机械系统运动简图设计
合集下载
机械系统的运动简图设计
V
1
球面高副(Ⅰ级副)
柱面高副(Ⅱ级副)
球面低副 (Ⅲ级副)
球销副 (Ⅳ级副)
圆柱套筒副 (Ⅳ级副)
螺旋副 (Ⅴ级副)
2. 根据组成运动副的两个构件的相对运动的不同分类
1）转动副（回转副，铰链）：相对运动为转动 2）移动副：相对运动为移动
转动副
移动副
3）螺旋副：相对运动为螺旋运动 4）球面副：相对运动为球面运动
解：活动构件数n=3
低副数Pl=5 高副数Ph=0 F=3n － 2Pl － Ph =3×3 －2×5－0 =-1
结论：
1)若机构自由度Ｆ≤０，则机构不能动；
2) 若Ｆ>０且与原动件数相等，则机构各构件间的相
对运动是确定的，因此，机构具有确定运动的条 件是：机构的原动件数等于机构的自由度数；
3) 若Ｆ>0，而原动件数<F，则构件间的运动是不确
F=3*3－2*3－0=3 F=3*1－2*2－0=5 F=3*3－2*1－0=7
①计算曲柄滑块机构的自由度。
解：活动构件数n=3
低副数Pl=4 高副数Ph=0
F =3n － 2Pl － Ph =3×3 － 2×4 =1
1
2
3
S3
②计算五杆铰链机构的自由度
解：活动构件数n=4
低副数Pl=5 高副数Ph=0 F =3n － 2Pl － Ph
定的；
三、计算平面机构自由度的注意事项 ⑤计算图示圆盘锯机构的自由度。
B
F
7
E
46
1D 5 C
3
2
8
A
F=3n － 2Pl － Ph =3×7 －2×6 －0 = 9 计算结果肯定不对！
机械设计基础(黄华梁)第1章 机械系统的运动简图设计
第1章机械系统的运动简图设计一、基本内容及要求本章学习的主要内容是：（1）平面运动副及其分类；（2）平面机构运动简图的绘制方法；（3）平面机构自由度的计算。
本章的学习要求：1. 掌握各种平面运动副的一般表示方法。
能较熟练看懂教材中的平面机构运动简图。
通过实验初步掌握将实际机构绘制成机构运动简图的技能。
2. 能够识别平面机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和最常见的虚约束。
会运用公式计算平面机构的自由度并判断其运动是否确定。
看懂和绘制平面机构运动简图是本章的重点。
复合铰链、局部自由度和虚约束的判断是个难点。
只要求掌握教材中列举的几种实例，不宜在此花费过多时间。
二、自学指导1. 为了反映机构的真实运动，绘制机构运动简图时，代表回转副的小圆，其圆心必须与相对回转中心重合；代表移动副的滑块，其导路方向必须与相对移动方向一致。
学生应当学会分析由这类构件构成的复杂图形。
例如图1.1所示压缩机机构在铰链C处各构件间的关系如下：构件2—3、3—4间组成回转副，构件3—8、4—5间组成移动副。
2. 对复合较链，应注意：（1）复合铰链是指两个以上回转副中心重合为一，而不应仅仅根据构件汇交数来判断。
例如图1.1铰链E处虽有5、6、7、8四个构件汇交，但它构成两个移动副和一个回转副，故不存在复合铰链。
（2）图1.2所示周转轮系机构中，1、2、3是活动构件，4是机架，构件1、3和4在O点形成复合铰链。
由于齿轮、凸轮等构件习惯于用外形来表示，简图上看不出构件汇交，故这种复合铰链易被忽略。
图1.13. 局部自由度在平面机构中主要出现在有滚子的场合。
在计算自由度时，为了防止错算构件数和运动副数，建议将图1.3，a中的滚子及其安装件固联为一整体，如图1.3，b所示。
图1.2 图1.34. 虚约束比较复杂，不要求深入研究，只要求理解和熟悉以下几个实例：（1）由两构件组成多个导路平行的移动副而产生的虚约束；（2）轮系中的对称部分产生的虚约束；（3）在平行四边形机构中加入一个与某边平行且相等的构件造成轨迹重迭而产生的虚约束（其他类型的轨迹重迭往往需要复杂的数学证明，可不深究）；（4）“两构件间组成多个轴线重合的回转副”，这类虚约束通常出现在轮系的侧视图中，在运动平面内绘制的机构运动简图不会出现这类虚约束。
机械设计基础第1章运动简图ppt课件
运动简图绘制原则
简化原则
在保证能够准确表达机构运动情况的前提下， 尽量简化图形，突出重点。
清晰原则
图形应清晰易懂，符号、线条和标注应符合规 范。
完整性原则
应完整地表达机构的组成、运动传递关系和运动特性，不遗漏任何重要信息。
运动简图在机械设计中的应用
机构运动分析
通过运动简图可以直观地了解机 构的运动情况，包括速度、加速 度、位移等运动参数的变化规律。
凸轮机构运动简图绘制方法
选择视图平面 一般选择垂直于凸轮回转轴线的平面 作为视图平面
绘制凸轮轮廓线
根据凸轮的实际尺寸和形状，用实线 绘制出凸轮的注出 从动件的长度和位置
标注尺寸和参数
