第01章 机械系统的运动简图设计

§1-1 运动副及其分类
一. 运动副(kinetic pair )——机构中由两构件直接接触的具有 一定相对运动的可动联接。如： 内燃机中活塞2与气缸体1（相对移动） 连杆3与活塞2（相对转动）
连杆3与曲轴4（相对转动）
曲轴4与缸体1（相对转动）组成可动连接。
相对移动
相对转动
二. 运动副的分类
（1）根据运动副中构件 间的接触形式分： 移 动 副
2. 偏心轴 1. 机架 5. 带轮 B 2
A
1
3
D 4
1
C
3. 动颚板
4.肘板
机构运动简图
鄂式破碎机
鄂式破碎机机构运动简图绘制步骤：
2 B A
1
1）确定固定铰链A和D： 先定A 点位置→→ 根据D点相对于A点的坐标 和长度比例尺μ l 定出D点； 2）确定活动铰链B的位置：以A 点为圆心，偏心距e/μ l （即lAB/μ l ）为 半径画圆，在其圆周上确定一适当的运 动瞬时位置B； 3）确定活动铰链C的位置：分别 以B、D点为圆心， lBC/μ l 、lCD/μ l 为 半径画弧相交于C点；
4. 曲轴
原动件：运动规律已知的活动构件。（内燃机中的活塞2） 主动件：作用有驱动力或驱动力矩的活动构件。 活动构件 从动件：机构中随主动件的运动而运动的其余活动 构件（如连杆3、曲轴4 、齿轮5 、推杆8 ） 输出件：输出运动或动力的从动件。（曲轴4 、推杆8 ）
（活塞2 、齿轮5 、凸轮7）
二．常用机构运动简图的表示符号
一．机构构件分类
组成机构的构件可分为两大类： 机架（或固定构件）——内燃机的汽缸体 活动构件—— 除机架外的所有可动构件。如活塞、连杆、 曲轴及齿轮等。
F
活塞 汽 缸 体
连杆 曲轴
曲柄滑块机构 运动简图 内燃机
内 燃 机 结 构 分 析
8.推杆
1.汽缸体
2. 活塞
3. 连杆 7. 凸轮
6. 齿轮 5. 齿轮
二.机构具有确定运动的条件
C 3 B 2 A 4 1 A 1
B 2 3 D 4 C
n=3,
pL =5
E
D
n=3,
pL =4, pH =1,
C
F= 33–25 = 1
不能动
F= 33–24-1= 0 不能动
2 1
1 3
2
B 1 A
n=2,
pL =3
4
3 D
F= 32–23 = 0
不能动
三. 平面机构运动简图绘制 ——举例说明
例1-1 绘制内燃机的机构运动简图 解：1．分析机构的运动，判别固定件、原动件和从动件 1）分析内燃机的机构组成：
主运动机构：由气缸体1、活塞2、连杆3、曲轴4组成 其他机构：齿轮机构（齿轮5 、齿轮6），凸轮机构（凸轮7 、 推杆8）
2）根据机构的运动情况，判别固定件、原动件和从动件 固定件: 气缸体1 原动件: 活塞2 从 动 件 连杆3、曲轴4 齿轮5 、 6
3. 动颚板 4.肘板
鄂式破碎机
的矿石压碎。
固定件—— 机架1 2）判别 原动件—— 偏心轴2 从动件—— 动颚板3、肘板4
2. 偏心轴 1. 机架
5. 带轮
3. 动颚板
4.肘板
3．从原动件开始，按 运动传递顺序，分析各构 件之间相对运动的性质、 确定运动副的种类和数目。 因机构各构件之间的相对 运动均为转动，固组成4 个转动副，即：转动副A、 B、C、D，其中A和D为 固定铰链， B、C为活动 铰链
Y 2 1 A O x
（二）约束 当两构件用运动副连接后,彼此间的相对运动受到约束,
自由度减少,失去一个自由度,产生一个约束。对构件的约束 数取决于运动副的类型。
n t A n 1
2 t
t n
A
t
n 低副：两个约束 高副：一个约束
（三）平面机构自由度
·平面机构自由度：机构中各活动构件相对于机架的可
筛料机构自由度：F=3n-2PL –PH= 35 –2 6 = 3 ？
复合铰链 C B A1 2 3 D 4 E 5 6 2 3 4
筛料机构 复合铰链处理方法—— 计入复合铰链数目
因此，筛料机构自由度的正确计算是：F=35–27=1
二）局部自由度 局部自由度：机构中个别构件所具有的不影响其它构件 运动，即与整个机构运动无关的自由度。 局部自由度处理方法 ：计算机构自由度时，应将局部自由度 除去不计，即将滚子与推杆固联成一体，看成一个零件 C 3 3 B 2 A 2 C
2
虚约束
1
B 2 1 C
3
虚约束 E
A
