機械設計-機構運動簡圖

第三章 平面機構的結構分析主要內(nèi)容：1、 平 面 機 構 的 運 動 簡 圖 2、 平 面 機 構 的 自 由 度 計 算 3.1節(jié) 大 江 一 句 話 說 ： 不 論 是 設 計 機 器 還 是 維 修 機 器 ，我 們 都 要 將 具 體 的 機 械 抽 象 成 簡 單 的 物 理 （ 運 動 學 ） 模型 ； 才 能 更 清 晰 地 理 解 其 工 作 原 理 ， 幫 助 我 們 制 定 設 計或 維 修 方 案 。能 力 目 標 ：1、 將 具 體 的 機 械 抽 象 成 簡 單 的 運 動 學 模 型 （ 會 畫 機 構 運 動 簡 圖 ）2、 判 定 機 構 是 否 具 有 確 定 的 運 動 （ 即 一 個 裝 置 是 不 是 機 構 ， 方 法 技 術 就 是 計 算機 構 的 自 由 度 ） 項目1：繪制內(nèi) 燃 機的機構運動簡圖。 項目2：繪制顎 式 破 碎 機的機構運動簡圖。 3-2 運 動 副定 義 ： 機 構 中 各 個 構 件 之 間 必 須 有 確 定 的 相 對 運 動 ， 因此 ， 構 件 的 連 接 既 要 使 兩 個 構 件 直 接 接 觸 ， 又 能 產(chǎn) 生一 定 的 相 對 活 動 ， 這 種 使 兩 個 構 件 直 接 接 觸 并 能 產(chǎn) 生 一 定 的 相 對 運動 的 連 接 稱 為 運 動 副 。要 點 ： a） 兩 個 構 件 b） 直 接 接 觸 c） 有 相 對 運 動 三 個 條 件 缺 一 不 可 。我 們 引 入 一 個 新 概 念 ： 運 動 副 ： 使 兩 個 構 件 直 接 接 觸 并 能 產(chǎn) 生 一 定 的 相 對 運 動 的 連 接 。構 件 上 參 與 接 觸 的 部 分 是 ： 點 、 線 、 面 。 3-2 運 動 副按 其 接 觸 形 式 分 ：低副-面 接 觸 的 運 動 副 。高 副 -點 或 線 接 觸 的 運 動 副轉 動 副 （ 回 轉 副 或 鉸 鏈 ）移 動 副 3.2.2 運 動 鏈 與 機 構運 動 鏈 ： 多 個 構 件 用 運 動 副 聯(lián) 接 構 成 的 系 統(tǒng) 。開 式 鏈 ： 運 動 鏈 的 各 構 件 不 構 成 首 尾 封 閉 的 系 統(tǒng) 。閉 式 鏈 ： 運 動 鏈 的 各 構 件 構 成 了 首 尾 封 閉 的 系 統(tǒng) 。機 構 ： 各 構 件 間 具 有 確 定 相 對 運 動 的 運 動 鏈 3.2.3 構 件 的 分 類機 架 ： 機 構 中 的 固 定 構 件 ； 一 般 機 架 相 對 地 面 固 定 不 動 。 如 機 床 床 身 、 車 輛 底 盤 、 飛 機 機 身 等 。原 動 件 ： 按 給 定 已 知 運 動 規(guī) 律 獨 立 運 動 的 構 件 ； 給 機 構 提 供 原 動 力 。從 動 件 ： 機 構 中 其 余 活 動 構 件 。 其 運 動 規(guī) 律 決 定 于 原 動 件 的 運 動 規(guī) 律 和 機構 的 結 構 和 構 件 的 尺 寸 。 機 構 =機 架 +原 動 件 +從 動 件 1個1個或幾個若干 3-3 平 面 機 構 的 運 動 簡 圖 機構運動簡圖與機械結構圖的區(qū)別？ 如何畫機構簡圖？ 3-2 平 面 機 構 的 運 動 簡 圖運 動 簡 圖 的 定 義 ： 用 規(guī) 定 的 符 號 和 線 條 按 一 定 的 比 例 表 示 構 件 和 運 動副 的 相 對 位 置 ， 并 能 完 全 反 映 機 構 特 征 的 簡 圖 。