第2章平面机构的运动简图.ppt

（时间：2次课，4学时）n本章要点及学习指导：n本章首先介绍组成机构最基本的环节运动副及其类型；然后介绍工程中常用的机构运动简图的画法；最后重点讨论机构自由度的计算方法、机构具有确定运动的条件及其计算机构自由度时应注意的复合铰链、局部自由度和虚约束事项。通过本章的学习，要求学习者了解运动副及其分类，熟识各种平面运动副的一般表达方法；熟练看懂教材中各种平面机构的运动简图；能够正确判断和处理平面机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和常见的虚约束，综合运用公式F=3n-2PL-PH，进行平面机构自由度的计算，并能判断机构是否具有确定的运动。n案例导入：n绘制和阅读平面机构运动简图是机械类工程技术人员的基本能力之一，是进行机械产品的设计、分析的基础。n冲床是机械产品中常见的一种机械装置。学习者可以通过冲床机构运动简图的测绘，学习机构自由度的计算方法、及其计算机构自由度时应注意的复合铰链、局部自由度和虚约束事项，以及机构运动简图测绘的基本步骤。n在进行机构运动简图的测绘时，须解决以下问题：n(1)机构运动简图测绘的步骤是什么？一个正确的平面机构运动简图应能说明哪些内容？原动件的位置对机构运动简图有何影响？为什么？n(2)平面机构自由度的计算，对测绘机构的运动简图有何帮助？自由度大于或小于原动件的数目时，会产生什么结果？n(3)计算机构自由度应注意哪些问题？n2.1 运动副及其分类运动副及其分类n2.2 平面机构运动简图平面机构运动简图n2.3 平面机构的自由度平面机构的自由度n实训一实训一 机构运动简图的测绘机构运动简图的测绘n习题与练习习题与练习 n2.1.1 低副低副n2.1.2 高副高副 n一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动，如图一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动，如图2.1所所示，在示，在xoy坐标中构件可随其上任一点坐标中构件可随其上任一点A沿沿x、y轴移动和绕轴移动和绕A点转动。这种相对于参考系构件所具有的独立运动称为构点转动。这种相对于参考系构件所具有的独立运动称为构件的自由度，所以一个作平面运动的自由构件有三个自由度。件的自由度，所以一个作平面运动的自由构件有三个自由度。n当构件组成机构时，每个构件都以一定的型式与其他构件相当构件组成机构时，每个构件都以一定的型式与其他构件相互联接，且相互联接的两构件间保留着一定的相对运动。这互联接，且相互联接的两构件间保留着一定的相对运动。这种使两构件直接接触而又彼此有一定的相对运动的联接称为种使两构件直接接触而又彼此有一定的相对运动的联接称为运动副。如齿轮间的啮合、轴与轴承的联接和活塞与气缸的运动副。如齿轮间的啮合、轴与轴承的联接和活塞与气缸的联接等都构成运动副。构件组成运动副后，其独立运动受到联接等都构成运动副。构件组成运动副后，其独立运动受到约束，自由度便随之减少。约束，自由度便随之减少。n根据组成运动副两构件之间的接触特性，运动副可分为低副根据组成运动副两构件之间的接触特性，运动副可分为低副和高副。和高副。n图2.1 作平面运动的自由构件具有三个独立运动n两构件通过面接触形成的运动副称为低副。根据它们之间的两构件通过面接触形成的运动副称为低副。根据它们之间的相对运动是转动还是移动，又可分为转动副和移动副。相对运动是转动还是移动，又可分为转动副和移动副。n1.转动副n若组成运动副的两构件之间只能绕某一轴线作相对转动，这若组成运动副的两构件之间只能绕某一轴线作相对转动，这种运动副称为转动副或铰链。如图种运动副称为转动副或铰链。如图2.2所示，它又可分为固所示，它又可分为固定铰链和活动铰链。定铰链和活动铰链。n2.移动副n若组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对直线移动，这种若组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对直线移动，这种运动副称为移动副。