机械设计-机构简图
合集下载
机械设计基础平面机构的运动简图及自由度
归纳起来， 在下述场合中常出现虚约束：
（1） 运动轨迹重叠时， 如图2-16所示。
(2) 两构件同步在几处接触而构成多种移动副，且各移动副 旳导路相互平行时，其中只有一种起约束作用，其他都是虚约 束，如图2-15。
(3) 两构件同步在几处配合而构成几种回转副，且各回转副 轴线相互重叠时，这时只有一种回转副起约束作用，其他都是 虚约束。例如回转轴一般都有两个或两个以上同心轴承支持， 但计算时只取一种。
F=3n-2pL-pH=3×3-2×4-0=1
此成果与实际情况一致。
图2-15 机构中旳虚约束（两构件同步在几处接触
而构成多种移动副，且各移动副旳导路相互平行）
图2-16(a)、(b)所示为机车车轮联动装置和机构运动简图。图 中旳构件长度为lAB=lCD=lEF, lBC=lAD, lCE=lDF。该机构旳自 由度为
假如一种平面机构有N个构件，其中必有一种构件是机架( 固定件)，该构件受到三个约束而自由度自然为零。此时，机构 旳活动构件数为n＝N－1。显然，这些活动构件在未连接构成 运动副之前总共应具有3n个自由度。而当这些构件用运动副联 接起来构成机构之后，其自由度数即随之降低。若机构中共有 pL个低副和pH个高副，则这些运动副引入旳约束总数为 2pL+pH。 所以，用活动构件总旳自由度数减去运动副引入旳约 束总数就是机构旳自由度数。机构旳自由度用F表达，即:
件作为机架，运动链相对机架旳自由度必须不小于零，且 原动件数目等于运动链旳自由度数。
图2-12 刚性桁架
对于图2-12所示旳构件组合， 其自由度为
F 2n 2 pL pH 3 2 2 3 0 0
计算成果F＝0，阐明该构件组合中全部活动构件旳总自由度数 与运动副所引入旳约束总数相等，各构件间无任何相对运动旳 可能，它们与机架(固定件)构成了一种刚性桁架，因而也就不 称其为机构。但它在机构中，可作为一种构件处理。
机构运动简图的绘制机械设计基础
机构中视作固 定不动的构件。 已给定运动规律的活 动构件，即直接接受 能源或最先接受能源 作用有驱动力或力矩 的构件。 5 4 3 2 1
以单缸内燃机为例
6 7
8
随原动件运动而 运动的其余活动 构件。
10 9
任务实施
观看内燃机工作过程
任务实施
以单缸内燃机为例
②由原动件开始，按照各构 件之间运动传递路线，依次 分析构件间的相对运动形式， 从而确定运动副的类型和数 目。
要在原机构上实际 测量机构的运动尺 寸得到。
转动副的中心位置、移动 副的导路方位及高副接触 点的位置等。
任务实施
合理选择原动件的瞬间位置
A
1 4 1
以 单 缸 内 燃 机 为 例
3
7
B
2
E C D
8 9
10
标注比例尺和运动尺寸
实作练习
绘制缝纫机 踏板机构运动简图
任务总结
机构运动简图的绘制步骤:
任务实施
以单缸内燃机为例
③选择适当的投影面，以 便清楚地表达各构件间的 运动关系。通常选择与大 多数构件运动平行的平面 作为投影面。
任务实施
构件实际尺寸 ④选择适当的比例尺 μ L （单位：m/mm 构件图样尺寸
或mm/mm），按照各运动副间的距离和相对位置，从
原动件开始，以规定的线条和符号绘出机构运动简图。
机构运动简图的绘制
——机械设计基础
主讲教师
王雪艳
任务导入
运动副的性质与其具体构造无关！
图中几个结构由哪种类型的运动副联接而成 ?
任务导入
机构的运动与其真实外形及运动副的具体构造无关！
内燃机
挖掘机
抽油机
任务导入
以单缸内燃机为例
6 7
8
随原动件运动而 运动的其余活动 构件。
10 9
任务实施
观看内燃机工作过程
任务实施
以单缸内燃机为例
②由原动件开始，按照各构 件之间运动传递路线，依次 分析构件间的相对运动形式， 从而确定运动副的类型和数 目。
要在原机构上实际 测量机构的运动尺 寸得到。
转动副的中心位置、移动 副的导路方位及高副接触 点的位置等。
任务实施
合理选择原动件的瞬间位置
A
1 4 1
以 单 缸 内 燃 机 为 例
3
7
B
2
E C D
8 9
10
标注比例尺和运动尺寸
实作练习
绘制缝纫机 踏板机构运动简图
任务总结
机构运动简图的绘制步骤:
任务实施
以单缸内燃机为例
③选择适当的投影面，以 便清楚地表达各构件间的 运动关系。通常选择与大 多数构件运动平行的平面 作为投影面。
任务实施
构件实际尺寸 ④选择适当的比例尺 μ L （单位：m/mm 构件图样尺寸
或mm/mm），按照各运动副间的距离和相对位置，从
原动件开始，以规定的线条和符号绘出机构运动简图。
机构运动简图的绘制
——机械设计基础
主讲教师
王雪艳
任务导入
运动副的性质与其具体构造无关！
图中几个结构由哪种类型的运动副联接而成 ?
