第1章_機械系統(tǒng)的運動簡圖設計

1、第一章第一章一一. 機械系統(tǒng)機械系統(tǒng)(machinery system) 原動機原動機傳動裝置傳動裝置工作機構（執(zhí)行機構）工作機構（執(zhí)行機構）給機械系統(tǒng)提供動力。給機械系統(tǒng)提供動力。將動力機的動力和運動傳遞給執(zhí)將動力機的動力和運動傳遞給執(zhí) 行機構的中間裝置。行機構的中間裝置。（1）減速或增速；）減速或增速；（2）變速；）變速；（3）傳遞動力；）傳遞動力；（4）改變運動規(guī)律；）改變運動規(guī)律；（5）實現(xiàn)多路運動；）實現(xiàn)多路運動；利用機械能來進行生產或達到預定利用機械能來進行生產或達到預定 要求的裝置。要求的裝置。操縱控制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)操縱及控制機械系統(tǒng)各組成部分協(xié)

2、調動作。調動作。它的功能：它的功能：傳傳動動系系統(tǒng)統(tǒng)帶 式 運 輸 機聯(lián)軸器聯(lián)軸器聯(lián)軸器聯(lián)軸器減速器減速器電動機電動機運輸帶工作機工作機 原動機原動機聯(lián)軸器聯(lián)軸器聯(lián)軸器聯(lián)軸器電動機電動機減速器減速器帶式運輸機傳動簡圖傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)原動機原動機工作機工作機帶式運輸機帶式運輸機DF v二. 機械系統(tǒng)運動簡圖(machinery system kinetic sketch )棘輪機構棘輪機構工作臺工作臺連桿機構連桿機構(ABCD)連桿機構連桿機構齒輪變速機構齒輪變速機構電動機電動機帶傳動帶傳動牛頭刨床的傳動系統(tǒng)簡圖牛頭刨床的傳動系統(tǒng)簡圖CDFABOEG刀架刀架滑枕滑枕內燃機內燃機曲柄滑塊機構曲柄滑

3、塊機構簡圖簡圖汽汽缸缸體體活塞活塞連桿連桿曲軸曲軸F三三. 平面機構運動簡圖平面機構運動簡圖(planar mechanism kinematic sketch )平面機構平面機構(planar mechanism )所有構件都在同一平面或平所有構件都在同一平面或平行平面內運動的機構。行平面內運動的機構。 如：內燃機中的曲柄滑塊機構。如：內燃機中的曲柄滑塊機構。齒輪機構簡圖齒輪機構簡圖或或1）運動副及其分類）運動副及其分類四本章主要內容、重點及難點四本章主要內容、重點及難點3）平面機構自由度計算及機構具有確定運動的條件）平面機構自由度計算及機構具有確定運動的條件2）平面機構的運動簡圖及其繪制）

4、平面機構的運動簡圖及其繪制主主要要內內容容重點重點 平面機構自由度計算及機構具有確定運動的條件平面機構自由度計算及機構具有確定運動的條件難難點點機構運動簡圖繪制機構運動簡圖繪制有虛約束的機構自由度計算有虛約束的機構自由度計算1-1 運動副及其分類運動副及其分類 一一. 運動副運動副(kinetic pair )機構中由兩構件直接接觸的具有機構中由兩構件直接接觸的具有一定相對運動的可動聯(lián)接一定相對運動的可動聯(lián)接。如：如：內燃機中活塞內燃機中活塞2與氣缸體與氣缸體1（相對移動）（相對移動）連桿連桿3與活塞與活塞2（相對轉動）（相對轉動）連連桿桿3與曲軸與曲軸4（相對轉動）（相對轉動）曲軸曲軸4與缸

