1、機械設計基礎機械設計基礎* *2-1 機構的組成2-2 平面機構的運動簡圖和繪制步驟2-3 平面機構的自由度和約束項目項目2 2 平面機構運動簡圖及其平面機構運動簡圖及其 自由度自由度機械設計基礎機械設計基礎* *內燃機機械設計基礎機械設計基礎* *2-1 2-1 機構的組成機構的組成 構件：組成機械的各個相對運動的實物。 零件：機械中不可拆的制造單元體。 單一零件曲軸多個零件的剛性組合連桿構件是機械中運動的單元體，零件是機械中制造的單元體。機械設計基礎機械設計基礎* *構件和構件之間既要相互連接（接觸）在一起，又要有相對運動。而兩構件之間這種可動的連接（接觸）就稱為運動副。運動副元素：兩構件

2、上直接參加接觸構成運動副的部分。2-1-3 2-1-3 運動副運動副運動副：機械設計基礎機械設計基礎* *按兩構件接觸情況，常分為低副、高副兩大類。 1.低副 兩構件以面接觸而形成的運動副。 (1) 轉動副：只允許兩構件作相對轉動，又稱作鉸鏈。 a)固定鉸鏈平面運動副機械設計基礎機械設計基礎* *b)活動鉸鏈轉動副機械設計基礎機械設計基礎* *(2) 移動副：只允許兩構件作相對移動。移動副移動副機械設計基礎機械設計基礎* *2.高副 兩構件以點或線接觸而構成的運動副。凸輪副機械設計基礎機械設計基礎* *齒輪副機械設計基礎機械設計基礎* *空間運動副若兩構件之間的相對運動均為空間運動，則稱為空間

3、運動副。螺旋副球面副機械設計基礎機械設計基礎* *2-2 2-2 平面機構的運動簡圖和繪制步驟平面機構的運動簡圖和繪制步驟 運動副及構件的表示方法1.構件構件均用直線或小方塊等來表示，畫有斜線的表示機架。機械設計基礎機械設計基礎* *2.轉動副構件組成轉動副時，如下圖表示。圖垂直于回轉軸線時用圖a表示；圖面不垂直于回轉軸線時用圖b表示。表示轉動副的圓圈，其圓心必須與回轉軸線重合。一個構件具有多個轉動副時，則應在兩條交叉處涂黑，或在其內畫上斜線。機械設計基礎機械設計基礎* *3. 移動副兩構件組成移動副，其導路必須與相對移動方向一致。機械設計基礎機械設計基礎* *4. 平面高副 兩構件組成平面高

4、副時，其運動簡圖中應畫出兩構件接觸處的曲線輪廓，對于凸輪、滾子，習慣劃出其全部輪廓；對于齒輪，常用點劃線劃出其節圓。機械設計基礎機械設計基礎* *名稱簡圖符號名稱簡圖符號構件機架平面低副轉動副平面高副齒輪副移動副凸輪副機械設計基礎機械設計基礎* *繪制機構運動簡圖的步驟1）功能分析。確定機械系統的總功能和進行功能分解。2）繪制機械系統運動循環圖。3）執行（工作）機構選型。4）繪制機械系統的運動方案圖。5）機構的尺度綜合。6）繪制機械系統運動簡圖。機械設計基礎機械設計基礎* *例2-1 試繪制內燃機的機構運動簡圖機械設計基礎機械設計基礎* *氣缸體氣缸體1 1活塞活塞2 2進氣閥進氣閥3 3排氣

5、閥排氣閥4 4連桿連桿5 5曲軸曲軸6 6凸輪凸輪7 7頂桿頂桿8 8齒輪齒輪1010解：1）分析運動，確定構件的類型和數量 2）確定運動副的類型和數目 3）選擇視圖平面 4）選取比例尺，根據機構運動尺寸，定出各運動副間的相對位置 5）畫出各運動副和機構符號，并表示出各構件繪制過程動畫機械設計基礎機械設計基礎* *實訓：如圖所示，為抽水機示意圖，試繪制其運動簡圖實訓：如圖所示，為抽水機示意圖，試繪制其運動簡圖 機械設計基礎機械設計基礎* *實訓實訓2：如圖所示，為顎式破碎機示意圖，試繪制其運動簡圖：如圖所示，為顎式破碎機示意圖，試繪制其運動簡圖機械設計基礎機械設計基礎* *1.構件自由度 一個

6、構件未用運動副與其它構件連接之前，有三個自由度。當用運動副連接后，構件間的相對運動受到約束，失去一些自由度。運動副不同，失去的自由度數目和保留的自由度數目也不同。2-3 2-3 平面機構的自由度和約束平面機構的自由度和約束2.約束 機械設計基礎機械設計基礎* *2-3-2 2-3-2 典型案例的自由度討論及計算典型案例的自由度討論及計算 n：機構中活動構件數； PL ：機構中低副數； PH ：機構中高副數； F ：機構的自由度數；F = 3n - 2PL - PH 設則根據圖2-6（b）求出上例抽水機機構的自由度 10423323HLPPnF機械設計基礎機械設計基礎* *計算實例 n = 3,

