第二章机械系统及机械运动简图
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机械原理 第二章-2相对运动图解、解析
大小： ?
方向： ? A D
B C
特别注意矢 量箭头方向！
(2) 理论力学运动合成原理
绝对运动 = 牵连运动 + 相对运动 作法：1）根据运动合成原理 —— 列出矢量方程式。
2）根据矢量方程式 —— 作图求解。
构件间的相对运动问题可分为两类：
同一构件上的两点间的运动关系
实际尺寸 取长度比例尺 l m / m m, 作机构运动简图。 图示尺寸
（1） 速度关系：
①根据运动合成原理，列出速度矢量方程式：
VC2 VB2 VC2B2
ω1lAB ?
大小： ?
方向： ∥xx ⊥AB ⊥BC ②确定速度图解比例尺μv( (m/s)/mm) ③作图求解未知量： 速度多边形
pe 则代表 aE
由加速度多边形得：
p c´ n
aE pea
△b’c’e’ ~ △BCE , 叫 做
△BCE 的加速度影像，字 母的顺序方向一致。
e
n b
加速度影像原理：
同一构件上若干点形成的几何图形与其加速度矢量多边
形中对应点构成的多边形相似；
c´
2
p
acbt
e n
矢量方程图解相对运动图解法矢量方程图解相对运动图解法依据的原理理论力学中的运动合成原理理论力学中的运动合成原理1根据运动合成原理列机构运动的矢量方程2根据按矢量方程图解条件作图求解1根据运动合成原理列机构运动的矢量方程2根据按矢量方程图解条件作图求解基本作法基本作法同一构件上两点间速度及加速度的关系两构件重合点间的速度和加速度的关系同一构件上两点间速度及加速度的关系两构件重合点间的速度和加速度的关系机构运动分析两种常见情况机构运动分析两种常见情况
方向： ? A D
B C
特别注意矢 量箭头方向！
(2) 理论力学运动合成原理
绝对运动 = 牵连运动 + 相对运动 作法：1）根据运动合成原理 —— 列出矢量方程式。
2）根据矢量方程式 —— 作图求解。
构件间的相对运动问题可分为两类：
同一构件上的两点间的运动关系
实际尺寸 取长度比例尺 l m / m m, 作机构运动简图。 图示尺寸
（1） 速度关系：
①根据运动合成原理，列出速度矢量方程式：
VC2 VB2 VC2B2
ω1lAB ?
大小： ?
方向： ∥xx ⊥AB ⊥BC ②确定速度图解比例尺μv( (m/s)/mm) ③作图求解未知量： 速度多边形
pe 则代表 aE
由加速度多边形得：
p c´ n
aE pea
△b’c’e’ ~ △BCE , 叫 做
△BCE 的加速度影像，字 母的顺序方向一致。
e
n b
加速度影像原理：
同一构件上若干点形成的几何图形与其加速度矢量多边
形中对应点构成的多边形相似；
c´
2
p
acbt
e n
矢量方程图解相对运动图解法矢量方程图解相对运动图解法依据的原理理论力学中的运动合成原理理论力学中的运动合成原理1根据运动合成原理列机构运动的矢量方程2根据按矢量方程图解条件作图求解1根据运动合成原理列机构运动的矢量方程2根据按矢量方程图解条件作图求解基本作法基本作法同一构件上两点间速度及加速度的关系两构件重合点间的速度和加速度的关系同一构件上两点间速度及加速度的关系两构件重合点间的速度和加速度的关系机构运动分析两种常见情况机构运动分析两种常见情况
机械原理第二章第三章课后答案
第2章
2-1 何谓构件何谓运动副及运动副元素运动副是如何进行分类的
答：参考教材5~7页。
2-2 机构运动简图有何用处它能表示出原机构哪些方面的特征
答：机构运动简图可以表示机构的组成和运动传递情况，可进行运动分析，而且也可用来进行动力分析。2-3 机构具有确定运动的条件是什么当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况
答：参考教材12~13页。
2-4 何谓最小阻力定律试举出在机械工程中应用最小阻力定律的1、2个实例。
2-5 在计算平面机构的自由度时，应注意哪些事项
答：参考教材15~17页。
2-6 在图2-20所示的机构中，在铰链C、B、D处，被连接的两构件上连接点的轨迹都是重合的，那么能说该机构有三个虚约束吗为什么
答：不能，因为在铰链C、B、D中任何一处，被连接的两构件上连接点的轨迹重合是由于其他两处的作用，所以只能算一处。
2-7 何谓机构的组成原理何谓基本杆组它具有什么特性如何确定基本杆组的级别及机构的级别
答：参考教材18~19页。
2-8 为何要对平面高副机构进行“高副低代"“高副低代”应满足的条件是什么
答：参考教材20~21页。
2-9 任选三个你身边已有的或能观察到的下列常用装置(或其他装置)，试画出其机构运动简图，并计算其自由度。1)折叠桌或折叠椅；2)酒瓶软木塞开盖器；3)衣柜上的弹簧合页；4)可调臂台灯机构；5)剥线钳；6)磁带式录放音机功能键操纵机构；7)洗衣机定时器机构；8)轿车挡风玻璃雨刷机构；9)公共汽车自动开闭门机构；10)挖掘机机械臂机构；…。