任务导入
机构的运动与其真实外形及运动副的具体构造无关！
内燃机
挖掘机
抽油机
任务导入
机械设计-机构简图
机械设计-机构简图1. 引言机械设计作为工程领域中的重要分支，旨在研究和实现各种机械结构的设计与优化。
对于任何一项机械设计项目而言，机构设计是其中的核心环节。
机构简图作为机构设计的重要产物之一，扮演着重要的角色。
本文将介绍机构简图的概念、作用及其在机械设计中的应用。
2. 机构简图的概念机构简图是指将机械结构的构件按照一定的规则和准则进行简化和编码，用特定的符号和线条在图纸上绘制出来的图形。
它展示了机构结构的基本组成、连接关系以及相对运动关系等信息。
3. 机构简图的作用机构简图在机械设计中具有以下重要作用：3.1 传递设计意图机构简图以直观的方式呈现机构的主要构件和组装方式，能够直观地传递设计意图。
通过简图，设计人员能够向制造人员和使用者明确地传达设计要求，确保设计目标的一致性。
3.2 明确结构关系通过机构简图，设计人员可以清晰地看到机构中各个构件之间的连接关系和相对运动方式。
这有助于理解机构的功能和特点，并为后续的设计与分析工作提供基础。
3.3 辅助设计优化机构简图在机械设计的优化过程中起到了至关重要的辅助作用。
通过简图，设计人员可以直观地比较不同设计方案之间的差异，识别潜在的问题，并进行必要的调整和改进。
3.4 维护和更新机构简图还具有维护和更新的作用。
随着机构设计的变化和发展，简图可以方便地进行修改和更新，保证设计文档的准确性和一致性。
4. 机构简图的绘制规则和要求为了确保机构简图的准确性和可读性，需要遵循一定的绘制规则和要求：4.1 符号和线条在机构简图中，应使用统一的符号和线条来表示不同的构件和连接方式，以确保图纸的一致性和易读性。
常用的符号和线条包括实线、虚线、箭头、代表构件的符号等。
4.2 比例和尺寸机构简图应按照一定的比例绘制，以确保图纸的准确性。
图纸中的尺寸应与实际构件的尺寸保持一致，并标明相应的尺寸标注。
4.3 标注和说明机构简图应包含必要的标注和说明，以确保图纸的可读性和理解性。
机械设计基础第章运动简图
平面高副
两构件通过点或线接触组成的运动副称
为高副。 图1-3a)中的车轮与钢轨、图b)中凸轮
与从动件、图c)中轮齿1与轮齿2分别在
接触点处组成高副。
第四页，编辑于星期五：十一点 三十七分。
§1-2 机械系统的运动简图设计
实际构件的外形和结构往往很复杂，在 研究机械运动时，为简化问题，有必要撇开 那些与运动无关的构件外形和运动副的具体 构造，仅用简单线条和规定符号来表示构件 和运动副，并按比例定出各运动副的位置。 这种说明机构各构件间相对运动关系的简化 图形，称为机构运动简图。
= 3×2-2×2-1=1
第二十五页，编辑于星期五：十一点 三十七分。
局部自由度
局部自由度 — 与输出构件运动无关的 自由度。
不难看出，在这个机构中，无论滚子是否 转动或转动快慢，滚子中心的运动规律 (即输出构件的运动规律)都不会受到影响。
可设想将滚子与推杆（输出构件）焊成 一体(转动副也随之消失)。
第九页，编辑于星期五：十一点 三十七分。
例：试绘制内燃机的机构运动简图
解：1）分析运动，确定构件的
类型和数量
进气阀3
2）确定运动副的类型和数
目
3）选取比例尺，根据机
构运动尺寸，定出各运动副间的 相对位置
活塞2 顶杆8 连杆5
曲轴6
4）画出各运动副和机构 符号，并表示出各构件
齿轮 10
排气阀 4气缸体 1
第三十页，编辑于星期五：十一点 三十七分。
例3：牛头刨床主体机构
F=3n－2Pl －Ph =3×6－2×8－1=1
第三十一页，编辑于星期五：十一点 三十七分。
小结
第三十二页，编辑于星期五：十一点 三十七分。
机械设计平面机构自由度及简图
•例3-2： 试求右图平面四杆机构的自由度。
解：机构中共有3个活动构件，4个低副（转动副）， 即n=3，PL=4，PH=0，根据式（3-1）求得机构的自由度 F=3n-2PL-PH =3×3-2×4-0=1
2
原动件数=机构自由度
当Ｆ＝原动件的数目→机构有确定运动 (F=0不动；多于不确定;少于破坏）
4）确定比例尺，
μ
实际尺寸（mm） 图上尺寸（mm）
5）用规定的符号和线条绘制成间图。（从原动件开始画）
例5
§3-3 平面机构的自由度及其具有确定运动的条件
一、 平面机构的自由度的计算 ➢计算机构自由度（设n个活动构件，PL个低副，PH个高副）：
F=3n-2PL-PH （3-1）
说明：n个活动构件（不包括机架）共有3n个自由度，当用PL个低副和机架相联组成机构后， 便受到2PL个约束（每个低副提供两个约束，1个自由度）； PH个高副受到PH个约束（提供一 个约束，2个自由度）。
解： F 3 7 210 0 1
（2）局部自由度
➢ 与输出件运动无关的自由度称局部自由度。 （无论“滚子3”转与不转，都不影响“推杆2”的运动）。
4
D
2
C
3
B 1
A
4
D
2
B 1
A
F= 3×3−2×3−1=2 F= 3×2−2×2−1=1
（3）虚约束：
➢在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是重复的，这种 不起独立限制作用的约束称为虚约束。 (虚约束虽然对运动不起作用，但可以增加构件的刚性) 例3-7：试求下图大筛子机构的自由度。
（三）机构
• 机构是由构件通过运动副连接而成的 • 原动件：按给定运动规律独立运动的构件 • 从动件：其余的活动构件 • 机 架：固定不动的构件
机械设计基础第四章平面机构运动简图及自由度
2) 2) F≥1时，原动件数大于机构自由度，机构遭到 破坏；原动件数小于机构自由度，机构运动不确定。 只有当原动件数目等于机构自由度数时，机构才有 确定的运动。
三、计算机构自由度时应注意的几种情况
1）复合铰链
由三个或三个以上构件组成的轴线重合的转动副称为复合铰链。
由m个构件组成的复合铰链应含有(m-1)个转动副。
两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些约束。每个 低副引入两个约束，每个高副引入一个约束。
设某平面机构，除机架外共有n个活动构件，又有pL个 低副和pH个高副，根据自由构件的自由度、运动副引入 的约束，活动构件之间的关系，可以得出平面机构自由 度的计算公式如下：
平面机构的自由度 F = 3n - 2PL – PH
一、构件及其自由度
一个自由构件作平面运动时， 具有三个独立运动；沿x轴和y轴 的移动以及绕垂直于xOy平面内 任一点A转动。
一个作平面运动的自由构件 具有三个自由度。
二、运动副与约束
运动副：机构中两构件直接接触的可动联接。
运动副元素：两构件上参加接触而构成运动的部分， 如点、线、面。 约 束：两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受 到某些限制。
b.两构件上某两点间 的距离在运动过程中 始终保持不变时；
c.联接构件与被联接 构件上联接点的轨迹 重合时；
虚约束经常发生的场合：
d.机构中对运动不起作用的对称部分。
e.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副.
