機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)(yùndòng)簡圖設(shè)計(jì)第一章第一頁，共四十八頁。一.機(jī)械系統(tǒng)(machinerysystem)

原動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置工作(gōngzuò)機(jī)構(gòu)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）——給機(jī)械系統(tǒng)提供(tígōng)動(dòng)力?！獙⒃瓌?dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間(zhōngjiān)裝置。（1）減速或增速；（2）變速；（3）傳遞動(dòng)力；（4）改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律；（5）實(shí)現(xiàn)多路運(yùn)動(dòng)；——利用機(jī)械能來進(jìn)行生產(chǎn)或達(dá)到預(yù)定要求的裝置。操縱控制裝置——操縱及控制機(jī)械系統(tǒng)各組成部分協(xié)調(diào)動(dòng)作。它的功能：第二頁，共四十八頁。傳動(dòng)系統(tǒng)帶式運(yùn)輸機(jī)聯(lián)軸器聯(lián)軸器減速器電動(dòng)機(jī)運(yùn)輸帶——工作(gōngzuò)機(jī)—原動(dòng)機(jī)第三頁，共四十八頁。聯(lián)軸器聯(lián)軸器電動(dòng)機(jī)減速器帶式運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)(chuándòng)簡圖傳動(dòng)系統(tǒng)原動(dòng)機(jī)工作機(jī)帶式運(yùn)輸機(jī)DF

v二.機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)(yùndòng)簡圖(machinerysystemkineticsketch)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡圖是用規(guī)定(guīdìng)的符號(hào)，繪出能準(zhǔn)確表達(dá)出機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間的相對關(guān)系及運(yùn)動(dòng)特征的簡單圖形。第四頁，共四十八頁。內(nèi)燃機(jī)曲柄(qūbǐng)滑塊機(jī)構(gòu)簡圖汽缸體活塞連桿曲軸F三.平面(píngmiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖(planarmechanismkinematicsketch)平面(píngmiàn)機(jī)構(gòu)(planarmechanism)——所有構(gòu)件都在同一平面或平行平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。如：內(nèi)燃機(jī)中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。齒輪機(jī)構(gòu)簡圖或第五頁，共四十八頁。1）運(yùn)動(dòng)(yùndòng)副及其分類四．本章主要內(nèi)容、重點(diǎn)(zhòngdiǎn)及難點(diǎn)3）平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算及機(jī)構(gòu)具有(jùyǒu)確定運(yùn)動(dòng)的條件2）平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖及其繪制主要內(nèi)容重點(diǎn)——平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件難點(diǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖繪制有虛約束的機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算第六頁，共四十八頁。§1-1運(yùn)動(dòng)(yùndòng)副及其分類一.

運(yùn)動(dòng)副(kineticpair)——機(jī)構(gòu)中由兩構(gòu)件直接接觸的具有(jùyǒu)一定相對運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)聯(lián)接。如：內(nèi)燃機(jī)中活塞(huósāi)2與氣缸體1（相對移動(dòng)）連桿3與活塞2（相對轉(zhuǎn)動(dòng)）連桿3與曲軸4（相對轉(zhuǎn)動(dòng)）曲軸4與缸體1（相對轉(zhuǎn)動(dòng)）組成可動(dòng)連接。相對移動(dòng)相對轉(zhuǎn)動(dòng)第七頁，共四十八頁。移動(dòng)(yídòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)副齒輪(chǐlún)副凸輪副低副：面接觸的運(yùn)動(dòng)副高副：點(diǎn)、線接觸的運(yùn)動(dòng)副二.