運 動 簡 圖 的 內(nèi) 容 ： 構 件 數(shù) 目 、 運 動 副 的 數(shù) 目 和 類 型 、 構 件 聯(lián) 接 關 系 、 與運 動 有 關 的 尺 寸 、 主 動 件 及 運 動 特 性 。運 動 簡 圖 的 作 用 ： 表 示 機 構 的 結 構 和 運 動 情 況 ； 機 構 運 動 分 析 和 動 力 分 析 的 依 據(jù) 。 （ GB4460-84） 高 副 符 號 第三章 平面機構的結構分析 3-2 平 面 機 構 的 運 動 簡 圖運 動 簡 圖 的 定 義 、 內(nèi) 容 、 作 用3.2.1 運 動 簡 圖 中 運 動 副 、 一 般 構 件 、 常 用 機 構 的 表 示 方 法3.2.2 繪 制 機 構 運 動 簡 圖 的 步 驟1） 分 清 機 架 、 主 動 件 ；2） 循 著 運 動 傳 遞 的 路 線 ；3） 能 充 分 反 映 機 構 的 特 性 ；4） 確 定 比 例 尺 ， 用 規(guī) 定 的 符 號 和 線 條 繪 制 。 【例3-1】繪制圖0-1所示內(nèi)燃機的機構運動簡圖。解 內(nèi) 燃 機 是 由 活 塞 2、 連 桿 5、 曲 軸6與 氣 缸 體 1組 成 的 曲 柄 滑 塊 機 構 ；同 曲 軸 固 聯(lián) 的 齒 輪 10， 同 凸 輪 軸 7固 聯(lián)的 齒 輪 9與 氣 虹 體 組 成 的 齒 輪 機 構 ；凸 輪 7、 進 氣 閥 頂 桿 8與 氣 缸 體 組 成的 凸 輪 機 構 。氣 缸 體 1作 為 固 定 件 ， 是 機 架 ；燃 氣 推 動 下 的 活 塞 2是 原 動 件 ； 其 余構 件 都 是 從 動 件 。 2 56110 9 78 【例3-1】繪制圖0-1所示內(nèi)燃機的機構運動簡圖。各 構 件 之 間 的 聯(lián) 接 方 式 如 下 ：9和 10齒 輪 嚙 合 ， 構 成 高 副 ；推 桿 8和 氣 缸 體 1之 間 構 成 移 動 副 ；活 塞 2和 氣 缸 體 1之 間 構 成 移 動 副 。凸 輪 7（ 齒 輪 9） 和 氣 缸 體 構 成 轉 動 副 ；凸 輪 7和 推 桿 8之 間 構 成 高 副 ；曲 軸 （ 齒 輪 10） 和 氣 缸 體 1之 間 構 成轉 動 副 ； 2 56110 9 78 活 塞 連 桿 組 氣 環(huán)油 環(huán)活 塞 銷活 塞連 桿 體連 桿 螺 栓連 桿 軸 瓦連 桿 蓋活 塞 2和 連 桿 5小 頭 ，連 桿 5和 曲 軸 6， 構 成 轉 動 副 。 2 5 6110 9 78 當 曲 軸 2繞 其 軸 心 O連 續(xù) 轉 動 時 ， 動 顎 板 3作 往 復擺 動 ， 從 而 將 處 于 動 顎 板 3和 固 定 顎 板 6之 間 的 礦 石 軋碎 。 試 繪 制 此 碎 礦 機 的 機 構 運 動 簡 圖 。解 ： （ 1） 運 動 分 析 此 碎 礦 機 由 原 動 件 曲 軸 3、 動 顎 板 4、 擺 桿 5、 機 架 7等 4個 構 件 組 成 ， 固 定 顎 板 6 是 固 定 安 裝 在 機 架 上 的 。（ 2） 曲 軸 3于 機 架 7在 A點 構 成 轉 動 副 （ 即 飛 輪 的 回 轉 中 心 ） ； 曲 軸 3與 動 顎 板 4也 構 成 轉 動 副 ， 其 軸 心 在 B點 （ 即 動 顎 板 繞曲 軸 的 回 轉 幾 何 中 心 ） ； 擺 桿 5分 別 與 動 顎 板 4和 機 架 7在 C、 D兩 點 構 成 轉 動 副 。（ 3） 其 運 動 傳 遞 為 ： 電 機 、 皮 帶 、 曲 軸 、 動 顎 板 、 擺 桿 。 