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1、1本章主要内容：本章主要内容：3-1 3-1 机构的组成机构的组成3-2 3-2 机构运动简图机构运动简图3-3 3-3 平面机构的自由度平面机构的自由度如何判定是机构？如何判定是机构？机构的定义是？机构的定义是？机构机构 是由构件以可动联接方式联接起来的、用来传递运动和力的构件系统。第1页/共53页2一、机构的组成要素一、机构的组成要素组成要素组成要素构构 件件运动副运动副机构中的运动单元体，由一个或若干个机构中的运动单元体，由一个或若干个零件组成。零件组成。齿轮轴键构件分成构件分成机架（或固定构件）机架（或固定构件）活动构件活动构件主动件主动件从动件从动件3-1 机构的组成第2页/共53页
2、3二、运动副二、运动副两构件组成的直接接触而又能产生相对运动的活动联接称为运动副运动副。两构件参与接触而构成运动副的部分(点、线、面)称为运动副元素运动副元素。对运动副的理解要把握以下三点：（）运动副由两个构件组成；（）运动副是一种联接,两构件直接接触；（）组成运动副的两个构件之间有相对运动。运动副是机械原理中最重要的概念之一第3页/共53页4(1)(1)运动副元素运动副元素运动副元素不外乎为点、线、面。第4页/共53页5(2)(2)运动副的自由度与约束运动副的自由度与约束1.构件的自由度：构件的自由度：指一个构件相对另一个指一个构件相对另一个构件可能出现的独立运动。一个自由构构件可能出现的独
3、立运动。一个自由构件在空间具有件在空间具有6个自由度。个自由度。在平面内具有在平面内具有3个自由度。个自由度。Oyx2.约束：指通过运动副联接的两构件之间的某些相对独立运动所受到的限制。运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。第5页/共53页6 按运动副相对运动形式分：（3 3）运动副类型）运动副类型球面副转动副移动副螺旋副第6页/共53页7 按运动副接触形式分：低副低副:两构件通过面接触而构成的运动副两构件通过面接触而构成的运动副统称为低副统称为低副;高副高副:凡两构件系通过点或线接触而构成凡两构件系通过点或线接触而构成的运动副统称为高副的运动副统称为高副;第7页/共53页8球面副
4、 按运动副的运动空间分:平面运动副:指构成运动副的两构件之间的相对运动为平面运动的运动副;空间运动副:指构成运动副的两构件之间的相对运动为空间运动。螺旋副第8页/共53页9三、运动链三、运动链 运动链:指两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统。闭链:运动链的各构件构成首尾封闭的系统。开链:运动链的各构件未构成首尾封闭的系统。第9页/共53页10三、机构三、机构机构:在运动链中将一构件加以固定作为机架或参考构件,并给定另外一个或少数几个构件的运动规律，则运动链便成为机构。机架：机构中固定不动构件。p 平面机构:机构中各构件间的相对运动为平面运动。p 空间机构:机构中各构件间的相对运动为空间运动
5、。原动件原动件:机构中按给定的运动规律独立机构中按给定的运动规律独立运动的构件。运动的构件。从动件:机构其余活动构件。第10页/共53页11机构的示意图：指为了表明机构结构状况,不要求严格地按比例而绘制的简图。机构运动简图：指根据机构的运动尺寸,按一定的比例尺定出各运动副的位置,并用国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。机构示意图机构的运动：与原动件运动规律、运动副类型、机构运动尺寸有关,而与机构的结构尺寸和形状以及运动副的具体构造无关，因此可以不计或略去那些与机构运动无关的 因素。3-2 机构运动简图为什么要画机构运动简图？第11页/共53页12第12页
6、/共53页常用运动副的符号常用运动副的符号运动副符号两运动构件构成的运动副转动副移动副121212121212212121平面运动副两构件之一为固定时的运动副121222112211222112运动副名称一、机构运动简图中常用的规定符号一、机构运动简图中常用的规定符号第13页/共53页平面高副螺旋副21121221211212球面副球销副1212空间运动副122112平面运动副21第14页/共53页构件的表示方法构件的表示方法 杆、轴构件固定构件同一构件第15页/共53页三副构件 两副构件 构件的表示方法构件的表示方法第16页/共53页 画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。第1