F 4
F=33–2 4=1
3.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。
虚 约 束
2' B 2
虚约束
C
F=33–2 3–2 =1
A 1 3 D
4.在机构整个运动过程中，的距离始终不变。
B
2
C
B
2
C 5 D
1 A
5 D
3
A
1
3
4
E
虚约束
F
E
F
AB=CD， AE=DF， BE=CF， BC=EF=AD
1. 机架 2. 偏心轴 5. 带轮
A B
D C
3. 动颚板
4.肘板
4．合理选择视图平面（一般选机构的运动平面或者与运 动平面平行的平面），适当的机构的运动瞬时位置（以能够 清楚反映出各构件之间相对位置关系为原则）
5．选择适当的长度比例尺μl =
实 际长度 [ m 或 c m 或 mm ] 图示长度 mm
能的独立运动的数目。 平面机构中有 n 个活动构件，
未用运动副联接时有 3n 个自由度。
用pL个底副及pH个高副联接后，自由度减少（2 pL+ pH ） 。
平面机构自由数目： 3n - （2
pL+ pH ）
·平面机构自由度计算公式:
F=3n–2pL –pH
机构中活动构件数目n = N（总构件数）-1（机架） 机构中的高副数目 机构中的低副数目
8.推杆
1.汽缸体
2. 活塞
3. 连杆
7. 凸轮
6. 齿轮 5. 齿轮
4. 曲轴
3．合理选择视图平面 （选机构的主运动平面及其
平行平面）适当的机构的运
动瞬时位置（图示位置）
4．选择适当的长度
比例尺μ l定出运动副之 间的相对位置，用规定 的符号绘制机构运动简 图。
5'
D B 4 A 5 F 6 2 C
F
活塞
汽 缸 体
连杆
内燃机
曲轴
或 齿轮机构简图
曲柄滑块机构简图
四．本章主要内容、重点及难点 主 要 内 容 1）运动副及其分类
2）平面机构的运动简图及其绘制
3）平面机构自由度计算及机构具有确定运动的条件
重点—— 平面机构自由度计算及机构具有确定运动的条件 难 点 机构运动简图绘制 有虚约束的机构自由度计算
3
D 4
1
C
鄂式破碎机 机构运动简图
4）用规定的构件符号连接各点， 所形成的简单图形即为鄂式破碎机的主 运动机构
§1-3 平面机构的自由度
一.平面机构的自由度(degree of freedom)
（一）构件的自由度
C
B
3
D
2 A 1
4
能动吗？
一个作平面运动的自由构件有三个独立运动。即有三 个自由度。
滑枕
连杆机构
刀架
工作台
F
棘轮机构 D C B
E O
带传动 A
×
G
× × ×
电动机
连杆机构(ABCD)
齿轮变速机构
牛头刨床的传动系统简图
三. 平面机构运动简图(planar mechanism kinematic sketch ) 平面机构(planar mechanism )——所有构件都在同一平面或平 行平面内运动的机构。 如：内燃机中的曲柄滑块机构。
n=3, pL =4 F= 33–24 = 1
能 动
B 1 1 A
2 3 D C
C
n=3, pL =4, F=1
给定1构件的运动 则机构运动确定 C 2 3
4
n=4,
2
B C 1 1
3 D D 4 E A
B
1 1
D 4 E 4
pL =5, F=2
A
5 只给定1构件的运动时，机构运动不确定
C
F=33–2 4=1 机车车轮的联动机构
常见的虚约束：
1.机构中联结构件与被联结构件的轨迹重合 [例]
B 1 A 5 F
E
4
2
C
3 D
AB CD
C 1 A D 橢圆规机构
EF
2 AB=BC=BD B 3
虚约束
C 1 A
2 B 3
D
F=33–2 4=1
2.两构件组成若干个导路中心线互相平行或重叠的移动副
4
B A
1
1
F=33–2 3–1 =2 ？
F= 32–2 2–1 =1
三）虚约束— —
机构中那些对构件间的相对运动不起独 立 限制作用的重复约束。或称消极约束。
B 1
A 5 F E 2 C
4
3
D
F=34–2 6=0 ? 虚约束处理方法: 将虚约束去除不计
AB CD
EF
B 1 A
2
E 3 D
5 F
C
复合 铰链
7
直线机构
F=37–2 10 =1
F=37–2 10 =1
5 给定1、4构件运动， 机构运动才确定。
