機械設計第2章平面機構運動簡圖與自由度課件

第1章平面機構的自由度和速度分析

§1-1運動副及其分類二、運動副1、機構是由許多構件組成的，機構的每個構件都以一定方式與某些構件相互連接，這種連接不是固定連接，而是能產生一定相對運動的連接。使兩構件直接接觸并能產生一定形式的相對運動的連接稱為運動副平面運動副：低副（面接觸）高副（點、線接觸）轉動副移動副2.分類:按照運動副元素接觸形式不同一、機構可以分為平面機構和空間機構兩類，平面機構應用最廣泛。第1章平面機構的自由度和速度分析1低副兩構件以面接觸而形成的運動副。按照構件之間的運動形式不同又分為

2-1運動副及其分類

(2)移動副：只允許兩構件作相對移動。(1)轉動副：只允許兩構件作相對轉動。有時候也稱為鉸鏈轉動副12轉動副12移動副12低副兩構件以面接觸而形成的運動副。2-1運動副及其2高副兩構件以點或線接觸而構成的運動副。齒輪副凸輪副2-1運動副及其分類

高副兩構件以點或線接觸而構成的運動副。齒輪副凸輪副2-13空間運動副:這些運動副兩構件之間的相對運動是空間運動。螺旋副球面副2-1運動副及其分類

12空間運動副:螺旋副球面副2-1運動副及其分類4§

1-2平面機構運動簡圖

我們都知道機構是具有相對運動的構件的組合，在研究機構運動時，為了使問題簡化，可以不考慮那些與運動無關的因素（比如構件的外形、組成機構的零件的數目、運動副的具體構造等）。僅用簡單的線條和符號表示構件和運動副，并按一定的比例定出運動副的位置，這種表示機構各構件間相對位置關系的簡化圖形稱為機構運動簡圖

一、機構運動簡圖§1-2平面機構運動簡圖5二、運動副的表示方法轉動副：移動副：平面高副：

在學習畫機構運動簡圖之前我們先來看看運動副的表示方法(a)(b)(c)(d)(e)(f)21(g)圖中a、b、c是兩個構件組成轉動副的表示方法,圓圈表示轉動副，其圓心代表相對轉動的軸線，如果組成轉動副的兩構件都是活動件則用a表示，若其中一個為機架，則用b、c圖表示，在代表機架的構件上打上陰影線。兩構件組成移動副的表示方法如圖d、e、f表示，移動副的導路必須與相對移動的方向一致同理，圖中畫陰影線的表示機架兩構件組成高副時在簡圖中應當畫出兩構件接觸處的曲線輪廓。ttnn二、運動副的表示方法轉動副：移動副：平面高副：6三、構件的表示方法(a)(b)(c)(d)d:表示如果三個轉動副在一條直線上的構件a:表示參與組成兩個轉動副的構件，b：表示參與組成一個轉動副一個移動副的構件，C:表示參與組成三個轉動副的構件，并且為了表明三角形是一個剛性整體，常常在三角形內部打上剖面線或者在三個角打上焊接標記。三、構件的表示方法(a)(b)(c)(d)a:表示參與組成兩7凸輪傳動(e)(f)用一對節(jié)圓表示相互嚙合的齒輪齒輪傳動圖f表示凸輪其他常用零部件的表示方法可以參看國標GB4460－84《機械制圖機構運動簡圖符號》凸輪傳動(e)(f)用一對節(jié)圓表示相互嚙合的齒輪齒輪傳動圖f8若干1個或幾個1個機構的組成：機構＝機架＋原動件＋從動件四、機構中的構件分類機架－作為參考系的構件，用來支撐活動構件的構件。如機床床身、車輛底盤、飛機機身。例內燃機中的氣缸體原（主）動件－運動規(guī)律已知的活動的構件。它的運動是由外界輸入的又稱輸入構件。例如：內燃機中的活塞

從動件－機構中隨著原動件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，其他從動件則起著傳遞運動的作用。例如內燃機中的連桿和曲軸都是從動件。由于該機構的功用就是將直線運動變換為定軸轉動，所以連桿是傳遞運動的從動件，曲軸是輸出構件機構中必定有一個構件被相對看成是固定構件，例如氣缸體雖然跟隨騎車運動，但是在研究發(fā)動機內部運動時，仍然把氣缸體視為固定構件，在活動構件中，必須有一個或機構原動件，其余的都是從動件。若干1個或幾個1個機構的組成：四、機構中的構件分類機架－9五、繪制機構運動簡圖舉例：繪制破碎機的機構運動簡圖。繪制步驟1、分析繪制機械的結構和動作原理，弄清楚構件數目(編號）分清楚機架、原動件和從動件；2、從原動件開始，按照運動傳遞順序，仔細分析各構件相對運動的性質，確定各運動副的類型、數目；3、合理選擇視圖平面；4、按合理的比例繪制運動簡圖。