标注出凸轮的回转半径、基圆半径、 偏距等关键尺寸，以及从动件的位移、 速度、加速度等运动参数
机构运动简图绘制方
02
法
机构组成及运动副类型
机构组成
机构是由刚性构件通过运动副连接而成的系统。构件是机构 中的运动单元，可以是单一的整体，也可以是几个零件组成 的刚体。
低副
两构件通过面接触而构成的运动副。根据两构件的相对运动 形式，低副可分为转动副和移动副两种。
运动副类型
运动副是两构件直接接触并能产生相对运动的活动联接。根 据接触形式的不同，运动副可分为低副和高副两大类。
高副的表示
高副用一条通过接触点的公法线来表示，并在公法线上标注出接触点 的位置。
机构运动简图绘制步骤与实例
绘制步骤
1. 分析机构的组成和运动情况，确定机构的类型 和运动副的性质。
2. 选择适当的比例尺，绘制机构示意图，表示出 各构件的相对位置和尺寸关系。
机构运动简图绘制步骤与实例
3. 根据机构示意图，用规定的符号绘制机构运动简图，表示出各构件间的连接关系和相对运动情况。
机构及机构运动简图
• 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
– 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
6/5/2020 4:1•4 A传M 递较大功率 机械基础——第一章
– 实例一——内燃机
+
6/5/2020 4:14 AM
6
+
5'
6
= 5'
5
机械基础——第一章
1
2
1
3
4' 4
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
1. 机架 2. 偏心轴
5. 带轮
3. 动颚板
6/5/2020 4:14 AM
4.肘板机械基础——第一章
16
2 机构及机构运动简图
能量转换
机械
总称
运动单元 固定件：机架
制造单元
原动件：主动件
从动件：随原动件运动的其余构件
– 机构中构件的分类 6/5/2020 4:14 AM
机械基础——第一章
4
2 机构及机构运动简图
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
D5
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
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。
机械系统的运动简图设计
运动简图的绘制步骤
确定机械系统的组成和功能
了解机械系统的基本组成和各部分的功能， 确定需要表示的运动关系。
绘制机械系统各部分的轮廓
根据实际情况绘制出机械系统各部分的轮廓， 以便于表示其运动关系。
选择合适的图形符号
根据需要表示的运动关系，选择合适的图形 符号来表示各部分。
标注尺寸和参数
根据需要标注出机械系统各部分的尺寸和运 动参数，以便于分析和设计。
通过运动简图分析，优化传动系 统的参数，如齿轮模数、带轮直 径等，提高传动效率。
03
传动系统可靠性分 析
利用运动简图，分析传动系统的 可靠性，预测潜在的故障和问题， 提出相应的改进措施。
控制系统设计与调试
控制。
控制系统调试
通过运动简图，对控制系统进行调 试，确保系统稳定、可靠地运行。
传动系统运动简图绘制方法
根据传动部件的工作原理和运动形式，使用规定的图形符号和比例 尺绘制传动系统运动简图。
传动系统运动简图的应用
用于分析传动系统的运动特性和工作原理，比较不同传动方案的优 缺点，以及进行传动系统的优化设计和改进。
控制系统运动简图设计
控制系统运动简图定义
控制系统运动简图是一种用图形符号表示机 械系统中控制元件和运动关系的简化图形。
运动原理
机械系统的运动是通过各组成部分的 相对运动来实现的，这些相对运动包 括转动、移动等。
02
运动简图设计基础
运动简图的定义与作用
定义
运动简图是一种用图形符号表示机械系统运动关系的简化示意图，用于描述机 械系统的运动规律、运动轨迹和运动参数。
作用
运动简图能够直观地表达机械系统的运动关系，便于分析和设计机械系统，提 高设计效率。
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。
机械系统的运动简图课件
。
运动特性
曲柄滑块机构的运动特性包括行 程、速度、加速度等，这些特性 与机构的尺寸参数、连杆长度、
曲柄转角等因素密切相关。
齿轮传动机构
工作原理
齿轮传动机构是由两个或多个齿轮组成，通过齿轮的啮合 实现动力和运动的传递。
应用场景
齿轮传动机构广泛应用于各种机械设备和仪器仪表中，如 机床、汽车、钟表等。
类型与特点
简图的绘制原则与规范
