平面机构运动简图电子教案
平面机构运动简图及自由计算PPT课件
课堂练习
计算下列图示机构自由度，并判断机构是否有确定的相对运动？
F A B E C D
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计算下列图示机构自由度，并判断机构是否有确定的相对运动？
F
8
6
D
F
7A
6
1
B
52 E
5 3
C
4
E
2
B
4
C 3
1A
D
(1)
(2)
(1) n=8,PL=10,PH=0 F=3n-2PL-PH=3×8-2×10-0=1 W=F>0,机构具有确定的相对
二、机构运动简图
动画
➢1.机构运动简图
撇开实际机构中与运动无关的因素，用简单的线条和符号 表示构件和运动副，并按一定比例定出各运动副的位置，表示机 构各构件间相对运动关系的图。
➢2.机构示意图
只是定性地表示机构的组成及运动原理，而不用严格按比例 绘制的简图，通常称为机构示意图。
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机构运动简图
F 8
A2
1
3
6
B
E
4
7D
C
5
动画
动画2
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♥ 3.绘制机构运动简图的方法和步骤
1）找出各构件和选定视图平面
动画
一般选定的视图平面应与各构件平行，由原动件→从动件及 机架
2）找出联接构件的各运动副
由从原动构件出发沿运动的传递路线，分析各构件间的相对 运动性质；确定活动构件数目、运动副的类型和数目根据运动副 类别画上相应的符号，并逐个注上表示运动副的代号A、B、C、 D….,和构件的数目1、2、3、….
面内运动，则称为该机构为平面机构。（实例1、实例2）
机械学基础电子教案-第01章
33
四. 按照传动特性设计 2. 曲柄滑块机构的传动特性 B b C φ0 S C` φ
-α B`
0
+α
α a α0 A D
S=f(α)
d
位移s与转角α的关系公式:
2 2 a cos α 0 − d a cos α − d s = a (sin α − sin α 0 ) + b 1 − 1 − − b b
34Leabharlann 传动比i公式:i=
dα 1 = . ds a
cos α −
1 (a cos α − d )sin α a cos α − d b 1− b
2
位移x与转角α的关系公式:
x = (sin α − sin α 0 ) + λ2 − (cos α 0 − ε ) − λ2 − (cos α − ε )
2
2
相对传动比ia公式:
ia = dα = dx cos α − 1 (cos α − ε )sin α
λ2 − (cos α − ε )2
相对传动比ia公式与i关系:
ia= a ⋅ i
35
（1） 曲柄滑块机构相对传动比曲线 ia
αg
ε=1 λ=2 B
C A
α0
-90º 0º
+90º
α
α
α
α
C
s
A
40
（习题1-4）：四杆机构如图所示，已知l1=150mm， l2=120mm， l3=180mm， l4=200mm。试问属哪种机构？
41
（习题1-5）：设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。要求踏板CD在 水平位置上下各摆10°，且lCD=500mm， lAD=1000mm，试用图 解法求曲柄AB和连杆BC的长度，如图所示。
平面机构及其运动简图
二、机构具有确定运动的条件
只有机构自由度大于零，机构才有可能运动。因为机构的自由度即是机构所具有的独立运动的数目，所以只有给机构输入的独立运动数目与机构自由度数目相等，机构才能有确定的运动。
