机械系统的运动简图讲解

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第一章 机械系统的运动简图设计
用简单线条和符号来表示构件和运动副，并按 一定的比例定出各运动副的相对位置，这种说 明机构各构件间相对运动关系的简化图形称为 机构运动简图。
机械系统的运动简图设计是设计机械产品十分 重要的内容，正确、合理地设计机械系统简图， 对于满足机械产品的功能要求，提高性能和质 量，降低制造成本和使用费用等是十分重要的。
n=4, Pl=5, Ph=0 F=3n－2Ph－Ph =3*4-2*5=2
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1－3 机械系统具有确定运动的条件
1.3.3 自由度计算时应注意的几种情况
1.复合铰链
两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了
复合铰链。
说明
2.局部自由度
个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称
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1-2 机械系统的运动简图设计
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1-2 机械系统的运动简图设计
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2、构件的分类
机构中的构件可分三类：
1）固定构件（机架） ：鹤吊.swf
用来支承其他活动构件（运动构件）的构件。
2）原动件（主动件）（或输入构件）：
是运动规律已知的活动构件。铰链四杆机构.swf
C 从动件 输出构件
D
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四、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。
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3、选择适当的比例尺，绘制机构运动简图
凸轮7
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1-2 机械系统的运动简图设计
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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 的性质。
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1－3 机械系统具有确定运动的条件
1.3.1 机构具有确定运动的条件 1.实例分析
不能产生运动
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给定构件1运动参数 1= (t1) 构件2、3的运动是确定的
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。
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机构运动简图的绘制
活塞运动简图.swf 雷达天线.swf
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例：颚式破碎机机构运动简图
1－1 运动副
1.1.2 自由度和运动副约束 自由度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为 自由度
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1－1 运动副
1.1.2 自由度和运动副约束
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1－1 运动副
一、平面运动副 按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。 1.低副 两构件以面接触而形成的运动副。 (1) 转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。
注：点划线表示与其联 接的其他构件
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1-2 机械系统的运动简图设计
两副构件(一个构件和两个外副)
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1-2 机械系统的运动简图设计
偏心轮 swf\偏心轮.swf
A B
1
2
2
A1 B
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1-2 机械系统的运动简图设计
三副构件 (一个构件和三个外副)
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机构简图绘制举例
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绘制牛头刨床机构的运动简图
(avi)
(avi)
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试绘制该机构运动简图
(avi)
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1-2 机械系统的运动简图设计
例1.1 试绘制内燃机的机构运动简图
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破碎机简图.swf 1、机架 2、偏心轴 3、动颚 4、肘板
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活塞泵简图
齿扇齿条.swf
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活塞泵简图
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例 试绘制内燃机的机构运动简图
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图示油泵机构中，1为曲柄，2为活塞杆，3为转块，4为泵体。试绘 制该机构的运动简图。
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图示为冲床刀架机构，当偏心轮1绕固定中心A转动时，构件2绕活 动中心C摆动，同时带动刀架3上下移动。B点为偏心轮的几何中心， 构件4为机架。试绘制该机构的运动简图。
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图示为冲床刀架机构，当偏心轮1绕固定中心A转动时，构件2绕活 动中心C摆动，同时带动刀架3上下移动。B点为偏心轮的几何中心， 构件4为机架。试绘制该机构的运动简图。
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1－1 运动副
1.1.1 运动副
运动副：构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又 要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接 触）就称为运动副。
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运动副元素－直接接触的部分（点、线、面） 例如：滚动轴承、活塞与缸套、齿轮齿廓等。
回转副
移动副 高副
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1－3 机械系统具有确定运动的条件
给定构件1运动参数 1 1，t 构件2、
3、4的运动是不确定的
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再给定构件4运动参数 4 4，t
构件2、3的运动是确定的
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1－3 机械系统具有确定运动的条件
2.结论
•机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目称机 构的自由度。 •平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于=机构 的自由度数目。 F>0
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§1—3 平面机构的自由度
一、平面机构自由度计算公式
1、运动副和约束
转动副
约束两个移动 自由度
每个低副引入两
运 动 副
低副 移动副
约束一个移动及 转动自由度
个约束，失去两 个自由度。
高副 只约束沿接触处法线方向移动自由度
每个高副引入1个约束，失去1个自由度。
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二、运动副的表示方法（代号）
2
1
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1-2 机械系统的运动简图设计
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。