采用虚约束是为了改善构件的受力情况； 传递较大功率；或满足某种特殊需要。
例题1
n=8 Pl=11 Ph=1 F=1
§4.2.2 平面机构运动简图
机构运动简图是用规定的运动副符号及代表构件的线条来表 示机构的运动特性，并按一定的比例画成的简单图形。并利 用机构运动简图对机构进行结构、运动和动力等分析。
三、计算机构自由度时应注意的几种情况
1）复合铰链
由三个或三个以上构件组成的轴线重合的转动副称为复合铰链。
由m个构件组成的复合铰链应含有(m-1)个转动副。
两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些约束。每个 低副引入两个约束，每个高副引入一个约束。
设某平面机构，除机架外共有n个活动构件，又有pL个 低副和pH个高副，根据自由构件的自由度、运动副引入 的约束，活动构件之间的关系，可以得出平面机构自由 度的计算公式如下：
平面机构的自由度 F = 3n - 2PL – PH
一、构件及其自由度
一个自由构件作平面运动时， 具有三个独立运动；沿x轴和y轴 的移动以及绕垂直于xOy平面内 任一点A转动。
一个作平面运动的自由构件 具有三个自由度。
二、运动副与约束
运动副：机构中两构件直接接触的可动联接。
运动副元素：两构件上参加接触而构成运动的部分， 如点、线、面。 约 束：两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受 到某些限制。
b.两构件上某两点间 的距离在运动过程中 始终保持不变时；
c.联接构件与被联接 构件上联接点的轨迹 重合时；
虚约束经常发生的场合：
d.机构中对运动不起作用的对称部分。
e.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副.
采用虚约束是为了改善构件的受力情况； 传递较大功率；或满足某种特殊需要。
例题1
n=8 Pl=11 Ph=1 F=1
§4.2.2 平面机构运动简图
机构运动简图是用规定的运动副符号及代表构件的线条来表 示机构的运动特性，并按一定的比例画成的简单图形。并利 用机构运动简图对机构进行结构、运动和动力等分析。
机械设计-运动副和平面机构运动简图
图4-1.1 点、线、面接触
运动副按两个构件的运动关系分为平面运动副和空间运动副；按其接触形式分为点、 线接触的高副和面接触的低副；按其相对运动形式分为转动副(回转副或铰链)、移动副、 螺旋副和球面副。
图4-1.1 点、线、面接触
在平面机构中，两个构件之间通过面 接触而组成的运动副称为低副。根据两个构 件之间的相对运动形式，低副又可分为转动 副和移动副。
运动副和平面机构运 动简图
01 转动副
运动副和平面 机构运动简图
02 移动副 03 齿轮副
04 凸轮副
05 平面机构运动简图
从运动的角度看，机器、机构是由 构件组成的，机器中做独立运动的单元 称为构件，各构件之间具有确定的相对 运动，如图中的构件1、2、3、4。这种 具有确定相对运动的连接叫做运动副， 1-2、2-3、3-4分别构成一个运动副。
例、绘制图4-11所示颚式破碎机的机构运动简图
(1)分析机构的组成及运动情况。偏心轴1跟带轮5 连成一体为主动件，动颚板2和肘板3为从动件， 定颚板和D 固定处为机架，该机构由机架和三个活 动构件组成。
(2)确定运动副的类型及其数目。偏心轴1与机架组 成转动副A；偏心轴1与动颚板2组成转动副B；肘 板3与动颚板2组成转动副C；肘板3与机架组成转 动副D。可见该机构共有四个转动副。
外啮合 圆柱齿 轮传动
图4-1.8 移动副的表示方法
2. 构件的表示方法
构件用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架，如图4-1.10所示。
图4-1.10 齿轮副和 凸轮副的 表示方法
3. 绘制平面机构运动简图的步骤
(1)分析机构的组成和运动情况。观察机构的运动情况，找出主动件、从动件和机架。从主 动件开始，沿着传动路线分析各构件间的相对运动关系，确定机构中构件的数目。 (2)确定运动副的类型及其数目。 (3)选择视图平面。 (4)选取适当的比例尺，绘制机构运动简图。 (5)从原动件开始，按传动顺序标出各构件的编号和运动副代号。在原动件上标出箭头表示 其运动方向。
运动副按两个构件的运动关系分为平面运动副和空间运动副；按其接触形式分为点、 线接触的高副和面接触的低副；按其相对运动形式分为转动副(回转副或铰链)、移动副、 螺旋副和球面副。
图4-1.1 点、线、面接触
在平面机构中，两个构件之间通过面 接触而组成的运动副称为低副。根据两个构 件之间的相对运动形式，低副又可分为转动 副和移动副。
运动副和平面机构运 动简图
01 转动副
运动副和平面 机构运动简图
02 移动副 03 齿轮副
04 凸轮副
05 平面机构运动简图
从运动的角度看，机器、机构是由 构件组成的，机器中做独立运动的单元 称为构件，各构件之间具有确定的相对 运动，如图中的构件1、2、3、4。这种 具有确定相对运动的连接叫做运动副， 1-2、2-3、3-4分别构成一个运动副。
例、绘制图4-11所示颚式破碎机的机构运动简图