如图1-13所示为五杆铰链系统，具有5个构件构成5个转动副，其自由度为F= 3×4－2×5 = 2，如果只给定构件1的运动规律，则构件2、3、4的运动规律并不确定。当给定了构件1和4的运动规律，各构件的运动就得到确定。如图1-14所示为四杆铰链系统，具有四个构件形成4个转动副，其自由度为F= 3×3－2×4 = 1，当给定构件1予运动规律时，各构件的运动已确定。如果同时给定构件1和2予运动规律，则系统无法运动。由此可见，机构具有确定运动的条件为：
2.高副
两构件以点或线的形式相接触而组成的运动副称为高副。例如图1-3a)所示的火车轮子1与钢轨2、图1-3b) 所示的凸轮机构的凸轮1与从动件2、图1-3c) 所示的两相互啮合的轮齿等，分别组成了高副。两构件组成平面高副时，只引入1个约束条件。
四、运动链和机构
1.运动链
若干构件通过运动副联接构成的系统称为运动链。各构件构成封闭形式的运动链称为闭式运动链，简称闭链，如图1-4a)所示；各构件不能构成封闭形式的运动链称为开式运动链，简称开链，如图1-4b)所示。
两个构件用不同的方式联接起来，显然会得到不同形式的相对运动，如转动或移动。为便于进一步分析两构件之间的相对运动关系，引入自由度和约束的概念。如图1-1所示，假设有一个构件2，当它尚未与其它构件联接之前，我们称之为自由构件，它可以产生3个独立运动，即沿x方向的移动、沿y方向的移动以及绕任意点A的转动，构件的这种独立运动称为自由度。可见，作平面运动的构件有3个自由度。如果我们将硬纸片（构件2）用钉子钉在桌面（构件1）上，硬纸片就无法作独立的沿x或y方向的运动，只能绕钉子转动。这种两构件只能作相对转动的联接称为铰接。对构件某一个独立运动的限制称为约束条件，每加一个约束条件构件就失去一个自由度。
机械基础电子教案——构件、运动副与平面机构
机械基础电子教案6.1 构件、运动副与平面机构【课程名称】构件、运动副与平面机构【教学目标与要求】一．知识目标了解运动副类型、构件和运动简图。
二．能力目的1．能够判断低副和高副的不同，区分构件和零件。
2．能读懂机构运动简图。
三．素质目标了解运动副的作用，读懂机构运动简图，了解机构的传动过程。
四．教学要求熟悉低副和高副的结构，了解构件和零件的不同，能读懂机构运动简图。
【教学重点】低副和高副的结构特点，机构运动简图。
【难点分析】机构运动简图的表示法。
【教学方法】讲授为主，配合教具课件演示，最后归纳总结。
【学生分析】从机械零件的静止运动转变到常用机构的教学内容，是一个由静向动的变化过程，要从运动的角度出发来启发学生学习本章的内容就比较容易。
同时要从具体的构件抽象出简图来研究运动特点，这也是要改变学生思路的方式。
在讲课时，一定要把这些特点先告诉学生，以便更快地适应新的教学内容。
【教学安排】2学时（90分钟）【教学过程】一．开始常用机构一章的学习，机构的特点是运动的，所以要从运动的角度出发来研究和分析机构，这样就比较容易理解掌握。
要习惯于机构简图的表示内涵及它表示的构件运动特点。
如书中图6－9、10所示。
机构的种类很多，本书只介绍平面连杆机构，凸轮机构和间歇运动机构，其共同特点是将主动件连续的匀速转动通过机构转化成断续或不均运的各种运动型式，以满足实际工作场合的需求。
二．新课讲授1．首先要和学生共同回忆机构的定义，即构件的组合与构件之间具有相对的运动，如果没有相对的运动，就不成机构。
接着要讲明连杆的含义，即长度与横截面之比值较大才成为杆，杆之间用运动副（如销轴或滑道）连接。
然后再介绍何为平面，即四个杆件的运动都在一个平面内或者在相互平行的平面内才称之为平面连杆机构。
开始讲授时，一定要把基本概念阐述严密完整。
高低运动副的区别在于是面或是点线接触，多举例说明，如板擦与黑板之间是面接触，而粉笔与黑板是点接触；滚动轴承是点线接触的高副连接，滑动轴承的曲面接触的低副连接。
第2章平面机构运动简图
第2章平面机构运动简图
2.1.2 构件
