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1、平面机构运动简图及自由计算平面机构运动简图及自由计算11.1 11.1 平面机构的运动简图及自由度平面机构的运动简图及自由度 学习提要学习提要学习提要学习提要 1 1、概念：概念：概念：概念：机器机器机器机器、机构机构机构机构、构件构件构件构件、零件零件零件零件、平面机构平面机构平面机构平面机构内燃机内燃机内燃机内燃机鄂式破碎机鄂式破碎机鄂式破碎机鄂式破碎机第1页/共46页机器机器机器机器具有三个特征：具有三个特征：具有三个特征：具有三个特征：1 1 1 1）它们都是人为的各个实物的组合；）它们都是人为的各个实物的组合；）它们都是人为的各个实物的组合；）它们都是人为的各个实物的组合；2 2 2
2、 2）各个实物之间具有确定的相对运动；）各个实物之间具有确定的相对运动；）各个实物之间具有确定的相对运动；）各个实物之间具有确定的相对运动；3 3 3 3）它们都能代替或减轻人类的劳动，去完成机械功或转换机械能。）它们都能代替或减轻人类的劳动，去完成机械功或转换机械能。）它们都能代替或减轻人类的劳动，去完成机械功或转换机械能。）它们都能代替或减轻人类的劳动，去完成机械功或转换机械能。机构机构机构机构具有机器的前两个特征，但不具有第三个特征。具有机器的前两个特征，但不具有第三个特征。具有机器的前两个特征，但不具有第三个特征。具有机器的前两个特征，但不具有第三个特征。构件构件构件构件是指机构的运动
3、单元。是指机构的运动单元。是指机构的运动单元。是指机构的运动单元。零件零件零件零件是机构的制造单元。是机构的制造单元。是机构的制造单元。是机构的制造单元。通用零件通用零件通用零件通用零件、专用零件专用零件专用零件专用零件 机械是机器和机构的总称。机械是机器和机构的总称。机械是机器和机构的总称。机械是机器和机构的总称。平面机构平面机构平面机构平面机构:若组成机构的所有构件都在同一平面或相互平行的平面内运若组成机构的所有构件都在同一平面或相互平行的平面内运若组成机构的所有构件都在同一平面或相互平行的平面内运若组成机构的所有构件都在同一平面或相互平行的平面内运动，则称为该机构为平面机构。（动，则称为
4、该机构为平面机构。（动，则称为该机构为平面机构。（动，则称为该机构为平面机构。（实例实例实例实例1 1 1 1、实例实例实例实例2 2 2 2）第2页/共46页轴系结构轴系结构轴系结构轴系结构 （动画动画动画动画）第3页/共46页滚动轴承的组成滚动轴承的组成 （动画动画）轴的结轴的结构构第4页/共46页通用零通用零件件平平平平 键键键键轴轴轴轴 承承承承第5页/共46页专用零件专用零件曲曲曲曲 轴轴轴轴第6页/共46页2 2、机器的组成、机器的组成动画动画动画动画原动部分原动部分传动部分传动部分传动部分传动部分执行部分执行部分执行部分执行部分原动部分原动部分传动部分传动部分执行部分执行部分第7
5、页/共46页一、运动副及其分类一、运动副及其分类1.1.1.1.运动副的概念运动副的概念运动副的概念运动副的概念 两构件之间直接接触并能产生一定相对运动的联接称为两构件之间直接接触并能产生一定相对运动的联接称为两构件之间直接接触并能产生一定相对运动的联接称为两构件之间直接接触并能产生一定相对运动的联接称为运动副运动副运动副运动副。例如轴与轴承的联接、活塞与汽缸的联接等。例如轴与轴承的联接、活塞与汽缸的联接等。例如轴与轴承的联接、活塞与汽缸的联接等。例如轴与轴承的联接、活塞与汽缸的联接等。2.2.2.2.运动副的分类运动副的分类运动副的分类运动副的分类 平面运动副平面运动副平面运动副平面运动副：
