第一章 平面機構的自由度

1、 機械設計基礎機械設計基礎任課教師：石志新任課教師：石志新南昌大學機電工程學院南昌大學機電工程學院第一章第一章 平面機構的自由度平面機構的自由度n1-1 運動副及其分類運動副及其分類 n1-2 平面機構運動簡圖平面機構運動簡圖n1-3 平面機構的自由度平面機構的自由度n平面機構平面機構1-1 運動副及其分類運動副及其分類n自由度：自由度：具有的獨立運動具有的獨立運動稱為構件的自由度。稱為構件的自由度。n一個作平面運動的自由構一個作平面運動的自由構件有三個自由度。件有三個自由度。 n運動副：運動副：兩構件兩構件直接接觸直接接觸并并能產生能產生定定運動運動的的聯(lián)接聯(lián)接。n接觸方式有哪些？點、線、面

2、n高副：高副：兩構件通過點或線接觸組成的運動副。兩構件通過點或線接觸組成的運動副。n低副：低副：兩構件通過面接觸組成的運動副。兩構件通過面接觸組成的運動副。n 低副低副：兩構件通過面接觸組成的運動副，包括兩構件通過面接觸組成的運動副，包括轉動副轉動副和和移動副移動副；n 轉動副：轉動副：組成運動副的兩構件只能在一個平面內相對轉動組成運動副的兩構件只能在一個平面內相對轉動 ；(鉸鉸鏈鏈 )n 移動副：移動副：組成運動副的兩個構件只能沿某一軸線相對移動組成運動副的兩個構件只能沿某一軸線相對移動 ；圖圖1-2 1-2 轉動副轉動副 圖圖1-3 1-3 移動副移動副n高副：高副：兩構件通過點或線接觸組

3、成的運動副；兩構件通過點或線接觸組成的運動副；圖圖1-4 1-4 平面高副平面高副圖1-5 球面副和螺旋副 空間運動副：兩構件間的相對運動是空間運動1-2 平面機構運動簡圖平面機構運動簡圖n機構運動簡圖：機構運動簡圖：用規(guī)定的符號和線條按一定的比例表示用規(guī)定的符號和線條按一定的比例表示構件和運動副的相對位置，并能完全反映機構特征的簡圖；構件和運動副的相對位置，并能完全反映機構特征的簡圖；運動副的符號運動副的符號圖圖1-6 1-6 平面運動副的表示方法平面運動副的表示方法 2112齒輪副齒輪副凸輪副凸輪副構件的表示構件的表示兩轉動副構件兩轉動副構件一個轉動副一個轉動副和一個移動副和一個移動副三個

4、轉動副三個轉動副剛性整體剛性整體GB4460-84機構運動簡圖符號 構件的分類n機構中的構件分為三類：(1)固定構件(機架) ：用來支承活動構件(運動構件)的構件，如汽缸體n(2)原動件(主動件)：運動規(guī)律己知的活動構件。（輸入構件），如活塞。n(3)從動件：隨原動件的運動而運動的其余活動構件，其中輸出預期運動的從動件稱為輸出構件，其他從動件則起傳遞運動的作用。如連桿、曲軸，曲軸是輸出構件，連桿是用于傳遞運動的從動件。如何繪制機構運動簡圖？如何繪制機構運動簡圖？n步1：認清機架、輸入構件、輸出構件。n步2：分清構件并編號。從原動件開始，循運動的傳遞路線，將構件編號為1、2、3n步3：認清運動副

5、并編號。根據(jù)相對運動形態(tài)或運動副元素形狀分析運動副類型，并依次編號A、B、Cn步4：恰當選擇作圖投影面。n步5：繪制機構運動簡圖。以機架為參考坐標系，按比例，用簡單的符號和線條表示構件和運動副的相對位置，并標上相應的數(shù)字和字母。n注：同一機構在不同投影面繪制的機構運動簡圖不同 )(mmml圖上尺寸實際尺寸舉例：舉例：繪制圖繪制圖1-8a所示所示顎式破碎機顎式破碎機的機構運動簡圖的機構運動簡圖 顎式破碎機圖19 活塞泵及其機構運動簡圖活塞泵偏心輪機構縫紉機機構送料機機構十字滑塊聯(lián)軸器1-3 平面機構的自由度平面機構的自由度一個作平面運動的自由構件具有三個自由度。即沿x軸、y軸的移動，在xOy平面