机械设计基础第二章
第2章平面机构运动简图及自由度计算
机械是替代人类完成各项体力劳动甚至脑力劳动的执行者。在各种新型机械的设计初期，首先需要采用机械系统运动简图来对比各种运动方案及工作原理，一边从中选出最佳的设计方案。然后再按照运动要求确定及其各组成构件的主要尺寸，按照强度条件和工作情况确定机构个部分的详细结构尺寸。机械系统的运动简图设计是设计机械产品十分重要的内容，正确、合理地设计机械系统简图，对于满足机械产品的功能要求，提高性能和质量，降低制造成本和使用费用等是十分重要的。
机械系统要完成比较复杂的运动，一般都需要将若干个机构根据机械系统的运动协调配合的要求组合起来，因此机械系统的运动简图也是机构系统的运动简图。机械系统的运动简图是用规定的符号，绘出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。
一般某机构可分为平面机构和空间机构。平面机构是指各运动构件均在同意平面或相互平行平面内运动的机构。空间机构是指虽有的机构不完全是相互平行的平面内运动的机构。本章将着重介绍机构的结构分析。
第一节机构的组成
构件
任何机器都是由若干个零件组装而成的。构件是指组成机械的各个相对运动的单元。构件
和零件的概念是有区别的。构件是机械中的运动单元体，零件则是机械中不可拆分的制造单元
体。构件可以是一个零件，也可以是由两个或两个以上的零件组成。如图2-1所示的内燃机中的连杆就是由单独加工的连杆体、轴套、连杆头、轴瓦、螺杆、螺母等零件组成的，这些零件分别加工制造，但是当它们装配成连杆后则作为一个整体在发动机内部作往复运动
机电一体化(第2章 机械系统)
阻尼对弹性系统的振动特性的影响：黏性阻尼摩擦越大， 系统的稳态误差增加，精度降低；粘性阻尼大，可减小振幅和 衰减振动。
（5）间隙
机械传动系统中，间隙的存在会产生反转回差，增加轮廓误 差，影响伺服系统的稳定性。间隙类型有：
齿轮传动的齿侧间隙，丝杠螺母的传动间隙，
丝杠轴承的轴向间隙，联轴器的扭转间隙等。
（1）单推-单推式
可预拉伸安装，预紧力大， 轴向刚度较高。
简易单推-单推式支承
（2）双推-双推式
轴向刚度最高，适于高刚度、 高速、高精度的丝杠传动。 对丝杠热变形敏感。
（3）双推-简支式
预紧力小，寿命长，常用 于中速、高精度的长丝杠 传动系统。注意丝杠热变 形影响。
（4）双推-自由式
承载能力小，轴向刚度低，多用于 短程、轻载、低速的垂直安装。
8、滚珠丝杠副的制动方式 自锁、制动或重力平衡装置。选购滚珠丝杠时可同时选
购相宜的超越离合器，体积小、重量轻，易于安装。
超越离合器 1-外圈 ； 2-星轮 ； 3-滚柱：4-活销 ； 5-弹簧
单推-单推式支承的简易制动装置
当主轴7作上、下进给运动 时，电磁线圈2通电并吸引铁心 1，从而打开摩擦离合器4，此 时电动机5通过减速齿轮、滚珠 丝杠副6托动运动部件（主轴头） 7作垂直上下运动。当电动机断 电时，电磁线圈2也同时断电， 在弹簧3的作用下摩擦离合器4 压紧制动轮，使滚珠丝杠不能 自由转动，从而防止运动部件 因自重而下降。
（5）间隙
机械传动系统中，间隙的存在会产生反转回差，增加轮廓误 差，影响伺服系统的稳定性。间隙类型有：
齿轮传动的齿侧间隙，丝杠螺母的传动间隙，
丝杠轴承的轴向间隙，联轴器的扭转间隙等。
（1）单推-单推式
可预拉伸安装，预紧力大， 轴向刚度较高。
简易单推-单推式支承
（2）双推-双推式
轴向刚度最高，适于高刚度、 高速、高精度的丝杠传动。 对丝杠热变形敏感。
（3）双推-简支式
预紧力小，寿命长，常用 于中速、高精度的长丝杠 传动系统。注意丝杠热变 形影响。
（4）双推-自由式
承载能力小，轴向刚度低，多用于 短程、轻载、低速的垂直安装。
8、滚珠丝杠副的制动方式 自锁、制动或重力平衡装置。选购滚珠丝杠时可同时选
购相宜的超越离合器，体积小、重量轻，易于安装。
超越离合器 1-外圈 ； 2-星轮 ； 3-滚柱：4-活销 ； 5-弹簧
单推-单推式支承的简易制动装置
当主轴7作上、下进给运动 时，电磁线圈2通电并吸引铁心 1，从而打开摩擦离合器4，此 时电动机5通过减速齿轮、滚珠 丝杠副6托动运动部件（主轴头） 7作垂直上下运动。当电动机断 电时，电磁线圈2也同时断电， 在弹簧3的作用下摩擦离合器4 压紧制动轮，使滚珠丝杠不能 自由转动，从而防止运动部件 因自重而下降。
第二章机械系统及机械运动简图
是：机构的自由度数等于机构的原
动件数，既机构有多少个自由度， 就应该给机构多少个原动件。如图215a中的机构，显然必须给五杆机构 两个原动件，机构才有确定的运动。
相反，如果给四杆机构两个原动件， 则机构将无法运动。
2．平面机构自由度的计算公式