所 以 ，其 機 構 原 動 件 為 曲 軸 ， 從 動 件 為 擺 桿 、 構 件 3、 機 架 5共 同 構 成曲 柄 搖 桿 機 構 。（ 4） 按 圖 量 取 尺 寸 ， 選 取 合 適 的 比 例 尺 ， 確 定 A、 B、 C、 D四 個 轉 動 副的 位 置 ， 即 可 繪 制 出 機 構 運 動 簡 圖 。 最 后 標 出 原 動 件 的 轉 動 方 向。由圖量取AB=3mm，BC=25mm，CD=14mm，AD=22mm. 低 副 構 件 的 表 示 方 法 可以組成三個回轉副的構件 繪 制 機 構 運 動 簡 圖 的 要 點 ： 分 析 機 構 運 動 ， 找 出 機 架 、 原 動 件 與 從 動 件 。 從 原 動 件 開 始 ， 按 照 運 動 的 傳 遞 順 序 ， 分 析 各 構 件之 間 相 對 運 動 的 性 質(zhì) ， 確 定 活 動 構 件 數(shù) 目 、 運 動 副 的類 型 和 數(shù) 目 。 合 理 選 擇 視 圖 平 面 ， 應 選 擇 能 較 好 表 示 運 動 關 系 的平 面 為 視 圖 平 面 。 選 擇 合 適 的 比 例 ， L=實 際 長 度 圖 示 長 度 按 比 例 定 出 各 運 動 副 之 間 的 相 對 位 置 ， 用 規(guī) 定 符號 繪 制 機 構 運 動 簡 圖 。 各 轉 動 中 心 標 以 大 寫 的 英 文 字 母 ， 各 構 件 標 阿 拉伯 字 母 ， 機 構 的 原 動 件 以 箭 頭 標 明 。 抽油機 機 械 設 計 的 一 般 程 序市場調(diào)研可行性研究試制、試驗小批生產(chǎn)試銷投產(chǎn)階段 目標設計任務書 定出最佳方案 裝配圖零件圖 樣機評價 考核工藝性 產(chǎn)品 及其它技術文件 改進 收集用戶意見 銷售技術設計原理方案設計1、產(chǎn)品規(guī)劃2、方案設計3、技術設計4、制造及試驗平 面 機 構 的 結 構 分 析 能 力 目 標 ：1、 將 具 體 的 機 械 抽 象 成 簡 單 的 運 動 學 模 型 運動簡圖2、 判 定 機 構 是 否 具 有 確 定 的 運 動 自由度計算 第三章 平面機構的結構分析構 件 的 自 由 度 ： 構 件 相 對 于 參 考 系 具 有 的 獨 立 運 動 參 數(shù) 的 數(shù) 目 。3.1.2 自 由 度 和 運 動 副 約 束無約束下一個構件的平面運動有三個自由度。 運 動 副 約 束 ： 兩 個 構 件 以 運 動 副 連 接 后 ， 相 對 運 動 受 到 的 限 制 。 回 轉 副2個 約 束1個 自 由 度 移 動 副2個 約 束1個 自 由 度 高副1個 約 束2個 自 由 度 第三章 平面機構的結構分析 3-3 平 面 機 構 的 自 由 度一 、 機 構 具 有 確 定 運 動 的 條 件 因為一個原動件只能提供一個獨立運動參數(shù)，所以， 機 構 的 自 由 度 數(shù) 等 于 機 構 的 原 動 件 數(shù) ， 既 機 構 有 多 少個 自 由 度 ， 就 應 該 給 機 構 多 少 個 原 動 件 。 