(1)分析机构的组成及运动情况。偏心轴1跟带轮5 连成一体为主动件，动颚板2和肘板3为从动件， 定颚板和D 固定处为机架，该机构由机架和三个活 动构件组成。
(2)确定运动副的类型及其数目。偏心轴1与机架组 成转动副A；偏心轴1与动颚板2组成转动副B；肘 板3与动颚板2组成转动副C；肘板3与机架组成转 动副D。可见该机构共有四个转动副。
外啮合 圆柱齿 轮传动
图4-1.8 移动副的表示方法
2. 构件的表示方法
构件用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架，如图4-1.10所示。
图4-1.10 齿轮副和 凸轮副的 表示方法
3. 绘制平面机构运动简图的步骤
(1)分析机构的组成和运动情况。观察机构的运动情况，找出主动件、从动件和机架。从主 动件开始，沿着传动路线分析各构件间的相对运动关系，确定机构中构件的数目。 (2)确定运动副的类型及其数目。 (3)选择视图平面。 (4)选取适当的比例尺，绘制机构运动简图。 (5)从原动件开始，按传动顺序标出各构件的编号和运动副代号。在原动件上标出箭头表示 其运动方向。
机械设计基础-平面机构运动简图及自由度
该机构的自由度数F：
F=3n-2PL-PH
（1-1）
机械设计基础-平面机构运动简图 及自由度
式（1-1）就是平面机构自由度的 计算公式。由公式可知，机构自由度F 取决于活动构件的数目以及运动副的 性质和数目。
机构的自由度必须大于零，机构才 能够运动，否则成为桁架。
机械设计基础-平面机构运动简图 及自由度
图1-9 回转副约束 机械设计基础-平面机构运动简图 及自由度
2． 高副 如图1-10所示，只约束了沿接触
处公法线n-n方向移动的自由度，保 留绕接触处的转动和沿接触处公切线 t-t方向移动的两个自由度。
图1-10 高副约束 机械设计基础-平面机构运动简图 及自由度
结论：在平面机构中，
①每个低副引入两个约束，使机构失去 两个自由度；
例1-3 计算图1-6b）所示活塞泵自由度。
机械设计基础-平面机构运动简图 及自由度
解：除机架外，活塞泵有四个活动构件， n=4；
四个回转副和一个移动副共5个低副， PL=5； 一个高副，PH=1。
由式(1-1)得：
F=3n-2PL-PH=34-25-11=1
该机构的自由度等于1。
机械设计基础-平面机构运动简图 及自由度
例1-2 绘制图1-6a)所示活塞泵机构的运 动简图。
图1-6 活塞泵及其机构简图
机械设计基础-平面机构运动简图 及自由度
§1-3 平面机构的自由度
自由度是构件可能出现的独立运动。任何 一个构件在空间自由运动时皆有六个自由度。
它可表达为在直角坐标系内沿着三个坐标 轴的移动和绕三个坐标轴的转动。
而对于一个作平面运动的构件，则只有 三个自由度，如图1-7所示。即沿x轴和y轴移 动，以及在Oxy平面内的转动。
F=3n-2PL-PH
（1-1）
机械设计基础-平面机构运动简图 及自由度
式（1-1）就是平面机构自由度的 计算公式。由公式可知，机构自由度F 取决于活动构件的数目以及运动副的 性质和数目。
机构的自由度必须大于零，机构才 能够运动，否则成为桁架。
机械设计基础-平面机构运动简图 及自由度
图1-9 回转副约束 机械设计基础-平面机构运动简图 及自由度
2． 高副 如图1-10所示，只约束了沿接触
处公法线n-n方向移动的自由度，保 留绕接触处的转动和沿接触处公切线 t-t方向移动的两个自由度。
图1-10 高副约束 机械设计基础-平面机构运动简图 及自由度
结论：在平面机构中，
①每个低副引入两个约束，使机构失去 两个自由度；
例1-3 计算图1-6b）所示活塞泵自由度。
机械设计基础-平面机构运动简图 及自由度
解：除机架外，活塞泵有四个活动构件， n=4；
四个回转副和一个移动副共5个低副， PL=5； 一个高副，PH=1。
由式(1-1)得：
F=3n-2PL-PH=34-25-11=1
该机构的自由度等于1。
机械设计基础-平面机构运动简图 及自由度
例1-2 绘制图1-6a)所示活塞泵机构的运 动简图。
图1-6 活塞泵及其机构简图
机械设计基础-平面机构运动简图 及自由度
§1-3 平面机构的自由度
自由度是构件可能出现的独立运动。任何 一个构件在空间自由运动时皆有六个自由度。
它可表达为在直角坐标系内沿着三个坐标 轴的移动和绕三个坐标轴的转动。
而对于一个作平面运动的构件，则只有 三个自由度，如图1-7所示。即沿x轴和y轴移 动，以及在Oxy平面内的转动。
《机械设计基础》平面机构运动简图及自由度
一、铰链四杆机构
铰链四杆机构：以铰 链连接的四杆机构。 AD为机架，AB、DC为 连架杆，BC为连杆。
1、曲柄摇杆机构
曲柄：能做360°整周转动的连架杆。 摇杆：只能做小于360°摆动连架杆。
1为曲柄， 3为摇杆， 2为连杆， 4为机架。
2、双曲柄机构
两个连架杆均为曲柄（均可作整周转动）。
振动筛机构
例3-3
已知lBC=120mm,lCD=90mm,lAD=70mm,AD为机架。 (1)若该机构能成为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求lAB. (2)若该机构能成为双曲柄机构，求lAB. (3)若该机构能成为双摇杆机构，求lAB.