自由运动构件通过运动副组成机构 时，由于运动副产生的约束，其自由 度将随之减少。至于自由度减少的数 目，则因运动副性质的不同而不同。 作为平面机构，我们知道其运动副只 能是低副（转动副和移动副）和高副 组成。
【例2-1】如图1-6所示为以颚式碎矿机。当曲轴 2绕其轴心O连续转动时，动颚板3作往复摆动， 从而将处于动颚板3和固定颚板6之间的矿石7轧 碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图。
鳄式破碎机
【解】
（1）运动分析
此碎矿机由原动 件曲轴2（构件1 为固装于曲轴2
上的飞轮）、动 颚板3、摆杆4、 机架5等4个构件
下面我们来看几种常见机构的运动分析情况。
活塞泵
偏心轮传动
送料机构
缝纫机机构
第三节 机构具有确定运动
的条件及自由度
a
图2-7
b
由各构件任意组成的机构是否在任何
条件下都能满足这一要求呢？现在我们先 看两个杆系机构（图2-7）
a
图 2-7
b
十分显然，在图a的五杆机构中，当给定一 个原动件的独立运动参数时，构件2、3、4的运 动并不确定，可能是实线位置，也可能是虚线
动件数，既机构有多少个自由度， 就应该给机构多少个原动件。如图215a中的机构，显然必须给五杆机构 两个原动件，机构才有确定的运动。
相反，如果给四杆机构两个原动件， 则机构将无法运动。
2．平面机构自由度的计算公式
自由运动构件通过运动副组成机构 时，由于运动副产生的约束，其自由 度将随之减少。至于自由度减少的数 目，则因运动副性质的不同而不同。 作为平面机构，我们知道其运动副只 能是低副（转动副和移动副）和高副 组成。
【例2-1】如图1-6所示为以颚式碎矿机。当曲轴 2绕其轴心O连续转动时，动颚板3作往复摆动， 从而将处于动颚板3和固定颚板6之间的矿石7轧 碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图。
鳄式破碎机
【解】
（1）运动分析
此碎矿机由原动 件曲轴2（构件1 为固装于曲轴2
上的飞轮）、动 颚板3、摆杆4、 机架5等4个构件
下面我们来看几种常见机构的运动分析情况。
活塞泵
偏心轮传动
送料机构
缝纫机机构
第三节 机构具有确定运动
的条件及自由度
a
图2-7
b
由各构件任意组成的机构是否在任何
条件下都能满足这一要求呢？现在我们先 看两个杆系机构（图2-7）
a
图 2-7
b
十分显然，在图a的五杆机构中，当给定一 个原动件的独立运动参数时，构件2、3、4的运 动并不确定，可能是实线位置，也可能是虚线
机械设计基础 第二章
的距离和相对位置，用规定的线条和符号即可绘制出机构 的运动简图。 其中
l
构件实际长度 / m 构件图样长度 / mm
2.3 平面机构的自由度
如前所述，机构的各构件之间应 具有确定的相对运动。为了使组合起 来的构件能产生确定的相对运动，有 必要探讨机构的自由度及机构具有确 定运动的条件。
2.3.1 自由度和约束
2.2 平面机构的运动简图
2.2.1 平面机构简图和运动简图
机构简图是用特定的构件和运动副符号表示机构的一种简 化示意图，仅表示机构运动传递情况和结构特征。
2.2.2 运动副和构件的表示方法
1. 运动副的表示方法
机构运动简图中运动副表示方法如图2-7所示。 其中，图 2-7(a) 表示由两个可动构件组成的转动副；图2-7(b) 和图2-7(c) 表示两个构件中有一个构件是固定的转动副，画有斜线的构 件代表固定构件；
① 被连接件上点的轨迹与机构上连接点的轨迹重 合时，这种连接将出现虚约束，如图2-17所示。
图2-17 机车车轮联动机构
② 两个构件组成多个移动副其导路互相平行(或 重合) 时，只有一个移动副起约束作用，其余都 是虚约束，如图2-18所示。
(a) 导路平行虚约束
(b) 导路重合虚约束
图2-18 导路相互平行或重合的虚约束
图2-7 运动副表示方法
图2-7(d) 至图2-7(i) 表示两个构件组成的移动副；图2-7(j) 表示两个构件组成的高副，画高副简图时应画出两构件接触处 的曲线轮廓。
l
构件实际长度 / m 构件图样长度 / mm
2.3 平面机构的自由度
如前所述，机构的各构件之间应 具有确定的相对运动。为了使组合起 来的构件能产生确定的相对运动，有 必要探讨机构的自由度及机构具有确 定运动的条件。
2.3.1 自由度和约束
2.2 平面机构的运动简图
2.2.1 平面机构简图和运动简图
机构简图是用特定的构件和运动副符号表示机构的一种简 化示意图，仅表示机构运动传递情况和结构特征。
2.2.2 运动副和构件的表示方法
1. 运动副的表示方法
机构运动简图中运动副表示方法如图2-7所示。 其中，图 2-7(a) 表示由两个可动构件组成的转动副；图2-7(b) 和图2-7(c) 表示两个构件中有一个构件是固定的转动副，画有斜线的构 件代表固定构件；