规范与标准 • 遵循国家相关标准，如《机械制图》等。
• 采用统一的线型和颜色，以便于区分和辨识。
简图的绘制原则与规范
• 标注必要的尺寸和参数，便于定量分析和计算。
通过以上内容的学习和应用，可以更好地理解和分析机械系统的运动特性，为机 械设计和分析提供有力支持。
03
机械系统运动简图的分析方法
基于运动简图的机构设计项目实践
3. 通过运动简图分析机构性能，并进行优化设计。
4. 构建实验模型或原型机，测试并验证设计结果。
THANKS
感谢观看
机构运动分析实践
01
实践内容
02
选择一典型机构，绘制其运动简图。
基于运动简图，采用图解或解析法进行机构的位置分析。
03
机构运动分析实践
利用速度瞬心法或矢量方程法进行机构的速 度分析。
通过加速度分析，研究机构的动态性能。
机构运动分析实践
实践步骤
1
2
1. 确定实践所用的机构和运动简图。
3
2. 应用运动学原理，进行机构的位置分析，求解 关键位置参数。
齿轮传动机构可分为直齿轮、斜齿轮、锥齿轮等多种类型 ，不同类型的齿轮传动机构具有不同的传动特点，如传动 比、传动效率、噪音等。
凸轮机构
运动特性
曲柄滑块机构的运动特性包括行 程、速度、加速度等，这些特性 与机构的尺寸参数、连杆长度、
曲柄转角等因素密切相关。
齿轮传动机构
工作原理
齿轮传动机构是由两个或多个齿轮组成，通过齿轮的啮合 实现动力和运动的传递。
应用场景
齿轮传动机构广泛应用于各种机械设备和仪器仪表中，如 机床、汽车、钟表等。
类型与特点
简图的绘制原则与规范
规范与标准 • 遵循国家相关标准，如《机械制图》等。
• 采用统一的线型和颜色，以便于区分和辨识。
简图的绘制原则与规范
• 标注必要的尺寸和参数，便于定量分析和计算。
通过以上内容的学习和应用，可以更好地理解和分析机械系统的运动特性，为机 械设计和分析提供有力支持。
03
机械系统运动简图的分析方法
基于运动简图的机构设计项目实践
3. 通过运动简图分析机构性能，并进行优化设计。
4. 构建实验模型或原型机，测试并验证设计结果。
THANKS
感谢观看
机构运动分析实践
01
实践内容
02
选择一典型机构，绘制其运动简图。
基于运动简图，采用图解或解析法进行机构的位置分析。
03
机构运动分析实践
利用速度瞬心法或矢量方程法进行机构的速 度分析。
通过加速度分析，研究机构的动态性能。
机构运动分析实践
实践步骤
1
2
1. 确定实践所用的机构和运动简图。
3
2. 应用运动学原理，进行机构的位置分析，求解 关键位置参数。
齿轮传动机构可分为直齿轮、斜齿轮、锥齿轮等多种类型 ，不同类型的齿轮传动机构具有不同的传动特点，如传动 比、传动效率、噪音等。
凸轮机构
机构及机构运动简图
D C
4.肘板
D
C
1
17
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？？
A B
E
4/15/2020
DC
FG
18
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构运动简图
练习
4/15/2020
19
练习1解答
3
C23 4
2
B12
1
A14
C234
3
2
4
B12
1
4
A14
低副约束数
3×n
2 × PL
=>
F=3n-2PL-PH
高副约束数 1 × Ph
4/15/2020
21
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
4/15/2020
22
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
2
＝-1 错！
1
实际自由度 为1，为什
么？？
存在虚约束！！
4/15/2020
32
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
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
4/15/2020
33
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
机构运动简图设计的内容、方法和步骤
机构运动简图设计的内容、方法和步骤机械产品的设计是为了满足产品的某种功能要求。
机构运动简图设计是机械产品设计的第一步，其设计内容包括选定或开发机构构型并加以巧妙组合，同时进行各个组成机构的尺度综合，使此机构系统完成某种功能要求。
机构运动简图设计的好坏是决定机械产品的质量、水平的高低、性能的优劣和经济效益好坏的关键性的一步。
