示牛头刨床 设计方案草图。设计 思路为：动力由曲柄1 输入，通过滑块2使摆 动导杆 3 作往复摆动， 并带动滑枕4作往复移 动 ，以达到刨削加工 目的。 试问图示的构 件组合是否能达到此 目的？ 如果不能，该 如何修改？
§2-6 计算机构自由度应注意的事项（续）
（3） 若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触 点处的公法线重合,则只能算一个平面高副。若公法线方 向不重合，就构成了复合高副，相当于一个低副，将提 供各2个约束。
(a)
(b)
©
§2-6
计算机构自由度应注意的事项（续）
例：计算图示凸轮机构自由度 解：F=3n-2 pl – ph
运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。
空间运动副引入的约束数最多为5个，平面最多为2个
§2-5 机构自由度的计算公式
◆ 平面机构自由度的计算公式
分析： 平面自由构件：3个自由度 平面低副：引入2个约束 平面高副：引入1个约束 假设平面机构有n个活动构件：
3n个自由度
有Pl个低副和Ph个高副： 引入(2 Pl +Ph)约束 平面机构的自由度计算公式：
F=3n-(2 pl + ph)=3n-2 pl - ph
◆自由度计算实例分析
四杆机构 五杆机构
F=3n-2 pl – ph =3×3 - 2×4-0=1
F=3n-2 Pl – Ph =3×4 - 2×5-0=2
计算下列机构的自由度并分析其运动

第二章_机器人的机械结构

第二章_机器人的机械结构

2016/6/27
第二章 机器人的机械结构
气吸式手部
真空气吸吸附手部
气流负压吸附手部
挤压排气式手
2016/6/27
第二章 机器人的机械结构
气吸式手部具有结构简单、重量轻、使用方便可 靠等优点。广泛用于非金属材料或不可有剩磁的材料 的吸附。 气吸式手部的另一个特点是对工件表面没有损伤， 且对被吸持工件预定的位置精度要求不高；但要求工 件上与吸盘接触部位光滑平整、清洁，被吸工件材质 致密，没有透气空隙。
(1)夹持类
(2)吸附类
2016/6/27
第二章 机器人的机械结构
1.夹持类 (1)夹钳式 • 手指1 • 传动机构2
• 驱动装置3
• 支架4
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1）手指 ①指端的形状
第二章 机器人的机械结构
V型指
平面指
尖指
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特形指
第二章 机器人的机械结构
②指面型式 根据工件形状、大小及其被夹持部位材质软硬、表 面性质等的不同，手指的指面有光滑指面、齿型指面 和柔性指面三种形式。 ③手指的材料 对于夹钳式手部，其手指材料可选用一般碳素钢和 合金结构钢。为使手指经久耐用，指面可镶嵌硬质合金； 高温作业的手指，可选用耐热钢；在腐蚀性气体环境下 工作的手指，可镀铬或进行搪瓷处理，也可选用耐腐蚀 的玻璃钢或聚四氟乙烯。
2016/6/27
第二章 机器人的机械结构
（2）磁吸式
磁吸式手部是利用永久磁铁或电磁铁通电后产生 的磁力来吸附材料工件的，应用较广。磁吸式手部不 会破坏被吸件表面质量。磁吸式手部比气吸式手部优 越的方面是：有较大的单位面积吸力，对工件表面光 洁度及通孔、沟槽等无特殊要求。磁吸式手部的不足 之处是：被吸工件存在剩磁，吸附头上常吸附磁性屑 （如铁屑等），影响正常工作。因此对那些不允许有 剩磁的零件要禁止使用。对钢、铁等材料制品，温度 超过723℃就会失去磁性，故在高温下无法使用磁吸式 手部。磁吸式手部按磁力来源可分为永久磁铁手部和 电磁铁手部。电磁铁手部由于供电不同又可分为交流 电磁铁和直流电磁铁手部。

