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任务一认识机械项目一内燃机的机械系统分析任务二机构运动简图的绘制及机构结构分析项目一内燃机的机械系统分析由几个构件组成？构件之间怎么连接？真的能按要求运动吗？一、任务引入画机构运动简单图表达结构原理、运动关系在对旧机器进行改进和设计新机器时：分析运动链的运动确定性二、任务分析如何表达你的构思画出构件及相对位置画出构件连接方式1.熟练掌握运动副、约束和自由度等基本概念2.能看懂和绘制一般平面机构的运动简图；3.掌握机构具有确定运动的条件；4.了解计算平面机构自由度的目的，掌握平面机构自由度的计算方法，能够准确判别机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约束；三、任务目标知识点1机构结构分析的内容及目的知识点2机构的组成知识点3机构运动简图的绘制知识点4机构自由度的计算知识点5机构具有确定运动的条件知识点6计算平面机构自由度应注意事项四、相关知识点自由度的计算中复合饺链、局部自由度、虚约束的判断。运动副及其分类机构运动简图的绘制平面机构的自由度计算重点难点学习小提示知识点1.机构结构分析的内容及目的1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件▲弄清机构包含哪几个部分;▲各部分如何相联？▲以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？这对于设计新的机构显得尤其重要。4.研究机构的组成原理目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足运动确定性的要求。2.绘制机构运动简图目的是为运动分析和动力分析作准备。3.按结构特点对机构进行分类不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动力分析的一般方法。构件与零件1运动副2运动链3机构4知识点2机构的组成构件动连接运动链组合机器称为运动副机构是一个构件系统，为了传递运动和动力，各构件之间必须通过一定的联接而产生确定的相对运动。机构一定条件零件：单独加工的制造单元体构件：每一个独立影响机构功能并且能单独运动的单元体,一个构件可以由一个或多个零件组成。构件与零件11、定义：两个构件之间直接接触所形成的可动联接运动副是一种联接形成运动副的两个构件直接接触两者之间允许一定的相对运动机构中每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接运动副22、运动副元素：两个构件上参与接触构成运动副的部分（点、线、面）.3.自由度与约束：自由度：构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所需的独立变量的数目作空间运动的自由构件：F=6一个作平面运动的自由构件：F=3oxyZθ(x,y)F=3约束：运动副对构件独立运动所加的限制运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。4.运动副的分类：1)按照运动副的相对运动范围分平面运动副(√）、空间运动副2)按照运动副的接触形式分类低副、高副低副：2个约束，1个自由度高副：1个约束，2个自由度球面副螺旋副3).按运动副相对运动形式分转动副移动副按接触形式分类：按相对运动形式分类：按相对运动范围分类：平面运动副低副移动副低副机构高副机构运动链：两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统开式运动链（开链）运动链的各构件未构成首末封闭系统闭式运动链（闭链）运动链的各构件构成首末封闭的系统运动链3机构：在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各活动构件都有确定的相对运动，则此运动链称为机构。机构是具有确定运动的运动链。机构4机架原动件从动件若干个1个1个或几个机构的组成：机构＝构件+运动副机架＋原动件＋从动件闭式链机构开式链机构构件动连接运动链组合机器称为运动副机构是一个构件系统，为了传递运动和动力，各构件之间必须通过一定的联接而产生确定的相对运动。机构一定条件零件刚性联接构件活动联接运动副运动链给定机架、原动件机构电器、液压等控制部分机器辅助部分小结运动链具有确定的相对运动机构桁架运动链相对运动不确定无相对运动定义1绘制简图的目的2运动链和构件的表示方法3运动简图的绘制4知识点3机构运动简图撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质及其位置。用国标规定的最简单的线条和符号代表运动副和构件，按一定比例绘制的用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简明图形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。1221机构示意图：没严格按照比例绘制的机构运动简图定义11.简明表达一部机器的的运动原理，表示机构的结构和运动情况。2.作为运动分析和动力分析的依据。机构＝构件+运动副简图表示的内容：构件的数目，运动副的类型、数目，运动尺寸，主、从动关系等。绘制简图的目的23.用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论重点在于机构的运动分析构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响机构的运动特性运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式构件的运动尺寸是运动分析的基础：运动链和构件的表示方法3杆、轴构件固定构件同一构件构件的表示方法:一般构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。三副构件两副构件四副构件常见运动副的表示符号:国标GB/T4460－1984名称运动副符号两运动构件构成的运动副转动副移动副121212121212121212121212两构件之一为固定时的运动副122121平面运动副12平面高副螺旋副21121221211212球面副球销副121212空间运动副121212常用机构运动简图符号在机架上的电机带传动凸轮传动棘轮机构链传动外啮合圆柱齿轮传动内啮合圆柱齿轮传动齿轮齿条传动圆锥齿轮传动圆柱蜗杆蜗轮传动原动机注意事项:画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。绘制小型压力机的机构运动简图1.分析整个机构的工作原理及组成动作原理和运动情况例一:解:运动简图的绘制4编号原则：注意区分位置重叠的不同构件和同轴刚性联接的多个零件。前者分别编号，后者采用一个编号，加`以示区别。机构组成:确定构件的类型和数量偏心轮1齿轮1`杆件2齿轮6`杆件3槽凸轮6杆件4滑块7压头8原动件执行构件齿轮6′槽凸轮6杆件3杆件2机座9齿轮1′偏心轮1压杆8滑块7杆件4滚子52.沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动关系，确定运动副的类型和数目。转动副移动副平面高副9——1-1′1——22——33——44——59——6-6′7——83——98——94——71′——6′5——6齿轮6′槽凸轮6杆件3杆件2机座9齿轮1′偏心轮1压杆8滑块7杆件4滚子5选择原则1)清楚表达机构的主体部分；2)尽可能反映机构的全面运动；3)可以选择其他视图平面作为补充。常以机构的运动平面为投影面3.选择适当的视图平面及原动件的静态位置齿轮6′槽凸轮6杆件3杆件2机座9齿轮1′偏心轮1压杆8滑块7杆件4滚子54.绘图选择机架提取构件的运动尺寸确定比例尺选择机构运动中的一个状态确定各运动副位置，绘图编号：A、B、C…表示运动副1、2、3…表示构件O1、O2…表示固定转轴用箭头表示出原动件的运动方向以O1为原点。a.坐标法b.几何关系法内燃机机构运动简图的绘制五、任务完成（1）自由构件的自由度1运动副引入的约束2运动链的自由度3知识点4机构自由度的计算单个自由构件的自由度为3自由构件的自由度1自由构件的自由度数运动副自由度数约束数回转副1（θ）+2（x，y）=3yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2移动副1（x）+2（y，θ）=3高副2（x,θ）+1（y）=3θ经运动副相联后，由于有约束，构件自由度会有变化：1运动副引入的约束2运动链的自由度：运动链中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目。运动链（设n个活动构件，PL个低副，PH个高副）自由度的计算公式：通过运动副联接后，低副产生的约束数：高副产生的约束数：运动副联接前自由度：n3lP2hP1计算公式:运动链的自由度3计算平面运动链自由度12345PH=1PL=5n=4F=3×4–2×5–1=1例三:知识点5机构机构具有确定运动的条件机构自由度F≤01机构自由度F02运动链成为机构的条件3机构的自由度数目和机构原动件的数目与机构的运动有着密切的关系：Fa=3×2-2×3=0Fb=3×3-2×5=-1F≤0运动链不能运动，不成为机构（多一个约束）超静定桁架若机构自由度F≤0，则机构不能运动（桁架）。机构自由度F≤01自由度与原动件数之间，会有以下几种关系：1：原动件数小于自由度F＝3×4-2x5＝2当只给定原动件1的运动参数时，从动件2、3、4的位置不能确定，不具有确定的相对运动。只有给出两个原动件，使构件1、4都处于给定位置，才能使从动件获得确定运动。机构自由度F022：原动件数大于自由度如果原动件1和原动件3的给定运动都要同时满足，势必将杆2拉断!3：原动件数等于自由度数目则机构各构件间的相对运动是确定的；14123ABCDn=3,Pl=4,F=1如右图F=3×3-2×4＝1原动件数F＝3×4-2×4＝1运动链中取一个构件相对固定作为机架，运动链相对于机架的自由度必须大于零，且原动件数目等于运动链自由度数。满足此条件的运动链即成为机构，机构自由度的计算可采用运动链自由度的计算公式。运动链成为机构的条件3综上所述可知，运动链成为机构的条件（机构具有确定运动的条件）是：F＞o且F等于原动件数.知识点四计算平面机构自由度应注意事项复合铰链1局部自由度2虚约束3计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数n=7低副数PL=6F=3n－2PL－PH高副数PH=0=3×7－2×6－0=9计算结果肯定不对！构件数不会错，肯定是低副数目搞错了！例四:12345678ABCDEF复合铰链1复合铰链两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副。k个构件在同一处构成复合铰链，实际上构成了(k-1)个转动副。解决方案上例：在B、C、D、E四处应各有2个运动副。重新计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数n=7低副数PL=10F=3n－2PL－PH=3×7－2×10－0=1可以证明：F点的轨迹为一直线。圆盘锯机构12345678ABCDEF计算图示两种凸轮机构的自由度。解：PL=3=3×3－2×3－1=2PH=1对于右边的机构，有：F=3×2－2×2－1=1例五:n=3123123对于左边机构F=3n－2PL－PH事实上，两个机构的运动相同，且F=1局部自由度2个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。上例中滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。F=3n－2PL－PH－FP=3×3－2×3－1－1=1或计算时去掉滚子和铰链：F=3×2－2×2－1=1滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。123123应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。解决方案解：n=4，PL=6，F=3n－2PL－PH=3×4－2×6=0PH=01234ABCDEF已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形机构的自由度。例六:与实际不符重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。虚约束3因为：FE＝AB＝CD，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧，构件4给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束，应去掉。1234ABCDEF应除去虚约束，即将产生虚约束的构件及运动副除去不计。解决方案重新计算：n=3,PL=4,PH=0F=3n－2PL－PH=3×3－2×4=1特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：124ABCDE34FAB＝CD＝EF虚约束常出现虚约束的场合：1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，如平行四边形机构、椭圆仪等。2.两构件构成多个移动副，且导路平行。计算中只计入一个移动副。3.两构件构成多个转动副，且同轴。只有一个转动副起约束作用，其余为虚约束。计算中只计入一个转动副。解决方案解决方案4.运动时，两构件上的两点距离始终不变。两点间用另一构件连接时，将产生虚约束。EF计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。解决方案5.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。解决方案作者：潘存云教