机构运动简图的设计，主要包括下列内容：1）功能原理方案的设计和构思根据机械所要实现的功能，采用有关的工作原理，并由此出发设计和构思出工艺动作过程，这就是功能原理方案设计。
灵巧的功能原理是创造新机械的出发点和归宿。
2）机械运动方案的设计根据功能原理方案中提出的工艺动作及各个动作的运动规律要求，选择相应的若干个执行机构，并按一定的顺序把它们组成机构运动示意图。
机械运动方案的设计是机构运动简图设计中的型综合。
3）机构运动简图的尺度综合根据机械运动方案中各执行机构工艺动作的运动规律和机械运动循环图的要求，通过分析、计算、确定机构运动简图中各机构的运动学尺寸。
在进行尺度综合时，应同时考虑其运动条件和动力条件，否则不利于设计性能良好的新机械。
机构运动简图设计的一般程序：1）机械总功能的分解将机械需要完成的工艺动作过程进行分解，即将总功能分解成多个功能元，找出各功能元的运动规律和动作过程；2）功能原理方案确定将总功能分解成多个功能元之后，对功能元进行求解，即将需要的执行动作，用合适的执行机构来实现。
将功能元的解进行组合、评价、选优，从而确定其功能原理方案，即机构系统简图。
为了得到能实现功能元的机构，在设计中，需要对执行构件的基本运动和机构的基本功能有一全面的了解。
ⅰ）执行机构基本运动常用机构执行构件的运动形式有回转运动、直线运动和曲线运动三种，回转和直线运动是最简单的机械运动形式。
按运动有无往复性和间歇性，基本运动的形式如表1所示。
表1 执行构件的基本运动形式机构的功能是指机构实现运动变换和完成某种功用的能力。
运动简图设计(共39张PPT)
运动副元素：两构件上直接参与接触构成运动副的部分。
3.1 机构的组成
《机械设计基础 》
四川交通职业技术学院 自动化系
3.1.2 自在度和运动副约束
自在度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自在度
2024年2月4日
3.1 机构的组成
《机械设计基础 》
一、平面运动副
按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。
螺旋副
球面副
《机械设计基础 》
四川交通职业技术学院 自动化系
2024年2月4日
3.2 平面机构的运动简图
《机械设计基础 》
2.转动副 构件组成转动副时，如以下图表示。
四川交通职业技术学院 自动化系
2024年2月4日
图垂直于回转轴线时用图a表示；
图面不垂直于回转轴线时用图b表示。
表示转动副的圆圈，其圆心必需与回转轴线重合。
平面机构的构造分析
§3.1 机构的组成
§3.2 平面机构的运动简图
§3.3 平面机构的自在度
3.1 机构的组成
《机械设计基础 》
四川交通职业技术学院 自动化系
2024年2月4日
3.1.1 运动副
运动副： 构件和构件之间既要相互衔接〔接触〕在一同，又要有相 对运动。而两构件之间这种可动的衔接〔接触〕就称为运 动副。
说明
3.3 平面机构的自在度
《机械设计基础 》
三个构件在同一轴线处，两个转动副。
推理：m个构件时，有m – 1个转动副。
四川交通职业技术学院 自动化系
2024年2月4日
3.3 平面机构的自在度
C处为复合铰链 n = 5, Pl = 7, Ph = 0
F = 3n - 2Pl – Ph
3.1 机构的组成
《机械设计基础 》
四川交通职业技术学院 自动化系
3.1.2 自在度和运动副约束
自在度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自在度
2024年2月4日
3.1 机构的组成
《机械设计基础 》
一、平面运动副
按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。
螺旋副
球面副
《机械设计基础 》
四川交通职业技术学院 自动化系
2024年2月4日
3.2 平面机构的运动简图
《机械设计基础 》
2.转动副 构件组成转动副时，如以下图表示。
四川交通职业技术学院 自动化系
2024年2月4日
图垂直于回转轴线时用图a表示；
图面不垂直于回转轴线时用图b表示。
表示转动副的圆圈，其圆心必需与回转轴线重合。
平面机构的构造分析
§3.1 机构的组成
§3.2 平面机构的运动简图
§3.3 平面机构的自在度
3.1 机构的组成
《机械设计基础 》
四川交通职业技术学院 自动化系
2024年2月4日
3.1.1 运动副
运动副： 构件和构件之间既要相互衔接〔接触〕在一同，又要有相 对运动。而两构件之间这种可动的衔接〔接触〕就称为运 动副。
说明
3.3 平面机构的自在度
《机械设计基础 》
三个构件在同一轴线处，两个转动副。
推理：m个构件时，有m – 1个转动副。
四川交通职业技术学院 自动化系
