机械设计基础第二章.ppt

平面机构的组成平面机构的组成机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制机构自由度的计算机构自由度的计算平面机构的组成平面机构的组成空间机构空间机构：各构件不完全在同一平面或相互平行的平面内运动。：各构件不完全在同一平面或相互平行的平面内运动。平面机构平面机构：各构件在同一平面或相互平行的平面内运动。：各构件在同一平面或相互平行的平面内运动。 机构的主要功能在于传递或变换运动，因此要求组成机构的各构件之机构的主要功能在于传递或变换运动，因此要求组成机构的各构件之间必须有相对的运动。并且各构件还必须按一定的运动规律运动。间必须有相对的运动。并且各构件还必须按一定的运动规律运动。如图（如图（a a）所示的三铰接杆，是不能运动的构件组合体，因而不能成为机）所示的三铰接杆，是不能运动的构件组合体，因而不能成为机构。而图构。而图2-22-2所示的五铰接杆，虽然其构件可动，但当构件所示的五铰接杆，虽然其构件可动，但当构件1 1按一定规律运按一定规律运动时，其余构件不能获得完全确定的运动。动时，其余构件不能获得完全确定的运动。 因此，构件的组合体必须具备一定条件才能成为机构。因此，构件的组合体必须具备一定条件才能成为机构。例例1 1 颚式破碎机机构颚式破碎机机构 当大带轮当大带轮5 5经带传动由电动机驱动时，把运动和动力传给偏心轴，偏经带传动由电动机驱动时，把运动和动力传给偏心轴，偏心轴转动带动动颚在肘板的支持下作平面运动，从而可使夹放在动颚与心轴转动带动动颚在肘板的支持下作平面运动，从而可使夹放在动颚与定颚板之间的石块被逐渐挤碎。机器运转时，偏心轴与机架、偏心轴与定颚板之间的石块被逐渐挤碎。机器运转时，偏心轴与机架、偏心轴与动颚、动颚与肘板、肘板与机架之间均为相对转动。动颚、动颚与肘板、肘板与机架之间均为相对转动。运动副运动副：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接。：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接。平面机构的组成要素：平面机构的组成要素：构件和运动副。构件和运动副。 由上述两实例可以看出：组成机构的相邻的两构件之间的联接存在着一由上述两实例可以看出：组成机构的相邻的两构件之间的联接存在着一定的相对运动。定的相对运动。运动副：平面低副、平面高副、空间运动副运动副：平面低副、平面高副、空间运动副（一）（一）平面低副平面低副 两构件通过面接触而构成的运动副称为两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。（低副。（教材图教材图2-32-3） 根据两构件间的相对运动形式，低副又根据两构件间的相对运动形式，低副又可分为可分为转动副转动副和和移动副移动副。1.1.转动副转动副 （或铰链）（或铰链） 两构件只能在一个平面内作相对转动。两构件只能在一个平面内作相对转动。固定铰链：一个构件固定；固定铰链：一个构件固定；活动铰链：两构件均不固定。活动铰链：两构件均不固定。转转动动副副2.2.移动副移动副 两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。（教材两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。（教材图图2-42-4） 图中，图中，A A和和E E为固定铰链，为固定铰链，B B、C C、D D为活动铰链为活动铰链（二）（二）平面高副平面高副 两构件通过点或线接触而形成的运动副称为平面高副。（图两构件通过点或线接触而形成的运动副称为平面高副。（图2-52-5） 凸轮副凸轮副 齿轮副齿轮副nnttnn螺旋副螺旋副球面副球面副 2.2 2.2 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制 机构运动简图机构运动简图：简明表示机构各构件之间相对运动关系的图形。（按比例，：简明表示机构各构件之间相对运动关系的图形。