机构及机构运动简图经典实用

虚约束定义
对机构的运动实际不起作用的约束
B 2E
C
1
4
3
A
F
D
3 2
1
A
B
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•机构及机构运动简图
•32
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
虚约束出现场合
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 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
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•30
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
实例五——凸轮机构
3
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 －3 1
2
＝-1 错！
1
实际自由度 为1，为什
么？？
存在虚约束！！
•2/17/2024
•机构及机构运动简图
•31
2 机构及机构运动简图源自文库
2.4 平面机构的自由度
高副约束数 1 × Ph
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•20
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
实例一：铰链四杆机构
n=3 pL=4 ph=0 F=3n-2pL-ph=1
•2/17/2024
•机构及机构运动简图
•21
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
实例二——颚式破碎机
•35
F n= 7
46 1E 7 C
PL= 6 PH= 0
因为存在复 合铰链！！
2
3
B
8A
F=3n － 2PL － PH =9
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•机构及机构运动简图
•25
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
复合铰链定义
两个以上的构件在同一处以转动副相联
复合铰链的计算
m个构件的复合铰链，有m－1转动副。
•2/17/2024
•机构及机构运动简图
•29
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2.4 平面机构的自由度
局部自由度定义
构件局部运动所产生的自由度
局部自由度出现的场合
加装滚子的场合
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
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
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•机构及机构运动简图
•1
2 机构及机构运动简图
2.2 零件与构件
螺栓 垫圈 螺母
套 筒
连杆体 轴瓦
实体
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连杆盖 零件
•机构及机构运动简图
构件
•2
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2.2 零件与构件
零件、构件、机构与机器的联系
确定的
一个或多个
相对运动
刚性联结
机器
机构 做功或实现
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•6
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2.4 运动链
定义
两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。
分类
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。
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 立运动时，其余从动件即随之作确定的运动
2 机构及机构运动简图
2.2 零件与构件
零件
每一个单独加工的单元体(独立的加工单元)
构件
有相对运动的各个单元体(独立的运动单元)。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。 特点
不同构件间有相对运动 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）
6
5'
凸轮机构
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2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构运动简图
实例一——内燃机
+
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6
+
5'
6
= 5'
5
•机构及机构运动简图
1
2
1
3
4 4'
•14
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构运动简图
实例二——颚式破碎机
2. 偏心轴
1. 机架
5. 带轮
3. 动颚板
4.肘板
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2.4 平面机构的自由度
实例四——滚子凸轮
3
n= 3
2 PL= 3
PH= 1
1
F= 2
n= 2
3
2 PL= 2 PH= 1
1
F= 1
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•28
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
实例四——滚子凸轮
3 2
1
3 2
1
事实上，两个机构的 运动相同，且F=1。 作图多出的1个自由度 为滚子局部运动所产 生的局部自由度。
虚约束的处理方法
计算自由度时将虚约束排除
虚约束的作用
改善构件的受力情况 传递较大功率 满足某种特殊需要
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•机构及机构运动简图
•33
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
实例五——凸轮机构
3 之一为 虚约束
2
1
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 －2 1 ＝1
•2/17/2024
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
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)
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•机构及机构运动简图
•5
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2.3 运动副
典型运动副
转动副和移动副分别 转动副和移动
•机构及机构运动简图
•34
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2.4 平面机构的自由度
练习——大筛机构
B A
C
E’ E D
F o
复合铰链: 位置C ，2个低副
局部自由度 1个
虚约束 E’
G
n= 7
PL = 9 PH = 1
F=3n － 2PL － PH =3×7 －2×9 －1 =2
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•机构及机构运动简图
构件
零件
能量转换
机械 总称
运动单元
固定件：机架
制造单元
机构中构件的分类 原动件：主动件
从动件：随原动件运动的其余构件
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•3
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2.3 运动副
• 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 的数目）
• 一个作平面运动的自由构件具有 三个独立运动数
是低副还是高副？
副都是低副
转动副
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 的运动副。也称为回转副或铰链。 如铰链、轴与轴承等。
移动副
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 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 块与导轨等。
图2-6 典型运动副
A
2
1
B
D
C
1
n=3 pL=4 ph=0 F=3n-2pL-ph) =1
•2/17/2024
•机构及机构运动简图
•22
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
练习——曲柄滑块机构
1
2
3
S3
n= 3 PL= 4 PH= 0
F=3n - 2PL - PH =1
•2/17/2024
•机构及机构运动简图
如图所示，在 Oxy坐标系中，构件S 可随其上任一点A沿x轴、y轴方向移 动和绕A点转动。即一个作平面运动 的自由构件具有三个自由度。
图2-5 构件的平面运动
•2/17/2024
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•4
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2.3 运动副
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 度。
A B
E
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•机构及机构运动简图
DC
FG
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2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构运动简图
练习
•2/17/2024
•机构及机构运动简图
•18
练习1解答
3
C23 4
2
B12
1
A14
C234
3
2
4
B12
1
4
A14
•2/17/2024
•机构及机构运动简图
•19
2 机构及机构运动简图
图2-8 内燃机
•机构及机构运动简图
曲柄滑块机构
•11
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构运动简图
实例一——内燃机
•2/17/2024
图2-8 内燃机
•机构及机构运动简图
齿轮机构
•12
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构运动简图
实例一——内燃机
•2/17/2024
图2-8 内燃机
•机构及机构运动简图
构件与运动副的表示
常用运动副的符号 一般构件的表示方法 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？？？
•2/17/2024
•机构及机构运动简图
•8
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构运动简图
绘图步骤
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 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 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 标注图上。
•2/17/2024
•机构及机构运动简图
•9
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构运动简图
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。
图2-7 构件的表示方法
•2/17/2024
•机构及机构运动简图
•10
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构运动简图
实例一——内燃机
•2/17/2024
注：不能运动或无规则乱动的运动链不能成为机构
•2/17/2024
•机构及机构运动简图
•7
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构运动简图
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 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
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
•机构及机构运动简图
•15
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构运动简图
实例二——颚式破碎机
2. 偏心轴
1. 机架
5. 带轮
A
B
A
2
1
B
3. 动颚板
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C D C
4.肘板
•机构及机构运动简图
D
1
•16
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构运动简图
思考——如图所示的破碎机应如何绘制运动简图？？
两个低副
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•机构及机构运动简图
•26
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2.4 平面机构的自由度
实例三——圆盘锯机构（正确解法）
D5
F n= 7
46 1E 7 C
PL= 10 PH= 0
2
3
B
8A
F=3n － 2PL － PH =1
•2/17/2024
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•27
2 机构及机构运动简图
•23
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
练习——五连杆机构
2
3
1 θ1
4
n= 4 PL= 5
PH= 0
F=3n - 2PL - PH =2
•2/17/2024
•机构及机构运动简图
•24
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
实例三——圆盘锯机构
实际上自由 度为1，错在
哪里？？
D5
2.4 平面机构的自由度
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
运动链成为机构的条件
自由度大于0（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）
自由度的计算
设n个活动构件，PL个低副，PH个高副，自由度数为F
构件总自由度
低副约束数
3×n
2 × PL
=>
F=3n-2PL-PH