6、內的轉動。轉動副，約束了兩個移動自由度，保留一個轉動自由度移動副，約束了沿一軸方向的移動自由度和在平面內的轉動自由度度，保留沿另一軸方向移動自由度高副，約束了沿接觸處公法線nn方向移動的自由度，保留繞接觸處轉動和沿接觸處公切線tt方向移動兩個自由度?？偨Y一下：在平面機構中，一個低副引入兩個約束，使構件失去兩個自由度；一個高副引入一個約束，使構件失去一個自由度。平面機構自由度的計算平面機構自由度的計算n設：平面機構共有K個構件n固定構件1個n活動構件數(shù)為n=Kl。n自由度總數(shù)為3n，n低副數(shù)PL個n高副數(shù)PH個n平面機構的自由度：（記之）HLPPnF23舉例：舉例：顎式破碎機顎式破碎機的機構自由

7、度的機構自由度解解 在顎式破碎機主體機構中，活動構件在顎式破碎機主體機構中，活動構件n3；包含四個轉動副包含四個轉動副PL=4；沒有高副；沒有高副PH=0。該機構。該機構的自由度數(shù)為：的自由度數(shù)為：1423323HLPPnF該機構具有一個原動件該機構具有一個原動件(曲軸曲軸2)，原動件數(shù)與機構的自由度相等。，原動件數(shù)與機構的自由度相等。n解：活塞泵的活動構件n4； 五個低副(四個轉動副和一個移動副)PL=5；，一個高副PH=1。自由度數(shù)：nF34-2 5-11n機構的自由度與原動件(曲柄1)數(shù)相等。 圖1-10 原動件數(shù)F 圖1-12 F=0的構件組合F12102F 981F12120機構具有

8、確定運動的條件是什么？ 機構具有確定運動的條件是F0，且F等于原動件數(shù)。 F0，構件間無相對運動，不成為機構。F0,原動件數(shù)=F，運動確定原動件數(shù)F，機構破壞計算自由度計算機構自由度的注意事項計算機構自由度的注意事項l復合鉸鏈復合鉸鏈l局部自由度局部自由度l虛約束虛約束n復合鉸鏈：復合鉸鏈：兩個以上的構件同時在一處用轉動副相聯(lián)接構成復合鉸鏈。K個構件個構件匯交而成的復合鉸匯交而成的復合鉸鏈應具有鏈應具有(K-1)個轉動副個轉動副。正確：F37-210=1 機構運動確定n局部自由度局部自由度(或多余自由度或多余自由度) ：機構中常出現(xiàn)一種與輸出機構中常出現(xiàn)一種與輸出構件運動無關的自由度構件運動無

9、關的自由度，在計算機構自由度時在計算機構自由度時應予排除應予排除。 正確：F32-22-1=1 機構運動確定n虛約束：虛約束：重復而對機構運動不起限制作用的約束，重復而對機構運動不起限制作用的約束，計算機構自由度時應將產生計算機構自由度時應將產生虛約束虛約束的構件和運動副的構件和運動副除去不計。除去不計。 對稱結構的虛約束對稱結構的虛約束 正確：F33-221=1 機構運動確定舉例：舉例：計算圖計算圖1-17a1-17a所示大篩機構的自由度所示大篩機構的自由度 解解 機構中的滾子有一個局部自由度，頂桿與機架在機構中的滾子有一個局部自由度，頂桿與機架在E和和E組成兩個導路平行組成兩個導路平行的移動副，其中之一為虛約束，的移動副，其中之一為虛約束，C處是復合鉸鏈，將滾子與頂桿焊成一體，去處是復合鉸鏈，將滾子與頂桿焊成一體，去掉移動副掉移動副E，并在，并在C點注明轉動副數(shù)點注