则lAB ≤40mm. (2) 有两种情况：lBC最长，或lAB最长；100mm ≤ lAB ≤140mm (3)有三种情况； Ⅰ、AB最短、BC最长 40mm＜ lAB ＜70mm
第二章
平面机构运动简图及 自由度
机构由构件组成． 平面机构:所有构件都在同一平面或相互 平行的平面内运动的机构．
二、运动副及其分类
运动副：两构件直接接触并能保持一定形 式相对连接。 如：活塞与缸体 ，活塞与连杆的连接。 不同的运动副对运动的影响不同。 运动副分类： 按接触形式分： 低副和高副。
1、低副
步骤：按给定K 算出 置几何关系 + 辅助条件 寸参数。 按极限位 确定机构尺
例：3-1 已知曲柄摇杆机构的摇杆CD的长度,摆 角 和行程速比系数K,设计该机构。
k 1 步骤:(1)求 : k 1 (2)任选D点,选比例,按CD长度和摆角， 作出摇杆的两极限位置C1D、C2D 。 （3）连接C1C2，并作C1C2的垂线C1M 。
本例 实质是确定曲柄转动中心A（有无穷多解）
机械设计-机构简图
机构简图的基本要素和表示方 法
机构简图包括以下基本要素：连杆、铰链、滑块、齿轮和链条等。
通过使用不同的符号和线条，可以简洁而准确地表示机构中各个组件之间的 连接方式和约束关系。
常见的机构简图类型
1 直线机构
2 曲柄摇杆机构
由连杆和滑块组成，用于将旋转运动转换 为直线运动。
由曲柄、连杆和摇杆组成，用于变换运动 的方向和幅度。
机械设计-机构简图
机构简图介绍了机械系统中各个组件之间的布局和连接方式，它对于设计和 分析机械系统具有重要的意义。
机构简图的定义和意义
机构简图是一种图形化的表示方法，用来描绘机械系统中的各个组件之间的空间关系和相互作用。 通过机构简图，设计师和工程师可以更好地理解机械系统的结构和运动，从而更好地进行系统设计和分 析。
3 传动效率
解决方法：优化齿轮和链条的设计，减小传动损失。
结论及要点
机械设计中的机构简图是一个重要的工具，它能够帮助工程师更好地理解和分析机械系统，提高设计的 效率和质量。 在进行机构简图设计时，需要考虑系统需求、合适的机构类型、组件连接方式以及常见问题的解决方法。
3 齿轮传动机构
4 链条传动机构
通过齿轮的啮合来实现不同速度和转矩的 传递。
通过链条的拉伸和收缩来实现运动的传递。
机构简图设计的步骤
1
确定系统需求
明确机械系统的功能和性能要求。
2
选择合适的机构类型
根据系统需求和可用资源选择最适合的机构类型。
3
设计机构连接
根据机构类型和空间要求，设计合理的组件连接方式。
机构简图的应用领域
汽车工程
用于引擎机构和悬挂系统的 设计和分析。
机械工业
用于机床、机器人和工业自 动化系统的设计和优化。
机械设计基础 平面机构的简图及其自由度
和数目 ¾ 选择视图平面和
原动件位置
¾ 绘制机构简图
机械设计基础 东华大学 唐林
24
4
2.2 平面机构运动简图
2.3 平面机构自由度
示例2
机械设计基础 东华大学 唐林
绘图步骤
1 平面机构自由度
¾ 明确机构的组成
¾ 分析机构的运动 ¾ 确定运动副种类
和数目 ¾ 选择视图平面和
原动件位置
¾ 绘制机构简图
B
C
虚约束
3
E
2
4
5
A
D
F
机械设计基础 东华大学 唐林
2.3 平面机构自由度
求解机构自由度时，应去除构成虚约束的 构件和运动副。
机构实际自由度 F = 3 × (4 −1) − 2 × (6 − 2) = 1
B
C
3
E
2
4
5
A
D
F
49
机械设计基础 东华大学 唐林
50
2.3 平面机构自由度
2.3.2 虚约束常出现的场合 1) 两个构件组成多个轴线重合的转动副
机械设计基础 东华大学 唐林
57
机械设计基础 东华大学 唐林
58
10
解计：算活图动示构“件机n构=”2自由度 F 低副 pL = 3 高副 pH = 0
机构自由度 F = 3n − 2 pL − pH = 3×2 − 2×3 − 0 = 0
F = 0 时： 3n = 2 pL+ pH
B 23 A 1C
B
A
C
活动构件自由度总数 运动副引入的约束数
35
机械设计基础 东华大学 唐林
结论
保留两个自由度 一个高副
原动件位置
¾ 绘制机构简图
机械设计基础 东华大学 唐林
24
4
2.2 平面机构运动简图
2.3 平面机构自由度
示例2
机械设计基础 东华大学 唐林
绘图步骤
1 平面机构自由度
¾ 明确机构的组成
¾ 分析机构的运动 ¾ 确定运动副种类
和数目 ¾ 选择视图平面和
原动件位置
¾ 绘制机构简图
B
C
虚约束
3
E
2
4
5
A
D
F
机械设计基础 东华大学 唐林
2.3 平面机构自由度
求解机构自由度时，应去除构成虚约束的 构件和运动副。
机构实际自由度 F = 3 × (4 −1) − 2 × (6 − 2) = 1
B
C
3
E
2
4
5
A
D
F
49
机械设计基础 东华大学 唐林
50
2.3 平面机构自由度
2.3.2 虚约束常出现的场合 1) 两个构件组成多个轴线重合的转动副
机械设计基础 东华大学 唐林
57
机械设计基础 东华大学 唐林
58
10
解计：算活图动示构“件机n构=”2自由度 F 低副 pL = 3 高副 pH = 0
机构自由度 F = 3n − 2 pL − pH = 3×2 − 2×3 − 0 = 0
F = 0 时： 3n = 2 pL+ pH
B 23 A 1C
B
A
C
活动构件自由度总数 运动副引入的约束数
35
机械设计基础 东华大学 唐林
结论
保留两个自由度 一个高副
机构运动简图的绘制机械设计基础
要点二
优化设计
通过机构运动简图，设计师可以分析机构的运动性能，发 现潜在的设计问题，并进行优化。例如，通过分析简图中 的运动干涉或运动死点等问题，改进机构的结构或运动方 式。
在机械原理中的应用
理论分析
机构运动简图是理解和分析机械原理的基础工具。通 过简图，可以清晰地表示机构的组成、运动传递路径 和运动特性，有助于深入理解各种机械原理，如连杆 机构、齿轮机构等。
确定机构的运动副和构件数
总结词
运动副是机构中的连接方式，构件数是构成机构的独立部分。
详细描述
