机构及机构运动简图课件

2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.1 2.1 机构机构概念概念用于传递运动或改变运动形式的用各种机件组合而成的组合体。用于传递运动或改变运动形式的用各种机件组合而成的组合体。实例实例内燃机内燃机齿轮机构齿轮机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构凸轮机构凸轮机构图2-4 内燃机工作原理图可见，机构是一个组合体，如何进行细分？6/18/20246/18/20241 1机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.1 机构图2-4 内燃机工作原理图2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.2 2.2 零件与构件零件与构件零件零件每一个单独加工的单元体每一个单独加工的单元体(独立的加工单元独立的加工单元)构件构件有相对运动的各个单元体有相对运动的各个单元体(独立的运动单元独立的运动单元)。可以是单一的零。可以是单一的零件，也可以是多个零件固联成的内部没有相对运动的刚性结构。件，也可以是多个零件固联成的内部没有相对运动的刚性结构。特点特点不同构件间有相对运动不同构件间有相对运动单一构件内部没有相对运动单一构件内部没有相对运动可以是单一零件（如曲轴），也可以是多个零件组成（如连杆）可以是单一零件（如曲轴），也可以是多个零件组成（如连杆）6/18/20246/18/20242 2机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.2 零件与构件8/10/202322 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.2 2.2 零件与构件零件与构件套套筒筒连杆体连杆体螺栓螺栓垫圈垫圈螺母螺母轴瓦轴瓦连杆盖连杆盖实体实体零件零件构件构件6/18/20246/18/20243 3机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.2 零件与构件套筒连杆体螺栓垫圈螺2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.2 2.2 零件与构件零件与构件零件、构件、机构与机器的联系零件、构件、机构与机器的联系机构中构件的分类机构中构件的分类机器机器机构机构构件构件零件零件运动单元运动单元制造单元制造单元机械机械刚性联结刚性联结刚性联结刚性联结确定的确定的相对运动相对运动一个或多个一个或多个做功或实现做功或实现能量转换能量转换总称总称固定件：机架原动件：主动件从动件：随原动件运动的其余构件6/18/20246/18/20244 4机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.2 零件与构件机器机构构件零件运动2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.3 2.3 运动副运动副构件的自由度构件的自由度构件所具有的独立运动的数目（或确定构件位置的独立参变量构件所具有的独立运动的数目（或确定构件位置的独立参变量的数目）的数目）一个作平面运动的自由构件具有一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动数三个独立运动数如图所示，在如图所示，在OxyOxy坐标系中，构件坐标系中，构件S S 可随其上任一点可随其上任一点A A沿沿x x轴、轴、y y轴方向移轴方向移 动和绕动和绕A A点转动。即一个作平面运动点转动。即一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。的自由构件具有三个自由度。图2-5 构件的平面运动6/18/20246/18/20245 5机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.3 运动副图2-5 构件的平面运动2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.3 2.3 运动副运动副约束约束对独立运动所加的限制。每加上一个约束，构件便失去一个自由对独立运动所加的限制。每加上一个约束，构件便失去一个自由度。度。运动副运动副使构件直接接触又能保持一定形式的相对运动的连接使构件直接接触又能保持一定形式的相对运动的连接按接触方式分类按接触方式分类点接触高副(1个约束，2个自由度)线接触高副(1个约束，2个自由度)面接触低副(2个约束，1个自由度)6/18/20246/18/20246 6机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.3 运动副点接触高副(1个约束2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.3 2.3 运动副运动副典型运动副典型运动副转动副转动副 使两个构件的相对移动受到约束，使两个构件的相对移动受到约束，而只有一个独立相对转动自由度而只有一个独立相对转动自由度的运动副。也称为回转副或铰链。的运动副。也称为回转副或铰链。如铰链、轴与轴承等。如铰链、轴与轴承等。移动副移动副 使构件的一个相对移动和相对转使构件的一个相对移动和相对转动受到约束，而只有一个方向独动受到约束，而只有一个方向独立相对移动自由度的运动副。也立相对移动自由度的运动副。也称为棱柱副。如汽缸与活塞、滑称为棱柱副。如汽缸与活塞、滑块与导轨等。块与导轨等。图2-6 典型运动副转动副和移动副分别是低副还是高副？转动副和移动副都是低副6/18/20246/18/20247 7机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.3 运动副图2-6 典型运动副转动2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 运动链运动链定义定义两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。分类分类开式链：运动链的各构件不构成首尾封闭的系统。开式链：运动链的各构件不构成首尾封闭的系统。闭式链：运动链的各构件构成了首尾封闭的系统。闭式链：运动链的各构件构成了首尾封闭的系统。机构机构将运动链的一个构件固定为机架，其中的一个或几个原动件作独将运动链的一个构件固定为机架，其中的一个或几个原动件作独立运动时，其余从动件即随之作确定的运动立运动时，其余从动件即随之作确定的运动注：不能运动或无规则乱动的运动链不能成为机构注：不能运动或无规则乱动的运动链不能成为机构6/18/20246/18/20248 8机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 运动链8/10/20238机械2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图定义定义不考虑与运动无关的因素而仅用简单的线条和符号代表构件与运不考虑与运动无关的因素而仅用简单的线条和符号代表构件与运动副，并按一定比例表示各构件间的相对运动关系的简单图形。动副，并按一定比例表示各构件间的相对运动关系的简单图形。