第二章机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 第二章机械系统及运动简图(3学时) 1.教学目标 1.了解机构的组成,搞清运动副、运动链、约束和自由度的概念 2.能绘制常用平面机构的运动简图; 3.能计算平面机构的自由度; 4.平面机构具有确定运动的条件。 2.教学重点和难点 1)机构的运动简图的绘制 2)平面机构的自由度的计算。 3)机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理。 3.讲授方法:多媒体和演示柜 正文 在绪论中我们已经讲过,本课程机械原理部分研究的对象主要是各种机构,而硏究的内容则 主要是各种机构的分析和综合问题,因而我们首先要了解机构是如何组成的?机构在什么条件下 才具有确定运动? 第一节机构的组成 1.构件和零件 我们曾经说过,↓构是由具有确定运动的单元(G
第二章 机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 20 第二章 机械系统及运动简图（3 学时） 1．教学目标 1．了解机构的组成，搞清运动副、运动链、约束和自由度的概念； 2．能绘制常用平面机构的运动简图； 3．能计算平面机构的自由度； 4．平面机构具有确定运动的条件。 2．教学重点和难点 1）机构的运动简图的绘制 2）平面机构的自由度的计算。 3）机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理。 3．讲授方法：多媒体和演示柜。 正 文 在绪论中我们已经讲过，本课程机械原理部分研究的对象主要是各种机构，而研究的内容则 主要是各种机构的分析和综合问题，因而我们首先要了解机构是如何组成的？机构在什么条件下 才具有确定运动？ 第一节 机构的组成 1．构件和零件 我们曾经说过，机构是由具有确定运动的单元
第二章机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 体组成的是用于传递运动和力或改变运动形式的机械传动系统这些说动单元体称为构件。而 组成构件的制造单元体称为零件。如图2-1所示。 其中内燃机的曲轴4为一个构件,连杆3也是一个构件。但曲轴只有一个零件,而连杆则包 括多个零件,其各个零件之间没有相对运动,在机构运动过程中 是一个整 图2-1 体。所以,构件可以由一个或多个零件组成,是由若干个零件相 互固结在 一起的运动单元体。 从机构运动学的观点来看,构件是机构的基本组成单元,而机构则可以看作是由若干个构 件组合而成的构件组合体。 在本学科中,一般认为构件是刚体或柔勒体(如皮带、钢丝绳等),而不是液体或气体。 2.运动副及其分类 1.运动副 我们已经看到,在机构中 每一构件都以一定方式与其 它构件相互联接,这种使两构 件直接接触的可动联接称为 图2-2 运动副。如图1-2 如图中轴与轴承、滑块与导轨、轮齿与轮齿等都构成运动副。而两构件直接接触构成运动 副的部分称为运动副元素。 为保证两构件恒处于接触状态,运动副应该是结构封闭或力封闭。至于组成运动副后,两 构件能产生哪些相对运动,与该运动副性质或与该运动副所引入的约束有关。 2.运动副分类 由理论力学知识可以知道,作平面运动的构件可有三个独立运动,既X、y轴方向的移动和绕
第二章 机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 21 体组成的，是用于传递运动和力或改变运动形式的机械传动系统，这些运动单元体称为构件。而 组成构件的制造单元体称为零件。如图 2-1 所示。 其中内燃机的曲轴 4 为一个构件，连杆 3 也是一个构件。但曲轴只有一个零件，而连杆则包 括多个零件，其各个零件之间没有相对运动，在机构运动过程中 是一个整 体。所以，构件可以由一个或多个零件组成，是由若干个零件相 互固结在 一起的运动单元体。 从机构运动学的观点来看，构件是机构的基本组成单元，而机构则可以看作是由若干个构 件组合而成的构件组合体。 在本学科中，一般认为构件是刚体或柔勒体（如皮带、钢丝绳等），而不是液体或气体。 2．运动副及其分类 1．运动副 我们已经看到，在机构中 每一构件都以一定方式与其 它构件相互联接，这种使两构 件直接接触的可动联接称为 运动副。如图 1-2。 如图中轴与轴承、滑块与导轨、轮齿与轮齿等都构成运动副。而两构件直接接触构成运动 副的部分称为运动副元素。 为保证两构件恒处于接触状态，运动副应该是结构封闭或力封闭。至于组成运动副后，两 构件能产生哪些相对运动，与该运动副性质或与该运动副所引入的约束有关。 2．运动副分类 由理论力学知识可以知道，作平面运动的构件可有三个独立运动，既 x、y 轴方向的移动和绕 图 2-2 图 2－1