2024年2月4日
3.3 平面机构的自在度
C处为复合铰链 n = 5, Pl = 7, Ph = 0
F = 3n - 2Pl – Ph
机械系统的运动简图
2、适当选择投影面
一般选择与多数构件的运动平面相平行的面 作为投影面。
2019/12/18
机电学院
37
3、选择适当的比例尺，绘制机构运动简图
选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出 各运动副之间的相对位置，用构件和运动副的规定 符号绘制机构的运动简图。
4、标出原动件，给各构件标上代号
一般原动件标号为1，机架为最后标号。
凸轮副
2019/12/18
机电学院
15
1－1 运动副
齿轮副
2019/12/18
机电学院
16
1－1 运动副
二、空间运动副 若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。
螺旋副
球面副
2019/12/18
机电学院
17
1-2 机械系统的运动简图设计
1.2.1 运动副及构件的表示方法 1.构件 构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。
2019/12/18
机电学院
6
1－1 运动副
1.1.1 运动副
运动副：构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又 要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接 触）就称为运动副。
2019/12/18
机电学院
7
运动副元素－直接接触的部分（点、线、面） 例如：滚动轴承、活塞与缸套、齿轮齿廓等。
回转副
机电学院
41
活塞泵简图
2019/12/18
机电学院
42
例 试绘制内燃机的机构运动简图
2019/12/18
机电学院
43
图示油泵机构中，1为曲柄，2为活塞杆，3为转块，4为泵体。试绘 制该机构的运动简图。
2019/12/18
一般选择与多数构件的运动平面相平行的面 作为投影面。
2019/12/18
机电学院
37
3、选择适当的比例尺，绘制机构运动简图
选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出 各运动副之间的相对位置，用构件和运动副的规定 符号绘制机构的运动简图。
4、标出原动件，给各构件标上代号
一般原动件标号为1，机架为最后标号。
凸轮副
2019/12/18
机电学院
15
1－1 运动副
齿轮副
2019/12/18
机电学院
16
1－1 运动副
二、空间运动副 若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。
螺旋副
球面副
2019/12/18
机电学院
17
1-2 机械系统的运动简图设计
1.2.1 运动副及构件的表示方法 1.构件 构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。
2019/12/18
机电学院
6
1－1 运动副
1.1.1 运动副
运动副：构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又 要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接 触）就称为运动副。
2019/12/18
机电学院
7
运动副元素－直接接触的部分（点、线、面） 例如：滚动轴承、活塞与缸套、齿轮齿廓等。
回转副
机电学院
41
活塞泵简图
2019/12/18
机电学院
42
例 试绘制内燃机的机构运动简图
2019/12/18
机电学院
43
图示油泵机构中，1为曲柄，2为活塞杆，3为转块，4为泵体。试绘 制该机构的运动简图。
2019/12/18
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 构件 为零件 零件. 零件
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.
机械系统运动简图设计的步骤如下: 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 )功能分析: 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.
图1-2
b.按两构件的接触情况分类:凡两构件以 按两构件的接触情况分类: 按两构件的接触情况分类 点或线接触构成的运动副称为高副 高副,如图 高副 所示.