5、體與缸體1（相對轉動）組成可動連接。（相對轉動）組成可動連接。相對移動相對移動相對轉動相對轉動移移動動副副轉轉動動副副 齒輪副齒輪副凸輪副凸輪副低副低副：面接觸的運動副：面接觸的運動副高副高副：點、線接觸的運動副：點、線接觸的運動副二二. 運動副的分類運動副的分類低副低副(low pair) (low pair) 高副高副(high pair)(high pair)（1 1）根據(jù)運動副中構件根據(jù)運動副中構件 間的接觸形式分：間的接觸形式分：21球面副球面副球銷副球銷副空間運動副空間運動副螺旋副螺旋副平面平面運動副運動副空間空間運動副運動副（2 2）根據(jù)構件間的相對運動分：根據(jù)構件間的相對運動分

6、：1-2 1-2 平面機構運動簡圖平面機構運動簡圖 機構運動簡圖機構運動簡圖(kinematic sketch )(kinematic sketch ) 是用規(guī)定是用規(guī)定的符號，繪出的能準確表達機構各構件之間的相對運動關系的符號，繪出的能準確表達機構各構件之間的相對運動關系及運動特征的簡單圖形，稱為機構運動簡圖及運動特征的簡單圖形，稱為機構運動簡圖 。(即：即：用線條和用線條和簡單圖形代表構件，用規(guī)定符號代表運動副，按比例作出的簡單圖形代表構件，用規(guī)定符號代表運動副，按比例作出的圖形）圖形）。內燃機中由汽缸體、活塞、連桿和曲軸組成的曲軸內燃機中由汽缸體、活塞、連桿和曲軸組成的曲軸滑塊機構?；瑝K

7、機構。一機構構件分類一機構構件分類機架（或固定構件）機架（或固定構件）內燃機的汽缸體內燃機的汽缸體活動構件活動構件 除除機架外的所有可動構件。如活塞、連桿、機架外的所有可動構件。如活塞、連桿、 曲軸及齒輪等。曲軸及齒輪等。組成機構的構件可分為兩大類：組成機構的構件可分為兩大類：內燃機內燃機曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構運動簡圖運動簡圖汽汽缸缸體體活塞活塞連桿連桿曲軸曲軸F內內燃燃機機結結構構分分析析1.汽缸體汽缸體2. 活塞活塞3. 連桿連桿4. 曲軸曲軸5. 齒輪齒輪6. 齒輪齒輪7. 凸輪凸輪8.推桿推桿原動件：原動件：運動規(guī)律已知的活動構件運動規(guī)律已知的活動構件。（內燃機內燃機中的中的活塞活塞

8、2）主動件：主動件：作用有驅動力或驅動力矩的活動構件。作用有驅動力或驅動力矩的活動構件。 （活塞活塞2 、齒輪齒輪5 5 、凸輪、凸輪7）輸出件：輸出件：輸出運動或動力的從動件輸出運動或動力的從動件。（曲軸曲軸4 4 、推桿、推桿8 ）活動構件活動構件從動件：從動件：機構中隨主動件的運動而運動的其余活動機構中隨主動件的運動而運動的其余活動 構件構件（如連桿（如連桿3、曲軸、曲軸4 、齒輪齒輪5 5 、推桿、推桿8 ）121221212112二常用機構運動簡圖的表示符號二常用機構運動簡圖的表示符號一）運動副的表示一）運動副的表示符號符號轉動副的符號轉動副的符號移動副的符號移動副的符號高副的符號高

9、副的符號三副構件三副構件（活動構件）（活動構件）兩副構件兩副構件（活動構件）（活動構件）固定構件固定構件注意：注意：固定構件用帶有陰影線構件表示固定構件用帶有陰影線構件表示二）構件二）構件的表示的表示符號符號齒輪機構齒輪機構凸輪機構凸輪機構齒輪機構表示符號齒輪機構表示符號凸輪機構表示符號凸輪機構表示符號三）常用機構運動簡圖符號三）常用機構運動簡圖符號電動機電動機帶傳動帶傳動鏈傳動鏈傳動錐齒輪機構錐齒輪機構蝸桿蝸輪傳動蝸桿蝸輪傳動三三. 平面機構運動簡圖繪制平面機構運動簡圖繪制 舉例說明舉例說明 1）分析內燃機的機構組成：）分析內燃機的機構組成：主運動機構：主運動機構：由氣缸體由氣缸體1、活塞、