1.机构可能运动的条件是：机构自由度数F1。 结论： 2.机构具有确定运动的条件是： 输入的独立运动数目等于机构自由度数F 。 即:主动件数等于机构自由度数F 。
三. 计算机构自由度时应注意的问题
一）复合铰链: 由m个构件在一处组成轴线重合的转动副, 实际有(m-1)个转动副。
低副：面接触的运动副 高副：点、线接触的运动副
转 动 副
凸轮副
齿轮副 高副(high pair)
低副(low pair)
（2）根据构件间的相对运动分： 空间运动副 1
平面运动副
2
球面副
球销副
螺旋副
空间运动副
§1-2
平面机构运动简图
机构运动简图(kinematic sketch )—— 是用规定
的符号，绘出的能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，称为机构运动简图 。(即：用线条和 简单图形代表构件，用规定符号代表运动副，按比例作出的 图形）。内燃机中由汽缸体、活塞、连杆和曲轴组成的曲轴 滑块机构。
F=33–2 4=1
5.机构中对运动不起独立作用的对称部分。
2 O 2' 1
3
2"
F=33–2 3–2 =1
[例1] 找出图示直线机构中 的是复合铰链
E
[例2]
计算图示压缩机机 构的自由度F
B 2 C 3 4 1 A 5 D 6 E 压缩机机构
复合铰链
复合 铰链
7 2 3 B 4
8
A
1
D 6
第一章
原动机 ——给机械系统提供动力。 传动装置 ——将动力机的动力和运动传递给执 行机构的中间装置。 （1）减速或增速； （2）变速； 它的功能： （3）传递动力； （4）改变运动规律； （5）实现多路运动； 工作机构（执行机构） ——利用机械能来进行生产或达到预定 要求的装置。 操纵控制装置 ——操纵及控制机械系统各组成部分协 调动作。
，定
出运动副之间的相对位置，用规定的符号绘制机构运动简图。
1）确定固定铰链A和D： 先定A点位置→→ 根据D点相对 3）确定活动铰链C的位置：分别以B、D点为圆心， lBC/μ l 、 于A点的坐标和长度比例尺μ l 定出D点； l /μ 为半径画弧相交于C点；
CD l
2）确定活动铰链B的位置：以A点为圆心，偏心距e/μ l（即 4）用规定的构件符号连接各点，所形成的简单图形即为鄂 式破碎机的主运动机构 lAB/μ l）为半径画圆，在其圆周上确定一适当的运动瞬时位置B
一. 机械系统 (machinery
system)
运输带 ——工作机
联轴器 传 动 系 统
减速器
电动机 — 原动机 联轴器
带式运输机
二. 机械系统运动简图(machinery system kinetic sketch )
原动机
电动机 联轴器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
传动系统
减速器 联轴器
工作机
带式运输机
F
v
D
带式运输机传动简图
7. 凸轮
8.推杆
1.汽缸体
2. 活塞
3. 连杆
凸轮7 、推杆8
6. 齿轮 5. 齿轮
4. 曲轴
2．从原动件开始，按运动传递顺序，分析各构件之间相对 运动的性质、确定运动副的种类和数目。
2个移动副——2和1、8和1；
该机构 4个转动副——2和3、3 和4、5和1、6和1； 2个高 副——5和6、7 和8 。
1
3 E
4'
例1-2 绘制鄂式破碎机机构运动简图 解：1．鄂式破碎机的结构分析
2. 偏心轴 5. 带轮
1. 机架
3. 动颚板
4.肘板
鄂式破碎机的组成情况
2. 偏心轴
1. 机架 5. 带轮
2．分析机构的运动，判别固 定件、原动件和从动件 1）机构的运动情况分析 鄂式破碎机的主运动机构 由：机架1、偏心轴2（与带 轮5固连在一起）、动颚板3 和肘板4组成。动颚板3在偏 心轴驱动下作平面运动，将 堆放在动颚板与定颚板之间
一）运动副的表示符号
1
1 2
1 2
1
2 1
2
1 2
转动副的符号
2
移动副的符号 高副的符号
二）构件的表示符号
两副构件（活动构件）
三副构件（活动构件） 注意：固定构件用带有阴影线构件表示
固定构件
三）常用机构运动简图符号
齿轮机构
凸轮机构
齿轮机构表示符号
凸轮机构表示符号
电动机
带传动
链传动
锥齿轮机构
蜗杆蜗轮传动