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1、第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析学习要求1)熟悉构件自由度、约束和运动副的概念，掌握各种平面运动副和高副的一般表示方法。能看懂教材中的机构运动简图，通过实践初步掌握将实际机构绘制成机构运动简图的技能。2)能识别平面机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，会运用公式计算平面机构的自由度并判断其运动是否确定。重点：1）运动副的概念及分类，能看懂并能绘制平面机构运动简图；2）平面机构自由度的计算。(什么是复合铰链、局部自由度和虚约束？如何判断？）3）机构具有确定运动的条件？当不满足此条件时，会出现什么情况？2-1 2-1 平面机构的组成平面机构的组成平面机构平面机构所有构件都
2、在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。一、构件按运动性质，构件分为：1）固定件（机架）用来支乘活动构件的构件，相对于参考系是静止不动的2）原动件（主动件）动力所作用的构件，其运动规律已知的活动构件。3）从动件（输出构件）随主动件运动而运动的其余构件。二、构件的自由度和约束1.自由度 可能的独立运动（独立运动参数的数目）。一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。2.约束 对独立运动的限制。三、运动副及分类三、运动副及分类 使两构件直接接触并产生一定相对运动的连接称为运动副。按接触方式，运动副分为：1.低副低副：两构件通过面接触组成的运动副。1）转动副转动副（回转副、铰链）：组成运动副的两构件只
3、能在一个平面内作相对转动。固定铰链其中一个构件是固定的。活动铰链两构件都是活动的。转动副转动副2）移动副：组成运动副的两构件只能沿某一直线作相对移动。移动副2.高副 两构件通过点、线接触组成的运动副。高副的承载能力差，但能传递较复杂的运动。空间运动副：空间运动副：球面副球面副 螺旋螺旋副副2-2 2-2 平面机构运动简图平面机构运动简图不考虑那些与运动无关的因素（构件的形状、具体构造、组成构件的零件数目等），只说明机构中各构件的相对运动关系的简单图形，称为机构运动简图。一、构件和运动副的表示1.转动副 小圆的圆心必须与回转轴线重合2.移动副 滑块滑块、导槽、导杆的导路必须与相对移动方向一致导槽
4、、导杆的导路必须与相对移动方向一致3.高副 表示出接触处的曲线形状，其曲率中心须与实际轮廓相同4.组合表示一个构件，两个回转副。一个构件，一个回转副、一个移动副一个构件，三个转动副一个构件，三个转动副一个构件，两个移动副一个构件，两个移动副二、绘制方法二、绘制方法步骤：1）根据机械的功能分析机械的组成和运动情况，认清固定件、主动件和从动件。2）从主动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件之间相对运动的性质，从而确定构件的数目及运动副的种类和数目。3）定出各运动副的相对位置，用构件和运动副的规定符号绘制出机构运动简图。例：例：绘制机构运动简图。例：例：绘制机构运动简图。例：例：绘制机构运动简图。
5、例：绘制冲床机构的运动简图。例：绘制冲床机构的运动简图。例：绘制内燃机的机构运动简图。2-3 2-3 平面机构的自由度平面机构的自由度一、平面机构自由度的计算构件组成运动副后，其独立运动受到约束，自由度将减少。移动副：移动副：引入两个约束引入两个约束（一个移动、一个转动）（一个移动、一个转动）转动副：转动副：引入两个约束引入两个约束（两个移动）（两个移动）高副：引入一个约束，有两个自由度，转动+移动。自由度计算公式：F=3n-2PL-PH式中：n活动构件的数目。PL 低副的数目。PH 高副数。例：计算图中机构的自由度。解：n=5，PL=7，PH=0F=3n-2PLPH=35-27-0=1二、机
6、构具有确定运动的条件 F=0（或F0），是静定（超静定）桁架。F0，当F主动件数目时，不能运动。当F主动件数目时，运动不确定。机构具有确定运动的条件：F0且当F=主动件数目。三、计算时的注意事项1.复合铰链两个以上的构件在同一处用转动副连接。k个构件用复合铰链连接，则转动副数目为:（k-1)例：计算圆盘锯主体机构的自由度。解：n=7,n=7,A A、B B、C C、D D处有有复复合合铰链，P PL L=10=10F=3n-2 PF=3n-2 PL L-P-PH H=3=37-27-210-010-0=1=12.局部自由度与整个机构运动无关的自由度（即多余的）。常见于凸轮机构滚子从动件以及类似
7、将滑动摩擦变为滚常见于凸轮机构滚子从动件以及类似将滑动摩擦变为滚动摩擦的情况中。动摩擦的情况中。计算时，应排计算时，应排除局部自由度。除局部自由度。3.虚约束对机构的运动不产生实际约束效果的重复约束。计算时，应除取虚约束（包括有关的构件及运动副）虚约束常见于以下情况：1）两构件之间形成多个导路平行的移动副。H G2）两构件间形成多个轴线重合的转动副。3）两构件间形成多个高副。4）在平行四边形机构中加入一个与某边平行且相等的构件，造成轨迹重合而产生虚约束。5）机构中对运动不起独立作用的对称部分。虚约束 行星轮机构例：计算自由度。解：有有两两处虚虚约束、束、C C处存在局部自由度。存在局部自由度。
8、n=4n=4，P PL L=4=4，P PH H=2=2 F=3n-2P F=3n-2PL L P PH H=3=34-24-24-2=24-2=2例：求图示机构的自由度。并判断机构有无确定的运动。例：求图示机构的自由度。并判断机构有无确定的运动。n=7，PL=9，PH=1 F=3n-2PLPH=37-29-1=2F=主动件数目，所以，有确定运动。主动件数目，所以，有确定运动。解：解：例：图示为简易冲床设计方案，画出机构运动简图并分析其能否运动，设法改正错误。解：绘制简图计算自由度 n=3，PL=4，PH=1。F=3n2PLPH=33241=0该构件组合不能运动，修改，使F=1方案1：在机构的
9、适当位置用一个高副代替一个低副，减少一个约束。方案2：在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，增加一个自由度（3-2=1）。课堂练习课堂练习一、填空题1.两构件通过 接触组成的运动副称为低副，低副又分为 副和 副两种。2.两构件通过点或线接触的运动副叫作 。3.机构中存在着与整个机构运动无关的自由度称为 。在计算机构自由度时应 。4.在任何一个机构中，只能有 个构件作为机架。5.在平面机构中若引入一个高副将引入_个约束，而引入一个低副将引入 个约束。约束数与自由度的关系是_面传动移动高副局部自由度去掉一个12抵消二、选择题1.一个作平面运动的自由构件具有 自由度。A.一个；B.二个；C.三
10、个；D.四个。2.平面机构中的高副所引入的约束数目为 。A.一个；B.二个；C.三个；D.四个。3.平面机构中的低副所保留的自由度数目为 。A.一个；B二个；C.三个；D.四个。4.当机构的原动件数 机构的自由度数时，该机构具有确定的相对运动。A.大于；B.等于；C.小于。CAAB5.机构的运动简图与_无关A.构件数目;B.运动副的数目类型;C.运动副的相对位置;D.构件和运动副的结构6.在机构中某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为_A.虚约束;B.局部自由度;C.复合铰链;D.真约束DA三、判断题1.构件组成移动副和转动副所引入的约束数目相等。（）2.在平面机构中一个高副引入两个约束。（）3.用简单线条和符号按一定比例定出各运动副的相对位置并能反映机构各构件间相对运动关系的简单图形称为机构示意图。()4.一个作平面运动的自由构件有六个自由度。()5.一切自由度不为1 的机构都不可能有确定的运动。（）对错对错错