自 由 度 =原 動 件 數(shù)二 、 計 算 機 構 自 由 度 （ 設 n個 活 動 構 件 ， P L個 低 副 ， PH個 高 副 ） F=3n-2PL-PH 1234 654 5ABC D n=5 p L=6 ph=2 F=3n-(2pL+ph) =1AABCDE E原 動 件 數(shù) =機 構 自 由 度 四 桿 機 構 的 自 由 度 計 算n=3 pL=4 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1原 動 件 數(shù) =機 構 自 由 度 例 二 桿 機 構 的 自 由 度 計 算n=1 p L=1 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1 三 桿 自 由 度 計 算n=2 p L=3 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =0原 動 件 數(shù) =機 構 自 由 度（F=0，不是機構是剛性桁架 ） 凸 輪 機 構 自 由 度 計 算n=2 p L=2 ph=1F=3n-(2pL+ph)=1 四 桿 機 構 的 自 由 度 計 算n=3 p L=4 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1原 動 件 數(shù) =機 構 自 由 度 原 動 件 數(shù) 機 構 自 由 度 數(shù) ， 機 構運 動 不 確 定 （ 任 意 亂 動 ）鉸 鏈 五 桿 機 構n=4 pL=5 ph=0F=3n-(2pL+ph)=2五桿機構2個原動件 小結：運 動 鏈 的 自 由 度 F 與 原 動 件 數(shù) 目 的 關 系 ：自 由 度 F 0 結 構 （ 不 是 機 構 ）自 由 度 F 0 時 ， F 原 動 件 數(shù) 目 (運 動 不 相 容 ， 破 壞 了 機 構 ) F=原 動 件 數(shù) 目 （ 運 動 確 定 ) F 原 動 件 數(shù) 目 （ 運 動 不 確 定 )n機構具有確定運動的條件是：機構的自由度數(shù)等于機構的原動件數(shù)，既機構有多少個自由度，就應該給機構多少個原動件。 三 、 計 算 機 構 自 由 度 時 應 注 意 的 問 題 三 、 計 算 機 構 自 由 度 時 應 注 意 的 問 題 1 復 合 鉸 鏈 三 個 或 三 個 以 上 構 件 在 同 一 處 構 成 共軸 線 轉 動 副 的 鉸 鏈 ， 我 們 稱 為 復 合 鉸 鏈 。若 有 m個 構 件 組 成 復 合 鉸 鏈 ， 則復 合 鉸 鏈 處 的 轉 動 副 數(shù) 應 為 （ m-1） 個 。 2個低副 三 、 計 算 機 構 自 由 度 時 應 注 意 的 問 題 2 局 部 自 由 度 機 構 中 某 些 構 件 具 有 局 部 的 、 不 影 響 其 它 構 件 運 動的 自 由 度 ， 同 時 與 輸 出 運 動 無 關 的 自 由 度 我 們 稱 為 局 部自 由 度 。 滾 子 作 用 ： 滑 動 摩 擦 滾 動 摩 擦三 、 計 算 機 構 自 由 度 時 應 注 意 的 問 題 左 圖 ： n=2，PL=2，Ph1，F(xiàn)=3x2-2x2-1=1如 右 圖 凸 輪 機 構 認 為 ：n=3，PL=3，Ph1，F(xiàn)=3x3-2x3-1=2， 是 錯 誤 的 。 2 局 部 自 由 度 對 于 含 有 局 部 自 由 度 的 機 構 在 計 算 自 由 度 時 ， 不 考慮 局 部 自 由 度 。 局 部 自 由 度 ， “ 焊 死 ” 處 理 三 、 計 算 機 構 自 由 度 時 應 注 意 的 問 題 （ 3） 虛 約 束 ： 在 特 殊 的 幾 何 條 件 下 ， 有 些 約 束 所 起 的 限 制 作 用 是重 復 的 ， 這 種 不 起 獨 立 限 制 作 用 的 約 束 稱 為 虛 約 束 。平行四邊形機構在 計 算 機 構 自 由 度 時 應 將 虛 約 束 去 除 。 