7.1 机构的组成及运动简图
合集下载
机械的组成及运动简图
以运动形式来划分：
构件间仅能作相对转动的运动副称为回转副； 构件间仅能作相对移动的运动副称为移动副； 构件间仅能作相对螺旋运动（既转动，又沿 转动轴线移动）的运动副称为螺旋副。
高副
低副
圆柱副 平面副
回转副
移动副
螺旋副
球面副
机构运动简图
运动简图:
表达机器的工作原理、传动关系、基 本结构及相互联系的简图。
2:机构特征：
a）人为的实体组合。 b）实体之间存在着确定的相对运动。
机构
从运动的角度来看机器的组成： 机器 — 机构 — 构件；构件是组成 机构的最基本的运动单元。
机械是机器和机构的总称
运动副
运动副：两个构件直接接触并能产生某
些相对运动的活动连接。
运动副的类型
以接触形式来划分：
通过点、线接触的运动副称为高副； 通过面接触的运动副称为低副。
部件：按工艺要求划分的装配单元，每
个部件包含若干个零件，而且各零件之 间有确定的相对位置。 按功能分为三类：连接部件、支承 部件、传动部件。
1.机器
特征： 1）人为的实体组合。 2）实体之间存在着确定的的相对运动。
3）可以代替人的劳动完成有用功或转
变为机械能。
组成机器的三大部分
1、原动部分； 2、工作部分； 3、传动部分。
按工艺要求划分的装配单元每按工艺要求划分的装配单元每个部件包含若干个零件而且各零件之个部件包含若干个零件而且各零件之间有确定的相对位置
机械的组成及机构 运动简图
机械的组成
零件、部件和机器
零件：是组成机器最基本的单元体，是
一个独立的加工单元，具有确定的形状。 按功能分为三类：连接件、支撑件、 传动件。
机构的组成及运动简图的绘制
F=1 F=0
定义：最简单的F＝0的构件组，称为基本杆组。
举例：将图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。
2 1 3 4 5 7 8 6
结论：该机构包含一个基本机构和两个基本杆
组，换句话说，将两个基本杆组添加到基本机
构上，构成了该八杆机构。 推论：任何一个平面机构都可以认为是在基本
机构的基础上，依次添加若干个杆组所形成的。
§1.4 机构具有确定运动的条件
1
2
θ 1 S’3 S3 3 1 θ
2
3
1
4 θ
4
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 独立参数 。
自由度数 1（θ） + 1（x） + 2（x,θ） +
约束数 2（x，y） =3 2（y，θ）=3 1（y） =3
结论：构件自由度＝3－约束数
§1.3
活动构件数 数 n
平面机构的自由度计算
构件总自由度 3× n 低副约束数 2 × PL (低副数) 高副约束
1 × Ph (高副数)
计算公式： F=3n－(2PL +Ph ) 要求：记住上述公式，并能熟练应用。
1
a)原动件作移动 (如直线 电机、流体压力作动筒)。
b)原动件作转动 (如电动 机 )。
2
1
2
2.基本杆组 机构具有确定运动的条件是原动件数＝自由度。 现设想将机构中的原动件和机架断开，则原动件 与机架构成了基本机构，其F＝1。剩下的构件组 必有F＝0。将构件组继续拆分成更简单F＝0的构 件组，直到不能再拆为止。
定义：最简单的F＝0的构件组，称为基本杆组。
举例：将图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。
2 1 3 4 5 7 8 6
结论：该机构包含一个基本机构和两个基本杆
组，换句话说，将两个基本杆组添加到基本机
构上，构成了该八杆机构。 推论：任何一个平面机构都可以认为是在基本
机构的基础上，依次添加若干个杆组所形成的。
§1.4 机构具有确定运动的条件
1
2
θ 1 S’3 S3 3 1 θ
2
3
1
4 θ
4
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 独立参数 。
自由度数 1（θ） + 1（x） + 2（x,θ） +
约束数 2（x，y） =3 2（y，θ）=3 1（y） =3
结论：构件自由度＝3－约束数
§1.3
活动构件数 数 n
平面机构的自由度计算
构件总自由度 3× n 低副约束数 2 × PL (低副数) 高副约束
1 × Ph (高副数)
计算公式： F=3n－(2PL +Ph ) 要求：记住上述公式，并能熟练应用。
1
a)原动件作移动 (如直线 电机、流体压力作动筒)。
b)原动件作转动 (如电动 机 )。
2
1
2
2.基本杆组 机构具有确定运动的条件是原动件数＝自由度。 现设想将机构中的原动件和机架断开，则原动件 与机架构成了基本机构，其F＝1。剩下的构件组 必有F＝0。将构件组继续拆分成更简单F＝0的构 件组，直到不能再拆为止。
机构及机构运动简图
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
F
D C
G
2/19/2013 1:55 PM
机械基础——第一章
18
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构运动简图
练习
2/19/2013 1:55 PM
机械基础——第一章
19
练习1解答
3
C234
C23 4
5. 带轮
3. 动颚板
2/19/2013 1:55 PM
4.肘板
机械基础——第一章 16
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
A B
2
B
A
1
5. 带轮
D C C D
1
3. 动颚板
2/19/2013 1:55 PM
4.肘板
机械基础——第一章 17
1
2/19/2013 1:55 PM
机械基础——第一章
35
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
练习——大筛机构
复合铰链: 位置C ，2个低副
C
局部自由度 1个 虚约束 E’ n= 7 PL = 9 PH = 1 F=3n － 2PL － PH =3×7 －2×9 －1 =2
B
E’ A D
θ
2/19/2013 1:55 PM
机械基础——第一章
25
2 机构及机构运动简图
2.4 平面机构的自由度
实例三——圆盘锯机构 D 5 F 6 7 C 实际上自由 度为1，错在 哪里？？
机械基础——第一节机构的组成与运动简图讲义.
