01020304CONTENT目錄運動副及其分類平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)的自由度分析平面機構(gòu)具有確定運動的條件單元1：平面機構(gòu)的運動分析單元1：平面機構(gòu)的運動分析1-1：運動副及其分類主講教師：劉紅1.1.1機構(gòu)的組成與分類01運動副及其分類構(gòu)件：機構(gòu)中的（最?。┻\動單元。一個或若干個零件剛性聯(lián)接而成

機構(gòu)：是具有確定相對運動的構(gòu)件的組合，它由構(gòu)件組成

零件：制造的基本單元。123一、機構(gòu)的組成與分類機構(gòu)的組成平面機構(gòu)：各構(gòu)件在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動空間機構(gòu)：各構(gòu)件不完全在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動。常用機構(gòu)：各種機械中經(jīng)常使用的機構(gòu)。如平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)等。機構(gòu)的分類若干1個或幾個1個機架——作為參考系的構(gòu)件，如機床床身、車輛底盤、飛機機身。

機構(gòu)的組成：

機構(gòu)＝機架＋原動件＋從動件原（主）動件——按給定運動規(guī)律運動的構(gòu)件。從動件——其余可動構(gòu)件。機架原（主）動件從動件從動件構(gòu)件的分類一個作平面運動的自由構(gòu)件有三個獨立運動的可能性。構(gòu)件所具有的這種獨立運動的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度。所以一個作平面運動的自由構(gòu)件有三個自由度。但當這些構(gòu)件之間以一定的方式聯(lián)接起來成為構(gòu)件系統(tǒng)時，各個構(gòu)件不再是自由構(gòu)件。兩相互接觸的構(gòu)件間只能作一定的相對運動，自由度減少。這種對構(gòu)件獨立運動所施加的限制稱為約束。二、自由度三、運動副及其分類運動副低副高副移動副轉(zhuǎn)動副a)兩個構(gòu)件、b)直接接觸、c)有相對運動上述三個條件，缺一不可運動副元素——直接接觸的部分（點、線、面）例如：凸輪、齒輪齒廓、活塞與缸套等。運動副：使兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運動的可動聯(lián)接限制兩個自由度：（兩個移動）保留一個自由度：（轉(zhuǎn)動）（一）低副（一）低副

兩構(gòu)件通過面接觸而構(gòu)成的運動副稱為低副。根據(jù)兩構(gòu)件間的相對運動形式，低副又可分為轉(zhuǎn)動副和移動副。

1.轉(zhuǎn)動副

（或鉸鏈）

兩構(gòu)件只能在一個平面內(nèi)作相對轉(zhuǎn)動2.移動副：兩構(gòu)件只能沿某一方向線作相對移動的運動副稱為移動副。

限制兩個自由度：（一個移動，一個轉(zhuǎn)動）保留一個自由度：（移動）（一）低副高副：兩構(gòu)件通過點或線接觸組成的運動副稱為高副。限制一個自由度：（一個移動）保留兩個自由度：（一個移動，一個轉(zhuǎn)動）（二）高副平面機構(gòu)運動簡圖單元1：平面機構(gòu)的運動分析1-2：平面機構(gòu)的運動簡圖主講教師：劉紅1.2.1機構(gòu)運動簡圖02平面機構(gòu)的運動簡圖機構(gòu)運動簡圖：簡明表示機構(gòu)各構(gòu)件之間相對運動關(guān)系，并按比例、用特定的符號和線條繪制的圖形。

和運動有關(guān)的：運動副的類型、數(shù)目、相對位置、構(gòu)件數(shù)目和運動無關(guān)的：構(gòu)件外形、截面尺寸、組成構(gòu)件的零件數(shù)目、運動副的具體構(gòu)造機構(gòu)示意圖：只需表明機構(gòu)運動傳遞情況和構(gòu)造特征，不必按嚴格比例所畫的圖形平面機構(gòu)運動簡圖2.作為運動分析和動力分析的依據(jù)。作用：1.表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動情況。常見運動副的符號（國標GB4460－84）轉(zhuǎn)動副：移動副：齒輪副：凸輪副構(gòu)件（桿）常見運動副的符號（國標GB4460－84）二、繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟1）分析機構(gòu)，觀察相對運動，數(shù)清所有構(gòu)件的數(shù)目；2）確定所有運動副的類型和數(shù)目；3）選擇合理的位置（即能充分反映機構(gòu)的特性）；4）確定比例尺：5）用規(guī)定的符號和線條繪制成簡圖。（從原動件開始畫)）繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟思路：先定原動部分和工作部分（一般位于傳動線路末端），弄清運動傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運動副的類型，并用符號表示出來。順口溜：先兩頭，后中間，從頭至尾走一遍，數(shù)數(shù)構(gòu)件是多少，再看它們怎相聯(lián)。氣缸體1活塞2進氣閥3排氣閥4連桿5曲軸6凸輪7頂桿8齒輪10解：1）分析運動，確定構(gòu)件的類型和數(shù)量2）確定運動副的類型和數(shù)目3）選擇視圖平面4）選取比例尺，根據(jù)機構(gòu)運動尺寸，定出各運動副間的相對位置5）畫出各運動副和機構(gòu)符號，并表示出各構(gòu)件繪制機構(gòu)運動簡圖氣缸體1活塞2進氣閥3排氣閥4連桿5曲軸6凸輪7頂桿8齒輪10例1.試繪制內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖繪制機構(gòu)運動簡圖例2、試繪制顎式破碎機的機構(gòu)運動簡圖。