平行四邊形機構 3、 虛 約 束 ：虛 約 束 經(jīng) 常 出 現(xiàn) 在 以 下 幾 種 情 況 中 ：（ 1） 兩 連 接 構 件 在 連 接 點 上 的 運 動 軌 跡 相 重 合 ，虛 約 束 消 除 平 行 四 邊 形 運 動 不 確 定 性 3、 虛 約 束 ：虛 約 束 經(jīng) 常 出 現(xiàn) 在 以 下 幾 種 情 況 中 ：（ 1） 兩 連 接 構 件 在 連 接 點 上 的 運 動 軌 跡 相 重 合 ，（ 2） 兩 構 件 某 兩 點 間 的 距 離 始 終 不 變 ， 將 此 兩 點用 構 件 和 運 動 副 連 接 會 帶 進 虛 約 束 。n=3 p L=4 ph=0F=3n-(2pl+ph)=1 3、 虛 約 束 ：虛 約 束 經(jīng) 常 出 現(xiàn) 在 以 下 幾 種 情 況 中 ：（ 1） 兩 連 接 構 件 在 連 接 點 上 的 運 動 軌 跡 相 重 合 ，（ 2） 兩 構 件 某 兩 點 間 的 距 離 始 終 不 變 ， 將 此 兩 點 用 構件 和 運 動 副 連 接 會 帶 進 虛 約 束 。（ 3） 兩 構 件 組 成 多 個 移 動 方 向 一 致 的 運 動 副 3、 虛 約 束 ：虛 約 束 經(jīng) 常 出 現(xiàn) 在 以 下 幾 種 情 況 中 ：（ 1） 兩 連 接 構 件 在 連 接 點 上 的 運 動 軌 跡 相 重 合 ，（ 2） 兩 構 件 某 兩 點 間 的 距 離 始 終 不 變 ， 將 此 兩 點 用 構件 和 運 動 副 連 接 會 帶 進 虛 約 束 。（ 3） 兩 構 件 組 成 多 個 移 動 方 向 一 致 的 運 動 副 或 兩 構 件 組 成 多 個 軸 線 重 合 的 移 動 副虛約束增強支承剛度 虛 約 束 經(jīng) 常 出 現(xiàn) 在 以 下 幾 種 情 況 中 ：（ 1） 兩 連 接 構 件 在 連 接 點 上 的 運 動 軌 跡 相 重 合 ，（ 2） 兩 構 件 某 兩 點 間 的 距 離 始 終 不 變 ， 將 此 兩 點 用 構 件和 運 動 副 連 接 會 帶 進 虛 約 束 。（ 3） 兩 構 件 組 成 多 個 移 動 方 向 一 致 的 運 動 副 或 兩 構 件 組 成 多 個 軸 線 重 合 的 移 動 副（ 4） 與 運 動 無 關 的 對 稱 部 分 ， 如 多 個 行 星 輪 虛約束改善受力 平 面 機 構 的 自 由 度 要 點計 算 機 構 自 由 度 F=3n-2PL-PH （ 設 n個 活 動 構 件 ， PL個 低 副 ， PH個 高 副 ）機構具有確定運動的條件是：原 動 件 數(shù) =機 構 自 由 度1、 若 有 m個 構 件 組 成 復 合 鉸 鏈 ，2、 不 考 慮 局 部 自 由 度 。（ 凸 輪 滾 子 及 推 桿 彈 簧 ）則 復 合 鉸 鏈 處 的 轉 動 副 數(shù) 為 （ m-1） 個 。計算機構自由度時應注意的問題: 平 面 機 構 的 自 由 度 要 點計算機構自由度時應注意的問題: 3、 在 計 算 機 構 自 由 度 時 應 將 虛 約 束 去 除 ：（ 1） 兩 連 接 構 件 在 連 接 點 上 的 運 動 軌 跡 相 重 合 ，（ 2） 兩 構 件 某 兩 點 間 的 距 離 始 終 不 變 ，（ 3） 兩 構 件 組 成 多 個 移 動 方 向 一 致 的 運 動 副或 兩 構 件 組 成 多 個軸 線 重 合 的 移 動 副（ 4） 與 運 動 無 關 的 對 稱 部 分 （ 移 動 導 桿 機 構 ） 3.5 3.6 曲 柄 移 動 導 桿 機 構3.7 3.8 3.8 3.9 3.10 補充練習 補充練習 補充練習