如运动副称为移动副。如 图图2.3所示。所示。n图图2.2 转动副转动副 n图图2.3 移动副移动副 n两构件间通过点或线接触组成的运动副，称为高副。两构件间通过点或线接触组成的运动副，称为高副。如图如图2.4所示，它们的相对运动是沿切线所示，它们的相对运动是沿切线t-t和绕和绕A点的转动。点的转动。n此外，常见的运动副还有螺旋副、球面副。它们皆此外，常见的运动副还有螺旋副、球面副。它们皆属空间运动副。属空间运动副。n图2.4 高副n2.2.1 运动副的符号运动副的符号n2.2.2 机构中构件的分类机构中构件的分类n2.2.3 机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制 n实际机构一般由外形和结构都较复杂的构件组成，为便于分实际机构一般由外形和结构都较复杂的构件组成，为便于分析和研究机构有必要撇开那些与运动无关的构件外形和运动析和研究机构有必要撇开那些与运动无关的构件外形和运动副具体构造，仅用简单的线条和符号来表示构件和运动副，副具体构造，仅用简单的线条和符号来表示构件和运动副，并按此比例定出各运动副的位置，这种说明机构各构件间相并按此比例定出各运动副的位置，这种说明机构各构件间相对运动关系的简化图形，称为机构运动简图。机构运动简图对运动关系的简化图形，称为机构运动简图。机构运动简图保持其实际机构的运动特征，它不仅简明地表达了实际机构保持其实际机构的运动特征，它不仅简明地表达了实际机构的运动情况，且还可通过该图进行运动分析及动力分析。的运动情况，且还可通过该图进行运动分析及动力分析。n图图2.5(a)，(b)，(c)是两个构件组成转动副的表示是两个构件组成转动副的表示方法，用圆圈表示转动副，其圆心代表相对转动轴方法，用圆圈表示转动副，其圆心代表相对转动轴线。线。(a)表示两个构件均为活动构件，表示两个构件均为活动构件，(b)、(c)表表示一个构件为机架，应把代表机架的构件示一个构件为机架，应把代表机架的构件1画上斜画上斜线。图线。图2.6(a)、(b)、(c)是两个构件组成移动副的是两个构件组成移动副的方法，移动副的导路必须与相对移动方向一致，与方法，移动副的导路必须与相对移动方向一致，与上述相同，应把代表机架的构件画上斜线。上述相同，应把代表机架的构件画上斜线。n图图2.5 两个构件组成的转动副的符号两个构件组成的转动副的符号n 图图2.6 两个构件组成的移动副的符号两个构件组成的移动副的符号n图图2.7表示高副。画高副时，应将接触部分的外形画出。对表示高副。画高副时，应将接触部分的外形画出。对于凸轮、滚子，习惯上画出其全部轮廓；对于齿轮，常用点于凸轮、滚子，习惯上画出其全部轮廓；对于齿轮，常用点画线画出其节圆。画线画出其节圆。n图图2.8为构件的表示方法。图为构件的表示方法。图2.8(a)表示参与构成两个转动表示参与构成两个转动副的构件。图副的构件。图2.8(b)、图图2.8(c)表示参与构成三个转表示参与构成三个转动副的构件，为了说明三个转动副是在同一构件上，可在三动副的构件，为了说明三个转动副是在同一构件上，可在三角形内画上剖面线如图角形内画上剖面线如图2.8(b)所示，或在三个角涂上焊缝标所示，或在三个角涂上焊缝标记，如图记，如图2.8(c)所示，一个构件上有三个转动副，且转动副所示，一个构件上有三个转动副，且转动副中心在一条直线上，则可用图中心在一条直线上，则可用图2.8(d)表示。如图表示。如图2.8(e)、2.8(f)所示表示参与构成一个转动副和一个移动副的构件。所示表示参与构成一个转动副和一个移动副的构件。n其他表示方法可参看有关标准。其他表示方法可参看有关标准。n图图2.7 高副的表示方法高副的表示方法 n图2.8 构件的表示方法n组成机构的构件，根据运动副性质可分为三类：组成机构的构件，根据运动副性质可分为三类：n(1)固定构件固定构件(机架机架)是用来支承活动构件的构件，如图是用来支承活动构件的构件，如图1.1中的气缸体。中的气缸体。n(2)原动件原动件(主动件、输入构件主动件、输入构件)机构中作用有驱动力或力机构中作用有驱动力或力矩的构件矩的构件(或运动规律已知的构件或运动规律已知的构件)；如图；如图1.1所示中的活塞。