（按比例，用特定的符号和线条）用特定的符号和线条） 和运动有关的和运动有关的：运动副的类型、数目、相对位置、构件数目。：运动副的类型、数目、相对位置、构件数目。 和运动无关的和运动无关的：构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具：构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体构造。体构造。注：为了使问题简化，有必要撇开与运动无关因素，提取与运动有关的要素。注：为了使问题简化，有必要撇开与运动无关因素，提取与运动有关的要素。一、一、运动副的表示方法运动副的表示方法（一）（一）转动副转动副 其基本简化符号为小圆圈。其基本简化符号为小圆圈。（二）（二）移动副移动副 其基本简化符号是一小长方形。其基本简化符号是一小长方形。122121122121212121212转动副：转动副：移动副：移动副：2112凸轮副：凸轮副：（三）（三）高副高副 两构件形成高副时，应画出其接触处的曲线轮廓。两构件形成高副时，应画出其接触处的曲线轮廓。齿轮副：齿轮副：二、二、构件的表示方法构件的表示方法 在低副中，构件一般可简化为一段直线；若组成移动副，可用一小在低副中，构件一般可简化为一段直线；若组成移动副，可用一小长方形表示移动副的构件；若为固定件，在固定件上划上阴影线；构成长方形表示移动副的构件；若为固定件，在固定件上划上阴影线；构成高副的构件，需划出接触处的曲线轮廓。高副的构件，需划出接触处的曲线轮廓。机构运动简图中常用机构和运动副的表示方法：机构运动简图中常用机构和运动副的表示方法：三、三、平面机构运动简图的绘制方法平面机构运动简图的绘制方法 图上尺寸(mm)m实际尺寸l（1 1）确定机构的主要构件，即找出机构的原动件、机架和执行件）确定机构的主要构件，即找出机构的原动件、机架和执行件（2 2）分析机构的运动特征，从原动件开始，沿运动传递的顺序，依次明确）分析机构的运动特征，从原动件开始，沿运动传递的顺序，依次明确运动副的类型和数目，以及构件的数目。运动副的类型和数目，以及构件的数目。（3 3）选择适宜的视图平面及机构的瞬时位置，选择多数构件的运动平）选择适宜的视图平面及机构的瞬时位置，选择多数构件的运动平面作为视图平面，机构的瞬时位置应避免构件的重叠和交叉现象；面作为视图平面，机构的瞬时位置应避免构件的重叠和交叉现象；（4 4）根据机构的尺寸和图幅的大小，确定比例尺，以便于表明各运动副之）根据机构的尺寸和图幅的大小，确定比例尺，以便于表明各运动副之间的相对位置和尺寸。长度比例尺用间的相对位置和尺寸。长度比例尺用L L表示，规定：表示，规定：（5 5）绘制机构运动简图，从原动件开始，依次确定各运动副的位置点，）绘制机构运动简图，从原动件开始，依次确定各运动副的位置点，用构件和运动副的简化符号把各点联结起来，并用箭头标明原动件，用斜线用构件和运动副的简化符号把各点联结起来，并用箭头标明原动件，用斜线标明固定件。标明固定件。（6 6）在各运动副处标注字母，在各构件处标注数字。）在各运动副处标注字母，在各构件处标注数字。 解：解：1、破碎机的带轮和偏心轴一起绕回转中心、破碎机的带轮和偏心轴一起绕回转中心A转动时，偏心轴转动时，偏心轴2带动动颚带动动颚3运动。由于在动颚与机架运动。由于在动颚与机架1之间装了肘板之间装了肘板4，动颚运动时就不断挫挤矿石。由，动颚运动时就不断挫挤矿石。由此分析可知，该机构由机架此分析可知，该机构由机架1、原动件偏心轴、原动件偏心轴2、执行件动颚、执行件动颚3和肘板和肘板4四个构四个构件组成。件组成。 2、偏心轴、偏心轴2与机架与机架1组成回转副组成回转副A，偏心轴，偏心轴2与动颚与动颚3组成回转副组成回转副B，肘板，肘板4与动颚与动颚3组成回转副组成回转副C，肘板，肘板4与机架与机架1组成回转副组成回转副D。整个机构共有四个回转。整个机构共有四个回转副。副。例例2-32-3 绘制图绘制图2-122-12所示油泵机构的运动简图所示油泵机构的运动简图解：分析该机构的结构组成。在图（解：分析该机构的结构组成。