《机械设计基础》平面机构运动简图及自由度.ppt

《机械设计基础》平面机构运动简图及自由度.ppt

一、按给定的行程速比系数设计四杆机构
步骤：按给定K
算出
按极限位
置几何关系 + 辅助条件
确定机构尺
寸参数。
例：3-1 已知曲柄摇杆机构的摇杆CD的长度,摆
角 和行程速比系数K,设计该机构。
本例 实质是确定曲柄转动中心A（有无穷多解）
步骤:(1)求 : 180o k 1 k 1
(2)任选D点,选比例,按CD长度和摆角，
3、双摇杆 机构
两个连架杆均为摇杆。
鹤式起重机机构简图
二、含有一个移动副的四杆机构
移动副可以看作是转动副演化而来的。 1、曲柄滑块机构
D转动副变移动副 杆3变为滑块。
2、摆动导杆机构
机架置换 杆1为机架 满足L1＞L2 4为导杆
曲柄 滑块 机构
摆动 导杆 机构
3、转动导杆机构
导杆4能整 周转动
用力P与该点从动件的速度VC间所夹锐角。
压力角 越小，传 动角 越大，有效 分力越大，传力性 能越优。
四、死点位置
摇杆为主动件，曲柄为从动件，连杆与曲柄共线的位 置。 例：避免：曲柄上装飞轮；利用：工件夹具。
第三节 平面四杆机构的设计
设计任务：根据给定运动条件，用图解 法、试验法或解析法确定机 构的尺寸参数。
当BC处于最倾斜 位置时出现最大 压力角
sin max
a
b
e
0.87411
max 60.62 °
(2)最短杆+最长杆≤其余两杆长度之和.
杆1成为曲柄,1和2必 有两次共线. 从几何关系可知: b-a+c≥d b-a+d ≥c a+b≤c+d 可得: 上述条件(a最小).
铰链四杆机构的三种类型

第二章机械系统

第二章机械系统
在一个机械系统中，经常是同时由数个具有一定质量
和转动惯量的直线和旋转运动的部件组成，而且它们对被
研究的元件参数都将有不同程度的影响，故需要将各运动
元件的质量和转动惯量转化到被研究的元件上。转化的原
则是转化前后系统瞬时动能保持不变，即：
如果所选定的被研究元件i是转动的，并且向这一元 件上转化，则其瞬时动能为：
镶块式
内循环
(二)消除间隙和调整预紧
滚动螺旋传动的消除间隙和调整预紧一般有垫片式、 螺纹式和齿差式三种。
垫片式调整垫片
厚度，使螺母产生轴 向位移。该形式结构 紧凑、工作可靠、调 整方便、应用广，但 不很准确。并且当滚 道磨损时不能随意调 整，除非更换垫圈， 故适用于一般精度的 机构。
垫片调隙式 1---螺母 2—垫片
机械系统的制动问题就是讨论在一定时间内把机械装 置减速至预定的速度或减速到停止等有关问题。如机床的 工作台停止时的定位精度就取决于制动控制的精度。
制动过程比较复杂，是一个动态过程，为了简化计算， 以下近似地作为等减速运动来处理。
(一)制动力矩
当已知控制轴的速度(转速)、制动时间、负载力矩、 装置的阻力矩以及等效转动惯量[J]时，就可计算制动时所 需的力矩。因负载力矩也起制动作用，所以也看作制动力 矩。
传动刚度的示意图
从Ⅰ轴输入端看，施加T1转矩后由于Ⅰ、Ⅱ轴扭转变形造成 Ⅰ轴的总扭转角为
∴
式中k1——传动链归算到Ⅰ轴的扭转刚度系数
如果从Ⅱ轴输出轴端看，传送输入转矩造成Ⅱ轴刚度系数为：
下面介绍传动链中轴向刚度的归算。图所示机床进给系统在承 担负载后，丝杠螺母副和螺母座都会产生轴向弹性变形。图是它的 等效作用图，k是上述弹性变形的等效轴向刚度系数。
下面分析将某一控制轴转速，在一定时间内由初速减 至预定的转速n的情况。由式(2—32)得

机构简图(参考)

机构简图(参考)

