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1、第1章 平面机构及其自由度,第1章 平面机构及其自由度,1.3 平面机构的自由度,1.2 平面机构及其运动简图,1.1 运动副及其分类,本章小结,机械设计基础,平面机构：,所有构件都在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。,机构中的构件只有通过一定的方式相互联接起来，并且满足一定的条件才能传递确定的运动和动力。,第1章 平面机构及其自由度,1.1 运动副及其分类,1.1.1 运动副,两构件直接接触而又能产生一定形式的相对运动的联接。,1.1 运动副及其分类,1.1.2 运动副分类,平面运动副和空间运动副（根据两构件之间的相对运动分类）,高副和低副（根据两构件之间的接触情况分类）,高副：,两构件
2、通过点或线的接触而构成的运动副。,高副动画演示,1.1 运动副及其分类,1.1.2 运动副分类,转动副(也称为铰链)：两构件之间的相对运动为转动的低副,移动副：两构件之间的相对运动为移动的低副,低副：,两构件通过面接触而构成的运动副。,转动副动画演示,移动副动画演示,1.2 平面机构及其运动简图,1.2.1 平面机构的组成,机架：与参考系固结相对不动的构件。例如各种机床的床身是机架。在机构简图中，将机架打上斜线表示。除其余的构件均相对于机架而运动。,原动件：给定独立运动参数的构件。即直接接受能源或最先接受能源作用有驱动力或力矩的构件。例如柴油机中的活塞。它的运动是外界输入的，因此又称为输入构件
3、。在机构简图中，将原动件标上箭头表示。,从动件：原动件带动而随之运动的构件。如柴油机中的连杆、曲轴、齿轮等都是从动件。当从动件输出运动或实现机构的功能时，便称其为执行构件件。,1.2 平面机构及其运动简图,1.2.2 平面机构运动简图及其意义,定义：,用简单线条和规定的符号表示构件和运动副，并按照一定的比例尺确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种表明机构的组成和各构件间真实运动关系的简单图形，称为机构的运动简图。,意义：,由于机构在运动时，各部分的运动是由其原动件的运动规律、该机构中各运动副的类型、数目及相对位置来决定的，而与构件和运动副的实际结构无关。通过机构运动简图不仅可以简明的描述
4、一部机器或机械系统的组成情况，而且运动特性与其实际完全等价。,1.2 平面机构及其运动简图,1.2.3 运动副和构件的表示,1.移动副的表示,1.2 平面机构及其运动简图,2.转动副的表示,1.2 平面机构及其运动简图,3.高副的表示（画出接触处的曲线轮廓）,1.2 平面机构及其运动简图,4.多个运动副的表示（在一个构件上）,1）两个运动副元素,两转,两移,一转一移,一高一低,1.2 平面机构及其运动简图,4.多个运动副的表示（在一个构件上）,2）多个运动副元素,1.2 平面机构及其运动简图,5.构件的表示,由于构件的相对运动主要取决于运动副，因此首先应当用符号画出各运动副元素在构件上的相对位
5、置，然后再用简单的线条把它们连接成构件。,4.机构运动简图常用符号,1.2 平面机构及其运动简图,1.2.4 绘制平面机构运动简图的方法和步骤,1.2 平面机构及其运动简图,步骤,1.2 平面机构及其运动简图,选择比例，绘制机构运动简图,1.2 平面机构及其运动简图,如图所示为一颚式破碎机。当偏心轴2绕轴心A连续回转时，动颚板3作往复摆动，从而将矿石轧碎。试绘制此破碎机的机构运动简图。,颚式破碎机动画演示,动画演示,1.3 平面机构的自由度,1.3.1 构件的自由度和约束,自由度：,构件作独立运动的数目。,一个作平面运动的自由构件自由度总数为3。,若一个平面机构共有n个活动构件。在未用运动副联
6、接前，则活动构件自由度总数为3n。,1.3 平面机构的自由度,通常，一个低副引入2个约束；一个高副引入1个约束。若机构中有PL个低副，PH个高副，则受到的约束（即减少的自由度）总数应为2PL+PH。,当用运动副将这些活动构件与机架联接组成机构后，则各活动构件具有的自由度受到约束。,1.3 平面机构的自由度,一个低副引入2个约束（失去2个自由度）仅保留1个自由度,转动副：组成转动副的两构件只能在一个平面内相对转动。,移动副：组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动。,1.3 平面机构的自由度,一个高副引入1个约束（失去1个自由度）保留2个自由度,13 平面机构的自由度,1.3.2 平面机构的自由