在确定机构的运动副和构件数时，需要仔细分析机构的运动特性和结构组成。运动副的种类和数量决定了机构的 运动特性，而构件数是构成机构的基本单元，对机构的运动和结构有重要影响。
确定机构的运动形式和运动参数
总结词
测量或计算各构件的长度 、角度、半径等几何参数 。
根据构件的运动形式和功 能选择相应的图形符号。
根据实际运动情况，用线 条表示各构件之间的相对 位置和运动轨迹。
在简图中标注各构件之间 的相对尺寸、运动方向和 速度等参数。
符号与规定
符号
机构运动简图采用统一的图形符号来 表示各构件，如直线、圆、三角形等 。
机构运动简图能够直观地反映机构的 工作原理、运动传递过程以及各构件 之间的相对运动关系，是机械设计、 分析和优化的基础。
绘制步骤
01
02030405确定机构类型和 运动形式
确定各构件的几 何参数
选择合适的图形 符号表示…
按照实际运动关 标注必要的尺寸
系绘制各…
和运动参数
根据实际机械确定其机构 类型（如连杆机构、凸轮 机构等）和运动形式（如 转动、移动等）。
《机械设计基础》第1章 机构运动简图及自由度
F = 3× 4 − 2× 5 − 0 = 2
F = 3× 5 − 2× 7 − 0 = 1
关于虚约束的几点说明 机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的， 机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的， 如果这些几何条件不满足， 如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约 而使机构不能运动。 束，而使机构不能运动。 采用虚约束是为了:改善构件的受力情况；传递较 采用虚约束是为了:改善构件的受力情况； 大功率；或满足某种特殊需要。 大功率；或满足某种特殊需要。 在设计机械时， 在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束 则必须严格保证设计、加工、装配的精度， 时，则必须严格保证设计、加工、装配的精度，以 满足虚约束所需要的几何条件。 满足虚约束所需要的几何条件。
4.运动副符号及构件的表示（国标GB4460－84） 4.运动副符号及构件的表示（国标 运动副符号及构件的表示 －
转动副
移动副
高副（齿 高副（ 轮副、 轮副、凸轮 副）
２
杆、轴类构件 机架 同一构件
两副构件
三副构件
四、机构中构件的分类及组成
构件
固定构件 机架（ 机架（相对不 动的构件） 动的构件）
步骤： 步骤： 1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件 运转机械，搞清楚运动副的性质、 运转机械 数目； 数目； 2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平 测量各运动副之间的尺寸，选投影面（ 测量各运动副之间的尺寸 ），绘制示意图 绘制示意图。 面），绘制示意图。 3.按比例绘制运动简图。 按比例绘制运动简图。 按比例绘制运动简图 简图比例尺： 实际尺寸m 图上长度mm 简图比例尺：µ = 实际尺寸 / 图上长度 4.检验机构是否满足运动确定的条件。 检验机构是否满足运动确定的条件。 检验机构是否满足运动确定的条件 注意：画构件时应撇开构件的实际外形， 注意：画构件时应撇开构件的实际外形，而只考 虑运动副的性质。 虑运动副的性质
机构简图(参考)
第二章平面机构运动简图和自由度
21
注意：要明确三类构件
• 固定件（机架）：机架中只有一个为机架。 • 原动件：机构中有驱动力或已知运动规律 的构件。 • 从动件：除原动件以外的所有活动构件。
第二章平面机构运动简图和自由度
22
例2-1解：1）分析运动，确 定构件的类型和数量 2）确定运动副的类型 和数目 3）选择视图平面 4）选取比例尺，根 据机构运动尺寸，定出 各运动副间的相对位置 5）画出各运动副和机 构符号，并表示出各构 件
16
第二章平面机构运动简图和自由度
17
3. 移动副
两构件组成移动副，其导路必须与相对移动 方向一致。
第二章平面机构运动简图和自由度
18
4. 平面高副 两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构 件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其 全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。
第二章平面机构运动简图和自由度
第二章平面机构运动简图和自由度
42
(2) 两构件组成多个转动副，且轴线重合，只 有一个转动副起约束作用，其余为约束。
◆处理方法： 计算中只计入一个转动副。
第二章平面机构运动简图和自由度
43
(3) 两构件组成多处接触点公法线重合的高副， 只考虑一处高副。
2
1
◆处理方法：计算中只计入一处高副。
第二章平面机构运动简图和自由度
2
2.运动副元素：两构件直接接触而构成运动副的 点、线、面部分。 例如：轴与轴承间构成运动副，轴的外圆柱 面与轴承内孔为运动副元素。凸轮与滚子间构成 运动副，凸轮与滚子接触部分为运动副元素。
运动副元素 运动副元素
第二章平面机构运动简图和自由度
3
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机构的自由度）
主要内容：
1、平面机构的运动简图 2、平面机构的自由度精品计课算件
项目1：绘制内燃机的机构运动简图。
精品课件
项目2：绘制颚式破碎机的机构运动简图。
精品课件
我们引入一个新概念：
§3-2 运动副
定义： 机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，
构件的连接既要使两个构件直接接触，又能产生一定 的相对活动，
解：（1）运动分析 此碎矿机由原动件曲轴3、 动颚板4、摆杆5、 机架7等4个构件组成， 固定颚板6 是固定安装在机架上的。
由图量取
AB=3mm， BC=25mm， CD=14mm，
AD=22mm.