① 被连接件上点的轨迹与机构上连接点的轨迹重 合时，这种连接将出现虚约束，如图2-17所示。
图2-17 机车车轮联动机构
② 两个构件组成多个移动副其导路互相平行(或 重合) 时，只有一个移动副起约束作用，其余都 是虚约束，如图2-18所示。
(a) 导路平行虚约束
(b) 导路重合虚约束
图2-18 导路相互平行或重合的虚约束
图2-7 运动副表示方法
图2-7(d) 至图2-7(i) 表示两个构件组成的移动副；图2-7(j) 表示两个构件组成的高副，画高副简图时应画出两构件接触处 的曲线轮廓。
机械原理第二章2-1
B B
2
1
A
这五种简图 是等价的:
1
A
1
A B
2
B
2
1
A
B
2
1
A
2
平面高副的表示
在简图中应当画出两构件在接触处的曲线轮 廓。但曲率中心的位臵必须与构件实际轮廓曲率中 心的位臵一致。
凸轮副
3 2 1
齿轮副
应按比例真实地画出两构件接 触处的曲线轮廓,即凸轮实际 廓线和从动件末端的轮廓。
齿轮副用两个相切的点 划线圆表示，可以在啮 合处添加两齿廓。
蜗杆蜗轮机构
Worm and Worm Gear Mechanism Worm and Worm Gear Drive Chain Drive
某些常用机构的表示
棘轮机构
Ratchet Mechanism Ratchet
Mechanism
Inner-meshed Cylindrical Gear Drive
运动链的分类
闭式运动链
如果运动链中各构件构成了首尾封闭的系 统，则称为闭式运动链。 如果运动链中的每一构件都至少包含两个 运动副,该运动链为闭式运动链. 3 2 1 4 2 3 1 4
运动链的分类
开式运动链
如果运动链中各构件未构成首尾封闭的系 统，则称为开式运动链。 如果运动链中的一个或多个构件仅有一个运 动副元素,该运动链为开式运动链。
2
1
A
这五种简图 是等价的:
1
A
1
A B
2
B
2
1
A
B
2
1
A
2
平面高副的表示
在简图中应当画出两构件在接触处的曲线轮 廓。但曲率中心的位臵必须与构件实际轮廓曲率中 心的位臵一致。
凸轮副
3 2 1
齿轮副
应按比例真实地画出两构件接 触处的曲线轮廓,即凸轮实际 廓线和从动件末端的轮廓。
齿轮副用两个相切的点 划线圆表示，可以在啮 合处添加两齿廓。
蜗杆蜗轮机构
Worm and Worm Gear Mechanism Worm and Worm Gear Drive Chain Drive
某些常用机构的表示
棘轮机构
Ratchet Mechanism Ratchet
Mechanism
Inner-meshed Cylindrical Gear Drive
运动链的分类
闭式运动链
如果运动链中各构件构成了首尾封闭的系 统，则称为闭式运动链。 如果运动链中的每一构件都至少包含两个 运动副,该运动链为闭式运动链. 3 2 1 4 2 3 1 4
运动链的分类
开式运动链
如果运动链中各构件未构成首尾封闭的系 统，则称为开式运动链。 如果运动链中的一个或多个构件仅有一个运 动副元素,该运动链为开式运动链。
机械原理课件第二章
◆ 机构示意图
机构的示意图：指为了表明机构结构状况, 不要求严格 地按比例而绘制的简图。
◆ 常用运动副和构件的表示方法
◆ 画机构运动简图的方法
例题二、图示为一冲床。绕固定中心A转动的菱形盘1为 原动件，与滑块2在B点铰接，滑块2推动拨叉3绕固定轴 C转动，拨叉3与圆盘4为同一构件，当圆盘4转动时，通 过连杆5使冲头6实现冲压运动。试绘制其机构运动简图。 分析： C 绘制简图： D 4 3 A
§2-6 计算机构自由度应注意的事项（续）
小结
◆ 复合铰链 存在于转动副处 正确处理方法：复合铰链处有m个构件 则有(m-1)个转动副
◆局部自由度
常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦 变成滚动摩擦所增加的滚子处。
正确处理方法：计算自由度时将局部自 由度减去。
◆ 虚约束
存在于特定的几何条件或结构条件下。 正确处理方法：将引起虚约束的构件和 运动副除去不计。
F=3n-(2 pl + ph)=3n-2 pl - ph
◆自由度计算实例分析
四杆机构 五杆机构
F=3n-2 pl – ph =3×3 - 2×4-0=1
F=3n-2 Pl – Ph =3×4 - 2×5-0=2
计算下列机构的自由度并分析其运动
n=2, PL=3, PH=0 F=3n－2PL－PH
计算机构自由度典型例题分析
《机械基础知识》PPT课件
二、机械设计的基本要求
1.满足使用要求
所设计的机械要有效的完成人们预期 的目的，包括执行装置的可能性和可靠 性。
2.满足经济性的要求
机械要力求结构简单，具有良好的结 构工艺性能，使用中效率高，消耗低。
3.满足可靠性要求
应能保证在规定的使用寿命期限内，零 件不发生断裂、磨损等各种形式的失效。
