機械零部件設(shè)計 第2版 課件 學(xué)習(xí)情境二 任務(wù)2.2繪制平面機構(gòu)運動簡圖與計算自由度

《機械零部件設(shè)計》

情境二

設(shè)計

內(nèi)燃機中的常用機構(gòu)

1、了解內(nèi)燃機的組成及工作原理，學(xué)會進行內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)分析。2、掌握平面機構(gòu)運動簡圖繪制與自由度計算。3、掌握平面連桿機構(gòu)的設(shè)計。4、掌握凸輪機構(gòu)設(shè)計。5、培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實際問題的能力，勇于創(chuàng)新、敬業(yè)樂業(yè)的工作作風(fēng)和良好的職業(yè)道德以及團隊協(xié)作精神。學(xué)習(xí)目標任務(wù)二任務(wù)三任務(wù)四任務(wù)一工作任務(wù)內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)分析平面機構(gòu)運動簡圖繪制與自由度計算平面連桿機的設(shè)計凸輪機構(gòu)設(shè)計任務(wù)二平面機構(gòu)運動簡圖繪制與自由度計算工作任務(wù)1、掌握平面機構(gòu)運動副的概念；2、學(xué)會平面機構(gòu)運動簡圖的繪制；3、掌握平面機構(gòu)自由度的概念，學(xué)會平面機構(gòu)自由度的計算方法和機構(gòu)運動確定性的判定方法。學(xué)習(xí)目標1、完成學(xué)習(xí)情境（二）工作任務(wù)單中的問題：（1）什么是高副？什么是低副？在平面機構(gòu)中高副和低副各引入幾個約束？（2）什么是機構(gòu)運動簡圖？繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟？（3）什么是機構(gòu)的自由度？計算自由度應(yīng)注意那些問題？（4）機構(gòu)具有確定運動的條件是什么？若不滿足這一條件，機構(gòu)會出現(xiàn)什么情況？2、完成內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖的繪制；3、計算內(nèi)燃機主體機構(gòu)的自由度。任務(wù)書1、平面機構(gòu)的運動副；2、平面機構(gòu)運動簡圖；3、平面機構(gòu)的自由度概念；4、平面機構(gòu)的自由度計算；5、平面機構(gòu)具有確定運動的條件。主要內(nèi)容1．平面運動副的定義兩個構(gòu)件或兩個以上構(gòu)件直接接觸，并且構(gòu)件之間能產(chǎn)生一定形式的相對運動的可動聯(lián)接稱為運動副。若運動副只允許兩構(gòu)件在同一平面或相互平行平面上做相對運動，則稱該運動副為平面運動副。一、運動副及其分類2．平面運動副的分類根據(jù)運動副中兩構(gòu)件接觸方式的不同，平面運動副分為低副和高副。兩構(gòu)件通過面接觸組成的運動副稱為低副，包括轉(zhuǎn)動副和移動副。兩構(gòu)件通過點或線接觸構(gòu)成的運動副稱為高副，包括凸輪副和齒輪副。一、運動副及其分類1）轉(zhuǎn)動副若運動副只允許兩個構(gòu)件作相對轉(zhuǎn)動，則稱該運動副為轉(zhuǎn)動副，也稱鉸鏈。（１）低副2）移動副若運動副只允許兩個構(gòu)件沿某一直線做相對移動，則稱該運動副為移動副。（１）低副1）齒輪副：兩個齒輪接觸形成的運動副稱為齒輪副。（2）高副2）凸輪副：與凸輪表面接觸所形成的運動副稱為凸輪副。（2）高副1.平面機構(gòu)運動簡圖的概念

所有構(gòu)件都只能在相互平行的平面上運動的機構(gòu)稱為平面機構(gòu)。為了便于研究機構(gòu)的運動，將機構(gòu)中那些與運動無關(guān)的實際外形和具體結(jié)構(gòu)略去，只用一些簡單線條表示構(gòu)件、用簡單的規(guī)定符號表示運動副的類型，按一定比例確定出各運動副的相對位置及與運動有關(guān)的尺寸。這種表示機構(gòu)各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡單圖形稱為機構(gòu)運動簡圖。若不按比例繪制，則稱為機構(gòu)運動示意圖。二、平面機構(gòu)運動簡圖的繪制2.構(gòu)件的分類

