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1、2023/5/20,1,第一章 平面机构的运动简图及自由度,4.平面机构具有确定相对运动的条件,3.平面机构运动简图及绘制画法,2.平面机构自由度及其计算,1.平面机构的组成,2023/5/20,2,1-1 平面机构的组成,一、机构的组成与分类,1、概念：机构：是具有确定相对运动的构件的组合 构件：机构中的（最小）运动单元 由一个或若干个零件刚性联接而成,动画演示,2023/5/20,3,2、组成：机架：固定不动的构件 原动件：输入运动规律的构件 从动件：其它的活动构件,3、平面机构：各构件在同一平面或相互平行的平面内运动,蜗杆传动,曲柄滑块机构,空间机构：各构件不完全在同一平面或相互平行的平
2、面内运动,2023/5/20,4,当这些构件之间以一定的方式联接起来成为机构时，各个构件不再是自由构件。两相互接触的构件间只能作一定的相对运动，自由度减少。这种对构件独立运动所施加的限制称为约束。,一个作平面运动的自由构件有三个独立运动的可能性。构件所具有的这种独立运动的数目称为构件的自由度。所以一个作平面运动的自由构件有3个自由度,二、自由度,6个,作空间运动的自由构件有自由度。,2023/5/20,5,三、运动副及其分类,（一）低副 两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。根据两构件间的相对运动形式，低副又可分为转动副和移动副。,限制两个自由度：（两个移动）保留一个自由度（转动）,概念：两
3、构件直接接触又存在一定相对运动的可动联接。,类型：低副和高副,1.转动副（或铰链）两构件只能在一个平面内作相对转动,2023/5/20,6,2.移动副 两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。,限制两个自由度：（一个移动，一个转动）保留一个自由度（移动）,2023/5/20,7,（二）高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。,限制一个自由度：（一个移动）保留两个自由度（一个移动，一个转动）,2023/5/20,8,1-2 平面机构运动简图,机构示意图：只需表明机构运动传递情况和构造特征，不必按严格比例所画的图形,1、机构运动简图：简明表示机构中各构件之间相对运动关系的图形,
4、运动副的类型、数目、相对位置、构件数目,构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体构造,和运动有关的：,和运动无关的：,用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置 与原机械具有完全相同的运动特性,2023/5/20,9,2、常用机构和运动副的表示方法：,2023/5/20,10,（1）运动副的符号,转动副：,移动副：,2023/5/20,11,凸轮副：,齿轮副：,2023/5/20,12,杆、轴类构件机架同一构件两副构件三副构件,（2）构件（杆）：,2023/5/20,13,3、绘制机构运动简图的步骤,1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；,2）确定
5、所有运动副的类型和数目，测量各运动副之间位置；,3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性），确定视图方向；,4）确定比例；,5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)）,分清原动件、机架和从动件,2023/5/20,14,例：试绘制内燃机的机构运动简图,2023/5/20,15,例题1：内燃机,2023/5/20,16,1,2,3,4,A,B,C,14,12,23,A14,B12,C234,3,2,4,1,4,2023/5/20,17,A,B,C,E,F,D,G,例题2：破碎机,2023/5/20,18,1-3 平面机构的自由度,一、平面机构的自由度的计算,机构的自由度：机构中活动
6、构件相对于机架所具有的独立运动的数目。（与构件数目，运动副的类型和数目有关）,如果：活动构件数：n 低副数：pl 高副数：ph,连接前总自由度：,3n,连接后引入的总约束数：,2pl+ph,F=3n-(2pl+ph)=3n-2pl-ph,机构自由度F：,2023/5/20,19,机构自由度计算举例：,牛头刨床,2023/5/20,20,F=3n-2PL-PH=36-28-1=1,解：n=6,PL=8,PH=1,机构自由度计算举例：,2023/5/20,21,机构自由度计算举例：,F=3n2plph=3 2,3,4,0,=1,F=3n2plph=3 2,4,5,0,=2,F=3n2plph=3
7、2,2,2,1,=1,F=3n2plph=3 2,3,4,0,=1,F=3n2plph=3 2,4,5,1,=1,2023/5/20,22,二、平面机构具有确定相对运动的条件,机构要能运动，它的自由度必须大于零。机构的自由度表明机构具有的独立运动数。由于每一个原动件只可从外界接受一个独立运动规律（如内燃机的活塞具有一个独立的移动）因此，当机构的自由度为1时，只需有一个原动件；当机构的自由度为2时，则需有两个原动件。,F=3n2plph=3 42 50=2,F=3n2plph=3 32 50=-1,F=3n2plph=3 22 30=0,2023/5/20,23,F0，构件间无相对运动，不成为机