7、7页/共53页 常用机构运动简图符号（摘自常用机构运动简图符号（摘自GB/T4460-1984）在机架上的电机齿轮齿条传动圆锥齿轮传动带传动第18页/共53页链传动圆柱杆蜗轮传动凸轮传动外啮合圆柱齿轮传动常用机构运动简图符号（续）常用机构运动简图符号（续）第19页/共53页常用机构运动简图符号（续）常用机构运动简图符号（续）内啮合圆柱齿轮传动棘轮机构第20页/共53页21二、绘制机构运动简图的步骤与方法二、绘制机构运动简图的步骤与方法1、分析机构的组成及运动情况，确定机构中的机架、原动部分、传动部分和执行部分，以确定构件和运动副的数目。2、循着运动传递的路线，逐一分析每两个构件间相对运动的性质
8、，确定运动副的类型和数目;还应确定与机构运动特性相关的运动要素：运动副间的相对位置。如转动副中心的位置和移动副导路的方位；高副的廓线形状，包括其曲率中心和曲率半径等。3、恰当地选择投影面：一般选择与机械的多数构件的运动平面相平行的平面作为投影面。4、选择适当的比例尺,用规定的简单线条和各种运动副符号,将机构运动简图画出来。第21页/共53页22例例3-1 3-1 绘制颚式破碎机的构运动简图绘制颚式破碎机的构运动简图(1)分析机构的组成及运动情况，共四个构件：机架1、偏心轴2、动颚3和肘板4(2)确定运动副的类型及数量 偏心轴与机架 转动副A 动颚与偏心轴 转动副B 肘板与动颚 转动副C 肘板与
9、机架 转动副D(3)选定投影面和比例尺，定出各运动副的相对位置，绘制出机构运动简图第22页/共53页23DCBA1432第23页/共53页24AB12C34AB12C34第24页/共53页25第25页/共53页26CAB2344D5561第26页/共53页272B1AC第27页/共53页28能动吗？213ACB4D3-3 平面机构的自由度第28页/共53页29给定S S3 3S S3 3(t)(t)，一个独立参数1 11 1（t t）唯一确定，该机构仅需要一个独立参数。若仅给定1 11 1（t t）,则2 2 3 3 4 4 均不能唯一确定。若同时给定1 1和4 4 ，则3 3 2 2 能唯一
10、确定，该机构需要两个独立参数 。4 4S3123S31 112341 1一、机构具有确定运动的条件一、机构具有确定运动的条件第29页/共53页30定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的 独立运动参数称为机构的自由度。原动件能独立运动的构件。一个原动件只能提供一个独立参数机构具有确定运动的条件为：自由度原动件数第30页/共53页31二、平面机构自由度的计算二、平面机构自由度的计算作平面运动的刚体在空间的位置需要三个独立的参数（x，y,）才能唯一确定。F=3单个自由构件的自由度为 3 3yx(x,y)第31页/共53页自由构件的自由度数运动副 自由度数 约束数回转副 1（）+2（x，y）=3yx
11、12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2结论：构件自由度3约束数移动副 1（x）+2（y，）=3高 副 2（x,）+1（y）=3经运动副相联后，构件自由度会有变化：自由构件的自由度数约束数第32页/共53页活动构件数 n 计算公式：F=3n(2PL+Ph)要求：记住上述公式，并能熟练应用。构件总自由度 低副约束数 高副约束数 3n 2 PL1 Ph计算曲柄滑块机构的自由度。解：活动构件数n=3低副数PL=4F=3n 2PL PH =33 24 =1 高副数PH=0S3123推广到一般：第33页/共53页34计算五杆铰链机构的自由度解：活动构件数n=4低副数PL=5F=3
12、n 2PL PH =34 25 =2 高副数PH=012341 1第34页/共53页35计算图示凸轮机构的自由度。解：活动构件数n=2低副数PL=2F=3n 2PL PH =32 221 =1高副数PH=1123第35页/共53页3612345678ABCDEF计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数n=7低副数PL=6F=3n 2PL PH 高副数PH=0=37 26 0=9计算结果肯定不对！第36页/共53页371.复合铰链 两个以上的构件在同一处以转动副相联。计算：m个构件,有m1转动副。两个低副三、三、计算平面机构自由度的注意事项计算平面机构自由度的注意事项第37页/共53页38上例