7、度计算,平面机构的自由度：机构中各构件相对于机架所具有的 独立运动的数目。,自由度=1,自由度=0,13 平面机构的自由度,设平面机构中包含有N个构件其中有n=(N-1)个活动构件，PL个低副数和PH个高副数。,F=3 n-2 PL-PH,计算下列机构的自由度,F=3 n-2 PL PH=3324=1,这些活动构件在未用运动副联接之前,其自由度数应为3n,引入的约束总数为(2 PL+PH）。,机构的自由度为:,N=4 n=3 PL=4 PH=0,13 平面机构的自由度,N=5 n=4 PL=5 PH=0,N=3 n=2 PL=3 PH=0,计算下列机构的自由度,F=3 n2 PL PH=322
8、3=0,F=3 n2 PL PH=3425=2,1.3 平面机构的自由度,此条件讨论了机构自由度数与原动件的关系1.原动件数目WF,运动不确定 如:五杆机构,1.3.3 机构具有确定运动的条件,1.3 平面机构的自由度,2.F0,机构不能运动成为刚性桁架 如三杆机构 又如图所示:,F=3 n-2 PL PH=3325=-1,F0机构不能运动成为超静定桁架,1.3 平面机构的自由度,3.W=F(F0)机构具有确定的相对运动,1.3 平面机构的自由度,4.W F 机构按受力较大的原动件的运动规律运动 或在弱处损坏,机构具有确定相对运动的条件:机构原动件数应等于机构自由度数,即W=F,1.3 平面机
9、构的自由度,惯性筛,F=3n-2PL-PH=35-26=3,1.3.4 计算机构自由度时应注意的问题,1.复合铰链 两个以上的构件同时用转动副在同一轴线上构成的连接。,1.3 平面机构的自由度,1.3.4 计算机构自由度时应注意的问题,1.复合铰链 两个以上的构件同时用转动副在同一轴线上构成的连接。,由K个构件组成的复合铰链应含有(K-1)个转动副。,例1 如图为一惯性筛的机构简图，试计算其 机构的自由度。,解：该机构中，n5，PL=7(C处为复合铰链)，PH=0，所以该机构的自由度：F=3n-2PL-PH=35-27=1,1.3 平面机构的自由度,1.3 平面机构的自由度,例2 计算原盘锯主
10、体机构的自由度,解 机构中活动构件有,n,7,低副有,PL,10,F=3n2PLPH=,3,2,=,7,10,1,2.局部自由度,机构中不影响其输出与输入运动关系的个别构件独立运动的自由度，称为机构的局部自由度.,F=3n-2 PL-PH=32-22-1=1,1.3 平面机构的自由度,F=3n-2 PL-PH=33-23-1=2,在计算机构自由度时，应预先排除。,3.虚约束（重复约束、消极约束）,在机构中与其他约束重复而不起限制运动作用的约束称为虚约束。在计算机构自由度时，应当除去不计。,机构中n=3，PL=4，PH=0，则机构自由度为：F=3n-2PL-PH=33-24-0=1,1.3 平面
11、机构的自由度,在计算机构自由度时应除去CD构件和转动副C，D,平面机构的虚约束常出现在下述场合,(1)两构件上两点间的距离保持恒定不变,1.3 平面机构的自由度,平面机构的虚约束常出现在下述场合,(2)两构件同时在多处构成转动副，且各转动副轴线重合，此时只有一个转动副起作用，其余为虚约束。,1.3 平面机构的自由度,3)两个构件组成多个移动副，其导路互相平行时，只有一个移动副起约束作用，其余部是虚约束。,1.3 平面机构的自由度,(4)机构中对传递运动不起独立作用的对称部分。,虚约束虽然对机构的运动不起独立的约束作用，但它可以改善机构的受力情况、增加构件的刚性。,1.3 平面机构的自由度,课堂练习,计算图示机构的自由度(若有复合铰链、局部自由度及虚约束必须明确指出）并说明该机构是否具有确定的相对运动。,练习1.惯性筛,平面机构运动简图及自由度,练习2,本章小结,本章主要介绍了平面运动副的类型、平面机构运动简图的绘制、平面机构具有确定运动的条件、平面机构自由度的计算以及计算自由度时的三种特殊情况。其中平面机构运动简图的绘制和平面机构自由度的计算是本章的重点也是难点。几个概念自由度、运动副、约束运动副的分类：高副、低副（转动副、移动副）,机械工业出版社,Thank You!,本章结束请同学们预习第2章内容,转动副动画,移动副动画,高副动画,颚式破碎机,颚式破碎机构运动简图,