運(yùn)動(dòng)副的分類低副(lowpair)高副(highpair)（1）根據(jù)運(yùn)動(dòng)副中構(gòu)件間的接觸形式分：第八頁，共四十八頁。21球面(qiúmiàn)副球銷副空間(kōngjiān)運(yùn)動(dòng)副螺旋(luóxuán)副平面運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)副（2）根據(jù)構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)分：第九頁，共四十八頁?！?-2平面機(jī)構(gòu)(jīgòu)運(yùn)動(dòng)簡圖

機(jī)構(gòu)(jīgòu)運(yùn)動(dòng)簡圖(kinematicsketch)——

是用規(guī)定的符號(hào)，繪出的能準(zhǔn)確表達(dá)機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系及運(yùn)動(dòng)特征的簡單圖形，稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。(即：用線條和簡單圖形代表構(gòu)件，用規(guī)定符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)副，按比例作出的圖形）。內(nèi)燃機(jī)中由汽缸體、活塞、連桿和曲軸組成的曲軸滑塊機(jī)構(gòu)。一．機(jī)構(gòu)構(gòu)件(gòujiàn)分類機(jī)架（或固定構(gòu)件）——內(nèi)燃機(jī)的汽缸體活動(dòng)構(gòu)件——除機(jī)架外的所有可動(dòng)構(gòu)件。如活塞、連桿、曲軸及齒輪等。組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件可分為兩大類：第十頁，共四十八頁。內(nèi)燃機(jī)曲柄(qūbǐng)滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖汽缸體活塞連桿曲軸F第十一頁，共四十八頁。內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)(jiégòu)分析1.汽缸體2.活塞3.

連桿4.曲軸5.齒輪6.齒輪7.凸輪8.推桿原動(dòng)件：運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的活動(dòng)(huódòng)構(gòu)件。（內(nèi)燃機(jī)中的活塞2）主動(dòng)(zhǔdòng)件：作用有驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩的活動(dòng)構(gòu)件。（活塞2

、齒輪5、凸輪7）輸出件：輸出運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力的從動(dòng)件。（曲軸4、推桿8

）活動(dòng)構(gòu)件從動(dòng)件：機(jī)構(gòu)中隨主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的其余活動(dòng)構(gòu)件（如連桿3、曲軸4、齒輪6、推桿8

）第十二頁，共四十八頁。121221212112二．常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)(yùndòng)簡圖的表示符號(hào)一）運(yùn)動(dòng)(yùndòng)副的表示符號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)副的符號(hào)移動(dòng)副的符號(hào)高副的符號(hào)第十三頁，共四十八頁。三副(sānfù)構(gòu)件（活動(dòng)構(gòu)件）兩副構(gòu)件(gòujiàn)（活動(dòng)構(gòu)件）固定(gùdìng)構(gòu)件注意：固定構(gòu)件用帶有陰影線構(gòu)件表示二）構(gòu)件的表示符號(hào)第十四頁，共四十八頁。齒輪(chǐlún)機(jī)構(gòu)凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)齒輪(chǐlún)機(jī)構(gòu)表示符號(hào)凸輪機(jī)構(gòu)表示符號(hào)三）常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖符號(hào)第十五頁，共四十八頁。電動(dòng)機(jī)帶傳動(dòng)鏈傳動(dòng)錐齒輪機(jī)構(gòu)蝸桿蝸輪傳動(dòng)第十六頁，共四十八頁。1）分析內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)組成：主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)：由氣缸體1、活塞2、連桿3、曲軸(qūzhóu)4組成其他機(jī)構(gòu)：齒輪機(jī)構(gòu)（齒輪5、齒輪6），凸輪機(jī)構(gòu)（凸輪7、推桿8）固定(gùdìng)件:氣缸體12）根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，判別(pànbié)固定件、原動(dòng)件和從動(dòng)件例1-1繪制內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖凸輪7、推桿81.汽缸體2.活塞3.

連桿4.曲軸5.齒輪6.齒輪7.凸輪8.推桿解：1．分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，判別固定件、原動(dòng)件和從動(dòng)件原動(dòng)件:活塞2連桿3、曲軸4齒輪5、6從動(dòng)件三.平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖繪制——舉例說明第十七頁，共四十八頁。2．從原動(dòng)件開始，按運(yùn)動(dòng)傳遞順序，分析各構(gòu)件之間相對運(yùn)動(dòng)(xiānɡduìyùndònɡ)的性質(zhì)、確定運(yùn)動(dòng)副的種類和數(shù)目。

2個(gè)移動(dòng)(yídòng)副——2和1、8和1；

4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)副——2和3、3和4、5和1、6和1；

2個(gè)高

副——5和6、7和8。

該機(jī)構(gòu)

1.汽缸體2.活塞3.