要满足可靠性要求，就要进行强度、 刚度和寿命的计算。
2）执行装置
是处于整个传动路线的终端，按照 工艺要求完成确定的运动，是直接完 成机械功能的部分。
3）传动装置
是介于驱动装置和执行装置之间，将 原动机的运动和动力传递给执行装置， 并实现运动速度和运动形式的转换。
4）控制装置
其作用是控制机械各部分的运动，可以 是手柄、按钮式的简单装置或电路、也可 以是自动化控制系统。
（4）圆柱齿轮传动的基本型式
为外啮合直齿圆柱齿轮传动机构， 可演化为斜齿圆柱齿轮机构、人字齿 圆柱齿轮传动机构
（5）圆锥齿轮传动的基本型式
为外啮合直齿圆锥齿轮传动机构
（6）蜗杆传动机构基本型式
（7）直动、摆动从动件平面凸轮机构的基本型
直动：是指直动对心尖底从动件平面凸轮机构
可演化为：滚子从动件、平底从动件、偏置从动件
（1）全转动副四杆机构的基本型式
为曲柄摇杆机构，可演化为： 双曲柄机构、双摇杆机构
机械原理平面机构运动简图PPT课件
固定铰链——其中一个构件是固定的。 活动铰链——两构件都是活动的。
（2）移动副：组成运动副的两构件只能沿某一直线作相 对移动。
2.高副 ——两构件通过点、线接触组成的运动副。
高副的承载能力差，但能传递较复杂的运动。
空间运动副：
球面副
螺旋副
二、构件的分类 按运动性质，构件分为： 1.固定件（机架） 用来支乘活动构件的构件，相对于参考系是静止不动的 2.原动件（主动件） 动力所作用的构件，其运动规律已知的活动构件。 3.从动件（输出构件） 随主动件运动而运动的其余构件。
例：图示为简易冲床设计方案，画出机构运动简图并分析 其能否运动，设法改正错误。
解：绘制简图
a
b
计算自由度 n=3，PL=4，PH=1。 F=3n－2PL－PH =3×3－2×4－1 = 0
修改，使F=1
方案1：在机构的适当a 位置增加一个活动构件b 和一个低副
图2.12 颚式破碎机构
图2.13 对应的机构运动简图
例：绘制机构运动简图。
.
21
例：绘制冲床机构的运动简图。
§2-3 平面机构的自由度
一、机构的自由度
1.自由度及约束
自由度——机构或构 件所具有的独立运动参数的 数目。
约束——对独立运动的 限制。 一个作平面运动的 自由构件具有三个 自由度。
§2-1 运动副及其分类
（2）移动副：组成运动副的两构件只能沿某一直线作相 对移动。
2.高副 ——两构件通过点、线接触组成的运动副。
高副的承载能力差，但能传递较复杂的运动。
空间运动副：
球面副
螺旋副
二、构件的分类 按运动性质，构件分为： 1.固定件（机架） 用来支乘活动构件的构件，相对于参考系是静止不动的 2.原动件（主动件） 动力所作用的构件，其运动规律已知的活动构件。 3.从动件（输出构件） 随主动件运动而运动的其余构件。
例：图示为简易冲床设计方案，画出机构运动简图并分析 其能否运动，设法改正错误。
解：绘制简图
a
b
计算自由度 n=3，PL=4，PH=1。 F=3n－2PL－PH =3×3－2×4－1 = 0
修改，使F=1
方案1：在机构的适当a 位置增加一个活动构件b 和一个低副
图2.12 颚式破碎机构
图2.13 对应的机构运动简图
例：绘制机构运动简图。
.
21
例：绘制冲床机构的运动简图。
§2-3 平面机构的自由度
一、机构的自由度
1.自由度及约束
自由度——机构或构 件所具有的独立运动参数的 数目。
约束——对独立运动的 限制。 一个作平面运动的 自由构件具有三个 自由度。
§2-1 运动副及其分类
机械系统运动方案分析
摆动从动件
直动从动件
对心移动从动件 偏置移动从动件
三、机械系统运动方案及表示方法
齿轮机构
外啮合直齿轮 内啮合直齿轮 齿轮齿条传动
三、机械系统运动方案及表示方法
圆锥齿轮传动
弧型齿圆锥齿轮
交错轴斜齿圆柱齿轮
蜗杆蜗轮传动
三、机械系统运动方案及表示方法
三、机械系统运动方案及表示方法
不完全齿轮机构
螺旋机构
机架 原动件
5.机构
2
从动件
2 3
从动件
1
4
空间铰链四杆机构
二、机构运动简图
在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘出其机构 运动方案简图。 机构运动简图：根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出 各运动副的位置，采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的 表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形。 机构示意图：不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况的 简图。
构件2
O
构件1
x
z 用运动副连接后，彼此的相对 运动受到某些约束.