作用作用表示机构的组成和运动情况表示机构的组成和运动情况作为运动分析和动力分析的依据作为运动分析和动力分析的依据构件与运动副的表示构件与运动副的表示常用运动副的符号常用运动副的符号一般构件的表示方法一般构件的表示方法常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号如何用简单的线条和符号表示构件和运动副？6/18/20246/18/20249 9机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构运动简图如何用简单的线2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图绘图步骤绘图步骤分析清楚所要绘制机械的结构和动作原理。分析清楚所要绘制机械的结构和动作原理。从原动件开始，按照运动传递的顺序，仔细分析各构件相对运从原动件开始，按照运动传递的顺序，仔细分析各构件相对运动的性质，确定运动副的类型和数目。动的性质，确定运动副的类型和数目。合理选择视图平面，通常选择与大多数构件的运动平面相平行合理选择视图平面，通常选择与大多数构件的运动平面相平行的平面为视图平面。的平面为视图平面。选取适当的长度比例尺，按一定的顺序进行绘图，并将比例尺选取适当的长度比例尺，按一定的顺序进行绘图，并将比例尺标注图上。标注图上。6/18/20246/18/20241010机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构运动简图8/10/202 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图注意事项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画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。图图2-7 2-7 构件的表示方法构件的表示方法6/18/20246/18/20241111机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构运动简图图2-7 构件2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图实例一实例一内燃机内燃机图图2-8 2-8 内燃机内燃机曲柄滑块机构6/18/20246/18/20241212机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构运动简图图2-8 内燃2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图实例一实例一内燃机内燃机图图2-8 2-8 内燃机内燃机齿轮机构6/18/20246/18/20241313机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构运动简图图2-8 内燃2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图实例一实例一内燃机内燃机图图2-8 2-8 内燃机内燃机凸轮机构566/18/20246/18/20241414机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构运动简图图2-8 内燃2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图实例一实例一内燃机内燃机12344556156+=6/18/20246/18/20241515机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构运动简图1234452 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图实例二实例二颚式破碎机颚式破碎机4.肘板肘板1.机架机架2.偏心轴偏心轴5.带轮带轮3.动颚板动颚板6/18/20246/18/20241616机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构运动简图4.肘板1.2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图实例二实例二颚式破碎机颚式破碎机3D12BA1C44.肘板肘板1.机架机架2.偏心轴偏心轴5.带轮带轮3.动颚板动颚板ACBD6/18/20246/18/20241717机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构运动简图3D12BA12 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图思考思考如图所示的破碎机应如何绘制运动简图？如图所示的破碎机应如何绘制运动简图？ABCEFDG6/18/20246/18/20241818机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构运动简图ABCEFDG2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构运动简图平面机构运动简图练习练习6/18/20246/18/20241919机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构运动简图8/10/20练习1解答1 12 23 34 4ABC141223A14B12C2343 32 24 41 146/18/20246/18/20242020机械基础机械基础第一章第一章练习1解答1234ABC141223A14B12C234322 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度运动链（或机构）的自由度运动链（或机构）的自由度运动链（或机构）具有的独立运动的数目运动链（或机构）具有的独立运动的数目运动链成为机构的条件运动链成为机构的条件自由度自由度大于大于0 0（保证运动链能运动）（保证运动链能运动）自由度数等于原动件数（保证运动链具有确定的运动）自由度数等于原动件数（保证运动链具有确定的运动）自由度的计算自由度的计算设设n n个活动构件，个活动构件，P PL L个低副，个低副，P PH H个高副，自由度数为个高副，自由度数为F F构件总自由度构件总自由度 低副约束数低副约束数 高副约束数高副约束数 3n 2 PL1 Ph=F=3n-2P=F=3n-2PL L-P-PH H6/18/20246/18/20242121机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构的自由度构件总自由度 2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度实例一：铰链四杆机构实例一：铰链四杆机构n=3 pL=4 ph=0 F=3n-2pL-ph=16/18/20246/18/20242222机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构的自由度n=3 pL=2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度实例二实例二颚式破碎机颚式破碎机3D12BA1C4n=3 pL=4 ph=0 