第二章机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) z轴的转动。而作空间运动的构件有六个独立运动,即三个方向的移动和三个转动。在本课程中 我们把构供的独京说动数目称为构件的自由度,这样,我们可以得到结论:平面运动的构件有三 个自由度,空间运动的构件有六个自由度。 当一个构件与另一个构件组成运动副以后,由于构件间的直接接触,使构件的某些独立运 动受到限制,构件的自由度便随之减少。这种对构件独立运动的限制称为约束。十分明显,作平 面运动空海运动的件纱束不能超过2个或5个,否则构件就不可能产生相对运动 不同的运动副对构件的自由度的约束是不同的,按不同的分类方法有以下几种: a按引进的约束数目分类:引进一个约束的运动副称为工级副,引进两个约束的运动副称为工 级副,依次我们有Ⅲ级副、Ⅳ级副、V级副 b.按两构件的接触情况分类:凡两构件以点或线接触构成的运动副称为高副,常见的有如图 如图所示的几种。 平面高副 凸轮高副 齿轮高副 凡两构件以面接触构成的运动副称为低副,常见的有如图所示的几种。 c按两构件的相 对运动分类河分为 转动副(铰链)移 移动副 动副螺旋测和球面H 副(如图所示 螺旋低副 球面低副
第二章 机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 22 z 轴的转动。而作空间运动的构件有六个独立运动，即三个方向的移动和三个转动。在本课程中， 我们把构件的独立运动数目称为构件的自由度。这样，我们可以得到结论：平面运动的构件有三 个自由度，空间运动的构件有六个自由度。 当一个构件与另一个构件组成运动副以后，由于构件间的直接接触，使构件的某些独立运 动受到限制，构件的自由度便随之减少。这种对构件独立运动的限制称为约束。十分明显，作平 面运动或空间运动的构件其约束不能超过 2 个或 5 个，否则构件就不可能产生相对运动。 不同的运动副对构件的自由度的约束是不同的，按不同的分类方法有以下几种： a.按引进的约束数目分类：引进一个约束的运动副称为Ⅰ级副，引进两个约束的运动副称为Ⅱ 级副，依次我们有Ⅲ级副、Ⅳ级副、Ⅴ级副。 b.按两构件的接触情况分类：凡两构件以点或线接触构成的运动副称为高副，常见的有如图 如图所示的几种。 凡两构件以面接触构成的运动副称为低副，常见的有如图所示的几种。 c.按两构件的相 对运动分类：可分为 转动副（铰链）、移 动副、螺旋副和球面 副（如图所示）。 平面高副 凸轮高副 齿轮高副 转动副 移动副 副 螺旋低副 球面低副
第二章机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) d按运动状态分类:可以分为平面运动副和空间运动副,凡是两构件运动平面相互平行的运动 副称为平面运动副,而运动平面不夏相平行的称为空间运动副。 由于构成运动副的两构 表2-1常用运动副的符号 件之间的相对运动仅与运 名称 两运动构件的联接运动构件与固定构件的联接 动副元素的几何形状及接 转动副 触情况有关所以各种运动 平行运动平面垂直运动平面平行运动平面垂直运动平面 副常用规定的简单符号来 表示这些符号国家已经制 平面高副 订有标准我们教材上的表 螺旋副-s 固定螺母 固定螺杆 2-1就是其中的一部分。 间 球面副 3.运动链与机构 球销副 前面介绍了构件和运动副的概念,下面我们给出运动链和机构的概念。 惹千个枃件通过运动副所构成的相对可动的构件系统称为运动链。可以分为两大类:如果 运动链构成首末封闭的系统,如图2-5中的a、b,我们称其为闭式运动链;如果运动链未构成 图2-5 首末封闭的系统,如图2-5中的α、d,我们称其为开式运动链。在各种机械中,一般都采用闭 我们也可以根据各构件的运动平面相互平行与否分为平面运动链和空间运动链 将运动链中的—一个构件固定,并且它的一个或几个运动构件作给定的独立运动,其余构件
