机械设计-机构简图

3.6
3.7
曲柄移动导杆机构
3.8
3.8
3.9
3.10
补充练习
补充练习
补充练习
主要内容：
1、平面机构的运动简图 2、平面机构的自由度计算
项目1：绘制内燃机的机构运动简图。
项目2：绘制颚式破碎机的机构运动简图。
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， 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。
2．局部自由度
对于含有局部自由度的机构在计算自由度时，不考 虑局部自由度。
局部自由度， “焊死”处
平行四边形机构 （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。 在计算机构自由度时应将虚约束去除。
平行四边形机构
3、虚约束：
虚约束经常出现在以下几种情况中： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合，
原动件数=机构自由度
1 A
2
3
E
6
B C
4 D 4’
5’
5
AABCDE
n=5 pL=6 ph=2 F=3n-(2pL+ph) =1
四杆机构的自由度计算
n=3 pL=4 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1 原动件数=机构自由度
例 二杆机构的自由度计算
三杆自由度计算
n=1 pL=1 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1 原动件数=机构自由度
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
可以组成三个回转副的构件
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， 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。
三、计算机构自由度时应注意的问题
三、计算机构自由度时应注意的问题
1．复合铰链 三个或三个以上构件在同一处构成共 轴线转动副的铰链，我们称为复合铰链。
若有m个构件组成复合铰链，则 复合铰链处的转动副数应为（m-1）个。
2个低副
三、计算机构自由度时应注意的问题
三、计算机构自由度时应注意的问题
2．局部自由度
虚约束消除平行四边形运动不确定性
3、虚约束：
虚约束经常出现在以下几种情况中： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合， （2）两构件某两点间的距离始终不变，将此两点 用构件和运动副连接会带进虚约束。
n=3 pL=4 ph=0 F=3n-(2pl+ph)=1
3、虚约束：
虚约束经常出现在以下几种情况中： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合， （2）两构件某两点间的距离始终不变，将此两点用构 件和运动副连接会带进虚约束。 （3）两构件组成多个移动方向一致的运动副
平面机构的自由度要点
计算机构自由度时应注意的问题: 3、在计算机构自由度时应将虚约束去除： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合， （2）两构件某两点间的距离始终不变， （3）两构件组成多个移动方向一致的运动副 或两构件组成多个 轴线重合的移动副 （4）与运动无关的对称部分
3.5
（移动导杆机构）
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。
§3-2
运动副
高副-点或线接触的运动副 按其接触形式分： 低副-面接触的运动副。 转动副（回转副或铰链） 移动副
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
（GB4460-84）
高副符号
第三章 平面机构的结构分析
§3-2
3.2.1
平面机构的运动简图
运动简图的定义、内容、作用
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； 3）能充分反映机构的特性； 4）确定比例尺，用规定的符 号和线条绘制。
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 机构的自由度）
§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？
§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。
抽油机
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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
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 收集用户意见
产品 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：
回转副 2个约束 1个自由度
移动副 2个约束 1个自由度
高副 1个约束 2个自由度
第三章 平面机构的结构分析
§3-3 平面机构的自由度
一、机构具有确定运动的条件 因为一个原动件只能提供一个独立运动参数，所以， 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。 自由度=原动件数 二、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
左图：n=2，PL=2，Ph＝1， F=3x2-2x2-1=1 如右图凸轮机构认为： n=3，PL=3，Ph＝1， F=3x3-2x3-1=2，是错误的。 滚子作用：滑动摩擦 滚动摩擦
机构中某些构件具有局部的、不影响其它构件运动 的自由度，同时与输出运动无关的自由度我们称为局部 自由度。
三、计算机构自由度时应注意的问题
虚约束改善受力
平面机构的自由度要点
计算机构自由度F=3n-2PL-PH （设n个活动构件，PL个低副，PH个高副）
机构具有确定运动的条件是：原动件数=机构自由度 计算机构自由度时应注意的问题: 1、若有m个构件组成复合铰链， 则复合铰链处的转动副数为（m-1）个。 2、不考虑局部自由度。 （凸轮滚子及推杆弹簧）
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。 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 若干
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
第三章 平面机构的结构分析
3.1.2 自由度和运动副约束
无约束下一个构件的平面运动有三个自由度。
构件的自由度：构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目。 运动副约束：两个构件以运动副连接后，相对运动受到的限制。
n=2 pL=3 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =0 （F=0，不是机构 是刚性桁架 ）
凸轮机构自由度计算
四杆机构的自由度计算
n=2 pL=2 ph=1 F=3n-(2pL+ph)=1
n=3 pL=4 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1
原动件数=机构自由度
铰链五杆机构
n=4 pL=5 ph=0 F=3n-(2pL+ph)=2
3、虚约束：
虚约束经常出现在以下几种情况中： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合， （2）两构件某两点间的距离始终不变，将此两点用构 件和运动副连接会带进虚约束。 （3）两构件组成多个移动方向一致的运动副 或两构件组成多个轴线重合的移动副
虚约束增强支承刚度
虚约束经常出现在以下几种情况中： （1）两连接构件在连接点上的运动轨迹相重合， （2）两构件某两点间的距离始终不变，将此两点用构件 和运动副连接会带进虚约束。 （3）两构件组成多个移动方向一致的运动副 或两构件组成多个轴线重合的移动副 （4）与运动无关的对称部分，如多个行星轮
原动件数<机构自由度数，机构 运动不确定（任意乱动） 五杆机构2个原动件
小结：
运动链的自由度F 与原动件数目的关系： 自由度F≤0 结构（不是机构） 自由度F＞0 时，F＜原动件数目(运动不相容，破坏了机构) F=原动件数目（运动确定) F＞原动件数目（运动不确定)

机构具有确定运动的条件是：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。
8 7
活塞连杆组 气环 油环 活塞2和连杆5小头， 活塞销 活塞
连杆5和曲轴6，构成转动副。
连杆体
连杆螺栓 连杆轴瓦 连杆盖
2
1
5
6
8
7
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。
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）； 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，即可绘制出机构运动简图。最后标出原动件的转动方向。
【例3-1】绘制图0-1所示内燃机的机构运动简图。1 2
6 5
解 内燃机是由活塞2、连杆5、曲轴
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 的齿轮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。 10 9
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【例3-1】绘制图0-1所示内燃机的机构运动简图。1 2
6 5
各构件之间的联接方式如下：
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。 10 9