7、 PL = 4, PH = 0 F = 3n - 2PL- PH = 33 - 2PL - PH =33 - 24 - 0= 1 機械設計基礎機械設計基礎* *v計算實例 n =5, PL = 7, PH = 0 F = 3n 2PL PH = 35270= 1解：機械設計基礎機械設計基礎* *1.實例分析 自由度等于零 2-3-1 2-3-1 機構具有確定運動的條件機構具有確定運動的條件原動件數目少于自由度 機械設計基礎機械設計基礎* *給定構件1運動參數 = ( t )，構件2、3、4的運動是不確定的 11再給定構件4運動參數 = ( t )，構件2、3的運動是確定的44機械設計基礎機械設

8、計基礎* *2.結論 機構具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數的數目稱機構的自由度。 平面機構具有確定運動的條件：機構原動件個數應等于機構的自由度數目。 原動件數自由度數，機構無確定運動 原動件數自由度數，機構在薄弱處損壞 機械設計基礎機械設計基礎* *2-3-4 2-3-4 自由度計算的特殊情況自由度計算的特殊情況 1.復合鉸鏈2.局部自由度 3.虛約束 兩個以上構件在同一軸線處用轉動副連接，就形成了復合鉸鏈。 個別構件所具有的，不影響整個機構運動的自由度稱為局部自由度。 重復出現的，對機構運動不起獨立限制作用的約束稱為虛約束。 4.虛約束常見情況及處理方法 5.虛約束對機構的影響 機械設

9、計基礎機械設計基礎* *例：試計算如圖所示的篩料機構的自由度例：試計算如圖所示的篩料機構的自由度 此機構應有兩個主動件，才可保證機構具有確定的運動。 21927323HLPPnF復合鉸虛約束局部自由度機械設計基礎機械設計基礎* *2-3-52-3-5典型案例的自由度計算、結果分析典型案例的自由度計算、結果分析 o 如圖2-5示，試計算內燃機機構的自由度，并討論該機構是否具有確定的運動 14827323HLPPnF機械設計基礎機械設計基礎* *如圖2-7（b）所示，試計算顎式破碎機機構的自由度，并討論該機構是否具有確定的運動10423323HLPPnF機械設計基礎機械設計基礎* *三個構件在同一

10、軸線處，兩個轉動副。推理：m個構件時，有m 1個轉動副。 機械設計基礎機械設計基礎* *慣性篩機構C處為復合鉸鏈計算中注意觀察是否有復合鉸鏈，以免漏算轉動副數目，出現計算錯誤。n = 5, Pl = 7, Ph = 0= 35-270 = 1F = 3n-2PlPh慣性篩機械設計基礎機械設計基礎* *滾子的轉動自由度并不影響整個機構的運動，屬局部自由度。 計入局部自由度時 n = 3, Pl = 3, Ph = 1 F =33 - 23- 1 = 2 與實際不符機械設計基礎機械設計基礎* * 應除去局部自由度，即把滾子和從動件看作一個構件。處理方法處理方法 實際結構上為減小摩擦采用局部自由度，

11、“除去”指計算中不計入，并非實際拆除。教材圖教材圖1-13b1-13b動畫動畫N = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 32-221=1與實際相符機械設計基礎機械設計基礎* *n = 4, Pl =6, Ph = 0 構件5給機構引入三個自由度，四個約束。多出的一個約束對機構的運動不起獨立的限制作用，是虛約束。 與實際不符 F = 34 -260 = 0機械設計基礎機械設計基礎* *n = 3, Pl =4, Ph =0F = 33 - 24 0 = 1處理方法與實際相符應除去虛約束，即將產生虛約束的構件5及運動副除去不計。機械設計基礎機械設計基礎* *1.兩構件未組成運動副前，連

12、接點處的軌跡已重合為一，組成的運動副存在虛約束。 計算中應將產生虛約束的構件及運動副一起除去不計。 虛約束常見情況及處理機械設計基礎機械設計基礎* *虛約束常見情況及處理 計算中只計入一個移動副。 2.兩構件組成多個移動副，且導路相互平行或重合時，只有一個移動副起約束作用，其余為虛約束。機械設計基礎機械設計基礎* * 3.兩構件組成多個轉動副，且軸線重合，只有一個轉動副起約束作用，其余為約束。 虛約束常見情況及處理 計算中只計入一個轉動副。轉動副重復機械設計基礎機械設計基礎* *虛約束常見情況及處理計算中應將產生虛約束的構件及運動副一起除去不計。4.兩構件兩點間未組成運動副前距離保持不變，兩點間用另一構件連接時，將產生虛約束。機械設計基礎機械設計基礎* *虛約束常見情況及處理計算中應將對稱部分除去不計。 5.機構中對