第01章-機械系統(tǒng)的運動簡圖設計PPT課件

1、1,機械系統(tǒng)的運動簡圖設計,第一章,2,原動機,傳動裝置,工作機構(gòu)（執(zhí)行機構(gòu),給機械系統(tǒng)提供動力,將原動機的動力和運動傳遞給執(zhí) 行機構(gòu)的中間裝置,1）減速或增速,2）變速,3）傳遞動力,4）改變運動規(guī)律,5）實現(xiàn)多路運動,利用機械能來進行生產(chǎn)或達到預定 要求的裝置,操縱控制裝置,操縱及控制機械系統(tǒng)各組成部分協(xié) 調(diào)動作,3,工作機,原動機,4,帶式運輸機傳動簡圖,二. 機械系統(tǒng)運動簡圖(machinery system kinetic sketch,機械系統(tǒng)的運動簡圖是用規(guī)定的符號，繪出能準確表達出機構(gòu)各構(gòu)件之間的相對關(guān)系及運動特征的簡單圖形,5,內(nèi)燃機,曲柄滑塊機構(gòu)簡圖,三. 平面機構(gòu)運動簡圖

2、(planar mechanism kinematic sketch,平面機構(gòu)(planar mechanism )所有構(gòu)件都在同一平面或平 行平面內(nèi)運動的機構(gòu)。 如：內(nèi)燃機中的曲柄滑塊機構(gòu),齒輪機構(gòu)簡圖,或,6,1）運動副及其分類,四本章主要內(nèi)容、重點及難點,3）平面機構(gòu)自由度計算及機構(gòu)具有確定運動的條件,2）平面機構(gòu)的運動簡圖及其繪制,重點 平面機構(gòu)自由度計算及機構(gòu)具有確定運動的條件,機構(gòu)運動簡圖繪制,有虛約束的機構(gòu)自由度計算,7,1-1 運動副及其分類,一. 運動副(kinetic pair )機構(gòu)中由兩構(gòu)件直接接觸的具有一定相對運動的可動聯(lián)接。如,內(nèi)燃機中活塞2與氣缸體1（相對移動,連

3、桿3與活塞2（相對轉(zhuǎn)動,連桿3與曲軸4（相對轉(zhuǎn)動,曲軸4與缸體1（相對轉(zhuǎn)動）組成可動連接,相對移動,相對轉(zhuǎn)動,8,移動副,轉(zhuǎn)動副,齒輪副,凸輪副,低副：面接觸的運動副,高副：點、線接觸的運動副,二. 運動副的分類,低副(low pair,高副(high pair,9,球面副,球銷副,空間運動副,螺旋副,平面運動副,空間運動副,10,1-2 平面機構(gòu)運動簡圖,機構(gòu)運動簡圖(kinematic sketch ) 是用規(guī)定 的符號，繪出的能準確表達機構(gòu)各構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系 及運動特征的簡單圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖 。(即：用線條和 簡單圖形代表構(gòu)件，用規(guī)定符號代表運動副，按比例作出的 圖形）。內(nèi)燃

4、機中由汽缸體、活塞、連桿和曲軸組成的曲軸 滑塊機構(gòu),一機構(gòu)構(gòu)件分類,機架（或固定構(gòu)件）內(nèi)燃機的汽缸體,活動構(gòu)件 除機架外的所有可動構(gòu)件。如活塞、連桿、 曲軸及齒輪等,組成機構(gòu)的構(gòu)件可分為兩大類,11,內(nèi)燃機,曲柄滑塊機構(gòu) 運動簡圖,12,內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)分析,原動件：運動規(guī)律已知的活動構(gòu)件。（內(nèi)燃機中的活塞2,主動件：作用有驅(qū)動力或驅(qū)動力矩的活動構(gòu)件。 （活塞2 、齒輪5 、凸輪7,輸出件：輸出運動或動力的從動件。（曲軸4 、推桿8,從動件：機構(gòu)中隨主動件的運動而運動的其余活動 構(gòu)件（如連桿3、曲軸4 、齒輪6 、推桿8,13,二常用機構(gòu)運動簡圖的表示符號,一）運動副的表示符號,轉(zhuǎn)動副的符號,移動副

5、的符號,高副的符號,14,三副構(gòu)件（活動構(gòu)件,兩副構(gòu)件（活動構(gòu)件,固定構(gòu)件,注意：固定構(gòu)件用帶有陰影線構(gòu)件表示,二）構(gòu)件的表示符號,15,齒輪機構(gòu),凸輪機構(gòu),齒輪機構(gòu)表示符號,凸輪機構(gòu)表示符號,三）常用機構(gòu)運動簡圖符號,16,電動機,帶傳動,鏈傳動,錐齒輪機構(gòu),蝸桿蝸輪傳動,17,1）分析內(nèi)燃機的機構(gòu)組成： 主運動機構(gòu)：由氣缸體1、活塞2、連桿3、曲軸4組成 其他機構(gòu)：齒輪機構(gòu)（齒輪5 、齒輪6），凸輪機構(gòu)（凸輪7 、 推桿8,固定件: 氣缸體1,2）根據(jù)機構(gòu)的運動情況，判別固定件、原動件和從動件,例1-1 繪制內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖,凸輪7 、推桿8,解：1分析機構(gòu)的運動，判別固定件、原動件和