第二章 机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 23 d.按运动状态分类：可以分为平面运动副和空间运动副，凡是两构件运动平面相互平行的运动 副称为平面运动副，而运动平面不互相平行的称为空间运动副。 由于构成运动副的两构 件之间的相对运动仅与运 动副元素的几何形状及接 触情况有关，所以各种运动 副常用规定的简单符号来 表示，这些符号国家已经制 订有标准，我们教材上的表 2-1 就是其中的一部分。 3．运动链与机构 前面介绍了构件和运动副的概念，下面我们给出运动链和机构的概念。 若干个构件通过运动副所构成的相对可动的构件系统称为运动链。可以分为两大类：如果 运动链构成首末封闭的系统，如图 2-5 中的 a、b，我们称其为闭式运动链；如果运动链未构成 首末封闭的系统，如图 2-5 中的 c、d，我们称其为开式运动链。在各种机械中，一般都采用闭 链。 我们也可以根据各构件的运动平面相互平行与否分为平面运动链和空间运动链。 将运动链中的一个构件固定，并且它的一个或几个运动构件作给定的独立运动，其余构件 图 2-5
第二章机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案(机电专业90学时) 随之作确定的运动,这样运动链就成为机构。其中固定的构件称为机架;作独立运动的构件称为 原动件(原动件上应标出运动箭头),而其余的活动构件则称为从动件。因此,我们可以说机枃 是由机架、原动件和从动件组成的传递机械运动和力的构件系统。 同样,可以根据各构件的运动平面是否平行将机构分为平面机构和空间机构。 在各种机器中,平面机构的应用特别广泛,所以本章我们主要介绍平面机构。 第二节机构运动简图 我们已经知道任何一个机构都是有若干构件组成,这些构件可以分为三类:原动件、机架 (即固定件)从动件。将机构中作用有驱动力或力矩的构件称为原动件,有时也可以把运动规 律已知的购价称为原动件;机构中固结于参考系的构件称为机架,机构中除了原动件和机架以外 的构件通称为从动件。在任何一个机构中,必须有一个、也必须只能有一个构件作机架;在可动 构件中必须有一个或几个构件为原动件 前面我们介绍了运动副、运动链和机构等概念,接下来我们要介绍机构运动简图及绘制方 法。 我们在研究分析现有机械和设计新机械时,一般是先不考虑那与运动无关的因素,如构 件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目以及运动副的具体结构,仅仅用简单的线条和符号来 代表枃件和运动副并按定比例确定备运动副的相对位置。这种表示机构中备构件间相对运动 关系的简单图形称为机构运动简图
第二章 机械系统及运动简图 《机械设计基础》教案（机电专业 90 学时） 24 随之作确定的运动，这样运动链就成为机构。其中固定的构件称为机架；作独立运动的构件称为 原动件（原动件上应标出运动箭头），而其余的活动构件则称为从动件。因此，我们可以说机构 是由机架、原动件和从动件组成的传递机械运动和力的构件系统。 同样，可以根据各构件的运动平面是否平行将机构分为平面机构和空间机构。 在各种机器中，平面机构的应用特别广泛，所以本章我们主要介绍平面机构。 第二节 机构运动简图 我们已经知道任何一个机构都是有若干构件组成，这些构件可以分为三类：原动件、机架 （即固定件）、从动件。将机构中作用有驱动力或力矩的构件称为原动件，有时也可以把运动规 律已知的购价称为原动件；机构中固结于参考系的构件称为机架，机构中除了原动件和机架以外 的构件通称为从动件。在任何一个机构中，必须有一个、也必须只能有一个构件作机架；在可动 构件中必须有一个或几个构件为原动件。 前面我们介绍了运动副、运动链和机构等概念，接下来我们要介绍机构运动简图及绘制方 法。 我们在研究分析现有机械和设计新机械时，一般是先不考虑那些与运动无关的因素，如构 件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目以及运动副的具体结构，仅仅用简单的线条和符号来 代表构件和运动副，并按一定比例确定各运动副的相对位置。这种表示机构中各构件间相对运动 关系的简单图形称为机构运动简图