第二章平面机构运动简图和自由度
21
注意：要明确三类构件
• 固定件（机架）：机架中只有一个为机架。 • 原动件：机构中有驱动力或已知运动规律 的构件。 • 从动件：除原动件以外的所有活动构件。
第二章平面机构运动简图和自由度
22
例2-1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
16
第二章平面机构运动简图和自由度
17
3. 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。
第二章平面机构运动简图和自由度
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4. 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。
第二章平面机构运动简图和自由度
第二章平面机构运动简图和自由度
42
(2) 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，其余为约束。
◆处理方法： 计算中只计入一个转动副。
第二章平面机构运动简图和自由度
43
(3) 两构件组成多处接触点公法线重合的高副， 只考虑一处高副。
2
1
◆处理方法：计算中只计入一处高副。
第二章平面机构运动简图和自由度
2
2.运动副元素：两构件直接接触而构成运动副的 点、线、面部分。 例如：轴与轴承间构成运动副，轴的外圆柱 面与轴承内孔为运动副元素。凸轮与滚子间构成 运动副，凸轮与滚子接触部分为运动副元素。
运动副元素 运动副元素
第二章平面机构运动简图和自由度
3

机械原理 第二章-2相对运动图解、解析

机械原理 第二章-2相对运动图解、解析

1
3
aC1n c2 (c3) aC1t 4 D
A
4 P c1
一步减少未知数的个数。
n t k r aC2 aC3D aC3D aC1 aC2C1 aC2C1
2 3 l3
大小： 方向：
？ 3l3
√ √
21vC 2C 1 ？
√ ∥AB
C→D ⊥CD
2) 取速度比例尺a , 作 加速度多边形。
P
c1
( 顺时针 ）
2. 加速度分析：
1) 依据原理列矢量方程式 分析：
aC2 = aC1 + aC2C1
B
2 C akC2C1
当牵连点系（动参照系）为 转动时，存在科氏加速度。 3
D 4
ω1
1
1
c2 (c3)
r k aC2C1 aC2C1 aC2C1
科氏加速度
A
4 P c1
k r a 2 v
√
√
22lBC
C→B
？
⊥BC
b) 根据矢量方程式，取加速度比例尺
a

实际加速度
c´ 图示尺寸
m/
s2
p
mm
, 作矢量多边形。
c e b
p
极点
n
b
由加速度多边形得：
aC a pc m / s2
t 2 aCB l BC a nc l BC
同样，如果还需求出该构件上E 点的加速度 aE，则
pe 则代表 aE

