第01章 机械系统的运动简图设计

第一章一.机械系统(machinerysystem)原动机传动装置工作机构（执行机构）——给机械系统提供动力。——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；（3）传递动力；（4）改变运动规律；（5）实现多路运动；——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。它的功能：传动系统带式运输机联轴器联轴器减速器电动机运输带——工作机—原动机联轴器联轴器电动机减速器带式运输机传动简图传动系统原动机工作机带式运输机DFv二.机械系统运动简图(machinerysystemkineticsketch)棘轮机构工作台连杆机构(ABCD)连杆机构齿轮变速机构电动机带传动牛头刨床的传动系统简图CDF×ABOEG×××刀架滑枕内燃机曲柄滑块机构简图汽缸体活塞连杆曲轴F三.平面机构运动简图(planarmechanismkinematicsketch)平面机构(planarmechanism)——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。齿轮机构简图或1）运动副及其分类四．本章主要内容、重点及难点3）平面机构自由度计算及机构具有确定运动的条件2）平面机构的运动简图及其绘制主要内容重点——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§1-1运动副及其分类一.运动副(kineticpair)——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。相对移动相对转动移动副转动副齿轮副凸轮副低副：面接触的运动副高副：点、线接触的运动副二.运动副的分类低副(lowpair)高副(highpair)（1）根据运动副中构件间的接触形式分：21球面副球销副空间运动副螺旋副平面运动副空间运动副（2）根据构件间的相对运动分：§1-2平面机构运动简图机构运动简图(kinematicsketch)——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。一．机构构件分类机架（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。组成机构的构件可分为两大类：内燃机曲柄滑块机构运动简图汽缸体活塞连杆曲轴F内燃机结构分析1.汽缸体2.活塞3.连杆4.曲轴5.齿轮6.齿轮7.凸轮8.推杆原动件：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。（活塞2、齿轮5、凸轮7）输出件：输出运动或动力的从动件。（曲轴4、推杆8）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）121221212112二．常用机构运动简图的表示符号一）运动副的表示符号转动副的符号移动副的符号高副的符号三副构件（活动构件）两副构件（活动构件）固定构件注意：固定构件用带有阴影线构件表示二）构件的表示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三）常用机构运动简图符号电动机带传动链传动锥齿轮机构蜗杆蜗轮传动三.平面机构运动简图绘制——举例说明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）固定件:气缸体12）根据机构的运动情况，判别固定件、原动件和从动件例1-1绘制内燃机的机构运动简图凸轮7、推杆81.汽缸体2.活塞3.连杆4.曲轴5.齿轮6.齿轮7.凸轮8.推杆解：1．分析机构的运动，判别固定件、原动件和从动件原动件:活塞2连杆3、曲轴4齿轮5、6从动件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；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。该机构1.汽缸体2.活塞3.连杆4.曲轴5.齿轮7.凸轮8.推杆6.齿轮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μl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。12344'55'6CABDEF例1-2绘制鄂式破碎机机构运动简图鄂式破碎机的组成情况4.肘板3.动颚板5.带轮2.偏心轴1.机架解：1．鄂式破碎机的结构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的矿石压碎。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4.肘板3.动颚板1.机架5.带轮2.偏心轴固定件——机架1原动件——偏心轴2从动件——动颚板3、肘板42）判别4.肘板1.机架2.偏心轴5.带轮3.动颚板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4.肘板1.机架2.偏心轴5.带轮3.动颚板ACBD4．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=，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。mm]mmmcm[图示长度或或长度际实机构运动简图3D1鄂式破碎机4.肘板3.动颚板1.机架2.偏心轴5.