a)固定铰链
b)活动铰链
(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。
移动副
2.高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。
凸轮副
齿轮副
空间运动副
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
三、平面机构的运动简图
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。
2. 转动副
构件组成转动副时
图面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，其圆心必须与回转轴线重合。 一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑， 或在其内画上斜线。
3. 移动副
两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。
4. 平面高副
每组成一个低副时，就引入了2个约束条件，失去了2个自由度。
低副： a. 面接触； b. 有一个自由度，转动或移动。 （约束了二个自由度）
每组成一个高副，就引入了1个约束条件，失去了1个自由度。
高副： a. 点或线接触； b. 有两个自由度，转动 + 移动。 （约束了一个自由度）
（二）机构具有确定相对运动的条件
二、运动副及其分类
机构是具有确定相对运动多个构件的组合，构件之间需 要传递运动和动力，所以各构件之间必须用一定的方式联 接起来，并且具有确定的相对运动。 两构件之间直接接触并 能产生一定相对运动的联 接称为运动副。 运动副限制了两构件 间某些独立的运动，这种 限制构件独立运动的作用 称为约束。
自由度和运动副约束
2、 构件 是机器运动的单元； 零件 是机器的制造单元。
3、两构件通过 面 接触组成的运动副称为低副，低副又 分为 移动 副和 转动 副两种。
任务一 机构组成及运动简图
平面机构
任务一
5
平面机构 二、运动副(Kinematic pair)
任务一
6
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组成的可动 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。
机构
至少1个
平面机构
五、平面机构的运动简图
任务一
18
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。 机构运动简图应满足的条件： ⑴ 构件数目与实际机构相同； ⑵ 运动副的性质、数目与实际机构相符；
内燃机连杆
机构由若干个构件组成，并具有确定的运动， 而若干个构件不一定组成机构
平面机构
任务一
3
平面机构
任务一
4
一个构件也可以由几个零件刚性联接组成。 实例：连杆由连杆体、轴瓦、连杆盖、螺栓、垫圈、螺 母、连杆衬套等相互刚性联接组成。
连杆衬套
螺栓
连杆体
垫圈 螺母 轴瓦
内燃机连杆
连杆盖
零件(Part)是机械制造的最小单元。
任务一
12
铰链 Hinged joint
平面机构
任务一
13
移动副 Prismatic pair, Sliding pair 平面V 级低副
平面机构
三、机构
任务一
14
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
第一节机构运动和运动简图
常用机构
第一节 机构运动和运动简图
一 构件的运形式
构件的运动形式
构件的平移运动 构件的定轴转动 构件的平面运动
2
构件的平移运动
a）缸体中活塞的运动
b）摆式送料机料槽的运动
3
构件的定轴转动 角速度
角速度就是单位时间内构件转过的角度。
t
ω——角速度(rad／s)；
—— 构件在时间内转过的角度(rad)。
4
转速 表示构件转动的快慢。
角速度与转速之间的关系为
2n n
60 30
n—构件每分钟转过的转数(r／min)
5
线速度
表示构件上任意点运动快慢的程度。
线速度等于角速度与转动半径的乘积， 其方向与转动半径垂直，与转动构件 的转向一致。
vρ=ρω
vρ——构件任意点的线速度(m/s) ρ ——构件上任意点到转动轴0的距离(m或mm)
距离转动轴越远，其线速度越大。当ρ=r时，线速度为
V=rω
6
构件的平面运动
当构件运动时，如果其上任一点到某一固定 平面的距离始终保持不变，则构件的这种运 动称为平面运动。
车轮沿直线滚道滚动
平动机构实例
7
运动副与运动简图
运动副概念
机构是由构件组合而成的，其中每个构件都以一定的方式至少与 另一构件相联接，这种两个构件直接接触又能产生相对运动的联 接称为运动副。如轴和轴承间的联接、两个齿轮的接触、凸轮和 滚子间的接触等，都构成了运动副
F=3n － 2PL － PH =3×3 －2×3 －1
=2
3
3
2
2
1
1
对于右边的机构，有： F=3×2 －2×2 －1=1
第一节 机构运动和运动简图