8、构。(F=0,刚性桁架),F0,原动件数=F，运动确定,原动件数F，运动不确定,原动件数F，机构破坏,故机构具有确定运动的条件是：原动件数目应等于机构的自由度数目。,结论：机构具有确定运动的条件：1 机构自由度 0 2 原动件数 机构自由度数,2023/5/20,24,试计算图示挖土机的自由度，并说明为什么要配置三个油缸。,2023/5/20,25,缝纫机刺布机构,油泵,2023/5/20,26,F=3n-2PL-PH=3*5-2*6-0=3,F=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=1,1.复合铰链：两个以上个构件在同一条轴线上形成的转动副。由K个构件组成的复合铰链包含的转动副数目应为（K
9、-1）个。,三、注意事项,2023/5/20,27,F=3n-2PL-PH=3*3-2*3-1=2,F=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=1,2、局部自由度 在机构中，某些构件具有不影响其它构件运动的自由度,局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子、轴承中的滚珠解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视作一个构件,排除,2023/5/20,28,3、虚约束 重复而不起独立限制作用的约束称为虚约束。计算机构的自由度时，虚约束应除去不计。,排除,虚约束经常发生的场合:,A 两构件之间构成多个运动副时B 两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不
10、变时C 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时D 机构中对运动不起作用的对称部分,2023/5/20,29,A、两构件之间构成多个运动副时,两构件组合成多个转动副，且其轴线重合两构件组合成多个移动副，其导路平行或重合两构件组合成若干个高副，但接触点之间的距离为常数,目的：为了改善构件的受力情况,F3n2PLPH 3 2,2,2,1,1,2023/5/20,30,讨论：两构件构成多个导路平行的移动副,F=3n-2PL-PH=3*3-2*5-0=-1,F=3n-2PL-PH=3*3-2*4-0=1,例子分析：,2023/5/20,31,B、两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时,在这两个例子中
11、，加与不加红色构件MN效果完全一样，为虚约束解决方法：计算时应将构件MN及其引入的约束去掉,F3n2PLPH 3 2,3,4,0,F3n2PLPH 3 2,4,6,0,0,错,对,1,F3n2PLPH 3 2,3,4,0,1,2023/5/20,32,C、两构件上联接点的轨迹重合,在该机构中，构件2上的C点C2与构件3上的C点C3轨迹重合，为虚约束解决方法：计算时应将构件3及其引入的约束去掉来计算同理，也可将构件4当作虚约束，将构件4及其引入的约束去掉来计算，效果完全一样,F3n2PLPH 3 2,3,4,0,1,2023/5/20,33,D、机构中对运动不起作用的对称部分,在该机构中，齿轮3
12、是齿轮2的对称部分，为虚约束解决方法：计算时应将齿轮3及其引入的约束去掉同理，将齿轮2当作虚约束去掉，完全一样目的：为了改善构件的受力情况,F3n2PLPH 3 2,3,3,2,1,行星轮系,2023/5/20,34,虚约束结论,机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约束，而使机构不能运动,采用虚约束是为了:改善构件的受力情况；传递较大功率；或满足某种特殊需要在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所需要的几何条件,2023/5/20,35,C处为复合铰链,计算时为（3-1)=2个铰链；E
13、、E为虚约束应去掉一个；F处为局部自由度应去掉。,例子分析：,=37-2 9-1=2,F=3n-2PL-PH,2023/5/20,36,C处为复合铰链,计算时为（3-1)=2个铰链；D处为虚约束应去掉；B处为局部自由度应去掉。2和3为一个构件。,F=3n-2PL-PH,C,B,D,=39-2 12-2=1,2023/5/20,37,F=3n2plph=3 52 70=1,F=3n2plph=332 40=1,2023/5/20,38,n=2,PL=3F=0,n=3,PL=4,F=1,减少一个约束增加一个自由度,n=2,PL=2,PH=1 F=1,例：图示为一简易冲床的设计图。试分析设计方案是否合理。如不合理，则绘出修改后的机构运动简图。,2023/5/20,39,1 判定机构的运动设计方案是否合理2 判定机构运动简图是否正确修改设计方案（1）F=0:增加一构件带进一个平面低副（2）F原动件数目：增加一构件带进两个平面低副或增加原动件数目,四、计算平面机构自由度的实用意义,