F=3n-2pL-ph)=16/18/20246/18/20242323机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构的自由度3D12BA12 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度练习练习曲柄滑块机构曲柄滑块机构n=3PL=4F=3n-2PL-PH =1 PH=0S31236/18/20246/18/20242424机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构的自由度n=3PL=42 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度练习练习五连杆机构五连杆机构n=4PL=5F=3n-2PL-PH =2PH=012341 16/18/20246/18/20242525机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构的自由度n=4PL=52 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度实例三实例三圆盘锯机构圆盘锯机构12345678ABCDEF n=7PL=6F=3n 2PL PH PH=0=9实际上自由实际上自由度为度为1，错在，错在哪里？哪里？因为存在复因为存在复合铰链！合铰链！6/18/20246/18/20242626机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构的自由度12345672 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度复合铰链定义复合铰链定义两个以上的构件在同一处以转动副相联两个以上的构件在同一处以转动副相联复合铰链的计算复合铰链的计算m m个构件的复合铰链，有个构件的复合铰链，有m m1 1转动副。转动副。两个低副两个低副6/18/20246/18/20242727机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构的自由度两个低副8/12 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度实例三实例三圆盘锯机构（正确解法）圆盘锯机构（正确解法）12345678ABCDEF n=7PL=10F=3n 2PL PH PH=0=16/18/20246/18/20242828机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构的自由度12345672 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度实例四实例四滚子凸轮滚子凸轮123123n=3PL=3F=2PH=1n=2PL=2F=1PH=16/18/20246/18/20242929机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构的自由度123123n2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度实例四实例四滚子凸轮滚子凸轮123123事实上，两个机构的事实上，两个机构的运动相同，且运动相同，且F=1F=1。作。作图多出的图多出的1 1个自由度为个自由度为滚子局部运动所产生滚子局部运动所产生的局部自由度。的局部自由度。6/18/20246/18/20243030机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构的自由度123123事2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度局部自由度定义局部自由度定义构件局部运动所产生的自由度构件局部运动所产生的自由度局部自由度出现的场合局部自由度出现的场合加装滚子的场合加装滚子的场合局部自由度的计算局部自由度的计算计算总的自由度后减去局部自由度数计算总的自由度后减去局部自由度数计算时将局部自由度坐在的滚子和铰链排除计算时将局部自由度坐在的滚子和铰链排除为什么需要局部自由度为什么需要局部自由度添加滚子使滑动摩擦变为滚动摩擦，减少运动过程中的摩擦，延添加滚子使滑动摩擦变为滚动摩擦，减少运动过程中的摩擦，延长使用寿命长使用寿命6/18/20246/18/20243131机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构的自由度8/10/202 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度实例五实例五凸轮机构凸轮机构123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 23 1-1错！错！实际自由度为1，为什么？存在虚约束！6/18/20246/18/20243232机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构的自由度123F3n2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度虚约束定义虚约束定义对机构的运动实际不起作用的约束对机构的运动实际不起作用的约束1234ABCDEF4F123BA6/18/20246/18/20243333机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构的自由度1234ABC2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度虚约束出现场合虚约束出现场合两构件之间构成多个运动副时两构件之间构成多个运动副时两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时机构中对运动不起作用的对称部分机构中对运动不起作用的对称部分虚约束的处理方法虚约束的处理方法计算自由度时将虚约束排除计算自由度时将虚约束排除虚约束的作用虚约束的作用改善构件的受力情况改善构件的受力情况传递较大功率传递较大功率满足某种特殊需要满足某种特殊需要6/18/20246/18/20243434机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构的自由度8/10/202 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度实例五实例五凸轮机构凸轮机构123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 22 11之一为之一为虚约束虚约束6/18/20246/18/20243535机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构的自由度123F3n2 2 机构及机构运动简图机构及机构运动简图2.4 2.4 平面机构的自由度平面机构的自由度练习练习大筛机构大筛机构CDABGFoEE位置位置C，2个低副个低副复合铰链复合铰链:局部自由度局部自由度1个个虚约束虚约束En=7PL=9PH=1F=3n 2PL PH =37 29 1 =2CDABGFoE6/18/20246/18/20243636机械基础机械基础第一章第一章2 机构及机构运动简图2.4 平面机构的自由度CDABGFo