10、活塞2、連桿、連桿3、曲軸、曲軸4組成組成其他機構：其他機構：齒輪機構（齒輪齒輪機構（齒輪5 、齒輪、齒輪6），凸輪機構（凸輪），凸輪機構（凸輪7 、 推桿推桿8）固定件固定件: : 氣缸體氣缸體1 12）根據(jù)機構的運動情況，判別）根據(jù)機構的運動情況，判別固定件、原動件和從動件固定件、原動件和從動件例例1-1 繪制內燃機的機構運動簡圖繪制內燃機的機構運動簡圖凸輪凸輪7 、推桿、推桿81.汽缸體汽缸體2. 活塞活塞3. 連桿連桿4. 曲軸曲軸5. 齒輪齒輪6. 齒輪齒輪7. 凸輪凸輪8.推桿推桿解：解：1分析機構的運動，判別固定件、原動件和從動件分析機構的運動，判別固定件、原動件和從動件原動件原

11、動件: : 活塞活塞2 2連桿連桿3、曲軸、曲軸4齒輪齒輪5 、 6從從動動件件 2從原動件開始，按運動傳遞順序，分析各構件之間相對從原動件開始，按運動傳遞順序，分析各構件之間相對運動的性質、確定運動副的種類和數(shù)目。運動的性質、確定運動副的種類和數(shù)目。 2個移動副個移動副2和和1、8和和1； 4個轉動副個轉動副2和和3、3 和和4、5和和1、6和和1； 2個高個高 副副5和和6、7 和和8 。 該機構該機構 1.汽缸體汽缸體2. 活塞活塞3. 連桿連桿4. 曲軸曲軸5. 齒輪齒輪7. 凸輪凸輪8.推桿推桿6. 齒輪齒輪 3合理選擇視圖平面合理選擇視圖平面（選機構的主運動平面及其（選機構的主運動

12、平面及其平行平面）適當?shù)臋C構的運平行平面）適當?shù)臋C構的運動瞬時位置（圖示位置）動瞬時位置（圖示位置） 4選擇適當?shù)拈L度選擇適當?shù)拈L度比例尺比例尺l定出運動副之定出運動副之間的相對位置，用規(guī)定間的相對位置，用規(guī)定的符號繪制機構運動簡的符號繪制機構運動簡圖。圖。12344556CABDEF例例1-2 繪制鄂式破碎機機構運動簡圖繪制鄂式破碎機機構運動簡圖鄂式破碎機的組成情況鄂式破碎機的組成情況4.肘板肘板3. 動顎板動顎板5. 帶輪帶輪2. 偏心軸偏心軸1. 機架機架解：解：1鄂式破碎機的結構分析鄂式破碎機的結構分析 鄂式破碎機的主運動機構鄂式破碎機的主運動機構由：機架由：機架1、偏心軸、偏心軸2（

13、與帶（與帶輪輪5固連在一起）、動顎板固連在一起）、動顎板3和肘板和肘板4組成。動顎板組成。動顎板3在偏在偏心軸驅動下作平面運動，將心軸驅動下作平面運動，將堆放在動顎板與定顎板之間堆放在動顎板與定顎板之間的礦石壓碎。的礦石壓碎。2分析機構的運動，判別固分析機構的運動，判別固定件、原動件和從動件定件、原動件和從動件1）機構的運動情況分析）機構的運動情況分析鄂式破碎機鄂式破碎機4.肘板肘板3. 動顎板動顎板1. 機架機架5. 帶輪帶輪2. 偏心軸偏心軸固定件固定件 機架機架1原動件原動件 偏心軸偏心軸2從動件從動件 動顎板動顎板3、肘板、肘板42）判別）判別4.肘板肘板1. 機架機架2. 偏心軸偏心