6、被联接的两个构件只能在同一平面或相互平行的平面内：被联接的两个构件只能在同一平面或相互平行的平面内：被联接的两个构件只能在同一平面或相互平行的平面内：被联接的两个构件只能在同一平面或相互平行的平面内作相对运动的运动副称为作相对运动的运动副称为作相对运动的运动副称为作相对运动的运动副称为平面运动副平面运动副平面运动副平面运动副。根据两构件的接触形式不同，平面运动副可分为根据两构件的接触形式不同，平面运动副可分为根据两构件的接触形式不同，平面运动副可分为根据两构件的接触形式不同，平面运动副可分为低副低副低副低副和和和和高副高副高副高副。动画动画第8页/共46页低副：低副：两构件通过面接触组成的运动
7、副。两构件通过面接触组成的运动副。按两构件间的相对运动不同可分为：按两构件间的相对运动不同可分为：转动副转动副、移动移动副副 1 1）转动副：两构件只能做相对转动的运动副。）转动副：两构件只能做相对转动的运动副。2 2）移动副：两个构件只能做相对移动的运动副。）移动副：两个构件只能做相对移动的运动副。移动副动画移动副动画转动副动转动副动画画第9页/共46页高副：高副：两构件通过点或线接触组成的运动副。两构件通过点或线接触组成的运动副。螺旋副动画螺旋副动画齿轮齿轮副副高副高副第10页/共46页 3.3.平面运动副的表示法平面运动副的表示法 1 1）构件）构件2 2）转动副）转动副第11页/共46
8、页3 3）移动副）移动副4 4）高副）高副第12页/共46页 4.4.构件的分类（补充）构件的分类（补充）1 1）机架：）机架：机构中固定不动的构件，它支承着其他活动构机构中固定不动的构件，它支承着其他活动构 件。件。2 2）原动件：）原动件：机构中接受外部给定运动规律的活动构件。机构中接受外部给定运动规律的活动构件。3 3）从动件：）从动件：机构中随原动件运动的活动构件。机构中随原动件运动的活动构件。原原 动动 件件机机 架架从从 动动 件件第13页/共46页二、机构运动简图二、机构运动简图 1.1.机构运动简图机构运动简图 撇开实际机构中与运动无关的因素，用简单的线条和符号表示撇开实际机构
9、中与运动无关的因素，用简单的线条和符号表示撇开实际机构中与运动无关的因素，用简单的线条和符号表示撇开实际机构中与运动无关的因素，用简单的线条和符号表示构件和运动副，并按一定比例定出各运动副的位置，表示机构各构构件和运动副，并按一定比例定出各运动副的位置，表示机构各构构件和运动副，并按一定比例定出各运动副的位置，表示机构各构构件和运动副，并按一定比例定出各运动副的位置，表示机构各构件间相对运动关系的图。件间相对运动关系的图。件间相对运动关系的图。件间相对运动关系的图。2.2.机构示意图机构示意图 只是定性地表示机构的组成及运动原理，而不用严格按比例绘制只是定性地表示机构的组成及运动原理，而不用严
10、格按比例绘制只是定性地表示机构的组成及运动原理，而不用严格按比例绘制只是定性地表示机构的组成及运动原理，而不用严格按比例绘制的简图，通常称为机构示意图。的简图，通常称为机构示意图。的简图，通常称为机构示意图。的简图，通常称为机构示意图。动画动画第14页/共46页机机机机 构构构构 运运运运 动动动动 简简简简 图图图图动画动画动画动画2第15页/共46页 3.绘制机构运动简图的方法和步骤 1 1）找出各构件和选定视图平面）找出各构件和选定视图平面 一般选定的视图平面应与各构件平行，由原动件一般选定的视图平面应与各构件平行，由原动件一般选定的视图平面应与各构件平行，由原动件一般选定的视图平面应与
11、各构件平行，由原动件从动件及机架从动件及机架从动件及机架从动件及机架 2 2）找出联接构件的各运动副）找出联接构件的各运动副 由由由由从原动构件出发沿运动的传递路线，分析各构件间的相对运动从原动构件出发沿运动的传递路线，分析各构件间的相对运动从原动构件出发沿运动的传递路线，分析各构件间的相对运动从原动构件出发沿运动的传递路线，分析各构件间的相对运动性质；确定活动构件数目、运动副的类型和数目性质；确定活动构件数目、运动副的类型和数目性质；确定活动构件数目、运动副的类型和数目性质；确定活动构件数目、运动副的类型和数目根据运动副类别画上根据运动副类别画上根据运动副类别画上根据运动副类别画上相应的符号