2.具有移动副元素 和转动副元素的构件
单缸内燃机
第2章平面机构运动简图
2.1.3.构件和运动副的表示方法（表2-1）
1
2
3 4
构件的结构及其表示
第2章平面机构运动简图
运动副的表示
2
2
2
2
1
1
1
1
(a)
(b)
(c)
(d)
转动副的表示
第2章平面机构运动简图
第2章 平面机构的运动简图 及自由度
2.1 机构的组成 2.2 平面机构的运动简图 2.3 平面机构自由度
第2章平面机构运动简图
本章知识导读
1.主要内容 机构的组成及运动特点，平面机构 运动简图的绘制以及机构自由度的计算。 2.重点、难点提示 平面机构运动简图的绘制以及机构 自由度的计算。
第2章平面机构运动简图
2.1 机构的组成—构件与运动副
齿轮机构
凸轮机构
第2章平面机构运动简图
连杆机构
2.1 机构的组成—构件与运动副
2.1.1 运动副
1.运动副的概念
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。
两构件只能在同一平面内做 相对运动的运动副称为平面运动副。
第2章平面机构运动简图
2.1.1 运动副
=3×7-2×10-0=1
第2章平面机构运动简图
2.3.3 复合铰链、局部自由度和虚约束
2.局部自由度
局部运动并不影响其他构件的运动。这些构件所产生的 这种局部运动的自由度称为局部自由度。
在计算机构自由 度时，局部自由度应 略去不计。
该机构的自由度为 F=3n-2PL -PH
机械设计基础课件02-2平面机构运动简图
2.2平面机构运动简图 运动副的表示方法：
平面机构的结构分析
2.2平面机构运动简图 构件的表示方法：
平面机构的结构分析
2.2平面机构运动简图 构件的表示方法：两个转动副
平面机构的结构分析
2.2平面机构运动简图 构件的表示方法：三个转动副
平面机构的结构分析2.Fra bibliotek平面机构运动简图 构件的表示方法：一转动一移动
平面机构的结构分析
2.2平面机构运动简图
平面机构的结构分析
平面机构运动简图的绘制（例：单缸内燃机的机构简图绘制）
2.2平面机构运动简图
平面机构的结构分析
平面机构运动简图的绘制（例：单缸内燃机的机构简图绘制）
观察结构
2.2平面机构运动简图 平面机构运动简图的绘制（例：牛头刨床主运动机构）
平面机构的结构分析
2.2平面机构运动简图 平面机构运动简图的绘制（例：牛头刨床主运动机构）
平面机构的结构分析
2.2平面机构运动简图
平面机构的结构分析
机构简图是用特定的构件和运动副符号表示机构的一种简化示意图，仅表示机构运动传递 情况和结构特征。由于机构的实际运动不仅与机构中运动副的性质(低副或高副等)、运动副的 数目及相对位置（转动副中心、移动副的中心线、高副接触点的位置等）、构件的数目等有关。 因此，按一定的长度比例尺用规定的简化画法表示构件和运动副的图形称为机构运动简图。
0 第1章(1-4)平面机构运动简图及自由度
两构件以点、线的形式接触而组成的运动副
常见的平面运动副：
转
移
动
动
副
副
平面机构的组成
高
高
副
副
常见的空间运动副：
转
柱
动
面
副
高
副
圆
线
柱
高
副
副
平面机构的组成
常见的空间运动副：
球
球
销
副
副
点
螺
高
旋
副
副
平面机构的组成
平面机构的组成
案例1-1分析
自行车机构中由人力直接驱动的构件是脚 踏，而它与大链轮是固连在一起的同一构 件，故大链轮是原动件；在分析自行车的 运动时，应该以车架为静参考系，故车架 是固定件；除大链轮和车架之外的其余构 件都是从动件。
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机械设计基础
（PPT课件）
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第1章 平面机构的运动简图和自由度