14、軸5. 帶輪帶輪3. 動顎板動顎板 3從原動件開始，按從原動件開始，按運動傳遞順序，分析各構運動傳遞順序，分析各構件之間相對運動的性質、件之間相對運動的性質、確定運動副的種類和數(shù)目。確定運動副的種類和數(shù)目。因機構各構件之間的相對因機構各構件之間的相對運動均為轉動，固組成運動均為轉動，固組成4個轉動副，即：轉動副個轉動副，即：轉動副A、B、C、D，其中，其中A和和D為為固定鉸鏈，固定鉸鏈， B、C為活動為活動鉸鏈鉸鏈4.肘板肘板1. 機架機架2. 偏心軸偏心軸5. 帶輪帶輪3. 動顎板動顎板ACBD 4合理選擇視圖平面（一般選機構的運動平面或者與運合理選擇視圖平面（一般選機構的運動平面或者與運動

15、平面平行的平面），適當?shù)臋C構的運動瞬時位置（以能夠動平面平行的平面），適當?shù)臋C構的運動瞬時位置（以能夠清楚反映出各構件之間相對位置關系為原則）清楚反映出各構件之間相對位置關系為原則） 5選擇適當?shù)拈L度比例尺選擇適當?shù)拈L度比例尺l = ，定，定出運動副之間的相對位置，用規(guī)定的符號繪制機構運動簡圖。出運動副之間的相對位置，用規(guī)定的符號繪制機構運動簡圖。 mmmmmcm圖示長度或或長度際實機構運動簡圖機構運動簡圖3D1鄂式破碎機鄂式破碎機4.肘板肘板3. 動顎板動顎板1. 機架機架2. 偏心軸偏心軸5. 帶輪帶輪 1）確定固定鉸鏈）確定固定鉸鏈A和和D： 先定先定A點位置點位置 根據(jù)根據(jù)D點相對點相

16、對于于A點的坐標和長度比例尺點的坐標和長度比例尺l 定出定出D點；點； 2）確定活動鉸鏈）確定活動鉸鏈B的位置：以的位置：以A點為圓心，偏心距點為圓心，偏心距e/l（即（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）為半徑畫圓，在其圓周上確定一適當?shù)倪\動瞬時位置B2BA1 3）確定活動鉸鏈）確定活動鉸鏈C的位置：分別以的位置：分別以B、D點為圓心，點為圓心， lBC/l 、 lCD/l 為半徑畫弧相交于為半徑畫弧相交于C點；點； 4）用規(guī)定的構件符號連接各點，所形成的簡單圖形即為鄂）用規(guī)定的構件符號連接各點，所形成的簡單圖形即為鄂式破碎機的主運動機構式破碎機的主運動機構C4 1

17、）確定固定鉸鏈）確定固定鉸鏈A和和D： 先定先定A點位置點位置 根據(jù)根據(jù)D點相對于點相對于A點的坐標點的坐標和長度比例尺和長度比例尺l 定出定出D點；點； 2）確定活動鉸鏈）確定活動鉸鏈B的位置：以的位置：以A點為圓心，偏心距點為圓心，偏心距e/l（即（即lAB/l）為）為半徑畫圓，在其圓周上確定一適當?shù)倪\半徑畫圓，在其圓周上確定一適當?shù)倪\動瞬時位置動瞬時位置B； 3）確定活動鉸鏈）確定活動鉸鏈C的位置：分別的位置：分別以以B、D點為圓心，點為圓心， lBC/l 、lCD/l 為為半徑畫弧相交于半徑畫弧相交于C點；點； 4）用規(guī)定的構件符號連接各點，）用規(guī)定的構件符號連接各點，所形成的簡單圖形