12、，并逐个注上表示运动副的代号相应的符号，并逐个注上表示运动副的代号相应的符号，并逐个注上表示运动副的代号相应的符号，并逐个注上表示运动副的代号A A A A、B B B B、C C C C、D D D D.,.,.,.,和构件的和构件的和构件的和构件的数目数目数目数目1 1 1 1、2 2 2 2、3 3 3 3、.3)3)画出机构的示意图画出机构的示意图 4 4）测量各运动副间相对位置）测量各运动副间相对位置 5 5）绘制机构运动简图）绘制机构运动简图 a)a)a)a)选取长度比例尺选取长度比例尺选取长度比例尺选取长度比例尺动画动画第16页/共46页 b)b)b)b)按几何关系作图（即作出机
13、构运动简图）按几何关系作图（即作出机构运动简图）按几何关系作图（即作出机构运动简图）按几何关系作图（即作出机构运动简图）c)c)c)c)标出各运动副和构件的代号，并在机构原动件上画出表示运动方向标出各运动副和构件的代号，并在机构原动件上画出表示运动方向标出各运动副和构件的代号，并在机构原动件上画出表示运动方向标出各运动副和构件的代号，并在机构原动件上画出表示运动方向的箭头。的箭头。的箭头。的箭头。注意事项：注意事项：1.1.1.1.比例尺：是在图上用一定的长度代表实际长度。比例尺：是在图上用一定的长度代表实际长度。比例尺：是在图上用一定的长度代表实际长度。比例尺：是在图上用一定的长度代表实际长
14、度。2.2.2.2.比例比例比例比例L L=实际构件长度（实际构件长度（m m）/图示构件长度（图示构件长度（mmmm）L L=实际长度实际长度/图示长度图示长度M=M=图示长度图示长度/实际长度实际长度第17页/共46页4.4.机构运动简图绘制实例机构运动简图绘制实例动画动画第18页/共46页5.5.课堂练习课堂练习 绘制出下列机构的机构运动简图绘制出下列机构的机构运动简图动画动画第19页/共46页动画动画第20页/共46页三、平面机构的自由度三、平面机构的自由度 1.1.1.1.平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算 1 1 1 1）自由度：自由度
15、：自由度：自由度：构件作独立运动的数目。构件作独立运动的数目。构件作独立运动的数目。构件作独立运动的数目。2 2 2 2）约束：约束：约束：约束：对构件的独立运动的限制称为约束。对构件的独立运动的限制称为约束。对构件的独立运动的限制称为约束。对构件的独立运动的限制称为约束。思考思考思考思考？3 3 3 3）机构的自由度：是指机构作独立运动的数目。）机构的自由度：是指机构作独立运动的数目。）机构的自由度：是指机构作独立运动的数目。）机构的自由度：是指机构作独立运动的数目。4 4 4 4）机构自由度计算式）机构自由度计算式）机构自由度计算式）机构自由度计算式 式中式中式中式中：F-F-机构的自由度
16、机构的自由度 n-n-机构中活动构件数目机构中活动构件数目 P PL L-机构中低副的数目机构中低副的数目 P PH H-机构中高副的数目机构中高副的数目F=3n-2PF=3n-2PLL-P-PHH第21页/共46页 低副和高副的约束各是多少？低副和高副的约束各是多少？低副和高副的约束各是多少？低副和高副的约束各是多少？移动副动画移动副动画转动副动画转动副动画第22页/共46页5 5 5 5）例题：计算内燃机的自由度）例题：计算内燃机的自由度）例题：计算内燃机的自由度）例题：计算内燃机的自由度 内燃机运动简图内燃机运动简图内燃机运动简图内燃机运动简图第23页/共46页 平面机构只有机构自由度大
17、于零，才可能运动。平面机构只有机构自由度大于零，才可能运动。平面机构只有机构自由度大于零，才可能运动。平面机构只有机构自由度大于零，才可能运动。平面机构具有确定相对运动的条件是：平面机构具有确定相对运动的条件是：平面机构具有确定相对运动的条件是：平面机构具有确定相对运动的条件是：2.2.平面机构具有确定相对运动的条件平面机构具有确定相对运动的条件平面机构的自由度等于原动件数，即平面机构的自由度等于原动件数，即F=W0实例实例第24页/共46页实实实实 例：计算下列图示机构的自由度例：计算下列图示机构的自由度例：计算下列图示机构的自由度例：计算下列图示机构的自由度图一图一图一图一图二图二图二图二
