1、no.1 重 點 運動副和運動鏈的概念、機構運動簡圖的繪制、機構具有確定運動的條件及機構自由度的計算。第第1 1章章 平面機構的結構分析平面機構的結構分析 內 容1 構件及其運動副2 平面機構運動簡圖的繪制3 平面機構自由度的計算4 平面機構的組成原理和結構分析no.2n構件n運動副 兩個構件直接接觸且具有確定相對運動的聯接。平面運動副分類: 轉動副移動副特點：面接觸、相對轉動或相對移動 低副 機構中運動的單元。n運動副元素 兩構件相互接觸的幾何形狀（點、線、面）。1 構件及其運動副no.3 齒輪副 凸輪副特點：點或線接觸、沿接觸點切線方向相對移動 繞接觸點的轉動 高副螺旋副 球面副 no.4

2、n運動鏈 若干構件通過運動副聯接而成的可動系統。 若將運動鏈中的一個構件相對固定，運動鏈則成為機構。 機構中構件的分類： 1、機架（描述運動的參考系） 2、原動件（運動規律已知的構件） 3、從動件運運動動鏈鏈閉鏈閉鏈開鏈開鏈平面運動鏈平面運動鏈空間運動鏈空間運動鏈no.52 平面機構運動簡圖的繪制例例 顎式破碎機顎式破碎機no.6 機構運動簡圖 在研究機構運動時，為了使問題簡化，有必要撇開那些與運動無關的構件外形和運動副具體構造，僅用簡單的線條和符號來表示構件和運動副，并按比例定出各運動副的位置。這種說明機構各構件間關系的簡化圖形，稱為機構運動簡圖。它與原機構具有完全相同的運動特性。表達方式：

3、 用簡單線條表示構件，規定符號代表運動副， 按比例定出運動副的相對位置與運動有關的因素： 構件數目、運動副數目及類型；運動副之間的相對位置一、平面機構運動簡圖的概念一、平面機構運動簡圖的概念 用途：分析現有機構，構思設計新機械 no.7 轉動副轉動副二、運動副符號二、運動副符號 移動副移動副no.8齒輪副齒輪副凸輪副凸輪副122122no.9螺旋副螺旋副球面副球面副no.10 三、構件三、構件 不管構件形狀如何，簡單線條表示，帶短剖面線表示機架。no.11帶運動副元素的構件no.12機構運動簡圖常用符號（摘自gb4460-85）運動副及構件運動副及構件表示方法表示方法 no.13四、四、機構運

4、動簡圖的繪制機構運動簡圖的繪制方法與步驟： 1.確定構件數目及原動件、輸出構件； 2.根據各構件間的相對運動確定運動副的種類和數目； 3.合理選擇視圖平面； 4.選定比例尺，按規定符號繪制運動簡圖； 5.標明機架、原動件和作圖比例尺； 6.驗算自由度。 順口溜：順口溜：先兩頭，后中間，從頭至尾走一遍， 數數構件是多少，再看它們怎相聯。 no.14dcbafe14325例例1 1 齒輪插刀機構運動簡圖齒輪插刀機構運動簡圖運動副？運動副？no.15a1234bcd例例2 2 顎式破碎機顎式破碎機偏心輪機構偏心輪機構no.16討論以下四個問題：(1)機架是否是構件？顎式破碎機機構運動簡圖中的幾處機架

5、是一個構件嗎？回答什么是構件？(2)找出顎式破碎機中聯接每兩個構件的運動副，找出每個構件上的所有運動副，回答什么是運動副。如果機架是轉動副的一部分如何表示？(3)找出活塞泵中聯接每兩個構件的運動副，找出每個構件上的所有運動副。如果機架是移動副的一部分，畫出與圖示不同的表示。如果移動副中沒有機架，又如何表示？(4)為什么機構運動簡圖中的曲柄在實際結構中常做成偏心輪的形式？no.17no.18偏心輪（擴大運動副) 在曲柄滑塊機構（曲柄搖桿機構）中，若曲柄很短，可將轉動副b的尺寸擴大到超過曲柄長度，則曲柄ab就演化成幾何中心b不與轉動中心a重合的圓盤，該圓盤稱為偏心輪，含有偏心輪的機構稱為偏心輪機構