平面高副
凸轮高副
齿轮高副
凡两构件以面接触构成的运动副称为 低副,如图所示. 低副
移动副
螺旋低副
转动副
球面低副
c.按两构件的相对运动分类:可分为转动 按两构件的相对运动分类: 按两构件的相对运动分类 副(铰链),移动副,螺旋副和球面副
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 使两构件直接 接触的可动联接称为运动副.如图 如图2-2 接触的可动联接称为运动副 如图
图2-2
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 两构件直接接触构成运动副的部分称为运 动副元素. 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 结构封 力封闭.至于组成运动副后,两构件能产生哪些相 闭或力封闭 力封闭 对运动,与该运动副性质或该运动副所引入的约束有关
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)。
第9页/共42页
运动副 名称
常用运动副的符号 运动副符号
两运动构件构成的运动副 两构件之一为固定时的运动副
2 转
2
动
平副 1
1
面
运
动
2
副移
动
1
副
2
1
2
2
22
1
1
1 1
2
2
1
1
2
2
1
1
第10页/共42页
22
1
1
2 1
2
1
平
面
2
2
高
副
1
1
2
螺
旋
1
空副 2
间
1
运
动球 副面
1
副
球 销
2
副
2
1 2
1
1
2 1
链 传 动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
圆柱 蜗杆 蜗轮 传动
凸 轮 传 动
第16页/共42页
内啮
棘
合圆
轮
柱齿
机
轮传
构
动
机构运动简图应满足的条件： 1.构件数目与实际相同 2.运动副的性质、数目与实际相符 3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构
成比例。
第17页/共42页
绘制机构运动简图
思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线 路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运 动副的类型，并用符号表示出来。
1
2
3
高副数PH= 0
F=3n － 2PL － PH
S3
=3×3 － 2×4
=1 第27页/共42页
②计算五杆铰链机构的自由度(讨论，原动件个数不等于机构自由度的
情况，课本P11)
解：活动构件数n= 4
2
3
低副数PL= 5 高副数PH= 0
1 θ1
4
F=3n － 2PL － PH =3×4 － 2×5
参数 。
第23页/共42页
一、机械系统具有确定运动的条件
自由度定义：保证机构具有确定运动时所必须 给定的独立运动参数称为机构的自由度。
原动件——能独立运动的构件。 ∵一个原动件只能提供一个独立参数 ∴机构具有确定运动的条件为：
自由度＝原动件数
第24页/共42页
一、 平面机构自由度的计算公式
作平面运动的刚体在空间的位 y 置需要三个独立的参数（x，y, θ）才能唯一确定。
顺口溜：先两头，后中间， 从头至尾走一遍，
步骤：
数数构件是多少， 再看它们怎相联。
1.分析机构运动。找出固定件（机架）、原动件和从动件
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.选择适当的视图平面和适当的机构运动瞬时位置，按比 例绘制运动简图。
选取比例尺ml
第21页/共42页
例 试绘制内燃机的机构运动简图
第22页/共42页
§1－3 机械系统具有确定运动的条件
1 θ1 2
3
S’3 S3
2 1 θ1
3 4 θ4
给定S3＝S3(t)，一个独立参数 θ1＝θ1（t）唯一确定，该机 构仅需要一个独立参数。
若仅给定θ1＝θ1（t）,则θ2 θ3 θ4 均不能唯一确定。若同 时给定θ1和θ4 ，则θ3 θ2 能 唯一确定，该机构需要两个独立
第7页/共42页
§1－2 机械系统的运动简图设计
机构运动简图——用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。
作用： 1.表示机构的结构和运动情况。 2.作为运动分析和动力分析的依据。
现摘录了部分GB4460－84机构示意图如下表。
第8页/共42页
常见运动副符号的表示: 国标GB4460－84
1
2 2
第11页/共42页
1 2
1 2
Байду номын сангаас2 1
构件的表示方法:
第12页/共42页
一般构件的表示方法
杆、轴构件
固定构件
同一构件
第13页/共42页
一般构件的表示方法
两副构件 三副构件
第14页/共42页
常用机构运动简图符号
在 机 架 上 的 电 机
齿 轮 齿 条 传 动
圆
带
锥
传
齿
动
轮
传
动
第15页/共42页
简图比例尺： μl =实际尺寸 m / 图上长度mm