18、图三图三图三图三第25页/共46页 3.3.计算平面机构自由度应注意的事项计算平面机构自由度应注意的事项 1 1 1 1）复合铰链）复合铰链）复合铰链）复合铰链 a)a)a)a)概念：概念：概念：概念：两个以上的构件在同一处以两个以上的构件在同一处以两个以上的构件在同一处以两个以上的构件在同一处以转动副相联组成的运动副，称为复合铰转动副相联组成的运动副，称为复合铰转动副相联组成的运动副，称为复合铰转动副相联组成的运动副，称为复合铰链。链。链。链。b)b)b)b)处理方法：处理方法：处理方法：处理方法：当组成复合铰链的构当组成复合铰链的构当组成复合铰链的构当组成复合铰链的构件个数为件个数为件个数
19、为件个数为m m m m时，所包含的转动副数目应为时，所包含的转动副数目应为时，所包含的转动副数目应为时，所包含的转动副数目应为（m-1m-1m-1m-1）个。）个。）个。）个。c)c)c)c)实例实例实例实例：计算图示柱塞式油泵的自由计算图示柱塞式油泵的自由计算图示柱塞式油泵的自由计算图示柱塞式油泵的自由度。度。度。度。第26页/共46页复合铰链复合铰链复合铰链复合铰链第27页/共46页 实实 例例 一一第28页/共46页 判断下列那些运动副是复合铰链判断下列那些运动副是复合铰链(a)(a)(b)(b)(c)(c)(d)(d)(e)(e)第29页/共46页2 2）局部自由度）局部自由度 a)
20、a)a)a)概念概念概念概念 不影响整个机构运动的局部的独立运动，称为局部自由不影响整个机构运动的局部的独立运动，称为局部自由不影响整个机构运动的局部的独立运动，称为局部自由不影响整个机构运动的局部的独立运动，称为局部自由度。度。度。度。b b b b）常见类型：）常见类型：）常见类型：）常见类型：凸轮机构中的滚子从动件及类似滑动摩擦改为滚动凸轮机构中的滚子从动件及类似滑动摩擦改为滚动凸轮机构中的滚子从动件及类似滑动摩擦改为滚动凸轮机构中的滚子从动件及类似滑动摩擦改为滚动摩擦处。摩擦处。摩擦处。摩擦处。c)c)c)c)处理方法：处理方法：处理方法：处理方法：自由度计算时应将局部自由度除去，可设
21、想把滚子自由度计算时应将局部自由度除去，可设想把滚子自由度计算时应将局部自由度除去，可设想把滚子自由度计算时应将局部自由度除去，可设想把滚子与从动件固成一体。与从动件固成一体。与从动件固成一体。与从动件固成一体。d)d)d)d)自由度计算实例自由度计算实例自由度计算实例自由度计算实例动画动画2动画动画1第30页/共46页d)d)d)d)实例：实例：实例：实例：计算下列图示机构自由度。计算下列图示机构自由度。计算下列图示机构自由度。计算下列图示机构自由度。第31页/共46页 a)a)a)a)概念：概念：概念：概念：机构中与其他运动副所起的限制作用重复，对机构运动不机构中与其他运动副所起的限制作用
22、重复，对机构运动不机构中与其他运动副所起的限制作用重复，对机构运动不机构中与其他运动副所起的限制作用重复，对机构运动不起新的限制作用的约束，起新的限制作用的约束，起新的限制作用的约束，起新的限制作用的约束，称为虚约束。称为虚约束。称为虚约束。称为虚约束。b)b)b)b)处理方法：处理方法：处理方法：处理方法：保留一个构件，而撤去其余的对称构件及其有关的运动保留一个构件，而撤去其余的对称构件及其有关的运动保留一个构件，而撤去其余的对称构件及其有关的运动保留一个构件，而撤去其余的对称构件及其有关的运动副。副。副。副。c)c)c)c)常见约束类型：常见约束类型：常见约束类型：常见约束类型：（1 1