顎式破碎機及其機構(gòu)簡圖繪制機構(gòu)運動簡圖例3.繪制圖示活塞泵機構(gòu)的運動簡圖。

活塞泵及其機構(gòu)簡圖繪制機構(gòu)運動簡圖1234偏心泵例4繪制圖示偏心泵的運動簡圖繪制機構(gòu)運動簡圖03平面機構(gòu)的自由度一、平面機構(gòu)的自由度的計算機構(gòu)的自由度：機構(gòu)中活動構(gòu)件相對于機架所具有的獨立運動的數(shù)目。（與構(gòu)件數(shù)目，運動副的類型和數(shù)目有關(guān)）

n個活動構(gòu)件：自由度為3n。

PL個低副：限制2PL個自由度

PH個高副：限制PH個自由度平面機構(gòu)的自由度機構(gòu)相對于固定構(gòu)件的自由度數(shù)應(yīng)為活動構(gòu)件的自由度數(shù)與引入運動副減少的自由度數(shù)之差，該差值稱為機構(gòu)的自由度，并以F表示。

計算公式：

F=3n-2PL-PH例1、計算曲柄滑塊機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)PL=4F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1

高副數(shù)PH=0S123平面機構(gòu)的自由度例2、計算五桿鉸鏈機構(gòu)的自由度解：活動構(gòu)件數(shù)n=4低副數(shù)PL=5F=3n－2PL－PH

=3×4－2×5=2

高副數(shù)PH=01234θ1平面機構(gòu)的自由度例3、計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=2低副數(shù)PL=2F=3n－2PL－PH

=3×2－2×2－1=1高副數(shù)PH=1123平面機構(gòu)的自由度F=3n-2PL-PH=3*5-2*6-0=3F=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=11.復(fù)合鉸鏈：兩個以上個構(gòu)件在同一條軸線上形成的轉(zhuǎn)動副由K個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈包含的轉(zhuǎn)動副數(shù)目應(yīng)為（K-1）個

二注意事項平面機構(gòu)的自由度平面機構(gòu)的自由度F=3n-2PL-PH=3*3-2*3-1=2F=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=1多余的自由度是滾子2繞其中心轉(zhuǎn)動帶來的局部自由度，它并不影響整個機構(gòu)的運動，在計算機構(gòu)的自由度時，應(yīng)該除掉。2、局部自由度

在機構(gòu)中，某些構(gòu)件具有不影響其它構(gòu)件運動的自由度平面機構(gòu)的自由度3、虛約束

重復(fù)而不起獨立限制作用的約束稱為虛約束。計算機構(gòu)的自由度時，虛約束應(yīng)除去不計。(1)、兩構(gòu)件構(gòu)成多個導(dǎo)路平行的移動副，F(xiàn)=3n-2PL-PH=3*3-2*5-0=-1平面機構(gòu)的自由度(2)、兩構(gòu)件組成多個軸線互相重合的轉(zhuǎn)動副平面機構(gòu)的自由度(3)、機構(gòu)中存在對傳遞運動不起獨立作用的對稱部分F=3n-2PL-PH=3*5-2*5-4=1F=3n-2PL-PH=3*4-2*4-2=2平面機構(gòu)的自由度(4)、軌跡重合：在機構(gòu)中，若被聯(lián)接到機構(gòu)上的構(gòu)件，在聯(lián)接點處的運動軌跡與機構(gòu)上的該點的運動軌跡重合時，該聯(lián)接引入的約束是虛約束。F=3n-2PL-PH=3*4-2*6-0=0F=3n-2PL-PH=3*3-2*4-0=1虛約束作用：對機構(gòu)的運動無關(guān)，但可以改善機構(gòu)的受力情況，增強機構(gòu)工作的穩(wěn)定性平面機構(gòu)的自由度(5)、兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸，且法線重合。如等寬凸輪W注意：法線不重合時，變成實際約束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A平面機構(gòu)的自由度F=3n-2PL-PH=3×7-2×8-4=1例4、計算內(nèi)燃機配氣機構(gòu)的自由度平面機構(gòu)的自由度例5、試計算發(fā)動機配氣機構(gòu)的自度。