連桿4.曲軸5.齒輪7.凸輪8.推桿6.齒輪第十八頁，共四十八頁。3．合理選擇視圖平面（選機(jī)構(gòu)的主運(yùn)動(dòng)平面及其平行平面）和適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)(shùnshí)位置（圖示位置）4．選擇適當(dāng)?shù)拈L度比例尺μl定出運(yùn)動(dòng)副之間的相對位置，用規(guī)定(guīdìng)的符號(hào)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。12344'55'6CABDEF第十九頁，共四十八頁。例1-2繪制(huìzhì)顎式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖顎式破碎機(jī)的組成(zǔchénɡ)情況4.肘板3.動(dòng)顎板5.帶輪2.偏心軸1.機(jī)架解：1．顎式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)(jiégòu)分析第二十頁，共四十八頁。

顎式破碎機(jī)的主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由：機(jī)架1、偏心軸2（與帶輪5固連在一起）、動(dòng)顎板3和肘板4組成(zǔchénɡ)。動(dòng)顎板3在偏心軸驅(qū)動(dòng)下作平面運(yùn)動(dòng)，將堆放在動(dòng)顎板與定顎板之間的礦石壓碎。2．分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)(yùndòng)，判別固定件、原動(dòng)件和從動(dòng)件1）機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)(yùndòng)情況分析顎式破碎機(jī)4.肘板3.動(dòng)顎板1.機(jī)架5.帶輪2.偏心軸第二十一頁，共四十八頁。固定(gùdìng)件——機(jī)架1原動(dòng)件——偏心軸2從動(dòng)件——?jiǎng)宇€板3、肘板42）判別4.肘板1.機(jī)架2.偏心軸5.帶輪3.動(dòng)顎板3．從原動(dòng)件開始，按運(yùn)動(dòng)傳遞順序，分析各構(gòu)件之間相對運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)、確定運(yùn)動(dòng)副的種類和數(shù)目。因機(jī)構(gòu)(jīgòu)各構(gòu)件之間的相對運(yùn)動(dòng)均為轉(zhuǎn)動(dòng)，故組成4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，即：轉(zhuǎn)動(dòng)副A、B、C、D，其中A和D為固定鉸鏈，B、C為活動(dòng)鉸鏈第二十二頁，共四十八頁。4．合理選擇視圖平面（一般選機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平面或者與運(yùn)動(dòng)平面平行的平面），適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)位置（以能夠清楚反映(fǎnyìng)出各構(gòu)件之間相對位置關(guān)系為原則）5．選擇適當(dāng)?shù)拈L度比例尺μl=，定出運(yùn)動(dòng)副之間的相對位置，用規(guī)定的符號(hào)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。第二十三頁，共四十八頁。1）確定固定鉸鏈A和D：先定A點(diǎn)位置→→根據(jù)D點(diǎn)相對于A點(diǎn)的坐標(biāo)和長度比例尺μl

定出D點(diǎn)；

2）確定活動(dòng)鉸鏈B的位置：以A點(diǎn)為圓心，偏心距e/μl（即lAB/μl）為半徑畫圓，在其圓周上確定一適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)瞬時(shí)位置B；

3）確定活動(dòng)鉸鏈C的位置：分別以B、D點(diǎn)為圓心，lBC/μl

、lCD/μl

為半徑畫弧相交于C點(diǎn)；

4）用規(guī)定(guīdìng)的構(gòu)件符號(hào)連接各點(diǎn)，所形成的簡單圖形即為顎式破碎機(jī)的主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。鄂式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖3D12BA1C4鄂式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)(jīgòu)運(yùn)動(dòng)簡圖繪制步驟：第二十四頁，共四十八頁?！?－3平面機(jī)構(gòu)(jīgòu)自由度（DegreesofFreedom）的計(jì)算一、構(gòu)件(gòujiàn)的自由度與約束yxθ(x,y)

