1、第三章 平面機構的運動簡圖及自由度4.機構自由度的計算3.機構運動簡圖的畫法2.機構具有確定相對運動的條件1.平面機構的組成平面機構：各構件在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動空間機構：各構件不完全在同一平面或相互平行的平面 內(nèi)運動3-1 平面機構的組成 一、機構的組成與分類1、概念：機構是具有確定相對運動的構件的組合 構件：機構中的（最小）運動單元 一個或若干個零件剛性聯(lián)接而成 2、機架：固定不動的構件 原動件：輸入運動規(guī)律的構件 從動件：其它的活動構件3、平面機構：各構件的相對運動平面互相平行 空間機構：蝸桿傳動 曲柄滑塊機構二、自由度二、自由度 一個作平面運動的自由構件有三個獨立運動的可能性

2、。構件所具有的這種獨立運動的數(shù)目稱為構件的自由度。所以一個作平面運動的自由構件有三個自由度。但當這些構件之間以一定的方式聯(lián)接起來成為構件系統(tǒng)時，各個構件不再是自由構件。兩相互接觸的構件間只能作一定的相對運動，自由度減少。這種對構件獨立運動所施加的限制稱為約束。 三、運動副及其分類概念：使兩構件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運動的可動聯(lián)接類型：（一） 低副 兩構件通過面接觸而構成的運動副稱為低副。根據(jù)兩構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） 兩構件只能在一個平面內(nèi)作相對轉(zhuǎn)動限制兩個自由度：（兩個移動）保留一個自由度（轉(zhuǎn)動）2.移動副 兩構件只能沿某一方向線作相對移動的

3、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 ）3.高副 兩構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）轉(zhuǎn)動副、移動副實例轉(zhuǎn)動副、移動副實例齒輪副實例齒輪副實例3-2 平面機構運動簡圖 1 1、機構運動簡圖：、機構運動簡圖：簡明表示機構各構件之間相對運動關系的圖形（按比例，用特定的符號和線條）和運動有關的：運動副的類型、數(shù)目、相對位置、構件數(shù)目和運動無關的：構件外形、截面尺寸、組成構件的零件數(shù)目、運動副的具體構造2 2、機構示意圖：、機構示意圖：只需表明機構運動傳遞情況和構造特征，不必按嚴格比例所畫的

4、圖形2 2、常用機構和運動副的表示方法：、常用機構和運動副的表示方法：1221211221212121212121、運動副的符號轉(zhuǎn)動副：移動副：齒輪副：2112凸輪副：2、構件（桿）：3、繪機構運動簡圖的步驟 圖上尺寸(mm)m實際尺寸l1）分析機構，觀察相對運動，數(shù)清所有構件的數(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)）例 試繪制內(nèi)燃機的機構運動簡圖 解解 (1) 分析、分析、 確定構件類型。確定構件類型。 內(nèi)燃機內(nèi)包括三個機構內(nèi)燃機內(nèi)包括三個機構, 其運動平面平行其運動平面平行,

5、故可視為一個平面機構。故可視為一個平面機構。 活塞活塞2為原動件為原動件, 缸體缸體1為機架為機架, 連桿連桿3、 曲軸曲軸4、 齒輪齒輪5、 齒齒輪輪6、 凸輪軸凸輪軸7、 進氣門頂桿進氣門頂桿8、 排氣門頂排氣門頂桿桿9均為從動均為從動件件(其中頂桿其中頂桿8、 9為執(zhí)行件為執(zhí)行件, 連桿連桿3、 曲軸曲軸4、 齒輪齒輪5、 齒輪齒輪6、 凸輪軸凸輪軸7為傳動件為傳動件)。 (2) 確定運動副類型。確定運動副類型。 曲柄滑塊機構中活塞曲柄滑塊機構中活塞2與缸體與缸體1組成移動組成移動副副, 活塞活塞2與連桿與連桿3、 連桿連桿3與曲軸與曲軸4、 曲曲軸軸4與缸體與缸體1分別組成轉(zhuǎn)動副。分別

6、組成轉(zhuǎn)動副。 齒輪機構齒輪機構中齒輪中齒輪5與缸體與缸體1、 齒輪齒輪6與缸體與缸體1分別組分別組成轉(zhuǎn)動副成轉(zhuǎn)動副, 齒輪齒輪5與齒輪與齒輪6組成高副。組成高副。 凸輪機構中凸輪軸凸輪機構中凸輪軸7與缸體與缸體1組成轉(zhuǎn)動副組成轉(zhuǎn)動副, 頂桿頂桿8與缸體與缸體1組成移動副組成移動副, 凸輪軸凸輪軸7與頂與頂桿桿8組成高副。組成高副。(3) 定視圖方向。定視圖方向。 連桿運動平面為視圖方向。連桿運動平面為視圖方向。 (4) 選擇比例尺選擇比例尺, 繪制簡圖。繪制簡圖。 先畫出滑塊導路中心線及曲軸中心位置先畫出滑塊導路中心線及曲軸中心位置, 然后根據(jù)構件尺寸和運動副之間的尺寸然后根據(jù)構件尺寸和運動副