18、即為鄂式破碎機的主所形成的簡單圖形即為鄂式破碎機的主運動機構運動機構鄂式破碎機鄂式破碎機機構運動簡圖機構運動簡圖3D12BA1C4鄂式破碎機鄂式破碎機機構運動簡圖繪制步驟：機構運動簡圖繪制步驟：1-3 1-3 平面機構的自由度平面機構的自由度一一. .平面機構的自由度平面機構的自由度( (degreedegree of freedom)of freedom) （一）構件的自由度（一）構件的自由度 一個作平面運動的自由構件有三個獨立運動。即有三一個作平面運動的自由構件有三個獨立運動。即有三個自由度。個自由度。OxY12A 能動嗎？能動嗎？213ACB4D（二）約束（二）約束 當兩構件用運動副連接

19、后當兩構件用運動副連接后, ,彼此間的相對運動受到約束彼此間的相對運動受到約束, ,自由度減少自由度減少, ,失去一個自由度失去一個自由度, ,產生一個約束。對構件的約束產生一個約束。對構件的約束數(shù)取決于運動副的類型。數(shù)取決于運動副的類型。低副：兩個約束低副：兩個約束12ttnnAttnnA高副：一個約束高副：一個約束 平面機構自由度：平面機構自由度：機構中各活動構件相對于機架的可機構中各活動構件相對于機架的可 能的獨立運動的數(shù)目。能的獨立運動的數(shù)目。（三）平面機構自由度（三）平面機構自由度平面機構中有平面機構中有 n n 個活動構件個活動構件，未用運動副聯(lián)接時有未用運動副聯(lián)接時有 3n 3n

20、 個自由度。個自由度。 平面機構自由度計算公式平面機構自由度計算公式: :F=3n2pL pH用用pL個底副及個底副及pH個高副聯(lián)接后，自由度減少個高副聯(lián)接后，自由度減少（2 pL+ pH ） 。機構中的高副數(shù)目機構中的高副數(shù)目機構中的低副數(shù)目機構中的低副數(shù)目機構中活動構件數(shù)目機構中活動構件數(shù)目n = N（總構件數(shù)）（總構件數(shù)）-1（機架）（機架）平面機構自由數(shù)目：平面機構自由數(shù)目： 3n - 3n - （2 2 p pL L+ + p pH H ） 二二. .機構具有確定運動的條件機構具有確定運動的條件pL =4,pH =1,F= 3 3 3232 4-14-1= = 0n=3,123ACB

21、4Dn=2,pL =3F= 3 3 2222 3 3 = 0231n=3,pL =5F= 3 3 3232 5 5 = 1B2C4ADE13n=3,pL =4F= 3 3 3232 4 4 = 1 14123ABCD不能動不能動不能動不能動不能動不能動能能 動動1.1.機構可能運動的條件是：機構可能運動的條件是：2.2.機構具有確定運動的條件是：機構具有確定運動的條件是： 即即: :主動件數(shù)等于機構自由度數(shù)主動件數(shù)等于機構自由度數(shù)F F 。輸入的獨立運動數(shù)目等于機構自由度數(shù)輸入的獨立運動數(shù)目等于機構自由度數(shù)F F 。機構自由度數(shù)機構自由度數(shù)F F 1 1。pL =5,n=4,F=2 13C2B

22、54ADE1C D n=3,pL =4,F=1 1C4123ABD給定給定1構件的運動構件的運動則機構運動確定則機構運動確定只給定只給定1構件的運動時，機構運動不確定構件的運動時，機構運動不確定給定給定1、4 4構件運動，構件運動，機構運動才確定。機構運動才確定。 1 4B54A3C2DE1結論結論：3C2D一）一）復合鉸鏈復合鉸鏈: :A2CB134DE56324篩料機構自由度：篩料機構自由度：F=3n-2PL PH= 3 5 2 6 = 3 ？因此，因此，篩料機構自由度的正確計算是：篩料機構自由度的正確計算是：F=3F=3 5252 7=17=1 篩料機構篩料機構復合鉸鏈處理方法復合鉸鏈處