構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目(shùmù)稱為構(gòu)件自由度；

對構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的限制作用稱為約束。（運(yùn)動(dòng)副）。自由度的減少數(shù)=約束數(shù)

作平面運(yùn)動(dòng)的剛體在平面的位置需要三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)（x，y,θ）才能唯一確定。n個(gè)自由構(gòu)件的自由度？第二十五頁，共四十八頁。yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2θ運(yùn)動(dòng)(yùndòng)副自由度數(shù)約束數(shù)回轉(zhuǎn)副1（θ）+2（x，y）=3移動(dòng)(yídòng)副1（x）+2（y，θ）=3結(jié)論(jiélùn)：構(gòu)件自由度＝3－約束數(shù)高副2（x,θ）+1（y）=3＝自由構(gòu)件的自由度數(shù)－約束數(shù)自由構(gòu)件的自由度數(shù)第二十六頁，共四十八頁?；顒?dòng)(huódòng)構(gòu)件數(shù)

n

計(jì)算公式：F=3n－(2Pl+Ph)

（記）構(gòu)件(gòujiàn)總自由度

低副約束(yuēshù)數(shù)

高副約束數(shù)

3×n2×Pl1

×Ph推廣到一般：

開式運(yùn)動(dòng)鏈閉式運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)閉式運(yùn)動(dòng)鏈:每個(gè)構(gòu)件均與兩個(gè)或多個(gè)構(gòu)件形成運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)鏈:運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而成的可動(dòng)構(gòu)件系統(tǒng)開式運(yùn)動(dòng)鏈:至少有一個(gè)構(gòu)件只與一個(gè)構(gòu)件形成運(yùn)動(dòng)副第二十七頁，共四十八頁。二.機(jī)構(gòu)自由度

機(jī)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目(shùmù)稱為機(jī)構(gòu)的自由度。l4l1l2l3w1j1解：活動(dòng)(huódòng)構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)Pl=4F=3n－2Pl－Ph=3×3－2×4=1=原動(dòng)件數(shù)(jiànshù)高副數(shù)Ph=0計(jì)算上述機(jī)構(gòu)的自由度：解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=

2低副數(shù)Pl=

3

高副數(shù)Ph=0

F=3n－2Pl－Ph=3×2-2×3=0第二十八頁，共四十八頁。解：活動(dòng)(huódòng)構(gòu)件數(shù)n=4低副數(shù)Pl=5F=3n－2Pl－Ph=3×4－2×5=2高副數(shù)Ph=0n=2Pl=2F=3n－2Pl－Ph

=3×2－

2×2－1=1Ph=1第二十九頁，共四十八頁。F=3n-2pl-ph

=3×7-2×10-0=1

＝原動(dòng)件數(shù)(jiànshù)12634578

機(jī)構(gòu)具有(jùyǒu)確定運(yùn)動(dòng)的條：機(jī)構(gòu)(jīgòu)的原動(dòng)件數(shù)目=機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目第三十頁，共四十八頁。n=4Pl=5Ph=0F=3n－2Pl－Ph

=3×4－

2×5=2312321？（6）（6）（0）第三十一頁，共四十八頁。四、計(jì)算(jìsuàn)機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)1.復(fù)合鉸鏈(MultipleJoint)

由兩個(gè)以上構(gòu)件(gòujiàn)在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為復(fù)合鉸鏈。31824567F=3n-2pl-ph

=3×7-2×10-0=1第三十二頁，共四十八頁。F=3n-2pl-ph

=3×3-2×3-1=2F

=3×2-2×2-1=12.局部(júbù)自由度(PassiveDegreeofFreedom)

處理方式(fāngshì)：在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，局部自由度應(yīng)當(dāng)舍棄不計(jì)。不影響機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)(yùndòng)的自由度，稱為局部自由度。第三十三頁，共四十八頁。已知：AB＝CD＝EF，計(jì)算圖示平行四邊形機(jī)構(gòu)的自由度。