7、之間的尺寸, 按選定的比例尺和規(guī)定符號繪出，按選定的比例尺和規(guī)定符號繪出， 如圖如圖所示。所示。 內(nèi)燃機的機構運動簡圖內(nèi)燃機的機構運動簡圖 B 卡車翻斗卸料機構示意圖卡車翻斗卸料機構示意圖3-3 3-3 平面機構的自由度平面機構的自由度 一一、平面機構的自由度的計算平面機構的自由度的計算 機構的自由度：機構中活動構件相對于機架所具有的獨立機構的自由度：機構中活動構件相對于機架所具有的獨立 運動的數(shù)目。（與構件數(shù)目，運動副的類型和數(shù)目有關）運動的數(shù)目。（與構件數(shù)目，運動副的類型和數(shù)目有關） n n個活動構件：自由度為個活動構件：自由度為3n3n。 P PL個低副：個低副： 限制限制 2P2PL

8、L個自由度個自由度 P PH H個高副：個高副： 限制限制 P PH H 個自由度個自由度 因此，該機構相對于固定構件的自由度數(shù)應為活動構因此，該機構相對于固定構件的自由度數(shù)應為活動構件的自由度數(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，該差值稱為機構的自由度，并以稱為機構的自由度，并以F F表示，表示， F=3n- 2PF=3n- 2PL L-P-PH H例例2 - 2 計算圖計算圖2 - 16所示內(nèi)燃機所示內(nèi)燃機構件系統(tǒng)的自由度。構件系統(tǒng)的自由度。解解 圖中圖中, 曲軸曲軸4和齒輪和齒輪5、 齒輪齒輪6和凸輪軸和凸輪軸7皆固連在一起皆固連在一起, 故

9、可故可視為一個構件。視為一個構件。 因此因此 n=5 PL=6(其中有兩個移動副其中有兩個移動副, 四個四個轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副) PH=2則該構件系統(tǒng)的自由度則該構件系統(tǒng)的自由度F=3n-2PL-PH=35-26-2=1例例2-3 試機算圖示航空照相機快門機構的自由度。試機算圖示航空照相機快門機構的自由度。解：該機構的構件總數(shù)解：該機構的構件總數(shù)N=6,活動構件數(shù)活動構件數(shù)n=5,6個轉(zhuǎn)動副、一個移動副，沒有高副。由此可個轉(zhuǎn)動副、一個移動副，沒有高副。由此可得機構的自由度數(shù)為：得機構的自由度數(shù)為： F=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=1例例2-4 試計算圖示牛頭刨床工作機構的自由度試計算圖示

10、牛頭刨床工作機構的自由度解：該機構的構件總數(shù)解：該機構的構件總數(shù)N=7,活動構件數(shù)活動構件數(shù)n=6,5個轉(zhuǎn)個轉(zhuǎn)動副、動副、3個移動副，個移動副，1個高副。由此可得機構的自個高副。由此可得機構的自由度數(shù)為：由度數(shù)為： F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1 F=3n- 2PL-PHF=3n- 2PL-PH =3 =3* *5-25-2* *6-06-0 =3 =3F=3n- 2PL-PHF=3n- 2PL-PH =3 =3* *5-25-2* *7-07-0 =1 =11.1.復合鉸鏈：兩個以上個構件在同一條軸線上形成的轉(zhuǎn)動副復合鉸鏈：兩個以上個構件在同一條軸線上形成的轉(zhuǎn)動副由由K K個

11、構件組成的復合鉸鏈包含的轉(zhuǎn)動副數(shù)目應為（個構件組成的復合鉸鏈包含的轉(zhuǎn)動副數(shù)目應為（K-1K-1）個）個 312123二二 注意事項注意事項 例例 2 - 5 計算圖計算圖2 - 22所示鋼板剪切機的自所示鋼板剪切機的自由度。由度。 解解 由圖可知由圖可知, n=5, PL=7, PH=0(B處為復處為復合鉸鏈合鉸鏈, 含兩個轉(zhuǎn)動副；含兩個轉(zhuǎn)動副； 自行分析自行分析C處是否處是否為復合鉸鏈為復合鉸鏈, 為什么為什么)， 則則 F3n2PLPH 352701 圖圖 2 - 22 鋼板剪切機鋼板剪切機 O123BAO45C16F=3n- 2PL-PH =3*3-2*3-1 =2F=3n- 2PL-P

12、H =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的運動，在計算機構的自由度時，應該除掉。 2、局部自由度 在機構中，某些構件具有不影響其它構件運動的自由度3 3、虛約束、虛約束 重復而不起獨立限制作用的約束稱為虛約束虛約束。計算機構的自由度時，虛約束應除去不計。(1)、兩構件構成多個導路平行的移動副， F=3n- 2PL-PH =3*3-2*5-0 =-1(2)、兩構件組成多個軸線互相重合的轉(zhuǎn)動副4、軌跡重合：在機構中，若被聯(lián)接到機構上的構件，在聯(lián)接點處的運動軌跡與機構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：對機構的運動無關，但可以改善機構的受力情況，增強機構工作的穩(wěn)定性 三三、平面機構具有確定相對運動的條件平面機構具有確定相對運動的條件 F0，構件間無相對運動，不成為機構。