13、：在B、C、D、E四处应各有 2 个运动副。计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数n=7低副数PL=10F=3n 2PL PH =37 2100 =1可以证明：F点的轨迹为一直线。12345678ABCDEF第38页/共53页39 准确识别复合铰链举例准确识别复合铰链举例关键：分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副 1231342123441321432312两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副第39页/共53页40 计算图示两种凸轮机构的自由度。解：n=3，PL=3，F=3n 2PL PH =33 23 1 =2PH=1对于右边的机构，有：F=32 22 1=1事
14、实上，两个机构的运动相同，且F=1123123第40页/共53页412.局部自由度 F=32 22 1 =1定义：构件局部运动所产生的自由度，并不影响整个机构的运动。出现在加装滚子的场合，计算时应去掉滚子和铰链：滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。123123第41页/共53页42解：n=4，PL=6，F=3n 2PL PH =34 26=0PH=03.虚约束 对机构的运动实际上不起作用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。FEAB CD，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧，增加的约束不起作用，应去掉构件4。已知：ABCDEF，计算图示平行四边形 机构的自由度。1234ABCDEF第42页/共53页43
15、重新计算：n=3,PL=4,PH=0F=3n 2PL PH =33 24 =1特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：1234ABCDEF4F已知：ABCDEF，计算图示平行四边形 机构的自由度。ABCDEF虚约束第43页/共53页44出现虚约束的场合：(1)两构件联接前后，联接点的轨迹重合，(2)两构件构成多个移动副，且导路平行。如平行四边形机构，火车轮椭圆仪等。(需要证明)第44页/共53页45(4)运动时，两构件上的两点距离始终不变。(3)两构件构成多个转动副，且同轴。(5)对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。52134EF53241EF1B342A1234ADBC2 2 第45页/共
16、53页46AA(6)两构件构成高副，两处接触，且法线重合。如等宽凸轮W注意：法线不重合时，变成实际约束！AAn1n1n2n2n1n1n2n2第46页/共53页47虚约束的作用：改善构件的受力情况，如多个行星轮。增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的!第47页/共53页48计算图示大筛机构的自由度。CDABGFoEE位置C，2个低副复合铰链:局部自由度 1个虚约束En=7PL=9PH=1F=3n-2PL PH=37-29-1=2CDABGFoE第48页/共53页49B2I9C 3A1J6H87DE4FG5计算包装机送纸
17、机构的自由度 分析分析活动构件数A1B2C 3J6G5H89IFn 9复合铰链虚约束运动副D1处去掉局部自由度和虚约束局部自由度n 6，pL 7，pH 3F 3n 2pL pH 3 6 2 7 1 3 1滚子3、8绕自身轴线的转动7ED42个转动副杆9和运动副F、I引入一个虚约束第49页/共53页50123ACB4DP PL L=4,=4,P Ph h=1,=1,F=0F=0n=3,n=3,第50页/共53页51ECAB1DFG2345678HI第51页/共53页52本章小结运动副(概念及其分类)平面机构的运动简图（会识别）平面机构的自由度第52页/共53页53感谢您的观看。第53页/共53页