常用的运动副
华农 转动副 移动副 齿轮副
滚轮副
圆柱副 凸轮副 螺旋副
球面副
球销副
转动副
3. 运动副分类
华农
运动副还可分为平面运动副与空间运动副两类。
4. 运动链
用运动副连接而成的相对可动的构件系统。
机械原理课件第二章
（2） Ⅲ级杆组：由四个构件，六个低副组成的基本杆组，且 都含有一个具有三个低副 的构件。 图
n 4, P 6 3、架机而构构的成组的成。原例理：任何L 机构都可以看做是由若干个基本杆组依次联接于原动件和机
第四节 机构结构分析及机构分类（5） 三、机构的结构分析和分类（分解或称拆杆组）
1、正确计算机构的自由度，去除局部自由度和虚约束。 2、从远离原动件的构件开始拆杆组，先拆Ⅱ级组，若不
本章小结
1．机构是具有确定运动的构件的组合体； 2．运动副是两构件之间的可动联接；
3．运动副分为： 平面运动副 ：低副：转动副 移动副 高副 空间运动副
4．机构的独立运动称为机构的自由度，计算公式为
F=3n－2PL－PH
本章小结
5．计算自由度应注意的三个问题： （1）复合铰链； （2）局部自由度； （3）虚约束。 6．机构具有确定运动的条件是：自由度数等于
思考题：一、填空题
1、所有构件均在
运动的机构称为平面机构。
2、两个构件
接触，并且具有
动的联接，称为运动副。
3、两个构件通过面接触而组成的运动副为 副。
4、两构件以
（①点②线③面）相接触而组成的运动副为高副，
它引入了
（④1⑤2⑥3）个约束，还保留了
（⑦1
⑧2⑨3）个自由度。
5、由运动副联接组成的构件系统 是机构。
n 4, P 6 3、架机而构构的成组的成。原例理：任何L 机构都可以看做是由若干个基本杆组依次联接于原动件和机
第四节 机构结构分析及机构分类（5） 三、机构的结构分析和分类（分解或称拆杆组）
1、正确计算机构的自由度，去除局部自由度和虚约束。 2、从远离原动件的构件开始拆杆组，先拆Ⅱ级组，若不
本章小结
1．机构是具有确定运动的构件的组合体； 2．运动副是两构件之间的可动联接；
3．运动副分为： 平面运动副 ：低副：转动副 移动副 高副 空间运动副
4．机构的独立运动称为机构的自由度，计算公式为
F=3n－2PL－PH
本章小结
5．计算自由度应注意的三个问题： （1）复合铰链； （2）局部自由度； （3）虚约束。 6．机构具有确定运动的条件是：自由度数等于
思考题：一、填空题
1、所有构件均在
运动的机构称为平面机构。
2、两个构件
接触，并且具有
动的联接，称为运动副。
3、两个构件通过面接触而组成的运动副为 副。
4、两构件以
（①点②线③面）相接触而组成的运动副为高副，
它引入了
（④1⑤2⑥3）个约束，还保留了
（⑦1
⑧2⑨3）个自由度。
5、由运动副联接组成的构件系统 是机构。
第二章机械系统
所以，利用摩擦 阻力与粘滞阻力所消耗的功相等这一基 本原则来求取转化粘滞阻尼系数。
例如在一谐振中，要将库仑摩擦转换成粘滞摩擦，即 求其转化粘滞摩擦系数f，其谐振方程为：
粘滞阻尼所耗散的功为：
库仑摩擦里力为：
式中 μ——摩擦系数； P———止压力，
在一个谐振周期中摩擦力所消耗的功为：
四、减速齿轮传动链的基本物理量计算实例
∴
则Ⅱ轴上的转动惯量归算到Ⅰ轴上为J2’： 则Ⅲ轴上的转动惯量J3归算到Ⅰ轴上为J1’：
(二)质量的归算
图是机床进给系统中丝杆螺母副及工作台部分：T 是丝杠左端通过齿轮输入的转矩。ω和J分别为丝杆轴的 角速度和转动惯量。m是工作台质量。
丝杠轴上的动力方程为： 机床工作台进给传动系统
式中 T’——丝杠轴上的负载转矩。
齿差调隙式 1、4---螺母 2、3---内齿轮
（三）滚动螺旋机构的主要尺寸、精度及标 记
1、主要尺寸 P27 表2-4 2、滚动丝杠副的表柱法
螺纹旋向，右旋不标 检查项目标号 精度等级 负载滚珠总圈数 基本导程 公称直径 预紧方式(见各厂代号) 循环方式(见各厂代号) 外形结构特征(见各厂代号)
的时间。这时，制动力矩肘MB、等效负载力矩[ML]j、等 效摩擦阻力矩[Mf]j、装置的等效转动惯量Ji以及制动速度
是已知条件。制动动作开始后，总的制动力矩为
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第二章机械系统及机械运动简图
• 在任何一个机构中，必须有一个、也必须 只能有一个构件作机架；在可动构件中必须有 一个或几个构件为原动件。
•• 我们在研究分析现有机械和设计新机械 时，一般是先不考虑那些与运动无关的因素， 如构件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数 目以及运动副的具体结构，仅仅用简单的线条 和符号来代表构件和运动副，并按一定比例确 定各运动副的相对位置。这种表示机构中各构 件间相对运动关系的简单图形称为机构运动简 图。
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第二章机械系统及机械运动简图
•机械系统运动简图设计的步骤如下： •（1）功能分析：确定系统的总功能和进行 功能分解。根据机械系统的总功能要求和 工作性质来构思和选定机械系统的工作原 理、工艺动作过程及其功能原理。为了实 现总功能，按照不同的合不同的功能原理， 可以有多种实现方案，必须通过综合评价 选择最优方案。
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第二章机械系统及机械运动简图
•d.按运动状态分类：可以分为平 面运动副和空间运动副，凡是两 构件运动平面相互平行的运动副 称为平面运动副，而运动平面不 互相平行的称为空间运动副。如 前图中的螺旋副和球面副。
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第二章机械系统及机械运动简图
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•由于构成运动副的 两构件之间的相对 运动仅与运动副元 素的几何形状及接 触情况有关，所以 各种运动副常用规 定的简单符号来表 示，这些符号国家 已经制订有标准， 我们教材上的表就 是其中的一部分。
第二章机械系统及机械 运动简图
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2020/12/10
第二章机械系统及机械运动简图
•1．教学目标 •1．了解机构的组成，搞清运动副、运动链、 • 约束和自由度的概念； •2．能绘制常用平面机构的运动简图； •3．能计算平面机构的自由度； •4．平面机构具有确定运动的条件。 •2．教学重点和难点 •1）机构的运动简图的绘制 •2）平面机构的自由度的计算。 •3）机构自由度计算中有关虚约束的识别及处 理。