（2）曲轴3于机架7在A点构成转动副（即飞轮的回转中心）；
曲轴3与动颚板4也构成转动副，其轴心在B点（即动颚板绕曲 轴的回转几何中心）；
小批生 产试销
投产
阶 设计任务书 定出最佳方案 装配图零件图 样机评价
段
及其它技术文件 改进
考核工艺性 产品 收集用户意见 销售
1、产品规划 2、方案设计 3、技术设计 4、制造及试验
平面机构的结构分析能力目标：
1、将具体的机械抽象成简单的运动学模型——运动简图 2、判定机构是否具有确定的运动——自由度计算
精品课件
（GB4460-84 ）
精品课件
高副符号
精品课件
精品课件
精品课件
精品课件
第三章 平面机构的结构分析
§3-2 平面机构的运动简图
运动简图的定义、内容、作用 3.2.1 运动简图中运动副、一般构件、常用机构的表示方法 3.2.2 绘制机构运动简图的步骤
1）分清机架、主动件；
2）循着运动传递的路线；
第三章 平面机构的结构分析
3.1节大江一句话说：不论是设计机器还是维修机器， 我们都要将具体的机械抽象成简单的物理（运动学）模 型；才能更清晰地理解其工作原理，帮助我们制定设计 或维修方案。
能力目标：
1、将具体的机械抽象成简单的运动学模型 （会画机构运动简图）
2、判定机构是否具有确定的运动 （即一个装置是不是机构，方法技术就是计算
μL=实际长度／图示长度 ⑤ 按比例定出各运动副之间的相对位置，用规定符 号绘制机构运动简图。 ⑥ 各转动中心标以大写的英文字母，各构件标阿拉 伯字母，机构的原动件以箭头标明。
精品课件
精品课件
精品课件
抽油机
精品课件
机械设计的一般程序
目 标
市场调 研可行 性研究
原理方 案设计
技术设计
试制、试验
3）能充分反映机构的特性；
4）确定比例尺，用规定的符 精品课号件和线条绘制。
【例3-1】绘制图0-1所示内燃机的机构运动简图1。2 6
解 内燃机是由活塞2、连杆5、曲轴
5
6与气缸体1组成的曲柄滑块机构；
同曲轴固联的齿轮10，同凸轮轴7固 联的齿9与气虹体组成的齿轮机构；
凸轮7、进气阀顶杆8与气缸体组成 的凸轮机构。 气缸体1作为固定件，是机架； 燃气推动下的活塞2是原动件；其余 构件都是从动件。
精品课件
第三章 平面机构的结构分析
3.1.2 自由度和运动副约束
这种使两个构件直接接触并能产生一定的相对运动 的连接称为运动副。
要点：a）两个构件 b）直接接触 c）有相对运动 三个条件缺一不可。
精品课件
运动副：使两个构件直接接触并能产生一定的相对运动的连接。
构件上参与接触的部分是：点、线、面。
精品课件
§3-2 运动副
高副-点或线接触的运动副 按其接触形式分：
注意：画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑 运动副的性质。
低副构件的表示方法
精品课件
可以组成三个回转副的构件
精品课件
绘制机构运动简图的要点： ① 分析机构运动，找出机架、原动件与从动件。 ② 从原动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件 之间相对运动的性质，确定活动构件数目、运动副的 类型和数目。 ③ 合理选择视图平面，应选择能较好表示运动关系的 平面为视图平面。 ④ 选择合适的比例，
§3-2 平面机构的运动简图
运动简图的定义： 用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副
的相对位置，并能完全反映机构特征的简图。 运动简图的内容：
构件数目、运动副的数目和类型、构件联接关系、与 运动有关的尺寸、主动件及运动特性。 运动简图的作用：
表示机构的结构和运动情况； 机构运动分析和动力分析的依据。
8
10 9
7
精品课件
【例3-1】绘制图0-1所示内燃机的机构运动简图1。2 6
各构件之间的联接方式如下：
5
9和10齿轮啮合，构成高副；
凸轮7和推杆8之间构成高副；
凸轮7（齿轮9）和气缸体构成转动副；
曲轴（齿轮10）和气缸体1之间构成 转动副； 推杆8和气缸体1之间构成移动副； 活塞2和气缸体1之间构成移动副。
摆杆5分别与动颚板4和机架7在C、D两点构成转动副。
（3）其运动传递为：电机、皮带、曲轴、动颚板、摆杆。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。
（4）按图量取尺寸，选取合适的比例尺，确定A、B、C、D四个转动 副的位置，即可绘制出机构运精动品课简件图。最后标出原动件的转动方向。
精品课件
8
10 9
7
活塞连杆组
活塞2和连杆5小头， 连杆5和曲轴6，构成转动副。
精品课件
气环 油环 活塞销 活塞 连杆体 连杆螺栓
连杆轴瓦
连杆盖
215 6 8 7
精品课件
10 9
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之间的矿石轧碎 。试绘制此碎矿机的机构运动简图。
原动件：按给定已知运动规律独立运动的构件； 给机构提供原动力。
从动件：机构中其余活动构件。 其运动规律决定于原动件的运动规律和机构的 结构和构件的尺寸。
机构=机架+原动件+从动件
1个 1个或几个 精品若课件干
§3-3 平面机构的运动简图
• 机构运动简图与机械结构图的区别？ • 如何画机构简图？
精品课件
低副-面接触的运动副。 转动副（回转副或铰链） 移动副
精品课件
3.2.2 运动链与机构
运动链：多个构件用运动副联接构成的系统。 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。 机构：各构件间具有确定相对运动的运动链
精品课件
3.2.3 构件的分类
机架：机构中的固定构件； 一般机架相对地面固定不动。 如机床床身、车辆底盘、飞机机身等。
主要内容：
1、平面机构的运动简图 2、平面机构的自由度精品计课算件
项目1：绘制内燃机的机构运动简图。
精品课件
项目2：绘制颚式破碎机的机构运动简图。
精品课件
我们引入一个新概念：
§3-2 运动副
定义： 机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，
构件的连接既要使两个构件直接接触，又能产生一定 的相对活动，
解：（1）运动分析 此碎矿机由原动件曲轴3、 动颚板4、摆杆5、 机架7等4个构件组成， 固定颚板6 是固定安装在机架上的。
由图量取
AB=3mm， BC=25mm， CD=14mm，
AD=22mm.