五、繪制機構運動簡圖舉例：繪制破碎機的機構運動簡圖。繪制步驟10例題1繪制如圖所示的顎式破碎機主體機構的運動簡圖2-2平面機構運動簡圖

例題1繪制如圖所示的顎式破碎機主體機構的運動簡圖2-2平11DCBA1432繪制圖示鱷式破碎機的運動簡圖。DCBA1432繪制圖示鱷式破碎機的運動簡圖。www.the122341繪制圖示偏心泵的運動簡圖偏心泵143212341繪制圖示偏心泵的運動簡圖偏心泵14321www.th131、觀察該機構，分析發(fā)現泵體是機架，原動件為偏心輪2，偏心輪起著曲柄的作用，連桿3和轉塊4是從動件。偏心輪2相對機架1繞O點回轉，并通過轉動副聯接帶動連桿3運動，連桿3既有往復移動又有相對轉動，轉塊4相對機架做往復轉動。通過分析可知該機構共有3個活動構件和4個低副（3個轉動副、1個移動副）；2、根據該機構的運動情況，可選擇其運動平面(垂直于偏心輪軸線的平面)作為投影面3、根據機構的運動尺寸,確定各運動副之間的相對位置；然后用簡單的線條和規(guī)定的簡圖符號繪制出機構運動簡圖，4、從機構運動簡圖可知：活動構件數，低副數，高副數，故機構自由度，而該機構只有一個原動件，與機構的自由度數相同，所以該機構具有確定的運動。1、觀察該機構，分析發(fā)現泵體是機架，原動件為偏心輪2，偏心輪141516§1－3平面機構的自由度一、機構具有確定運動的條件S3123如果給定一個獨立運動的參數，比如構件1的角運動規(guī)律θ1（t），其余構件2、3的運動就完全確定了?！?－3平面機構的自由度一、機構具有確定運動的條件S31217如果也只給定一個獨立運動參數，比如構件1的角運動規(guī)律θ1（t）,此時構件2、3、4的運動并不能唯一確定。例如但是，若再給定另一個獨立運動的參數，如構件4的角運動規(guī)律θ4（t）

，該機構的各個構件的運動規(guī)律就完全確定了，也就是說：該機構需要兩個獨立運動的參數。θ41234θ1如果也只給定一個獨立運動參數，比如構件1的角運動規(guī)律θ1（18定義：把機構具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數的數目稱為機構的自由度其數目常用F表示。原動件－機構中能獨立運動的構件?！咭粋€原動件只能提供一個獨立運動的參數∴機構具有確定運動的條件為：原動件數目＝機構的自由度原動件數目>F，機構破壞原動件數目<F，機構運動不確定定義：把機構具有確定運動時所必須給定的原動件－機構中能獨立運19二、平面機構自由度的計算公式一個做平面運動的自由構件具有三個自由度，因此，平面機構的每個活動構件，在未用運動副聯接之前，都有三個自由度，即沿著X軸和Y軸移動，以及在XOY平面內轉動當構件組成運動副之后，它們的相對運動就會受到約束，自由度就會隨之減少不同種類的運動副引入的約束不同，所保留的自由度也不同二、平面機構自由度的計算公式一個做平面運動的自由構件具有20

1、低副

（2）轉動副（1）移動副

約束了沿一個軸方向的移動和在平面內轉動兩個自由度，只保留沿另一個軸方向移動的自由度。約束了沿兩個軸移動的自由度，只保留一個轉動的自由度。

1、低副

（2）轉動副（1）移動副

約束了沿一個軸方212、

高副只約束了沿接觸處公法線n-n方向移動的自由度，保留繞接觸處的轉動和沿接觸處公切線t-t方向移動的兩個自由度。2、

高副只約束了沿接觸處公法線n-n方向移動的自由度，保22結論：在平面機構中，①每個低副引入兩個約束，使機構失去兩個自由度；②每個高副引入一個約束，使機構失去一個自由度。（二）機構的自由度數，用F表示：

機構自由度F取決于活動構件的數目以及運動副的性質（高副或低副）和數目

。F=3n-2PL-PH

結論：在平面機構中，①每個低副引入兩個約束，使機構失去兩個自23例1：計算圖示凸輪機構的自由度。解：活動構件數n=2低副數PL=2F=3n－2PL－PH

=3×2－2×2－1=1高副數PH=1123例1：計算圖示凸輪機構的自由度。解：活動構件數n=2低副數P24例2：計算活塞泵的自由度。解：活動構件數n=4低副數PL=5F=3n－2PL－PH

=3×4－2×5－1=1高副數PH=1機構的自由度與原動件數相等。例2：計算活塞泵的自由度。解：活動構件數n=4低副數PL=525三、計算平面機構自由度的注意事項1．復合鉸鏈-------

兩個以上構件同時在一處用轉動副相聯接，就構成復合鉸鏈

結論：當由K個構件組成復合鉸鏈時，則應當組成（K-1）個共軸線轉動副。

三、計算平面機構自由度的注意事項1．復合鉸鏈-------26計算圖示圓盤鋸機構的自由度。解：活動構件數n=7低副數PL=10F=3n－2PL－PH

=3×7－2×10－0=1可以證明：F點的軌跡為一直線。12345678ABCDEF圓盤鋸機構計算圖示圓盤鋸機構的自由度。解：活動構件數n=7低副數PL=272．局部自由度-----

機構中常出現一種與輸出構件運動無關的自由度結論：在計算機構自由度時，局部自由度應預先排除。

2．局部自由度-----機構中常出現一種與輸出構件運283．虛約束

------在運動副引入的約束中，有些約束對機構自由度的影響是重復的，對機構運動