4.检验机构是否满足运动第确18定页/共的42条页 件。
举例：绘制破碎机和偏心泵的机构运动简图。 绘制图示鳄式破碎机的运动简图。
2A 1 B
第19页/共42页
3 D
C4
绘制图示偏心泵的运动简图
3 2 1 4
偏心泵
第20页/共42页
举例：绘制牛头刨床机构的运动简图
第1页/共42页
名词术语解释: 1.构件 ——独立的运动单元
零件 ——独立的制造单元
内燃机中的连杆 套筒
内燃机 连杆 螺栓
连杆体
垫圈 螺母
轴瓦
连杆盖
第2页/共42页
2.运动副 定义：运动副——两构件直接接触并能产生一定相 对运动的联接方式称为运动副。
a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动 三个条件，缺一不可
运动副元素——直接接触的部分（点、线、面） 例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
第3页/共42页
（一） 低副 两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。
根据两构件间的相对运动形式，低副又可分为转动副和移动副。 1.转动副 （或铰链）
两构件只能在一个平面内作相对转动
限制两个自由度：
（两个移动） 保留一个自由度 （转动）
第4页/共42页
2.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。
限制两个自由度： （一个移动，一个转动） 保留一个自由度 （移动 ）
第5页/共42页
3.高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。
限制一个自由度： （一个移动） 保留两个自由度 （一个移动，一个转动）
第6页/共42页
结论：构件自由度＝3－约束数 ＝自由构件的自由度数－约束数
第26页/共42页
推广到一般：
活动构件数 构件总自由度 低副约束数 高副约束数
n
3×n
2 × PL
1 × Ph
计算公式： F=3n－2PL － Ph
要求：记住上述公式，并能熟练应用。
①计算曲柄滑块机构的自由度。
解：活动构件数n= 3 低副数PL= 4
§1－1 运动副
• 机构是由运动副连接起来的，由一 个构件为机架、传递机械运动和力的构 件系统。
• 组成机构的目的是为了使机构按照预 定的要求进行有规律的运动。
• 所谓平面机构，是指组成机构的所 有构件均在同一平面或相互平行的平面 内运动的机构；否则就称为空间机构。
• 工程中常用的机构大多数属于平面机 构，本章只讨论平面机构。
=2
第28页/共42页
③计算图示凸轮机构的自由度。
单个自由构件的自由度为 3
F=3
θ (x , y)
x
第25页/共42页
经运动副相联后，构件自由度会有变化：
y
y
y
2
x
θ1 x
12
x
1
2
S
R=2, F=1
R=2, F=1
R=1, F=2
运动副 自由度数
约束数
回转副
移动副 高副
1（θ） +
1（x） + 2（x,θ） +
2（x，y） = 3 自由构 2（y，θ）= 3 件的自 1（y） = 3 由度数
运动副 名称
常用运动副的符号 运动副符号
两运动构件构成的运动副 两构件之一为固定时的运动副
2 转
2
动
平副 1
1
面
运
动
2
副移
动
1
副
2
1
2
2
22
1
1
1 1
2
2
1
1
2
2
1
1
第10页/共42页
22
1
1
2 1
2
1
平
面
2
2
高
副
1
1
2
螺
旋
1
空副 2
间
1
运
动球 副面
1
副
球 销
2
副
2
1 2
1
1
2 1
链 传 动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
圆柱 蜗杆 蜗轮 传动
凸 轮 传 动
第16页/共42页
内啮
棘
合圆
轮
柱齿
机
轮传
构
动
机构运动简图应满足的条件： 1.构件数目与实际相同 2.运动副的性质、数目与实际相符 3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构
成比例。
第17页/共42页
绘制机构运动简图
思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线 路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运 动副的类型，并用符号表示出来。
1
2
3
高副数PH= 0
F=3n － 2PL － PH
S3
=3×3 － 2×4
=1 第27页/共42页
②计算五杆铰链机构的自由度(讨论，原动件个数不等于机构自由度的
情况，课本P11)
解：活动构件数n= 4
2
3
低副数PL= 5 高副数PH= 0
1 θ1
4
F=3n － 2PL － PH =3×4 － 2×5
参数 。
第23页/共42页
一、机械系统具有确定运动的条件
自由度定义：保证机构具有确定运动时所必须 给定的独立运动参数称为机构的自由度。
原动件——能独立运动的构件。 ∵一个原动件只能提供一个独立参数 ∴机构具有确定运动的条件为：