（1）機架：機構(gòu)中相對固定的構(gòu)件稱為機架，它的作用是支承運動構(gòu)件。（2）主動件：給定運動規(guī)律的構(gòu)件稱為主動件，一般主動件與機架相連。（3）從動件：機構(gòu)中除主動件以外的全部活動件都稱為從動件。二、平面機構(gòu)運動簡圖的繪制3.繪制機構(gòu)運動簡圖的目的1）用來分析現(xiàn)有機器能夠了解機器由哪些構(gòu)件、哪些機構(gòu)組成的，還能根據(jù)這些機構(gòu)的運動性能知曉其工作特點。甚至能預(yù)知其容易發(fā)生故障的部位，進而能正確操作、使用與維護。二、平面機構(gòu)運動簡圖的繪制簡易沖床1.主動輪2.凸輪3.杠桿4.沖頭5.機架2）用來設(shè)計構(gòu)思新機器設(shè)計任何一部新機器，首先要根據(jù)工作要求，進行設(shè)計構(gòu)思，即擬定各種可能的不同設(shè)計方案，制作出機構(gòu)運動簡圖（或者示意圖），經(jīng)過比較從中選出最佳設(shè)計方案。一開始就進行機器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制零部件的工作圖是不可能的，也是不必要的。二、平面機構(gòu)運動簡圖的繪制4.平面機構(gòu)運動簡圖的繪制1）繪制簡圖的比例尺及機構(gòu)要素的符號繪制機構(gòu)運動簡圖的比例尺μl為

μl=實際長度(mm)

圖示長度(mm)

二、平面機構(gòu)運動簡圖的繪制2）繪制平面機構(gòu)運動簡圖的步驟（1）分析機構(gòu)的構(gòu)造和運動情況，搞清楚該機構(gòu)是由多少個構(gòu)件組成，各構(gòu)件之間用何種運動副連接。（2）選擇合適的①比例尺，②機構(gòu)位置，③投影面。（3）按照機構(gòu)運動簡圖的定義繪圖，即用簡單線條和規(guī)定符號分別表示構(gòu)件和運動副，按比例確定各運動副之間的位置，用簡單圖形把機構(gòu)運動情況反映出來?！飯D中各運動副順次標以大寫英文字母，各構(gòu)件標以阿拉伯數(shù)字，用箭頭標明主動件。二、平面機構(gòu)運動簡圖的繪制機構(gòu)運動簡圖符號繪制平面機構(gòu)運動簡圖實例試繪制圖示的自動卸貨機構(gòu)的運動簡圖。繪制平面機構(gòu)運動簡圖實例試繪制下圖所示顎式破碎機的機構(gòu)運動簡圖。電機皮帶曲軸動顎板肘板其運動傳遞為：繪制平面機構(gòu)運動簡圖實例訓(xùn)練：繪制內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖訓(xùn)練：繪制內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖三、平面機構(gòu)自由度的計算1、構(gòu)件的自由度所謂構(gòu)件的自由度，是指構(gòu)件可能作的獨立運動個數(shù)。一個作平面運動的自由構(gòu)件具有三個自由度。自由構(gòu)件三、平面機構(gòu)自由度的計算2、運動副的約束

2、運動副的約束平面低副的約束為2：

在低副中，十分顯然轉(zhuǎn)動副和移動副分別限制了構(gòu)件的兩個自由度（即兩個移動或一個移動和一個轉(zhuǎn)動），也就是說使機構(gòu)減少了兩個自由度；平面高副的約束為1：在高副中，只限制了兩個構(gòu)件沿接觸點公法線方向的移動，也就是說構(gòu)件減少了一個自由度。三、平面機構(gòu)自由度的計算三、平面機構(gòu)自由度的計算3、平面機構(gòu)自由度的計算

平面機構(gòu)可能做的獨立運動個數(shù)稱為平面機構(gòu)的自由度。

設(shè)一個平面機構(gòu)由N個構(gòu)件組成，其中必有一個構(gòu)件是機架，因機架為固定件，其自由度為零，故活動構(gòu)件數(shù)n=N－1。這

n個活動構(gòu)件在沒有通過運動副連接時，共有3n個自由度，當用運動副將構(gòu)件連接起來組成機構(gòu)之后，其自由度就要減少。當引入一個低副，自由度就減少兩個；當引入一個高副，自由度就減少一個。若機構(gòu)中有PL個低副和PH個高副，則共減少2PL+PH個自由度。于是，平面機構(gòu)的自由度F為

F=3n-2PL-PH[例]計算右圖所示機構(gòu)的自由度解：該圖中總構(gòu)件數(shù)N為6，轉(zhuǎn)動副數(shù)為5，移動副數(shù)為2，沒有高副。所以n=5，PL=7,PH=0，則自由度為：F=3n-2PL-PH=3×5-2×7-0=1機構(gòu)自由度計算實例

機構(gòu)具有確定運動的條件是：機構(gòu)原動件的數(shù)目W應(yīng)等于機構(gòu)的自由度F，即W=F>0如果F與W不相等，則1）若F=0，則機構(gòu)不能做獨立運動，不能動；

2）若F<0，機構(gòu)蛻變?yōu)閯傂澡旒埽o定，不能動；

3）若W>F，機構(gòu)按動力較大的原動件的運動規(guī)律運動，發(fā)生運動干涉，機構(gòu)的薄弱處可能遭到破壞。

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