此機構(gòu)中，G，F(xiàn)為導(dǎo)路重合的兩移動副，其中一個是虛約束；P處的滾子為局部自由度。

除去虛約束及局部自由度后，該機構(gòu)則有n=6；PL=8；PH=1。其自由度為：F=3n-2PL-PH=3

6-2

8-1=1平面機構(gòu)的自由度例6、試計算圖示的篩料機構(gòu)的自由度，并判斷它是否有確定的運動。

F=3n-2PL-PH=3

7-2

9-1=2解：機構(gòu)中的滾子有一個局部自由度頂桿與機架在E和E’組成兩個導(dǎo)路平行的移動副，其中之一為虛約束。C處是復(fù)合鉸鏈。將滾子與頂桿焊成一體，去掉移動副E’，并在C點注明回轉(zhuǎn)副的個數(shù)，如圖b）所示：平面機構(gòu)的自由度由此得，n=7，PL=9，PH=1。其自由度為：F=3n-2PL-PH=3

7-2

9-1=2因此機構(gòu)有兩個原動件，其自由度等于2，所以具有確定的運動。平面機構(gòu)的自由度平面機構(gòu)的自由度機構(gòu)具有確定運動的條件是：原動件數(shù)目應(yīng)等于機構(gòu)的自由度數(shù)目。三、平面機構(gòu)具有確定相對運動的條件

F≤0，構(gòu)件間無相對運動，不成為機構(gòu)。F>0,原動件數(shù)=F，運動確定原動件數(shù)<F，運動不確定原動件數(shù)>F，機構(gòu)破壞平面機構(gòu)的自由度a)兩個自由度、一個原動件平面機構(gòu)的自由度

如圖的五桿機構(gòu)中，原動件數(shù)等于1，機構(gòu)自由度F=3

4-2

5=2。由于原動件數(shù)<F，因此其運動是不確定。b)一個自由度、兩個原動件平面機構(gòu)的自由度如圖的四桿機構(gòu)中，原動件數(shù)等于2，構(gòu)件自由度F=33-24=1。由于原動件數(shù)>F，因此無法運動。

c)0個自由度（桁架）不同自由度機構(gòu)的運動

如圖的機構(gòu)中，原動件數(shù)等于0，構(gòu)件自由度F=34-26=0。由于F=0，機構(gòu)無法運動。平面機構(gòu)的自由度四、計算平面機構(gòu)自由度的實用意義1判定機構(gòu)的運動設(shè)計方案是否合理2修改設(shè)計方案（1）F=0:增加一構(gòu)件帶進一平面低副（2）F<>原動件數(shù)目：增加一構(gòu)件帶進兩平面低副增加原動件數(shù)目3判定機構(gòu)運動簡圖是否正確平面機構(gòu)的自由度圖示為一簡易沖床的設(shè)計圖。試分析設(shè)計方案是否合理。如不合理，則繪出修改后的機構(gòu)運動簡圖。

F=3n-2PL-PH=3

3-2

4-1=0F=3n-2PL-PH=3

4-2

5-1=1=w所以機構(gòu)具有確定運動請畫出挖掘機的運動簡圖自由度，并說明為什么要配置三個油缸。

平面機構(gòu)的自由度—任務(wù)書的任務(wù)答案解：1)機構(gòu)分析。機構(gòu)由轉(zhuǎn)臺1、動臂2、動臂缸筒3及活塞桿4、斗桿缸筒5及活塞桿6、斗桿7、轉(zhuǎn)斗缸筒8及活塞桿9、鏟斗10共10個構(gòu)件組成。三個液壓缸為原動件，分別驅(qū)動動臂2繞A點轉(zhuǎn)動、斗桿7繞F點轉(zhuǎn)動、鏟斗10繞I點轉(zhuǎn)動；鏟斗10為工作構(gòu)件。2)確定運動副類型。有A、B、C、D、E、F、G、H、I共9個轉(zhuǎn)動副，三個液壓缸構(gòu)成3個移動副。3)計算長度比例和圖示長度。設(shè)圖樣最大