第1章 平面机构及其运动简图（课件）-《机械设计基础》同步教学（电子工业版）

第1章 平面机构及其运动简图 一、机械 机器 机构 1、什么是机械？ 机械实例 古代 近代 现代 机械发展 古代：西汉指南车、东汉张衡发明第一台地震仪； 近代：哈格里沃斯发明的 “珍妮纺纱机”、钟表； 现代：航空宇航飞行器、蜘蛛型探雷机器人； 3 机械是机器和机构的总称 机械种类繁多，其结构型式和用途功能各不相同，那机器、机构是否有各自共同特征呢？ 引例：内燃机（汽车发动机） 观看视频，思考问题： 1、实现功能？ 2、构造组成？ 3、工作原理？ 实现功能 将燃气的热能转换为 曲柄转动的机械能。 内燃机 构造组成 由多种实物组合而成。 3 进气阀 7 凸轮 8 顶杆 4 排气阀 2 活塞 1 汽缸体 5 连杆 6 曲轴 9 齿轮 10 齿轮 工作原理 各实物部分之间具有相对运动,即“四冲程”： 进气—压缩—做功—排气 2、机器与机构 机 器 人为的实物组合体 各实物体之间具有确定的相对运动 完成能量转换，代替人做机械功 由此可见，内燃机是机器 结构 运动 功能 机 构 人为的实物组合体 各实物体之间具有 确定的相对运动 内燃机机构 1 2 3 曲柄滑块机构：活塞2+连杆5+曲轴6+机架1 齿轮机构——齿轮9、10+机架1 凸轮机构——凸轮轴7+推杆8+机架1 结构 运动 区别 联系 机器存在动力源部分（电动机、内燃机）；机构不存在。 机器有一个或几个机构组成。 运动 结构 功能 机器 运动 结构 机构 举例：内燃机构件——连杆 螺母 3、构件与零件 举例：内燃机构件——齿轮 构件 组成机构的相互间具有确定运动 的各个实物 运动基本单元 由一个或几个零件组成 零件 组成机构的彼此间没有确定运动 的各个实物 制造基本单元 思考与练习 下列各种机械产品是机器还是机构？ （6）自行车 （1）无心磨床 （2）机械手表 （3）缝纫机 （4）洗衣机 （5）仿真机器人 思考：分析内燃机所含的构件与零件？ 3 进气阀 7 凸轮 8 顶杆 4 排气阀 2 活塞 1 汽缸体 5 连杆 6 曲轴 9 齿轮 10 齿轮 二、平面机构的运动简图 （1）转动副 特点：两构件只能绕公共轴线在同一平面内作相对转动。 1、运动副及其分类 运动副：是指直接接触的两个构件之间形成的可动连接。 （2）移动副 特点：两构件只能作相对移动。 （3）凸轮副 凸轮1 从动件2 特点：凸轮作等速转动时，驱使始终保持接触的从动件 作往复移动。 （4）齿轮副 齿轮1 齿轮2 特点：由一对齿轮的轮齿齿廓相互啮合带动齿轮传动。 空间运动副 球面副 螺旋副 高副 低副 （面与面接触） （点接触或线接触） 移动副 齿轮副 凸轮副 转动副 自由度：构件相对于参考系所具有的独立运动。用 F 表示。 单个自由构件在平面内运动有3个自由度。即F=3 2、自由度与约束 约束：两构件连接成运动副之后，对构件某一个独立运动的限制。用R表示。 R=2, F=1 R=2, F=1 R=1, F=2 运动副 类型 约束 自由度 低副 转动副 R=2 F=1 移动副 高副 凸轮副 R=1 F=2 齿轮副 3、运动链与机构 运动链:指两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统。 封闭形式 开链 闭链 运动链 运动链的各构件构成首尾封闭的系统 运动链的各构件未构成首尾封闭的系统 运动链成为机构 一构件加以固定作为机架或参考构件 给定另外一个或少数几个构件的运动规律 其余构件随之做确定相对运动 机架 原动件 从动件 机构构件 4 机架 1 原动件 2 从动件 3 从动件 某同学对手动抽水机进行升级改造，设计机构运动简图如图所示。分析该机构是否具有确定运动，实现抽水功能？ 2 1 3 A C B 4 D 手动抽水机 该设计机构能否实现抽水功能？ 三、平面机构的自由度 1、机构具有确定运动的条件 机构的自由度数F = 原动件数 其中，原动件个数已知（在机构运动简图中已标定）。 2、平面机构的自由度计算 活动构件数 n 构件总自由度 低副约束数 高副约束数 3×n 2 × PL 1 × PH F = 3n - 2PL - PH 注意: n为活动构件数，不包括机架。设机构总构件数为N，则n=N-1 机构的自由度：机构相对于机架所具有的独立运动数目。 例1：计算内燃机机构的自由度。 解：活动构件数n=5 低副数PL=6 F=3n－2PL－PH =3×5－2×6-2 =1 高副数PH=2 例2：计算如图所示筛料机构的自由度。 解：活动构件数n=8 低副数PL=10 F=3n－2PL－PH =3×8－2×10-1 =3 高副数PH=1 两个低副 (1)复合铰链：两个以上的