6、從動件,原動件: 活塞2,連桿3、曲軸4,齒輪5 、 6,三. 平面機構(gòu)運動簡圖繪制 舉例說明,18,2從原動件開始，按運動傳遞順序，分析各構(gòu)件之間相對運動的性質(zhì)、確定運動副的種類和數(shù)目,2個移動副2和1、8和1,4個轉(zhuǎn)動副2和3、3 和4、5和1、6和1,2個高 副5和6、7 和8,19,3合理選擇視圖平面（選機構(gòu)的主運動平面及其平行平面）和適當?shù)臋C構(gòu)運動瞬時位置（圖示位置,4選擇適當?shù)拈L度 比例尺l定出運動副之 間的相對位置，用規(guī)定 的符號繪制機構(gòu)運動簡 圖,20,例1-2 繪制顎式破碎機機構(gòu)運動簡圖,顎式破碎機的組成情況,解：1顎式破碎機的結(jié)構(gòu)分析,21,顎式破碎機的主運動機構(gòu) 由：機架

7、1、偏心軸2（與帶 輪5固連在一起）、動顎板3 和肘板4組成。動顎板3在偏 心軸驅(qū)動下作平面運動，將 堆放在動顎板與定顎板之間 的礦石壓碎,2分析機構(gòu)的運動，判別固定件、原動件和從動件,1）機構(gòu)的運動情況分析,22,固定件 機架1 原動件 偏心軸2 從動件 動顎板3、肘板4,3從原動件開始，按運動傳遞順序，分析各構(gòu)件之間相對運動的性質(zhì)、確定運動副的種類和數(shù)目。因機構(gòu)各構(gòu)件之間的相對運動均為轉(zhuǎn)動，故組成4個轉(zhuǎn)動副，即：轉(zhuǎn)動副A、B、C、D，其中A和D為固定鉸鏈， B、C為活動鉸鏈,23,4合理選擇視圖平面（一般選機構(gòu)的運動平面或者與運動平面平行的平面），適當?shù)臋C構(gòu)的運動瞬時位置（以能夠清楚反映出

8、各構(gòu)件之間相對位置關(guān)系為原則,5選擇適當?shù)拈L度比例尺l = ，定 出運動副之間的相對位置，用規(guī)定的符號繪制機構(gòu)運動簡圖,24,1）確定固定鉸鏈A和D： 先定A點位置 根據(jù)D點相對于A點的坐標和長度比例尺l 定出D點； 2）確定活動鉸鏈B的位置：以A點為圓心，偏心距e/l（即lAB/l）為半徑畫圓，在其圓周上確定一適當?shù)倪\動瞬時位置B； 3）確定活動鉸鏈C的位置：分別以B、D點為圓心， lBC/l 、lCD/l 為半徑畫弧相交于C點； 4）用規(guī)定的構(gòu)件符號連接各點，所形成的簡單圖形即為顎式破碎機的主運動機構(gòu),鄂式破碎機機構(gòu)運動簡圖繪制步驟,25,13 平面機構(gòu)自由度（Degrees of Fre

9、edom）的計算,一、構(gòu)件的自由度與約束,構(gòu)件獨立運動的數(shù)目稱為構(gòu)件自由度,對構(gòu)件運動的限制作用稱為約束。（運動副）。自由度的減少數(shù)=約束數(shù),作平面運動的剛體在平面的位置需要三個獨立的參數(shù)（x，y, ）才能唯一確定。n個自由構(gòu)件的自由度,26,運動副 自由度數(shù) 約束數(shù) 回轉(zhuǎn)副 1（） + 2（x，y） = 3,移動副 1（x） + 2（y，）= 3,結(jié)論：構(gòu)件自由度3約束數(shù),高 副 2（x,） + 1（y） = 3,自由構(gòu)件的自由度數(shù)約束數(shù),27,活動構(gòu)件數(shù) n,計算公式： F=3n(2Pl+Ph ) （記,構(gòu)件總自由度,低副約束數(shù),高副約束數(shù),3n,2 Pl,1 Ph,推廣到一般,閉式運動鏈