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1-2 机械系统的运动简图设计
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。
3）从动件 ：
是机构中随着原动件的运动而运动的其余活动 构件。其中输出预期运动的从动件称为输出构件， 其他从动件则起传递运动的作用。局部自由度.swf
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任何一个机构 中，必有一个构件 被相对地看作固定 构件
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从动件 B
原动件（主动件） 输入构件 A
机架
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为局部自由度。
说明
3.虚约束
重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称
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计算下列机构的自由度
n=2, Pl=3, Ph=0
n=3, Pl=5, Ph=0
F=3n－2Pl－Ph
F=3n－2Pl－Ph
=3*2-2*3=0
=3*3-2*5=-1
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n=3, Pl=4, Ph=0 F=3n－2Pl－Ph =3*3-2*4=1
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1-2 机械系统的运动简图设计
机架
A B
机架和活动构件通过转动副联接
机架和活动构件通过移动副联接
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1-2 机械系统的运动简图设计
两个活动构件联接
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1-2 机械系统的运动简图设计
两副构件(一个构件和两个外副)
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1-2 机械系统的运动简图设计
三副构件 (一个构件和三个外副)
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1-2 机械系统的运动简图设计
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1-2 机械系统的运动简图设计
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1-2 机械系统的运动简图设计
原动机
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原动件数＜自由度数，机构无确定运动 原动件数＞自由度数，机构在薄弱处损坏
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1－3 机械系统具有确定运动的条件
1.3.2 平面机构自由度的计算
1.构件自由度
一个构件未用运动 副与其它构件连接之前， 有三个自由度。
当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约 束，失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度 数目和保留的自由度数目也不同。
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1－3 机械系统具有确定运动的条件
2.计算公式
设 n：机构中活动构件数； Pl ：机构中低副数； Ph ：机构中高副数； F ：机构的自由度数；
则 F = 3n - 2Pl - Ph
3.计算实例
n = 3, Pl = 4, Ph = 0
F = 3n - 2Pl - Ph =3×3 - 2Pl - Ph
凸轮副
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1－1 运动副
齿轮副
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1－1 运动副
二、空间运动副 若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。
螺旋副
球面副
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1-2 机械系统的运动简图设计
1.2.1 运动副及构件的表示方法 1.构件 构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。
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1-2 机械系统的运动简图设计
解：1）分析运动，确定 构件的类型和数量
进气阀3
2）确定运动副的类型和
数目
3）选择视图平面
活塞2 顶杆8
4）选取比例尺，根据 连杆5
机构运动尺寸，定出各运
动副间的相对位置
曲轴6
5）画出各运动副和机构 符号，并表示出各构件
齿轮10
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排气阀4 气缸体1
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1-2 机械系统的运动简图设计
2.转动副 构件组成转动副时，如下图表示。 图垂直于回转轴线时用图a表示； 图面不垂直于回转轴线时用图b表示。 表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。 一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑， 或在其内画上斜线。
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第一章 机械系统的运动简图设计
1．教学目标 1)了解机构的组成，搞清运动副、运动链、约束和自
由度的概念； 2)能绘制常用平面机构的运动简图； 3)能计算平面机构的自由度； 4)平面机构具有确定运动的条件。 2．教学重点和难点 1）机构的运动简图的绘制 2）平面机构的自由度的计算。 3）机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理。
机械设计基础
主讲：刘建军
复习内容
构件是
单元
构件是 独立的运动 单元
组成机器的运动单元是
零件是
的单元
Leabharlann Baidu
零件是 制造 的单元
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。
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预习
什么是低副？常用的低副有哪两种类型？ 什么是高副？试举出两个常用的高副。 一个做平面运动的自由构件具有几个自由度？ 平面机构自由度的公式是什么？
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a)固定铰链转动副.avi
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1－1 运动副
b)活动铰链 转动副
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1－1 运动副
(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。
移动副活塞运动简 图.swf
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1－1 运动副
2.高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。
平面机构自由度计算时要注意的三个特殊情况 是什么？
瞬心的定义是什么？
机构的瞬心数的计算公式是什么？
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第一章 机械系统的运动简图设计
1－1 运动副 1－2 机械系统的运动简图设计 1－3 机械系统具有确定运动的条件 1－4 速度瞬心的应用
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=3×3 - 2×4 - 0
=1
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1－3 机械系统具有确定运动的条件
计算实例 解： n =5, Pl = 7, Ph = 0
F = 3n – 2Pl – Ph = 3×5 – 2×7 – 0 =1
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n = 3 PL= 4
F = 3n–2PL–PH
= 3×3 –2×4 = 1
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n = 4 Pl = 5 F = 3×4 –2×5 = 2
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n = 2 Pl= 3
F = 3×2 – 2×3= 0 (桁架)
1 32 4
n = 3 Pl= 5
F = 3×3 – 2×5 = -1 (超静定桁架)
机构自由度是指机构中各活动构件相对于机 架的可能独立运动数目。