23、1 1）两构件之间组成多个导路平行的移动副。（）两构件之间组成多个导路平行的移动副。（）两构件之间组成多个导路平行的移动副。（）两构件之间组成多个导路平行的移动副。（图例图例图例图例1 1 1 1）（2 2 2 2）两构件之间组成多个轴线重合的转动副。（）两构件之间组成多个轴线重合的转动副。（）两构件之间组成多个轴线重合的转动副。（）两构件之间组成多个轴线重合的转动副。（图例图例图例图例2 2 2 2）（1 1 1 1）（）（）（）（2 2 2 2）种情况的处理方法，两构件之间只按一个运动副计算。）种情况的处理方法，两构件之间只按一个运动副计算。）种情况的处理方法，两构件之间只按一个运动副计算
24、。）种情况的处理方法，两构件之间只按一个运动副计算。3 3）虚约束）虚约束实例实例第32页/共46页导路平行的多个移动副导路平行的多个移动副导路平行的多个移动副导路平行的多个移动副处理方法：两构件之间只按一个运动副计算处理方法：两构件之间只按一个运动副计算处理方法：两构件之间只按一个运动副计算处理方法：两构件之间只按一个运动副计算。第33页/共46页轴线重合的多个转动副轴线重合的多个转动副轴线重合的多个转动副轴线重合的多个转动副处理方法：两构件之间只按一个运动副计算处理方法：两构件之间只按一个运动副计算处理方法：两构件之间只按一个运动副计算处理方法：两构件之间只按一个运动副计算。第34页/共4
25、6页 （3 3 3 3）两构件联接点的运动轨迹互相重合。）两构件联接点的运动轨迹互相重合。）两构件联接点的运动轨迹互相重合。）两构件联接点的运动轨迹互相重合。图例图例图例图例3 3 3 3 处理方法：将构件图（处理方法：将构件图（处理方法：将构件图（处理方法：将构件图（b b）中构件）中构件）中构件）中构件5 5及两个转动副所引入的及两个转动副所引入的及两个转动副所引入的及两个转动副所引入的约束视为虚约束而除去不计。约束视为虚约束而除去不计。约束视为虚约束而除去不计。约束视为虚约束而除去不计。第35页/共46页（4 4 4 4）机构中起相同作用的对称部分。）机构中起相同作用的对称部分。）机构中
26、起相同作用的对称部分。）机构中起相同作用的对称部分。图例图例图例图例4 4 4 4简化后的机构简化后的机构简化后的机构简化后的机构 处理方法：处理方法：处理方法：处理方法：只需保留对称部分中的一个，将作用完只需保留对称部分中的一个，将作用完只需保留对称部分中的一个，将作用完只需保留对称部分中的一个，将作用完全相同部分引如的构件和运动副去掉。全相同部分引如的构件和运动副去掉。全相同部分引如的构件和运动副去掉。全相同部分引如的构件和运动副去掉。第36页/共46页 课课 堂堂 练练 习习计算下列图示机构自由度，并判断机构是否有确定的相对运动？计算下列图示机构自由度，并判断机构是否有确定的相对运动？计
27、算下列图示机构自由度，并判断机构是否有确定的相对运动？计算下列图示机构自由度，并判断机构是否有确定的相对运动？第37页/共46页(1)(1)(2)(2)计算下列图示机构自由度，并判断机构是否有确定的相对运动？计算下列图示机构自由度，并判断机构是否有确定的相对运动？(1)n=8,P(1)n=8,P(1)n=8,P(1)n=8,PL L=10,P=10,P=10,P=10,PH H=0 F=3n-2P=0 F=3n-2P=0 F=3n-2P=0 F=3n-2PL L-P-P-P-PH H=38-210-0=1 W=F0,=38-210-0=1 W=F0,=38-210-0=1 W=F0,=38-2
28、10-0=1 W=F0,机构具有确定的相对机构具有确定的相对机构具有确定的相对机构具有确定的相对 运动。运动。运动。运动。(2)n=5,P(2)n=5,P(2)n=5,P(2)n=5,PL L=7,P=7,P=7,P=7,PH H=0 F=3n-2P=0 F=3n-2P=0 F=3n-2P=0 F=3n-2PL L-P-P-P-PH H=35-27-0=1 W=F0,=35-27-0=1 W=F0,=35-27-0=1 W=F0,=35-27-0=1 W=F0,机构具有确定的相对机构具有确定的相对机构具有确定的相对机构具有确定的相对 运动。运动。运动。运动。第38页/共46页 计算下列图示机构