一 构件的运形式
构件的运动形式
构件的平移运动 构件的定轴转动 构件的平面运动
2
构件的平移运动
a）缸体中活塞的运动
b）摆式送料机料槽的运动
3
构件的定轴转动 角速度
角速度就是单位时间内构件转过的角度。
t
ω——角速度(rad／s)；
—— 构件在时间内转过的角度(rad)。
4
转速 表示构件转动的快慢。
角速度与转速之间的关系为
2n n
60 30
n—构件每分钟转过的转数(r／min)
5
线速度
表示构件上任意点运动快慢的程度。
线速度等于角速度与转动半径的乘积， 其方向与转动半径垂直，与转动构件 的转向一致。
vρ=ρω
vρ——构件任意点的线速度(m/s) ρ ——构件上任意点到转动轴0的距离(m或mm)
距离转动轴越远，其线速度越大。当ρ=r时，线速度为
V=rω
6
构件的平面运动
当构件运动时，如果其上任一点到某一固定 平面的距离始终保持不变，则构件的这种运 动称为平面运动。
车轮沿直线滚道滚动
平动机构实例
7
运动副与运动简图
运动副概念
机构是由构件组合而成的，其中每个构件都以一定的方式至少与 另一构件相联接，这种两个构件直接接触又能产生相对运动的联 接称为运动副。如轴和轴承间的联接、两个齿轮的接触、凸轮和 滚子间的接触等，都构成了运动副
F=3n － 2PL － PH =3×3 －2×3 －1
=2
3
3
2
2
1
1
对于右边的机构，有： F=3×2 －2×2 －1=1
机构运动简图及平面机构自由度
A D
雷达天线的俯仰角调节 机构只是一个单独的平面 连杆机构。
§2-3 平面机构自由度的计算
构件具有独立运动的数目，称为构件的自由度。
y
构件2
O
构件1
x
空间构件在用运
z 动副联结前有六个
独立的相对运动。
转动副
y
构件2
O
x
平面自由构件具 有三个自由度。
用运动副联结后，彼此的相对运动受到某些约束 运动副对构件独立运动的限制，称为约束。
原动件 从动件
即运动规律已知的活动构件，它的 运动规律由外界给定，一般与机架 相连。用箭头标注。
机构中随原动件运动而运动的其余构件
2 从动件
1
4
原动件
机架
组成机构的各构件都在同一平面或 相互平行的平面内相对运动叫平面机构 •.
平面运动副的分类及其表示方法
1
1 1
1
2 1
2
2
2 转动副
2
移动副
2
高副（点低或副线（接面触接）触）
机构运动简图及平面 机构自由度
2.1 平面机构的组成
运动副 机构中两构件直接接触的可动连接 平面运动副 组成运动副的两构件只能作平面运动的运动副
运动链 构件之间用运动副连接所形成的系统
机构 具有机架的运动链称为机构。
固定件（机架）用来支承活动件，在机构 3
中相对固定不动的构件， 通常作为参考坐标系
一、复合铰链
2 1
复
3
5
2
6 1
3
2
1 3
4
(a)
(b)
F ＝ 3n－2PL－PH ＝ 3 5 －2 6 － 0
＝ 3
- 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)。
机械是机器和机构的总称。
机器和机构具有以下的共同特征： 1)都是若干实物的组合。 2)各实物之间具有确定的相对运动。
机器和机构的区别： 机构不能实现能量的转换和传递，只能够传递和转换 运动形式，而机器却能传递、转换能量和做功。 7.1.2 构件和零件
零件——指机械中每一个单独加工的单元体，是一个制 造单元。 构件——指机构中能够做相对运动的实物，即机件。通 常构件是由一个或几个零件刚性连接在一起，作为一个 整体而运动，是运动的单元。 7.1.3 运动副及其分类 两构件之间直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运 动副。 按两构件间接触性质不同，运动副分为低副和高副。
第7章
7.1
学习目标：
平面连杆机构
机构的组成及运动简图
1.理解机器和机构、零件和构件的区别及联系。 2.熟悉运动副的分类及机构的组成。
3.了解机构运动简图的画法，能够识读机构运动简图。
7.1 7.1.1
机构的组成及其运动简图 机器和机构
机器和机构的概念 机器——能够转换和传递能量，以代替人的体力劳动的 一种机械运动装置。 机构——具有确定相对运动的实物组合，它的功用主要 是转换或传递运动形式。
(1)低副(如图7-1) 两构件以面接触组成的运动副称为低副，按两构件 的相对运动形式的不同，可分为转动副、移动副和螺旋 副。
(c)螺旋副
图7-1 低副
(2)高副(如图7-2) 两构件通过点或线接触而形成的运动副称为高副。
图7-2
高副
7.1.4 机构的运动简图
机构运动简图——用来表明机构中各构件间相对运动关系 的简图。 如图7-3所示为单缸发动机结构图及运动简图。
图7-3 单缸发动机结构图及运动简图
绘制机构运动图的步骤：
1)分析机构的实际构造和运动情况，明确三类构件： 固定件——机架；主动件——机构中作用有驱动力或 力矩的构件；从动件——机构中随主动件运动而运动 的可动构件。 2)明确机构由多少个构件组成，各构件之间通过何种 运动副连接。 3)用运动副及构件的图示符号绘制机构运动简图。