开门时，门把手和锁芯相对于门是转动，弹子相对于锁 芯是平行移动；撑开雨伞时，伞骨轴套相对于伞柄的运动为 平行移动，伞骨各节之间是转动。机构中各构件如何连接才 能实现上述的移动或转动呢？只要把构件连接到一起就能得 到具有确定相对运动的机构吗？如何方便的研究机构中各构 件的相对运动关系呢？
= 3×5 -2×7 – 0 = 1
复合铰链
惯性筛机构
计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目， 出现计算错误。
复合铰链
案例1-3分析 活动毛巾杆中的立杆为连接件，它将4个横 杆和机架连接在一起，所以共有5个构件参 与形成复合铰链。图中可以数出共有4个转 动副，因而4个横杆均可独自转动。
01-03 平面机构运动简图
1.3.3 机构运动简图绘制实例
【例1】抽水唧筒
1.3.3 机构运动简图绘制实例
【例1】抽水唧筒… 【例2】十字滑块联轴器… 【例3】颚式破碎机… 【例4】活塞泵… 【例5】起落架机构… 【例6】椭圆仪… 【例7】下针机构… 【例8】摇块机构… 【例9】旋转泵… 【例10】旋转泵2… 【例11】摆块机构… 【例12】牛头刨床… 【例13】插刀机构… 【例14】冲床… 【例15】内燃机…
1.3.1 运动副与构件的表示方法
能准确表达机构运动特性的简单图形称为机构运动 机构运动简图。 机构运动 仅仅以构件和运动副的符号表示机构，其图形未按照精确 比例绘制，而在于表达机构的结构特征，这种简图称为机构示 意图。 利用运动简图能对机构进行结构、运动和动力等的分析， 它是从事机构研究或机械设计工作要掌握的基本工具。
1.3.3 机构运动简图绘制实例
【例】小.3.3 机构运动简图绘制实例
小型压力机及其机构运动简图
选定比例尺µl ＝0.001m/mm，定出各转动副和移动副的中 心位置，画出其机构运动简图
1.3.1 运动副与构件的表示方法
在机构运动简图中，常用运动副的表示方法见表1.1。常用 构件的表示方法见表1.2。其余运动副和构件的表示方法可参见 国家标准GB／T4460-1984。
1.3.1 运动副与构件的表示方法
1.3.1 运动副与构件的表示方法
1.3.1 运动副与构件的表示方法
1.3.1 运动副与构件的表示方法
1.3 平面机构运动简图
1.3.1 运动副与构件的表示方法 1.3.2 绘制机构运动简图的步骤 1.3.3 实例
1.3.1 运动副与构件的表示方法
为了能记录大量的现有机构，并便于改进原机构或构思 新机构方案，需要能够提供一种简单的、便于记录各种机构 特征的记录符号或图形。 从设计的角度来说，机构运动规律主要与原动件的输入 运动规律、联接各构件运动副的类型和机构的运动尺寸有关， 而与运动副的具体形式、构件的外形、断面尺寸、组成构件 的零件数目无关，因此，可以用统一规定的简单符号和线条 代表运动副和构件，并按一定比例表示各运动副的相对位置 和构件尺寸。
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【课题编号】
5—2.1
【课题名称】
平面机构运动简图
【教学目标与要求】
1、 知识目标
1 .了解运动副的分类。
2 .熟悉构件及运动副的规定符号。
3 .绘制机构的运动简图。
2、 能力目标
1 .能分清运动副的种类,看懂符号的含义。
2 .能绘制机构的运动简图。
3、 素质目标
了解运动简图在分析机器构件运动中的作用。
4、 教学要求
1 .熟悉构件及运动副的符号。
2 .能绘制简单机构的运动简图。
【教学重点】
运动副的分类及符号,运动简图的绘制。
【难点分析】
将结构图绘制成运动简图的转化过程是本课的难点，要注意说明构件的结构与绘制符号之间的关系，简图只是表达结构的运动关系，构件不管其大小，都用最简单的符号来表示，以便于分析机构的运动。
【分析学生】
