1、机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分2-1 机构的组成2-2 平面机构的运动简图和绘制步骤2-3 平面机构的自由度和约束项目项目2 2 平面机构运动简图及其平面机构运动简图及其 自由度自由度机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分内燃机机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分2-1 2-1 机构的组成机构的组成 构件：组成机械的各个相对运动的实物。零件：机械中不可拆的制造单元体。单一零件曲轴多个零件的刚性组合连杆构件是机械中运动的单元体，零件是机械中制造的单元体。机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分构件和构件之间既要相互连接（接触
2、）在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称为运动副。运动副元素：两构件上直接参加接触构成运动副的部分。2-1-3 2-1-3 运动副运动副运动副：机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。1.低副 两构件以面接触而形成的运动副。(1)转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。a)固定铰链平面运动副机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分b)活动铰链转动副机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分(2)移动副：只允许两构件作相对移动。移动副移动副机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时181
3、8分分2.高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。凸轮副机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分齿轮副机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分空间运动副若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。螺旋副球面副机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分2-2 2-2 平面机构的运动简图和绘制步骤平面机构的运动简图和绘制步骤 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。机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分2.转动副构件组成转动副时，如下图表示。图垂直于回转轴线时用图a表示；图面不垂直于回转轴线时
4、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。机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分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。机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分4.平面高副 两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分名称简图符号名称简图符号构件机架平面低副转动副平面高副齿轮副移动副凸轮副机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时
5、时1818分分绘制机构运动简图的步骤1）功能分析。确定机械系统的总功能和进行功能分解。2）绘制机械系统运动循环图。3）执行（工作）机构选型。4）绘制机械系统的运动方案图。5）机构的尺度综合。6）绘制机械系统运动简图。机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分例2-1 试绘制内燃机的机构运动简图机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分气缸体气缸体1 1活塞活塞2 2进气阀进气阀3 3排气阀排气阀4 4连杆连杆5 5曲轴曲轴6 6凸轮凸轮7 7顶杆顶杆8 8齿轮齿轮1010解：1）分析运动，确定构件的类型和数量 2）确定运动副的类型和数目 3）选择视图平面 4）选取比例尺
6、，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置 5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件绘制过程动画机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分实训：如图所示，为抽水机示意图，试绘制其运动简图实训：如图所示，为抽水机示意图，试绘制其运动简图 机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分实训实训2：如图所示，为颚式破碎机示意图，试绘制其运动简图：如图所示，为颚式破碎机示意图，试绘制其运动简图机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分1.构件自由度 一个构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度。当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束，失去一些自由度。运动副
7、不同，失去的自由度数目和保留的自由度数目也不同。2-3 2-3 平面机构的自由度和约束平面机构的自由度和约束2.约束 机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分2-3-2 2-3-2 典型案例的自由度讨论及计算典型案例的自由度讨论及计算 n：机构中活动构件数；PL：机构中低副数；PH：机构中高副数；F：机构的自由度数；F=3n-2PL-PH 设则根据图2-6（b）求出上例抽水机机构的自由度 10423323HLPPnF机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分计算实例 n=3,PL=4,PH=0 F=3n-2PL-PH=33-2PL-PH=33-24-0=1 机械设计基
8、础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分v计算实例 n=5,PL=7,PH=0 F=3n 2PL PH=35270=1解：机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分1.实例分析 自由度等于零 2-3-1 2-3-1 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件原动件数目少于自由度 机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分给定构件1运动参数 =(t)，构件2、3、4的运动是不确定的 11再给定构件4运动参数 =(t)，构件2、3的运动是确定的44机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分2.结论 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目称机构的自
9、由度。平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由度数目。原动件数自由度数，机构无确定运动 原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏 机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分2-3-4 2-3-4 自由度计算的特殊情况自由度计算的特殊情况 1.复合铰链2.局部自由度 3.虚约束 两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。4.虚约束常见情况及处理方法 5.虚约束对机构的影响 机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分例：试计算如图所示
10、的筛料机构的自由度例：试计算如图所示的筛料机构的自由度 此机构应有两个主动件，才可保证机构具有确定的运动。21927323HLPPnF复合铰虚约束局部自由度机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分2-3-52-3-5典型案例的自由度计算、结果分析典型案例的自由度计算、结果分析 o 如图2-5示，试计算内燃机机构的自由度，并讨论该机构是否具有确定的运动 14827323HLPPnF机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分如图2-7（b）所示，试计算颚式破碎机机构的自由度，并讨论该机构是否具有确定的运动10423323HLPPnF机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时
11、时1818分分三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时，有m 1个转动副。机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分惯性筛机构C处为复合铰链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。n=5,Pl=7,Ph=0=35-270=1F=3n-2PlPh惯性筛机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。计入局部自由度时 n=3,Pl=3,Ph=1 F=33-23-1=2 与实际不符机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分 应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。处理方法处理
12、方法 实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。教材图教材图1-13b1-13b动画动画N=2,Pl=2,Ph=1,F=32-221=1与实际相符机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分n=4,Pl=6,Ph=0 构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束。与实际不符 F=34-260=0机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分n=3,Pl=4,Ph=0F=33-24 0=1处理方法与实际相符应除去虚约束，即将产生虚约束的构件5及运动副除去不计。机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时
13、时1818分分1.两构件未组成运动副前，连接点处的轨迹已重合为一，组成的运动副存在虚约束。计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。虚约束常见情况及处理机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分虚约束常见情况及处理 计算中只计入一个移动副。2.两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分 3.两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为约束。虚约束常见情况及处理 计算中只计入一个转动副。转动副重复机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分虚约束常见
14、情况及处理计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。4.两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点间用另一构件连接时，将产生虚约束。机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分虚约束常见情况及处理计算中应将对称部分除去不计。5.机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。机械设计基础机械设计基础上午上午3 3时时1818分分虚约束对机构的影响机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不计”是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如“平行”、“重合”、“距离不变”等。如果几何条件不满足，虚约束会转化为有效约束。机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。