解：n=4，Pl=6，F(xiàn)=3n－2Pl

－Ph

=3×4－2×6=0Ph=01234ABCDEF第三十四頁，共四十八頁。3.虛約束(yuēshù)(Redundant

constraint)－－對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不起限制作用的約束。計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)去掉虛約束?！逨E＝AB＝CD，故增加(zēngjiā)構(gòu)件4前后E點(diǎn)的軌跡都是圓弧，增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件4。1234ABCDEF重新(chóngxīn)計(jì)算：n=3,Pl=4,Ph=0F=3n－2Pl

－Ph

=3×3－2×4=1特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：AB＝CD＝EF第三十五頁，共四十八頁。常見的虛約束有以下(yǐxià)幾種情況:1)當(dāng)兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副，且其導(dǎo)路互相平行或重合時(shí)，則只有一個(gè)移動(dòng)副起約束作用，其余都是虛約束。EE'帶虛約束的凸輪(tūlún)機(jī)構(gòu)第三十六頁，共四十八頁。帶虛約束(yuēshù)的曲軸2)當(dāng)兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且軸線互相重合時(shí)，則只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副起作用，其余(qíyú)轉(zhuǎn)動(dòng)副都是虛約束。第三十七頁，共四十八頁。3)如果機(jī)構(gòu)中兩活動(dòng)構(gòu)件上某兩點(diǎn)的距離始終保持不變，此時(shí)若用具有兩個(gè)(liǎnɡɡè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的附加構(gòu)件來連接這兩個(gè)(liǎnɡɡè)點(diǎn)，則將會(huì)引入一個(gè)虛約束。F=3n-2pl-ph=3*4-2*6=0

???帶虛約束的桿機(jī)構(gòu)=3*3-2*4=1

第三十八頁，共四十八頁。4)機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動(dòng)起重復(fù)限制作用的對稱(duìchèn)部分也往往會(huì)引入虛約束。帶虛約束的行星輪系2'2"231F=3n-2pl-ph=3*5-2*5-6=-1

???21=3*3-2*3-2=14第三十九頁，共四十八頁。５）兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸(jiēchù)，且法線重合。W注意(zhùyì)：法線不重合時(shí)，變成實(shí)際約束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A第四十頁，共四十八頁。虛約束的本質(zhì)(běnzhì)是什么?

從運(yùn)動(dòng)(yùndòng)的角度看,虛約束就是“重復(fù)的約束”或者是“多余的約束”。22'32"1CB311DMN245AEE'第四十一頁，共四十八頁。a.使受力狀態(tài)更合理；

b.使機(jī)構(gòu)平衡；

c.考慮機(jī)構(gòu)在特殊位置的運(yùn)動(dòng)．使用虛約束時(shí)要注意什么問題(wèntí)?

保證滿足虛約束存在的幾何條件，在機(jī)械設(shè)計(jì)中使用虛約束時(shí)，機(jī)械制造的精度要提高。機(jī)構(gòu)(jīgòu)中為什么要使用虛約束?第四十二頁，共四十八頁。[例1]找出圖示直線機(jī)構(gòu)中的復(fù)合(fùhé)鉸鏈

F=37–210=1[例2]

F=37–210=1機(jī)構(gòu)具有(jùyǒu)確定運(yùn)動(dòng),因?yàn)橹鲃?dòng)件數(shù)等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F。直線(zhíxiàn)機(jī)構(gòu)復(fù)合鉸鏈A2CB13DE5647壓縮機(jī)機(jī)構(gòu)計(jì)算圖示壓縮機(jī)機(jī)構(gòu)的自由度F復(fù)合鉸鏈15632874ACBFED復(fù)合鉸鏈第四十三頁，共四十八頁。EABCDOFGH

機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)(yùndòng),因?yàn)橹鲃?dòng)件數(shù)等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F。[例]虛約束局部自由度F=36–28–1=1F=3n–2Pl–Ph第四十四頁，共四十八頁。[例]

部分圖示油泵機(jī)構(gòu)中，1為曲柄，2為活塞桿，3為轉(zhuǎn)塊，4