由加速度多边形得：
p c´ n
aE pea
△b’c’e’ ~ △BCE , 叫 做
△BCE 的加速度影像，字 母的顺序方向一致。
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第二章机械系统及机械运动简图
•机械运动简图的设计包括两个方面：
•1）型综合，又称机械系统的运动方案设 计，它是按工艺动作要求选择机构形式 或把几个机构组成一个机构系统；
•2）尺度综合，又称机械系统运动简图的 尺度设计，它是按初步确定的机械系统 运动方案，根据各执行构件运动规律和 动作的协调配合要求，确定各构件的运 动尺寸或几何形状（如凸轮廓线）。
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第二章机械系统及机械运动简图
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•常用机构示 意图符号见 表2-2，机构 运动简图表 示法可以参 考GB4460-84
第二章机械系统及机械运动简图
•要特别注意：虽说我们提倡创新 精神和创造性，但是在绘制机构 运动简图时，符号一定要采用上 面所示的符号，这些符号都是行 业内通用的、大家都认识的符号， 不能想当然的来画，不能随意 “创造”。
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第二章机械系统及机械运动简图
• 当一个构件与另一个构件组成 运动副以后，由于构件间的直接接 触，使构件的某些独立运动受到限 制，构件的自由度便随之减少。这 种对构件独立运动的限制称为约束。
十分明显，作平面运动或空间运动 的构件其约束不能超过2个或5个，
否则构件就不可能产生相对运动。
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第二章机械系统及机械运动简图
• 因此，我们可以说机构是由机架、 原动件和从动件组成的传递机械运动和 力的构件系统。
• 同样，可以根据各构件的运动平面 是否平行将机构分为平面机构和空间机 构。
• 在各种机器中，平面机构的应用特 别广泛，所以本章我们主要介绍平面机 构。
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•电机 •皮带
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•曲轴
•图 2－ 6
•动颚 板
•摆杆
第二章机械系统及机械运动简图
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•图 2－ 6
• 所以，其机 构原动件为曲轴， 从动件为摆杆、 构件3、机架5共 同构成曲柄摇杆 机构。
第二章机械系统及机械运动简图
•（2）按图量取 尺寸，选取合适 的比例尺，确定O、 A、B、C四个转 动副的位置，即
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第二章机械系统及机械运动简图
•d.按运动状态分类：可以分为平 面运动副和空间运动副，凡是两 构件运动平面相互平行的运动副 称为平面运动副，而运动平面不 互相平行的称为空间运动副。如 前图中的螺旋副和球面副。
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第二章机械系统及机械运动简图
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•由于构成运动副的 两构件之间的相对 运动仅与运动副元 素的几何形状及接 触情况有关，所以 各种运动副常用规 定的简单符号来表 示，这些符号国家 已经制订有标准， 我们教材上的表就 是其中的一部分。
动件曲轴2（构
件1为固装于曲
轴2上的飞轮）、
动颚板3、摆杆4、
机架5等4个构件
组成，固定颚板 6是固定安装在 机架上的。
•图 2－ 6
•曲轴2于机架5在O点构成转 动副（即飞轮的回转中心）；
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第二章机械系统及机械运动简图
•曲轴2与动颚板 3也构成转动副， 其轴心在A点 （即动颚板绕曲 轴的回转几何中 心）；摆杆4分 别与动颚板3和 机架5在B、C两 点构成转动副。 •其运动传递为：
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•图 2-2
第二章机械系统及机械运动简图
•2．运动副分类 • 由理论力学知识可以知道，作平面运 动的构件可有三个独立运动，既x、y轴方 向的移动和绕z轴的转动。而作空间运动 的构件有六个独立运动，即三个方向的移 动和三个转动。在本课程中，我们把构件 的独立运动数目称为构件的自由度。这样， 我们可以得到结论：平面运动的构件有 三个自由度，空间运动的构件有六个自 由度。
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第二章机械系统及机械运动简图
•（2）绘制机械系统运动循环图 •（3）执行机构选型：确定各执行构件的 运动参数和动力特性，选择合适的原动机， 选择或设计合适的执行机构。
•（4）绘制机械系统运动方案图：根据机 械系统的工作原理和执行构件的运动协调
配合要求及所选定的各执行机构，拟定机
构的组合方案，绘制从原动机到执行机构
链；如果运动链未构成首末封闭的系统，如
图中的c、d，我们称其为开式运动链。在各
种机械中，一般都采用闭链。
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第二章机械系统及机械运动简图
• 我们也可以根据各构件的运动平面 相互平行与否分为平面运动链和空间运 动链。 • 将运动链中的一个构件固定，并且 它的一个或几个运动构件作给定的独立 运动，其余构件随之作确定的运动，这 样运动链就成为机构。其中固定的构件 称为机架；作独立运动的构件称为原动 件（原动件上应标出运动箭头），而其 余的活动构件则称为从动件。
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第二章机械系统及机械运动简图