6、。 no.19設計：潘存云偏心輪機構偏心輪機構no.20例例3 3 旋轉泵機構運動簡圖旋轉泵機構運動簡圖no.21例例4 4 活塞泵機構運動簡圖活塞泵機構運動簡圖no.22運動簡圖例4運動簡圖例3例例5 5 擺動泵機構運動簡圖擺動泵機構運動簡圖no.23例6 內燃機機構運動簡圖no.24(5) 內燃機中有哪幾個機構？ 每一個機構中有哪幾個構件組成(從機架到機架，如齒輪機構：氣缸體1-齒輪9-齒輪10-氣缸體1)？ 曲軸6和齒輪10是一個構件嗎？ 齒輪9和凸輪軸7是一個構件嗎？ 指出每一個機構中的原動件和從動件？討論以下問題：no.25練習：繪制下列機構的機構運動簡圖鶴式起重機機械手爪手動沖床n

7、o.26 課后作業1)畫出習題1-11-4所示機構的機構運動簡圖（p498）； 2)用簡單材料制作轉動副、移動副。（含機架的和不含機架的） 從一個具體的機構繪制機構運動簡圖還是比較容易的，而反過來，從一般的機構運動簡圖構思一個具體的機構會更難，這是作為一個機械工程師所應具備的基本素質。四、小結及布置作業no.27一、構件的自由度自由度構件所具獨立運動的個數（確定構件位置所需獨立坐標數）。一個完全自由的平面運動構件具有三個自由度。xy21xyyx3 平面機構的自由度no.28f=3 不論形成運動副的兩個構件是否其中有一個相對固定，運動副引入的約束數s均相同。運動副的形成引入了約束，使構件失去運動

8、自由度。1. 轉動副x0y0 xy約束數 s = 2f=1f=3二、平面運動副的約束條件 約束 限制 約束條件 約束數1. 轉動副x0y0 xy約束數 s = 2f=1f=6f=6f=4f=4no.292. 移動副約束數 s = 23. 齒輪副4. 凸輪副nn約束數 s = 1nn 平面低副約束數 s = 2 平面高副約束數 s = 1no.30三、平面機構的自由度機構的自由度 f=3活動構件數-2低副數 -1高副數計算公式計算公式f f 3 3n n 2 2p pl l p ph h1.機構自由度的計算公式f f3n3n 2p2pl l p ph h 3 3 2 2 3 34 4 0 0 1

9、 1f f3n3n 2p2pl l p ph h 3 3 2 2 4 45 50 0 2 2f f3n3n 2p2pl l p ph h 3 3 2 2 2 22 21 1 1 1例例no.31f=3n-2pf=3n-2pl l-p-ph h=3=3 2 2-2-2 3 3- -0 0= =0 0f=3n-2pf=3n-2pl l-p-ph h=3=3 3 3-2-2 5 5- -0 0= =-1-1 三個構件通過三個轉動副相連, 相當于一個構件。2.機構(運動鏈)具有確定相對運動的條件有一個機架有一個機架自由度大于零（自由度大于零（f0f0）原動件數原動件數 = =自由度數自由度數（通常，原

10、動件為含低副構件且與機架相連, 只有一個自由度。）no.323.3.注意事項注意事項復合鉸鏈復合鉸鏈 m個構件(m3)在同一處構成共軸線的轉動副412356f f 3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 560 3 3f f 3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 570 1 1m-1個低副復復 計算在內5231）要正確計算運動副數目no.33f f3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 760 9f f3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 7100 1?復復復復復復復復例例3 3 圓盤鋸機構圓盤鋸機構no.34f f3n3n2p2pl lp

11、ph h 3 3 2 2 33 1 23.3.注意事項注意事項 機構中某些構件所具有的局部運動，并不影響機構運動的自由度。局部自由度局部自由度 排除f f3n3n2p2pl lp ph h-f-f 3 3 2 2 - - 33 1 11這時 f f3n3n2p2pl lp ph h- -f f 式中f f 為局部自由度數目 2）f f3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 22 1 1 或或12312no.35412351234f f3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 340 1f f3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 46 0 0？對對虛約束虛約束

12、不產生實際約束效果的重復約束重復約束排除排除3.3.注意事項注意事項應用實例應用實例f f3n3n2p2pl lp ph h+ +p p 3 3 2 2 + + 46 0 11no.36重新計算：重新計算：n=3, pl=4, ph=0f=3n 2pl ph =33 24 =1特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：1234abcdef4f 已知：已知：abcdef，計算圖示平行四邊形，計算圖示平行四邊形 機構的自由度。機構的自由度。 abcdef虛約束虛約束no.371.軌跡重合轉動副聯接的兩構件上聯接點的軌跡重合f f3n3n2p2pl lp ph h