•⑵．确定机构的传动部分，即确定构件数、 运动副、类型和位置；
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第二章机械系统及机械运动简图
•⑶．确定机架，并选定多数机构的运动 平面作为绘制简图的投影面；
•⑷．选择合适的比例尺，用构件和运动 副的符号正确绘制出运动简图。 • 如果只是为了反映机械的机构组成 情况及其运动的传递方式，也可以不要 求严格地按照比例绘图，这样绘制的简 图称为机构运动示意图，这类图不能用 来对机构进行运动分析。
的运动示意图，这就是机械系统运动方案 图。
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第二章机械系统及机械运动简图
•（5）机构的尺度综合：根据原动件和各执 行构件运动协调配合的要求，考虑动力性 能的要求，确定机构中各构件的运动尺寸 或几何形状。 •（6）绘制机械系统运动简图：通过机构的 选型和机构的尺度综合，设计出完全复合 运动要求的传动机构和执行机构，按真实 尺寸绘制各机构的简图，这些机构的组合 系统简图就是机械系统的运动简图。
第二章机械系统及机械运动简图
3．运动链与机构
• 前面介绍了构件和运动副的概念， 下面我们给出运动链和机构的概念。 • 若干个构件通过运动副所构成的 相对可动的构件系统称为运动链。可 以分为两大类：如果运动链构成首末 封闭的系统，
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第二章机械系统及机械运动简图
•图2-5
•
ຫໍສະໝຸດ Baidu
如图中的a、b，我们称其为闭式运动
可绘制出机构运
动简图。最后标
出原动件的转动 方向。
•图 2－ 6
•由图可以看出，O、C在同一垂直线上。量取 OA=3mm，AB=25mm，BC=14mm，OC=22mm.
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第二章机械系统及机械运动简图
• •下面我们来看几种常见机构的运动分析情况。
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•活塞泵•
第二章机械系统及机械运动简图
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第二章机械系统及机械运动简图
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• 在机构 运动简图中， 运动副的表 示方法如表 2-1所示
第二章机械系统及机械运动简图
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•构件的 表示方 法如表 2-3所示
第二章机械系统及机械运动简图
• 由于机构运动简图具有和原机械相 同的运动特性，所以机构运动简图不仅 可以简明地表示一台复杂机器的传动原 理，还可以根据它进行机构的位移、速 度、加速度等运动和受力分析。 • 有时只要求定性地表达各构件的相 互关系，而不需要借助机构运动简图作 机构的运动分析，则在绘制简图时可以 不按比例绘制，这种简图称为机构示意 图。
动件曲轴2（构
件1为固装于曲
轴2上的飞轮）、
动颚板3、摆杆4、
机架5等4个构件
组成，固定颚板 6是固定安装在 机架上的。
•图 2－ 6
•曲轴2于机架5在O点构成转 动副（即飞轮的回转中心）；
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第二章机械系统及机械运动简图
•曲轴2与动颚板 3也构成转动副， 其轴心在A点 （即动颚板绕曲 轴的回转几何中 心）；摆杆4分 别与动颚板3和 机架5在B、C两 点构成转动副。 •其运动传递为：
•3．讲授方法：多媒体
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第二章机械系统及机械运动简图
第一节 机构的组成
•1．构件和零件 • 我们曾经说过，机构是由具 有确定运动的单元体组成的，是用 于传递运动和力或改变运动形式的 机械传动系统，这些运动单元体称 为构件。而组成构件的制造单元体 称为零件。
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第二章机械系统及机械运动简图
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第二章机械系统及机械运动简图
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•常用机构示 意图符号见 表2-2，机构 运动简图表 示法可以参 考GB4460-84
第二章机械系统及机械运动简图
•要特别注意：虽说我们提倡创新 精神和创造性，但是在绘制机构 运动简图时，符号一定要采用上 面所示的符号，这些符号都是行 业内通用的、大家都认识的符号， 不能想当然的来画，不能随意 “创造”。
•从机构运动学的观点来看，构件是机 构的基本组成单元，而机构则可以看作 是由若干个构件组合而成的构件组合体。 • 在本学科中，一般认为构件是刚 体或柔勒体（如皮带、钢丝绳等），而 不是液体或气体。
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第二章机械系统及机械运动简图
2．运动副及其分类
•1．运动副 • 我们已经看到，在机构中每一构件都以一 定方式与其它构件相互联接，这种使两构件直 接接触的可动联接称为运动副。如图2-2
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第二章机械系统及机械运动简图
•【例2-1】如图1-6所示为以颚式碎矿机。当曲 轴2绕其轴心O连续转动时，动颚板3作往复摆 动，从而将处于动颚板3和固定颚板6之间的矿 石7轧碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图。
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第二章机械系统及机械运动简图
•【解】
•（1）运动分析
•此碎矿机由原
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•图2-2
第二章机械系统及机械运动简图
• 如图中轴与轴承、滑块与导轨、轮齿与轮齿等都 构成运动副。而两构件直接接触构成运动副的部分称为 运动副元素。 • 为保证两构件恒处于接触状态，运动副应是结构 封闭或力封闭。至于组成运动副后，两构件能产生哪些 相对运动，与该运动副性质或该运动副所引入的约束有 关