10、: 每個構(gòu)件均與兩個或多個構(gòu)件形成運動副,運動鏈: 運動副聯(lián)接而成的可動構(gòu)件系統(tǒng),開式運動鏈:至少有一個構(gòu)件只與一個構(gòu)件形成運動副,28,二. 機構(gòu)自由度 機構(gòu)獨立運動的數(shù)目稱為機構(gòu)的自由度,解：活動構(gòu)件數(shù)n,3,低副數(shù)Pl,4,F=3n 2Pl Ph =33 24 =1 =原動件數(shù),高副數(shù)Ph,0,計算上述機構(gòu)的自由度,解：活動構(gòu)件數(shù)n= 2,低副數(shù)Pl= 3,高副數(shù)Ph=0,F = 3n2PlPh = 32-23 = 0,29,解：活動構(gòu)件數(shù)n,4,低副數(shù)Pl,5,F=3n2PlPh =3425 =2,高副數(shù)Ph,0,n,2,Pl,2,F= 3n2PlPh =32 221 =1,Ph,1,

11、30,F = 3n-2pl-ph = 37-210-0 = 1 原動件數(shù),機構(gòu)具有確 定運動的條,機構(gòu)的原動件數(shù)目=機構(gòu)的自由度數(shù)目,31,n,4,Pl,5,Ph,0,F= 3n2PlPh =34 25 =2,6,6,0,32,四、計算機構(gòu)自由度時應注意的事項,1. 復合鉸鏈(Multiple Joint) 由兩個以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動副稱為復合鉸鏈,F = 3n-2pl-ph = 37-210-0 = 1,33,F = 3n-2pl-ph = 33-23-1 = 2,F = 32-22-1 = 1,2. 局部自由度(Passive Degree of Freedom,處理方式：在計算

12、機構(gòu)自由度時，局部自由度應當舍棄不計,不影響機構(gòu)整體運動的自由度，稱為局部自由度,34,解：n,4,Pl,6,F=3n 2Pl Ph =34 26 =0,Ph=0,35,3.虛約束(Redundant constraint) 對機構(gòu)的運動不起限制作用的約束。 計算自由度時應去掉虛約束,FEAB CD ，故增加構(gòu)件4前 后E點的軌跡都是圓弧，增加的約束不起作用，應去掉構(gòu)件4,重新計算：n=3, Pl=4, Ph=0,F=3n 2Pl Ph =33 24 =1,特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是,36,常見的虛約束有以下幾種情況: 1) 當兩構(gòu)件組成多個移動副，且其導路互相平行或重合時，則只有一

13、個移動副起約束作用，其余都是虛約束,帶虛約束的凸輪機構(gòu),37,帶虛約束的曲軸,2) 當兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，且軸線互相重合時，則只有一個轉(zhuǎn)動副起作用，其余轉(zhuǎn)動副都是虛約束,38,3) 如果機構(gòu)中兩活動構(gòu)件上某兩點的距離始終保持不變，此時若用具有兩個轉(zhuǎn)動副的附加構(gòu)件來連接這兩個點，則將會引入一個虛約束,F=3n-2pl-ph=3*4-2*6= 0 ,3*3-2*4= 1,39,4) 機構(gòu)中對運動起重復限制作用的對稱部分也往往會引入虛約束,F=3n-2pl-ph=3*5-2*5-6= -1 ,3*3-2*3-2= 1,4,40,兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸，且法線重合,注意： 法線不重合時，變成實際約

14、束,41,虛約束的本質(zhì)是什么,從運動的角度看,虛約束就是“重復的約束”或者是“多余的約束,2,E,E,42,a. 使受力狀態(tài)更合理； b. 使機構(gòu)平衡； c. 考慮機構(gòu)在特殊位置的運動 使用虛約束時要注意什么問題? 保證滿足虛約束存在的幾何條件，在機械設計中使用虛約束時，機械制造的精度要提高,機構(gòu)中為什么要使用虛約束,43,例1,找出圖示直線機構(gòu)中的復合鉸鏈,F=372 10 =1,例2,F=372 10 =1,機構(gòu)具有確定運動,因為主動件數(shù)等于機構(gòu)自由度數(shù)F,直線機構(gòu),復合 鉸鏈,計算圖示壓縮機機構(gòu)的自由度F,復合 鉸鏈,44,機構(gòu)具有確定運動,因為主動件數(shù)等于機構(gòu)自由度數(shù)F,例,F=362 81 =1,F=3n2Pl Ph,45,例,部分圖示油泵機構(gòu)中，1為曲柄，2為活塞桿，3為轉(zhuǎn)塊， 4為泵體。試繪制該機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖，并計算其自由度,機構(gòu)運動簡圖,2. 機構(gòu)的自由度： F = 3 n2 PlPh = 3324 = 1,解：1 . 機構(gòu)組成結(jié)構(gòu)分析,46,本章內(nèi)容小結(jié),機構(gòu)具有確 定運動的條,計算公式：F = 3n - 2pL - pH,注意事項：復合鉸鏈、局部自由度和虛約束的判別及其處理,機構(gòu)的原動件數(shù)目=機構(gòu)的自由度數(shù)目,1運動副及其分類、表示方法、規(guī)定畫法,2構(gòu)件類型、表示方法及規(guī)定畫法,3機構(gòu)運動簡圖及其繪制方法,