13、3 3 2 2 34 0 1f f3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 46 0 0錯錯對對虛約束常發生在下列情況虛約束常發生在下列情況橢圓儀橢圓儀f f3n3n2p2pl lp ph h+p+p 3 3 2 2 + + 46 0 11對對no.3841235用一個構件兩個運動副去聯接則構成虛約束2.兩構件上某兩點間的距離在運動過程中始終不變虛f f3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 34 0 1no.393.對傳遞運動不起獨立作用的重復部分1232虛f f3n3n2p2pl lp ph h+p+p 3 3 2 2 + + 44 4 11p p 2p2p l l

14、+p +p h h 3n3n 2 2 + + 243 2 2f f3n3n2p2pl lp ph h+p+p 3 3 2 2 + + 55 6 12虛f f3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 33 2 1no.40f f3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 123f f3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 23 1- -1錯錯22 11對對移動副導路移動副導路平行平行轉動副軸線轉動副軸線重合重合平面高副接觸點平面高副接觸點共法線共法線“轉動副轉動副”“移動副移動副”4.兩構件間構成多個運動副等寬凸輪等寬凸輪no.41f3n- 2pl- ph - f+

15、 pn 活動構件數 f 局部自由度數pl 低副數 p 虛約束數 ph 高副數no.42f f3n3n2p2pl lp ph h- - f f +p+p 3 3 2 2 + - + - 791 1局復局f f3n3n2p2pl lp ph h- f- f + p+ p 3 3 2 2 + - + - 8101 2例例4 4例例5 5412356781234567910810虛虛no.43f f3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 8111 1例例6 6no.44構件 + 運動副 運動鏈 機構機架原動件從動件組合f = 0基本桿組：最簡單的不可再拆的自由度為零的構件組， 簡稱為桿組。

16、4 機構的組成原理和結構分析no.451.4.1 平面機構的高副低代 根據一定的條件對平面機構中的高副虛擬地用低副來替代，這種以低副代替高副的方法稱為高副低代。條件一：代替前后機構的自由度不變 f = 31 - 22 = -1no.46條件二：代替前后機構的瞬時速度和加速度不變兩個高副元素均為圓弧ao1、bo、oo1均保持不變no.47瞬時替代機構no.48 平面低副運動鏈自由度 f = 3n - 2pl 基本桿組 f = 0pl = n32no.49n = 2 pl = 3 級桿組（雙桿組）no.50n = 4 pl = 6 級桿組1個三副構件 3個雙副構件no.511.4.2 機構的組成原

17、理 任何機構都可以看作是若干個自由度為零的基本桿組依次聯接到原動件和機架上而構成的，機構的自由度等于原動件的數目，這就是機構的組成原理。構件 + 運動副 運動鏈 機構機架原動件若干基本桿組no.52機架和原動件 級桿組級桿組八桿機構四桿機構no.53機構的組成： 在機架和原動件上每增加一個基本桿組，并不改變原來 的自由度，每次增加都可以獲得一個新機構； 設計新機構時，在滿足相同工作要求的前提下，機構的 結構越簡單越好，桿組級別越低越好，運動副數目越少 越好。 f = 3n - 2pl phno.541.4.3 機構的結構分析 機構的結構分析是指把機構分解為基本桿組、原動件和機架，是機構組成的反

18、過程，又稱為拆桿組。no.55i 級機構級機構ii 級機構級機構iii 級機構級機構機構的命名： 以機構中所包含的基本桿組的最高級別no.56原動件不同，機構的級別也有可能不同12345678no.57機構的結構分析原則： 首先，從遠離原動件的部分開始拆分； 試拆時，先試拆低級別桿組； 每拆完一個桿組，剩余的部分仍然是一個完整機構。 拆分前后的構件數目及運動副數目應相同。 （應注意復合鉸鏈）no.58例：機構的結構分析no.59本章重點小結一、構件 + 運動副 運動鏈 機構機架原動件從動件基本桿組三、機構運動簡圖的繪制二、運動鏈成為機構的條件：f 0, 原動件數目等于自由度數目 平面運動鏈自由度計算方法和注意事項四、高副低代及桿組拆分no.60練 習是非題：級機構的自由度不能大于2。 （ ） 機構是具有確定運動的運動鏈。 （ ） 單向選擇題單向選擇題：平面低副所受的約束數為平面低副所受的約