学生对绘制简图不知从何下手，是学习的难点，要告诉学生从主动构件入手，按规定的构件与运动副符号逐一表达机构的运动关系。
【教学思路设计】
多举实例，从日常所能见到的实物入手来画简图，如可带折叠 实物。
作图中要注意比例尺的关系。
【教学安排】
2学时（90分钟）
【教学过程】
平面连杆机构是指组成机构的所有构件都是由低副中的移动副或转动副连接而成，且所有的构件都是在同一平面或相互平行的平面中运动。
否则应为空间机构。
1、 运动副及其分类。
1. 构件的自由度
任何一个构件都有三个平面自由度，如板擦在黑板上沿着左右、上下移动和绕自身转动三个自由度，用x、y和表示。
如果板擦离开黑板平面，就不是平面的自由度，而成为空间的自由度。
物体的空间自由度应当是6个，本书只研究平面自由度的内容。
2.运动副及约束
如果把板擦沿黑板左右运动，此时板擦只能有一个方向的运动，限制了上下方向的移动和转动两个运动，这个限制称为约束。
门受到折页的约束，只能绕折页转动，不能左右前后移动，即被限制了x、y方向的运动。
板擦与板擦槽之间、门与折页之间的连接称为运动副。
3. 运动副的分类
按两构件之间的接触状态分为：
1) 低副 前两种连接状态都是处于面接触，前者是平面接触，后者
是曲面接触，其压强比较低，统称为低副。
低副分为移动副和转动副两种，板擦与槽连接称为移动副，而门与门框连接称为转动副，即铰链连接。
板擦只能沿槽左右移动，只有一个方向的自由度，失去了上下和转动的二个自由度；门受门框的约束，只能绕轴转动，失去了x、y方向的移动二个自由度，所以低副的自由度为1,约束为2。
2) 高副 粉笔在黑板上写字，与黑板之间是点接触，压强很高，粉
笔磨损很快，称之为高副。
如火车车轮与铁轨之间为线接触。
车轮与铁轨之间受到高副连接后，车轮受到了上下移动的限制，但可以沿铁轨方向的移动和绕自身转动，只受到一个方向的约束，失去了一个自由度，还剩下二个方向的自由度。
所以高副的自由度为2,约束为1。
4. 构件及运动副的规定符号
见表2—1。
这些符号通过讲课会慢慢熟悉的。
二、机构运动简图的绘制
如图2—7所示的缝纫机，要画出脚踏板带动大带轮的运动简图，其步骤如下：
1 .找各构件 由踏板、大带轮、连杆和支承架4个构件组成，构件之间都是由转动副连接，踏板是主动构件，大带轮是从动构件。
连杆是踏板和大带轮的连接件。
2. 确定各杆件的实际长度 要测量转动中心之间的距离，单位为毫米。
3. 选择恰当的比例尺 保证图面能充分表达机构运动简图的运动
关系。
比例尺u=构件实际长度/图示构件长度,如u=10mm/mm,表示图面上1mm表示实际尺寸10mm,在图上测量出长度为50mm构件的实际长度应为50×10=500mm。
初学者一定要注意图上尺寸乘以比例尺才是构件的实际尺寸。
与地图上的比例标注方法相反。
4. 按几何关系作图 建立坐标系xoy，以踏板与机架的转动中心A点为坐标起点，与坐标轴O重合一起。
该简图取 u=5mm/mm。
从踏板与x轴的夹角作射线，在射线上取AB 长为lab/ u=0.12 m/5=24mm；分别在相应位置作BC=lbc/ u=0.24m/5=48mm，CD=lcd/ u=0.025m/5=5mm，AD=lad/ u=0.255/5=51mm。
5. 由于各构件之间都是用转动副连接而成,所以用转动副的符号将连接各构件,即为该机构的运动简图。
按以上所述作成的运动简图,其图形正好为图2—7 b)图逆时针转过90°的图形,与实际构件的位置一致。
然后在主动构件AB标注双箭头圆弧,表示踏板作上下摆动.
如有条件,应带一个折叠椅或其它折叠机构,按实物作机构运动简图,其教学效果更好。
三、小结
1 .熟悉作机构简图的目的是将复杂的机构转化成简图，以分析其运动
的特征。
2 .运动副按接触状态分为高、低副，低副是面接触，分为转动副和移
动副。
四、布置作业
P63 2—7、2、3。