带轮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μl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/μl（即lAB/μl）为半径画圆，在其圆周上确定一适当的运动瞬时位置B2BA13）确定活动铰链C的位置：分别以B、D点为圆心，lBC/μl、lCD/μl为半径画弧相交于C点；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C41）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μl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/μl（即lAB/μl）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/μl、lCD/μl为半径画弧相交于C点；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鄂式破碎机机构运动简图3D12BA1C4鄂式破碎机机构运动简图绘制步骤：§1-3平面机构的自由度一.平面机构的自由度(degreeoffreedom)（一）构件的自由度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。OxY12A能动吗？213ACB4D（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。低副：两个约束12ttnnAttnnA高副：一个约束·平面机构自由度：机构中各活动构件相对于机架的可能的独立运动的数目。（三）平面机构自由度平面机构中有n个活动构件，未用运动副联接时有3n个自由度。·平面机构自由度计算公式:F=3n–2pL–pH用pL个底副及pH个高副联接后，自由度减少（2pL+pH）。机构中的高副数目机构中的低副数目机构中活动构件数目n=N（总构件数）-1（机架）平面机构自由数目：3n-（2pL+pH）二.机构具有确定运动的条件pL=4,pH=1,F=33–24-1=0n=3,123ACB4Dn=2,pL=3F=32–23=0231n=3,pL=5F=33–25=1B2C4ADE13n=3,pL=4F=33–24=114123ABCD不能动不能动不能动能动1.机构可能运动的条件是：2.机构具有确定运动的条件是：即:主动件数等于机构自由度数F。输入的独立运动数目等于机构自由度数F。机构自由度数F1。pL=5,n=4,F=213C2B54ADE1CDn=3,pL=4,F=11C4123ABD给定1构件的运动则机构运动确定只给定1构件的运动时，机构运动不确定给定1、4构件运动，机构运动才确定。14B54A3C2DE1结论：3C2D一）复合铰链:A2CB134DE56324筛料机构自由度：F=3n-2PL–PH=35–26=3？因此，筛料机构自由度的正确计算是：F=35–27=1筛料机构复合铰链处理方法——计入复合铰链数目复合铰链由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。三.计算机构自由度时应注意的问题二）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。21ACB4321ACB3F=33–23–1=2？F=32–22–1=1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4F5ABCDEF123ADBCE123ADBCEF=34–26=0?F=33–24=1三）虚约束——虚约束处理方法:将虚约束去除不计机车车轮的联动机构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。[例]DABC123F=33–24=1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橢圆规机构AB=BC=BDDABC123虚约束4F5ABCDEF123ADBCE虚约束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F=33–24=12CAB134EF虚约束21虚约束ACBD1232'3.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。F=33–23–2=1虚约束4.在机构整个运动过程中，的距离始终不变。AB=CD，AE=DF，BE=CF，BC=EF=AD4CAB1325DEFF=33–24=1CAB1325DEF虚约束5.机构中对运动不起独立作用的对称部分。2132'2OF=33–23–2=1[例1]找出图示直线机构中的是复合铰链F=37–210=1[例2]F=37–210=1机构具有确定运动,因为主动件数等于机构自由度数F。直线机构复合铰链A2CB13DE5647压缩机机构计算图示压缩机机构的自由度F复合铰链15632874ACBFED复合铰链EABCDOFGH机构具有确定运动,因为主动件数等于机构自由度数F。[例]虚约束局部自由度F=36–28–1=1F=3n–2Pl–Ph[例]部分图示油泵机构中，1为曲柄，2为活塞杆，3为转块，4为泵体。试绘制该机构的机构运动简图，并计算其自由度。AB11—曲柄2—活塞杆机构运动简图2.机构的自由度：F=3n―2Pl―Ph=3×3―2×4=1解：1.机构组成结构分析3—转块4—泵体234本章内容小结机构具有确定运动的条：计算公式：F=3n-2pL-pH注意事项：复合铰链、局部自由度虚约束的判别及其处理机构的原动件数目=机构的自由度数目二．平面机构自由度计算一．平面机构运动简图绘制1．运动副及其分类、表示方法、规定画法2．构件类型、表示方法及规定画法3．机构运动简图及其绘制方法作业题：P21：1-6,1-8P22：2-9图1-24、1-26、1-27、1-28机械系统：棘轮机构工作台连杆机构(ABCD)连杆机构齿轮变速机构电动机带传动牛头刨床的组成CDF×ABOEG×××滑枕刀架机械系统：棘轮机构工作台连杆机构(ABCD)连杆机构齿轮变速机构电动机带传动牛头刨床的组成CDF×ABOEG×××滑枕刀架传动系统——工作机——原动机——传动系统带式运输机联轴器联轴器减速器电动机运输带——工作机其他——操纵装置或控制系统等完整的机械系统由