在图（a a）中，构件）中，构件1 1偏心轴为原动件，其回转偏心轴为原动件，其回转中心在中心在A A点；构件点；构件2 2连杆和构件连杆和构件1 1之间为回转副，构件之间为回转副，构件2 2和构件和构件3 3摇杆之间组成摇杆之间组成回转副；构件回转副；构件4 4为机架，当偏心轴转动时，通过回转副为机架，当偏心轴转动时，通过回转副B B带动构件带动构件2 2转动，通转动，通过回转副过回转副C C带动构件带动构件3 3作绕作绕D D点的摆动。点的摆动。内燃机的机构运动简图内燃机的机构运动简图一、一、构件的自由度构件的自由度 一个作平面运动的自由构件有三个独立运动的可能性（如图）。一个作平面运动的自由构件有三个独立运动的可能性（如图）。 构件所具有的这种独立运动的数目称为构件的构件所具有的这种独立运动的数目称为构件的自由度自由度。所以一个作平面运。所以一个作平面运动的自由构件有三个自由度。动的自由构件有三个自由度。 但当这些构件之间以一定但当这些构件之间以一定的方式联接起来成为构件系统的方式联接起来成为构件系统时，各个构件不再是自由构件。时，各个构件不再是自由构件。两相互接触的构件间只能作一两相互接触的构件间只能作一定的相对运动，自由度减少。定的相对运动，自由度减少。这种对构件独立运动所施加的这种对构件独立运动所施加的限制称为限制称为约束约束。 二、二、平面机构的自由度的计算平面机构的自由度的计算 1 1、约束约束 平面机构能否具有确定的运动，可以通过计算平面机构自由度的方法平面机构能否具有确定的运动，可以通过计算平面机构自由度的方法来判断。来判断。 在平面机构中，由于用运动副连接构件，使构件的自由度受到了约束。在平面机构中，由于用运动副连接构件，使构件的自由度受到了约束。转动副转动副：约束了移动的自由度（沿：约束了移动的自由度（沿X X轴和轴和Y Y轴），只保留了一个转动的轴），只保留了一个转动的自由度。自由度。移动副移动副：约束了沿一个方向移动的自由度和在平面内转动的自由度，：约束了沿一个方向移动的自由度和在平面内转动的自由度，只保留了沿另一个方向移动的自由度。只保留了沿另一个方向移动的自由度。高副：高副：只约束了沿接触点处的法线只约束了沿接触点处的法线n-nn-n方向移动的自由度，保留了沿接方向移动的自由度，保留了沿接触点处公切线触点处公切线t-tt-t方向移动和绕接触点处转动的两个自由度。方向移动和绕接触点处转动的两个自由度。由此可见：由此可见：在平面机构中，一个低副带来两个约束，剩一个自由度；一个在平面机构中，一个低副带来两个约束，剩一个自由度；一个高副带来一个约束，剩两个自由度。高副带来一个约束，剩两个自由度。限制两个自由度：限制两个自由度：（两个移动）（两个移动）保留一个自由度保留一个自由度（转动）（转动）机构的自由度：机构中活动构件相对于机架所具有的独立运动的数目。机构的自由度：机构中活动构件相对于机架所具有的独立运动的数目。（与构件数目，运动副的类型和数目有关）（与构件数目，运动副的类型和数目有关）n n个活动构件：个活动构件：自由度为自由度为3n3n。PLPL个低副：个低副： 限制限制 2P2PL L（2 2* *P PL L）个自由度）个自由度PHPH个高副：个高副： 限制限制 P PH H（1 1* * P PH H）个自由度）个自由度对于一个平面机构来说，它的自由度应为所有对于一个平面机构来说，它的自由度应为所有活动构件活动构件原有自由度的总原有自由度的总和减去由运动副带来的约束。若一个平面机构有和减去由运动副带来的约束。若一个平面机构有n n个个活动构件活动构件，P PL L个低个低副，副， P PH H个高副，则机构的自由度个高副，则机构的自由度 F F为为 F=3n- 2PF=3n- 2PL L- P- PH H （2-12-1） F F也就是机构所具有的独立运动数目。式（也就是机构所具有的独立运动数目。式（2-12-1）即为平面机构自由度）即为平面机构自由度的计算公式。的计算公式。2 2、机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件 要使机构具有确定的运动，则给定的独立运动规律的数目，必须等要使机构具有确定的运动，则给定的独立运动规律的数目，必须等于机构的活动度。由于机构中