所示中的活塞。n(3)从动件机构中除了主动件以外，随着主动件的运动而运从动件机构中除了主动件以外，随着主动件的运动而运动的其余可动件皆称为从动件。其中输出预期运动的从动件动的其余可动件皆称为从动件。其中输出预期运动的从动件称为输出构件，其他从动件则起传递运动的作用。称为输出构件，其他从动件则起传递运动的作用。n机构运动简图一般可按以下步骤进行试绘：机构运动简图一般可按以下步骤进行试绘：n(1)分析机构运动的传递情况，找出固定件分析机构运动的传递情况，找出固定件(机架机架)、原动件和从动件。、原动件和从动件。n(2)从原动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件间的运动副性质，从原动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件间的运动副性质，从而确定有多少构件及运动副的类型和数目。从而确定有多少构件及运动副的类型和数目。n(3)选择视图平面。选择视图平面。n(4)选取合适的比例尺选取合适的比例尺 ，确定各运动副之间的相对位置，用简单的，确定各运动副之间的相对位置，用简单的线条和规定的运动副符号画出机构运动简图。线条和规定的运动副符号画出机构运动简图。n下面分别以例下面分别以例2-1、例、例2-2为例，说明其机构运动简图的绘制方法。为例，说明其机构运动简图的绘制方法。n例例2-1 试绘制如图试绘制如图1.l所示内燃机的机构运动简图。所示内燃机的机构运动简图。n解解 由图由图1.1可知，此内燃机的主体机构是由气缸可知，此内燃机的主体机构是由气缸1、活塞、活塞2、连杆、连杆5和曲和曲轴轴6所组成的曲柄滑块机构。此外，还有齿轮机构、凸轮机构等。在燃所组成的曲柄滑块机构。此外，还有齿轮机构、凸轮机构等。在燃气的压力作用下，活塞气的压力作用下，活塞2首先运动，是主动件，然后通过连杆首先运动，是主动件，然后通过连杆5使曲轴使曲轴6输出回转运动，而为了控制进气和排气，由固装于曲轴输出回转运动，而为了控制进气和排气，由固装于曲轴6上的小齿轮上的小齿轮10带动大齿轮带动大齿轮9、10使凸轮轴回转，再由凸轮轴上的两个凸轮使凸轮轴回转，再由凸轮轴上的两个凸轮7，分别推，分别推动顶杆动顶杆8以控制进气阀以控制进气阀3和排气阀和排气阀4。构件。构件2与构件与构件1组成移动副，构件组成移动副，构件2与构件与构件5组成转动副，构件组成转动副，构件5与构件与构件6组成转动副，构件组成转动副，构件10与构件与构件9组成组成高副，构件高副，构件7与构件与构件8组成高副，构件组成高副，构件8、4与构件与构件1组成移动副。把该内组成移动副。把该内燃机的构造情况及运动副的组成搞清楚以后，再选定投影面和比例尺，燃机的构造情况及运动副的组成搞清楚以后，再选定投影面和比例尺，用规定的线条和符号来表示构件和运动副即不难绘出其机构运动简图，用规定的线条和符号来表示构件和运动副即不难绘出其机构运动简图，如图如图2.9所示。所示。n图图2.9 内燃机机构运动简图内燃机机构运动简图n例例2-2 试绘制如图试绘制如图1.2所示颚式破碎机的机构运动简图。所示颚式破碎机的机构运动简图。n解解 颚式破碎机的主体机构由机架、偏心轴颚式破碎机的主体机构由机架、偏心轴(又称曲轴又称曲轴)5、动颚板、动颚板6和肘和肘板板7共四个构件组成。带轮共四个构件组成。带轮4与偏心轴与偏心轴5固联成一整体，它是运动和动力固联成一整体，它是运动和动力输入构件，即原动件，其余构件都是从动件。当带轮输入构件，即原动件，其余构件都是从动件。当带轮4和偏心轴和偏心轴5绕轴线绕轴线A转动时，驱使输出构件动颚板转动时，驱使输出构件动颚板6作平面运动，从而将物料轧碎。在确定作平面运动，从而将物料轧碎。在确定构件数目之后，再根据各构件间的相对运动确定运动副的种类和数目。构件数目之后，再根据各构件间的相对运动确定运动副的种类和数目。偏心轴偏心轴5与机架绕轴线与机架绕轴线A相对转动，故构件相对转动，故构件5与机架组成以与机架组成以A为中心的转为中心的转动副；动颚板动副；动颚板6与偏心轴与偏心轴5绕轴