自由度＝原动件数
第24页/共42页
一、 平面机构自由度的计算公式
作平面运动的刚体在空间的位 y 置需要三个独立的参数（x，y, θ）才能唯一确定。
顺口溜：先两头，后中间， 从头至尾走一遍，
步骤：
数数构件是多少， 再看它们怎相联。
1.分析机构运动。找出固定件（机架）、原动件和从动件
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.选择适当的视图平面和适当的机构运动瞬时位置，按比 例绘制运动简图。
选取比例尺ml
第21页/共42页
例 试绘制内燃机的机构运动简图
第22页/共42页
§1－3 机械系统具有确定运动的条件
1 θ1 2
3
S’3 S3
2 1 θ1
3 4 θ4
给定S3＝S3(t)，一个独立参数 θ1＝θ1（t）唯一确定，该机 构仅需要一个独立参数。
若仅给定θ1＝θ1（t）,则θ2 θ3 θ4 均不能唯一确定。若同 时给定θ1和θ4 ，则θ3 θ2 能 唯一确定，该机构需要两个独立
第7页/共42页
§1－2 机械系统的运动简图设计
机构运动简图——用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。
作用： 1.表示机构的结构和运动情况。 2.作为运动分析和动力分析的依据。
现摘录了部分GB4460－84机构示意图如下表。
第8页/共42页
常见运动副符号的表示: 国标GB4460－84
1
2 2
第11页/共42页
1 2
1 2
Байду номын сангаас2 1
构件的表示方法:
第12页/共42页
一般构件的表示方法
杆、轴构件
固定构件
同一构件
第13页/共42页
一般构件的表示方法
两副构件 三副构件
第14页/共42页
常用机构运动简图符号
在 机 架 上 的 电 机
齿 轮 齿 条 传 动
圆
带
锥
传
齿
动
轮
传
动
第15页/共42页
简图比例尺： μl =实际尺寸 m / 图上长度mm
4.检验机构是否满足运动第确18定页/共的42条页 件。
举例：绘制破碎机和偏心泵的机构运动简图。 绘制图示鳄式破碎机的运动简图。
2A 1 B
第19页/共42页
3 D
C4
绘制图示偏心泵的运动简图
3 2 1 4
偏心泵
第20页/共42页
举例：绘制牛头刨床机构的运动简图
第1页/共42页
名词术语解释: 1.构件 ——独立的运动单元
零件 ——独立的制造单元
内燃机中的连杆 套筒
内燃机 连杆 螺栓
连杆体
垫圈 螺母
轴瓦
连杆盖
第2页/共42页
2.运动副 定义：运动副——两构件直接接触并能产生一定相 对运动的联接方式称为运动副。
a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动 三个条件，缺一不可
运动副元素——直接接触的部分（点、线、面） 例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
第3页/共42页
（一） 低副 两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。
根据两构件间的相对运动形式，低副又可分为转动副和移动副。 1.转动副 （或铰链）
两构件只能在一个平面内作相对转动
限制两个自由度：
（两个移动） 保留一个自由度 （转动）
第4页/共42页
2.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。
限制两个自由度： （一个移动，一个转动） 保留一个自由度 （移动 ）
第5页/共42页
3.高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。
限制一个自由度： （一个移动） 保留两个自由度 （一个移动，一个转动）
第6页/共42页
结论：构件自由度＝3－约束数 ＝自由构件的自由度数－约束数
第26页/共42页
推广到一般：
活动构件数 构件总自由度 低副约束数 高副约束数
n
3×n
2 × PL
1 × Ph
计算公式： F=3n－2PL － Ph
要求：记住上述公式，并能熟练应用。
①计算曲柄滑块机构的自由度。
解：活动构件数n= 3 低副数PL= 4
§1－1 运动副
• 机构是由运动副连接起来的，由一 个构件为机架、传递机械运动和力的构 件系统。
• 组成机构的目的是为了使机构按照预 定的要求进行有规律的运动。
• 所谓平面机构，是指组成机构的所 有构件均在同一平面或相互平行的平面 内运动的机构；否则就称为空间机构。
• 工程中常用的机构大多数属于平面机 构，本章只讨论平面机构。
=2
第28页/共42页
③计算图示凸轮机构的自由度。
单个自由构件的自由度为 3
F=3
θ (x , y)
x
第25页/共42页
经运动副相联后，构件自由度会有变化：
y
y
y
2
x
θ1 x
12
x
1
2
S
R=2, F=1
R=2, F=1
R=1, F=2
运动副 自由度数
约束数
回转副
移动副 高副
1（θ） +
1（x） + 2（x,θ） +
2（x，y） = 3 自由构 2（y，θ）= 3 件的自 1（y） = 3 由度数