• 在任何一个机构中，必须有一个、也必须 只能有一个构件作机架；在可动构件中必须有 一个或几个构件为原动件。
•• 我们在研究分析现有机械和设计新机械 时，一般是先不考虑那些与运动无关的因素， 如构件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数 目以及运动副的具体结构，仅仅用简单的线条 和符号来代表构件和运动副，并按一定比例确 定各运动副的相对位置。这种表示机构中各构 件间相对运动关系的简单图形称为机构运动简 图。
的运动示意图，这就是机械系统运动方案 图。
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第二章机械系统及机械运动简图
•（5）机构的尺度综合：根据原动件和各执 行构件运动协调配合的要求，考虑动力性 能的要求，确定机构中各构件的运动尺寸 或几何形状。 •（6）绘制机械系统运动简图：通过机构的 选型和机构的尺度综合，设计出完全复合 运动要求的传动机构和执行机构，按真实 尺寸绘制各机构的简图，这些机构的组合 系统简图就是机械系统的运动简图。
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第二章机械系统及机械运动简图
•机械系统运动简图设计的步骤如下： •（1）功能分析：确定系统的总功能和进行 功能分解。根据机械系统的总功能要求和 工作性质来构思和选定机械系统的工作原 理、工艺动作过程及其功能原理。为了实 现总功能，按照不同的合不同的功能原理， 可以有多种实现方案，必须通过综合评价 选择最优方案。
•b.按两构件的接触情况分类：凡两构件 以点或线接触构成的运动副称为高副，如 图所示。
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第二章机械系统及机械运动简图
• 凡两构件以面接触构成的运动副称为 低副，如图所示。
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第二章机械系统及机械运动简图
•c.按两构件的相对运动分类：可分为转动 副（铰链）、移动副、螺旋副和球面副
第二章机械系统及机械运动简图
3．运动链与机构
• 前面介绍了构件和运动副的概念， 下面我们给出运动链和机构的概念。 • 若干个构件通过运动副所构成的 相对可动的构件系统称为运动链。可 以分为两大类：如果运动链构成首末 封闭的系统，
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第二章机械系统及机械运动简图
•图2-5
•
如图中的a、b，我们称其为闭式运动
•⑵．确定机构的传动部分，即确定构件数、 运动副、类型和位置；
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第二章机械系统及机械运动简图
•⑶．确定机架，并选定多数机构的运动 平面作为绘制简图的投影面；
•⑷．选择合适的比例尺，用构件和运动 副的符号正确绘制出运动简图。 • 如果只是为了反映机械的机构组成 情况及其运动的传递方式，也可以不要 求严格地按照比例绘图，这样绘制的简 图称为机构运动示意图，这类图不能用 来对机构进行运动分析。
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第二章机械系统及机械运动简图
•3．讲授方法：多媒体
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第二章机械系统及机械运动简图
第一节 机构的组成
•1．构件和零件 • 我们曾经说过，机构是由具 有确定运动的单元体组成的，是用 于传递运动和力或改变运动形式的 机械传动系统，这些运动单元体称 为构件。而组成构件的制造单元体 称为零件。
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第二章机械系统及机械运动简图
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•图2-2
第二章机械系统及机械运动简图
• 如图中轴与轴承、滑块与导轨、轮齿与轮齿等都 构成运动副。而两构件直接接触构成运动副的部分称为 运动副元素。 • 为保证两构件恒处于接触状态，运动副应是结构 封闭或力封闭。至于组成运动副后，两构件能产生哪些 相对运动，与该运动副性质或该运动副所引入的约束有 关
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第二章机械系统及机械运动简图
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• 在机构 运动简图中， 运动副的表 示方法如表 2-1所示
第二章机械系统及机械运动简图
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•构件的 表示方 法如表 2-3所示
第二章机械系统及机械运动简图
• 由于机构运动简图具有和原机械相 同的运动特性，所以机构运动简图不仅 可以简明地表示一台复杂机器的传动原 理，还可以根据它进行机构的位移、速 度、加速度等运动和受力分析。 • 有时只要求定性地表达各构件的相 互关系，而不需要借助机构运动简图作 机构的运动分析，则在绘制简图时可以 不按比例绘制，这种简图称为机构示意 图。动件的转动 方向。
•图 2－ 6
•由图可以看出，O、C在同一垂直线上。量取 OA=3mm，AB=25mm，BC=14mm，OC=22mm.
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第二章机械系统及机械运动简图
• •下面我们来看几种常见机构的运动分析情况。
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•活塞泵•
第二章机械系统及机械运动简图
第二章机械系统及机械运动简图
第二节 机构运动简图
• 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。