29、自由度，并判断机构是否有确定的计算下列图示机构自由度，并判断机构是否有确定的 相对运动？相对运动？第39页/共46页解：解：解：解：n=4,Pn=4,Pn=4,Pn=4,PL L=5,P=5,P=5,P=5,PH H=1 F=3n-2P=1 F=3n-2P=1 F=3n-2P=1 F=3n-2PL L-P-P-P-PH H=34-25-1=1 W=F0,=34-25-1=1 W=F0,=34-25-1=1 W=F0,=34-25-1=1 W=F0,机构具有确定的相对机构具有确定的相对机构具有确定的相对机构具有确定的相对 运动。运动。运动。运动。第40页/共46页 计算下列图示机构自由度，并判断
30、机构是否有确定的计算下列图示机构自由度，并判断机构是否有确定的 相对运动？相对运动？第41页/共46页 计算下列图示机构自由度，并判断机构是否有确定的计算下列图示机构自由度，并判断机构是否有确定的 相对运动？相对运动？第42页/共46页 计算绘制出下列的冲压机构示意图，计算机构的自由度计算绘制出下列的冲压机构示意图，计算机构的自由度计算绘制出下列的冲压机构示意图，计算机构的自由度计算绘制出下列的冲压机构示意图，计算机构的自由度并判断机构是否有确定的相对运动？并判断机构是否有确定的相对运动？并判断机构是否有确定的相对运动？并判断机构是否有确定的相对运动？1 1 1 1动画动画答案答案第43页/共
31、46页(2)n=7,P(2)n=7,P(2)n=7,P(2)n=7,PL L=9,P=9,P=9,P=9,PH H=2 F=3n-2P=2 F=3n-2P=2 F=3n-2P=2 F=3n-2PL L-P-P-P-PH H=37-29-2=1 W=F0,=37-29-2=1 W=F0,=37-29-2=1 W=F0,=37-29-2=1 W=F0,机构具有确定的相对机构具有确定的相对机构具有确定的相对机构具有确定的相对 运动。运动。运动。运动。计算绘制出下列的冲压机构示意图，计算机构的自由度并判断机构计算绘制出下列的冲压机构示意图，计算机构的自由度并判断机构计算绘制出下列的冲压机构示意图，计算
32、机构的自由度并判断机构计算绘制出下列的冲压机构示意图，计算机构的自由度并判断机构是否有确定的相对运动？是否有确定的相对运动？是否有确定的相对运动？是否有确定的相对运动？第44页/共46页学习提要学习提要1.1.1.1.了解相关基本概念：机器、机构、构件、零件、机械、了解相关基本概念：机器、机构、构件、零件、机械、了解相关基本概念：机器、机构、构件、零件、机械、了解相关基本概念：机器、机构、构件、零件、机械、平面机构、运动副、低副、高副、约束、平面机构运动简平面机构、运动副、低副、高副、约束、平面机构运动简平面机构、运动副、低副、高副、约束、平面机构运动简平面机构、运动副、低副、高副、约束、平面
33、机构运动简图、平面机构示意图、自由度。图、平面机构示意图、自由度。图、平面机构示意图、自由度。图、平面机构示意图、自由度。2.2.2.2.掌握平面机构运动简图的绘制。掌握平面机构运动简图的绘制。掌握平面机构运动简图的绘制。掌握平面机构运动简图的绘制。3.3.3.3.掌握平面机构自由度计算。掌握平面机构自由度计算。掌握平面机构自由度计算。掌握平面机构自由度计算。4.4.4.4.掌握平面机构自由度计算时几种特殊情况的处理。掌握平面机构自由度计算时几种特殊情况的处理。掌握平面机构自由度计算时几种特殊情况的处理。掌握平面机构自由度计算时几种特殊情况的处理。(1)(1)(1)(1)复合铰链复合铰链复合铰链复合铰链 （2 2 2 2）局部自由度）局部自由度）局部自由度）局部自由度 （3 3 3 3）虚约束）虚约束）虚约束）虚约束第45页/共46页