链；如果运动链未构成首末封闭的系统，如
图中的c、d，我们称其为开式运动链。在各
种机械中，一般都采用闭链。
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第二章机械系统及机械运动简图
• 我们也可以根据各构件的运动平面 相互平行与否分为平面运动链和空间运 动链。 • 将运动链中的一个构件固定，并且 它的一个或几个运动构件作给定的独立 运动，其余构件随之作确定的运动，这 样运动链就成为机构。其中固定的构件 称为机架；作独立运动的构件称为原动 件（原动件上应标出运动箭头），而其 余的活动构件则称为从动件。
•b.按两构件的接触情况分类：凡两构件 以点或线接触构成的运动副称为高副，如 图所示。
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第二章机械系统及机械运动简图
• 凡两构件以面接触构成的运动副称为 低副，如图所示。
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第二章机械系统及机械运动简图
•c.按两构件的相对运动分类：可分为转动 副（铰链）、移动副、螺旋副和球面副
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第二章机械系统及机械运动简图
•（2）绘制机械系统运动循环图 •（3）执行机构选型：确定各执行构件的 运动参数和动力特性，选择合适的原动机， 选择或设计合适的执行机构。
•（4）绘制机械系统运动方案图：根据机 械系统的工作原理和执行构件的运动协调
配合要求及所选定的各执行机构，拟定机
构的组合方案，绘制从原动机到执行机构
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第二章机械系统及机械运动简图
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第二章机械系统及机械运动简图
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第二章机械系统及机械运动简图
• 机构运动简图必须与原机构具有完全 相同的运动特性，忽略对运动没有影响的尺 寸。只有这样我们才可以根据运动简图对机 构进行运动分析和受力分析。为了达到这一 要求，绘制运动简图要遵循以下步骤：
•⑴．根据机构的实际结构和运动情况，找 出机构的原动件（即作独立运动的构件）及 工作执行构件（即输出运动的构件）；
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•图2－1
•如图2-1所示。 •其中内燃机的 曲轴4为一个构 件，连杆3也是 一个构件。但 曲轴只有一个 零件，而连杆 则包括多个零 件，其各个零 件之间没有相 对运动，在机 构运动过程中 是一个整体。
第二章机械系统及机械运动简图
• 所以，构件可以由一个或多个零件组 成，是由若干个零件相互固结在一起的运动 单元体。
第二章机械系统及机械运动简图
第二节 机构运动简图
• 任何一个机构都是有若干构件组成， 这些构件可以分为三类：原动件、机架 （即固定件）、从动件。将机构中作用有 驱动力或力矩的构件称为原动件，有时也 可以把运动规律已知的构架称为原动件； 机构中固结于参考系的构件称为机架，机 构中除了原动件和机架以外的构件通称为 从动件。
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第二章机械系统及机械运动简图
•机械运动简图的设计包括两个方面：
•1）型综合，又称机械系统的运动方案设 计，它是按工艺动作要求选择机构形式 或把几个机构组成一个机构系统；
•2）尺度综合，又称机械系统运动简图的 尺度设计，它是按初步确定的机械系统 运动方案，根据各执行构件运动规律和 动作的协调配合要求，确定各构件的运 动尺寸或几何形状（如凸轮廓线）。
•电机 •皮带
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•曲轴
•图 2－ 6
•动颚 板
•摆杆
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•图 2－ 6
• 所以，其机 构原动件为曲轴， 从动件为摆杆、 构件3、机架5共 同构成曲柄摇杆 机构。
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•（2）按图量取 尺寸，选取合适 的比例尺，确定O、 A、B、C四个转 动副的位置，即
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第二章机械系统及机械运动简图
• 当一个构件与另一个构件组成 运动副以后，由于构件间的直接接 触，使构件的某些独立运动受到限 制，构件的自由度便随之减少。这 种对构件独立运动的限制称为约束。
十分明显，作平面运动或空间运动 的构件其约束不能超过2个或5个，
否则构件就不可能产生相对运动。
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第二章机械系统及机械运动简图
• 不同的运动副对构件的自由度的约束是不同 的，按不同的分类方法有以下几种：
•a.按引进的约束数目分类：引进一个约束的运动 副称为Ⅰ级副，引进两个约束的运动副称为Ⅱ级 副，依次我们有Ⅲ级副、Ⅳ级副、Ⅴ级副。
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•图1-2
第二章机械系统及机械运动简图
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•图 2-2
第二章机械系统及机械运动简图
•2．运动副分类 • 由理论力学知识可以知道，作平面运 动的构件可有三个独立运动，既x、y轴方 向的移动和绕z轴的转动。而作空间运动 的构件有六个独立运动，即三个方向的移 动和三个转动。在本课程中，我们把构件 的独立运动数目称为构件的自由度。这样， 我们可以得到结论：平面运动的构件有 三个自由度，空间运动的构件有六个自 由度。
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第二章机械系统及机械运动简图
• 因此，我们可以说机构是由机架、 原动件和从动件组成的传递机械运动和 力的构件系统。
• 同样，可以根据各构件的运动平面 是否平行将机构分为平面机构和空间机 构。
• 在各种机器中，平面机构的应用特 别广泛，所以本章我们主要介绍平面机 构。
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