23、理方法 計入復合鉸鏈數(shù)目計入復合鉸鏈數(shù)目復合鉸鏈復合鉸鏈由由m m個構件在一處組成個構件在一處組成軸線重合軸線重合的轉動副的轉動副, ,實際有實際有(m-1)(m-1)個個轉動副。轉動副。三三. . 計算機構自由度時應注意的問題計算機構自由度時應注意的問題二）局部自由度二）局部自由度局部自由度：局部自由度：機構中個別構件所具有的不影響其它構件機構中個別構件所具有的不影響其它構件 運動，即與整個機構運動無關的自由度。運動，即與整個機構運動無關的自由度。21ACB4321ACB3F=3 32 31 =2 ？F= 3 22 21 =1 局部自由度處理方法局部自由度處理方法 ：計算機構自由度時，應將局

24、部自由度計算機構自由度時，應將局部自由度除除去不計，即將滾子與推桿固聯(lián)成一體，看成一個零件去不計，即將滾子與推桿固聯(lián)成一體，看成一個零件 4F5AB CD EF123ADBCE123ADBCEF=3 42 6=0 ?F=3 32 4=1三）虛約束三）虛約束虛約束處理方法虛約束處理方法: : 將虛約束去除不計將虛約束去除不計機車車輪的聯(lián)動機構機車車輪的聯(lián)動機構機構中那些對構件間的相對運動不起獨機構中那些對構件間的相對運動不起獨 立立限制作用的限制作用的重復約束重復約束?；蚍Q消極約束。或稱消極約束。例例DABC123F=3 32 4=1常見的虛約束：常見的虛約束：1.1.機構中聯(lián)結構件與被聯(lián)結構件

25、的軌跡重合機構中聯(lián)結構件與被聯(lián)結構件的軌跡重合橢圓規(guī)機構橢圓規(guī)機構AB=BC=BDDABC123虛約束虛約束4F5AB CD EF123ADBCE虛約束虛約束2.2.兩構件組成若干個導路中心線互相平行或重疊的移動副兩構件組成若干個導路中心線互相平行或重疊的移動副F=3 32 4=12CAB134EF虛約束虛約束21虛虛約約束束ACBD12323.3.兩構件組成若干個軸線互相兩構件組成若干個軸線互相重合重合的轉動副的轉動副。F=3 32 32 =1虛約束虛約束4.4.在機構整個運動過程中，的距離始終不變。在機構整個運動過程中，的距離始終不變。AB=CD， AE=DF，BE=CF， BC=EF=A

26、D4CAB1325DEFF=3 32 4=1CAB1325DEF虛約束虛約束5.5.機構中對運動不起獨立作用的對稱部分。機構中對運動不起獨立作用的對稱部分。21322OF=3 32 32 =1例例1找出圖示找出圖示直線機構中直線機構中的是的是復合鉸鏈復合鉸鏈 F=3 72 10 =1 例例2 F=3 72 10 =1 機構具有確定運動機構具有確定運動, ,因為主動件數(shù)等于機構自由度數(shù)因為主動件數(shù)等于機構自由度數(shù)F F 。直線機構直線機構復合復合鉸鏈鉸鏈A2CB13DE5647壓縮機機構壓縮機機構計算圖示壓縮機機計算圖示壓縮機機構的構的自由度自由度F復合鉸鏈復合鉸鏈1563287 74ACBFED復合復合鉸鏈鉸鏈EABCDO FGH 機構具有確定運動機構具有確定運動, ,因為主動件數(shù)等于機構自由度數(shù)因為主動件數(shù)等于機構自由度數(shù)F F 。例例虛約束虛約束局部自由度局部自由度F=3 62 81 =1F=3n2Pl Ph例例 部分圖示油泵機構中，部分圖示油