（2）曲轴3于机架7在A点构成转动副（即飞轮的回转中心）；
曲轴3与动颚板4也构成转动副，其轴心在B点（即动颚板绕曲 轴的回转几何中心）；
小批生 产试销
投产
阶 设计任务书 定出最佳方案 装配图零件图 样机评价
段
及其它技术文件 改进
考核工艺性 产品 收集用户意见 销售
1、产品规划 2、方案设计 3、技术设计 4、制造及试验
平面机构的结构分析能力目标：
1、将具体的机械抽象成简单的运动学模型——运动简图 2、判定机构是否具有确定的运动——自由度计算
精品课件
（GB4460-84 ）
精品课件
高副符号
精品课件
精品课件
精品课件
精品课件
第三章 平面机构的结构分析
§3-2 平面机构的运动简图
运动简图的定义、内容、作用 3.2.1 运动简图中运动副、一般构件、常用机构的表示方法 3.2.2 绘制机构运动简图的步骤
1）分清机架、主动件；
2）循着运动传递的路线；
第三章 平面机构的结构分析
3.1节大江一句话说：不论是设计机器还是维修机器， 我们都要将具体的机械抽象成简单的物理（运动学）模 型；才能更清晰地理解其工作原理，帮助我们制定设计 或维修方案。
能力目标：
1、将具体的机械抽象成简单的运动学模型 （会画机构运动简图）
2、判定机构是否具有确定的运动 （即一个装置是不是机构，方法技术就是计算
μL=实际长度／图示长度 ⑤ 按比例定出各运动副之间的相对位置，用规定符 号绘制机构运动简图。 ⑥ 各转动中心标以大写的英文字母，各构件标阿拉 伯字母，机构的原动件以箭头标明。
精品课件
精品课件
精品课件
抽油机
精品课件
机械设计的一般程序
目 标
市场调 研可行 性研究
原理方 案设计
技术设计
试制、试验
3）能充分反映机构的特性；
4）确定比例尺，用规定的符 精品课号件和线条绘制。
【例3-1】绘制图0-1所示内燃机的机构运动简图1。2 6
解 内燃机是由活塞2、连杆5、曲轴
5
6与气缸体1组成的曲柄滑块机构；
同曲轴固联的齿轮10，同凸轮轴7固 联的齿9与气虹体组成的齿轮机构；
凸轮7、进气阀顶杆8与气缸体组成 的凸轮机构。 气缸体1作为固定件，是机架； 燃气推动下的活塞2是原动件；其余 构件都是从动件。
精品课件
第三章 平面机构的结构分析
3.1.2 自由度和运动副约束
这种使两个构件直接接触并能产生一定的相对运动 的连接称为运动副。
要点：a）两个构件 b）直接接触 c）有相对运动 三个条件缺一不可。
精品课件
运动副：使两个构件直接接触并能产生一定的相对运动的连接。
构件上参与接触的部分是：点、线、面。
精品课件
§3-2 运动副
高副-点或线接触的运动副 按其接触形式分：
注意：画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑 运动副的性质。
低副构件的表示方法
精品课件
可以组成三个回转副的构件
精品课件
绘制机构运动简图的要点： ① 分析机构运动，找出机架、原动件与从动件。 ② 从原动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件 之间相对运动的性质，确定活动构件数目、运动副的 类型和数目。 ③ 合理选择视图平面，应选择能较好表示运动关系的 平面为视图平面。 ④ 选择合适的比例，
§3-2 平面机构的运动简图
运动简图的定义： 用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副
的相对位置，并能完全反映机构特征的简图。 运动简图的内容：
构件数目、运动副的数目和类型、构件联接关系、与 运动有关的尺寸、主动件及运动特性。 运动简图的作用：
表示机构的结构和运动情况； 机构运动分析和动力分析的依据。
8
10 9
7
精品课件
【例3-1】绘制图0-1所示内燃机的机构运动简图1。2 6
各构件之间的联接方式如下：
5
9和10齿轮啮合，构成高副；
凸轮7和推杆8之间构成高副；
凸轮7（齿轮9）和气缸体构成转动副；
曲轴（齿轮10）和气缸体1之间构成 转动副； 推杆8和气缸体1之间构成移动副； 活塞2和气缸体1之间构成移动副。
摆杆5分别与动颚板4和机架7在C、D两点构成转动副。
（3）其运动传递为：电机、皮带、曲轴、动颚板、摆杆。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。
（4）按图量取尺寸，选取合适的比例尺，确定A、B、C、D四个转动 副的位置，即可绘制出机构运精动品课简件图。最后标出原动件的转动方向。
精品课件
8
10 9
7
活塞连杆组
活塞2和连杆5小头， 连杆5和曲轴6，构成转动副。
精品课件
气环 油环 活塞销 活塞 连杆体 连杆螺栓
连杆轴瓦
连杆盖
215 6 8 7
精品课件
10 9
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之间的矿石轧碎 。试绘制此碎矿机的机构运动简图。
原动件：按给定已知运动规律独立运动的构件； 给机构提供原动力。
从动件：机构中其余活动构件。 其运动规律决定于原动件的运动规律和机构的 结构和构件的尺寸。
机构=机架+原动件+从动件
1个 1个或几个 精品若课件干
§3-3 平面机构的运动简图
• 机构运动简图与机械结构图的区别？ • 如何画机构简图？
精品课件
低副-面接触的运动副。 转动副（回转副或铰链） 移动副
精品课件
3.2.2 运动链与机构
运动链：多个构件用运动副联接构成的系统。 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。 机构：各构件间具有确定相对运动的运动链
精品课件
3.2.3 构件的分类
机架：机构中的固定构件； 一般机架相对地面固定不动。 如机床床身、车辆底盘、飞机机身等。