1、第一節第一節 概述概述第二節第二節 運動副及其分類運動副及其分類 第三節第三節 平面機構的運動簡圖平面機構的運動簡圖第四節第四節 平面機構的自由度平面機構的自由度第五節第五節 平面機構的組成原理和結構分析平面機構的組成原理和結構分析 第四章 平面機構的結構分析一一 、機構的概念、機構的概念第一節 概述零件零件：機器的基本組成單元，單獨制造的實體。：機器的基本組成單元，單獨制造的實體。構件構件：運動的單元體、一個或多個零件的剛性組合。：運動的單元體、一個或多個零件的剛性組合。內燃機連桿套筒連桿體螺栓墊圈螺母軸瓦連桿蓋第一節 概述機構機構：若干：若干構件構件通過通過運動副運動副組成的具有確定運動的

2、組成的具有確定運動的 組合體。組合體。機器機器：是一種人為實物組合的具有確定機械運動的裝：是一種人為實物組合的具有確定機械運動的裝 置，它用來完成有用功、轉換能量或處理信息。置，它用來完成有用功、轉換能量或處理信息。第一節第一節 概述概述內燃機中：內燃機中： 由缸體，活塞，連由缸體，活塞，連桿，曲軸，四個構件桿，曲軸，四個構件組成組成曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構。 由缸體，齒輪，三個由缸體，齒輪，三個構件組成構件組成齒輪機構齒輪機構。 由缸體，凸輪，排由缸體，凸輪，排氣閥三個構件組成氣閥三個構件組成凸凸輪機構。輪機構。第一節第一節 概述概述二二 、研究機構的目的、研究機構的目的1 1、探討機構的運

3、動可能性及具有確定、探討機構的運動可能性及具有確定 運動的條件；運動的條件；2 2、對機構進行合理分類，便于運動和、對機構進行合理分類，便于運動和 動力分析；動力分析；3 3、繪制機構運動簡圖，便于分析研究。、繪制機構運動簡圖，便于分析研究。第二節第二節 運動副及其分類運動副及其分類一、運動副的概念一、運動副的概念 由兩個構件直接接觸而產生一定相對運動的聯接由兩個構件直接接觸而產生一定相對運動的聯接稱為稱為 運動副運動副。兩構件上參與接觸構成運動副的部分兩構件上參與接觸構成運動副的部分（點、線、面）稱為（點、線、面）稱為運動副元素運動副元素。對運動副的理解要把握以下三點：對運動副的理解要把握以

4、下三點：（）運動副是一種聯接；）運動副是一種聯接；（）運動副由兩個構件組成；（）運動副由兩個構件組成；（）組成運動副的兩個構件之間有相對運動（）組成運動副的兩個構件之間有相對運動運動副是機械原理中最重要的概念之一運動副是機械原理中最重要的概念之一第二節 運動副及其分類二、運動副分類二、運動副分類 組成機構的運動副的類型決定機構的運動形式。組成機構的運動副的類型決定機構的運動形式。運動副有多種類型，對運動副進行正確的分類，在運動副有多種類型，對運動副進行正確的分類，在機構設計和綜合中是非常重要的。機構設計和綜合中是非常重要的。根據兩個構件的相對運動空間分為根據兩個構件的相對運動空間分為 空間運動

5、副空間運動副 平面運動副平面運動副根據運動副的的接觸情況分為根據運動副的的接觸情況分為 高副高副 低副低副 根據兩構件的相對運動關系分為根據兩構件的相對運動關系分為 轉動副轉動副 移動副移動副 螺旋副螺旋副 第二節第二節 運動副及其分類運動副及其分類1、根據兩個構件的相對運動空間分為、根據兩個構件的相對運動空間分為 空間運動副空間運動副 平面運動副平面運動副第二節第二節 運動副及其分類運動副及其分類、根據運動副的的接觸情況分為、根據運動副的的接觸情況分為 高副高副 兩構件為點、線接觸兩構件為點、線接觸 低副低副 兩構件為面接觸兩構件為面接觸第二節第二節 運動副及其分類運動副及其分類在計算機構自

6、由度時，必須分清高副與低副在計算機構自由度時，必須分清高副與低副 3、根據兩構件的相對運動分為、根據兩構件的相對運動分為 轉動副轉動副 移動副移動副 螺旋副螺旋副 第二節第二節 運動副及其分類運動副及其分類第二節第二節 運動副及其分類運動副及其分類三、構件的自由度與約束三、構件的自由度與約束構件獨立運動的數目稱為構件獨立運動的數目稱為自由度自由度xyzyx空間運動具有空間運動具有6 6自由自由度度平面運動具有平面運動具有3 3自由自由度度對構件運動的限制作用稱為對構件運動的限制作用稱為約束。約束。第二節第二節 運動副及其分類運動副及其分類結論：結論：高副高副一個約束，兩個自由度一個約束，兩個自

7、由度 低副低副兩個約束，一個自由度兩個約束，一個自由度第三節第三節 平面機構運動簡圖平面機構運動簡圖 為了便于研究機構的運動，可以撇開構件、為了便于研究機構的運動，可以撇開構件、運動副的外形和具體構造，而只用簡單的線條和運動副的外形和具體構造，而只用簡單的線條和符號代表構件和運動副，并按比例定出各運動副符號代表構件和運動副，并按比例定出各運動副位置，表示機構的組成和傳動情況。這樣繪制出位置，表示機構的組成和傳動情況。這樣繪制出能夠準確表達機構運動特性的簡明圖形就稱為能夠準確表達機構運動特性的簡明圖形就稱為機機構運動簡圖。構運動簡圖。 只是為了表明機構的運動狀態或各構件的只是為了表明機構的運動狀

8、態或各構件的相互關系，也可以不按比例來繪制運動簡圖，相互關系，也可以不按比例來繪制運動簡圖，通常把這樣的簡圖稱為通常把這樣的簡圖稱為機構示意圖機構示意圖。第三節第三節 平面機構運動簡圖平面機構運動簡圖 第三節第三節 平面機構運動簡圖平面機構運動簡圖 第三節第三節 平面機構運動簡圖平面機構運動簡圖 繪制機構運動簡圖的步驟繪制機構運動簡圖的步驟 1. 1. 首先確定機構的原動件和執行件首先確定機構的原動件和執行件，兩者之間，兩者之間為傳動部份，由此確定出組成機構的所有構件，然為傳動部份，由此確定出組成機構的所有構件，然后確定構件間運動副的類型后確定構件間運動副的類型。 2. 2. 恰當地選擇投影面

9、。一般選擇與多數構件恰當地選擇投影面。一般選擇與多數構件的運動平面相平行的面為投影面，的運動平面相平行的面為投影面，繪制機構運動簡繪制機構運動簡圖要以正確、簡單、清晰為原則。圖要以正確、簡單、清晰為原則。 3. 3. 選擇適當的比例尺，根據機構的運動尺寸定選擇適當的比例尺，根據機構的運動尺寸定出各運動副之間的相對位置，然后用規定的符號畫出出各運動副之間的相對位置，然后用規定的符號畫出各類運動副。各類運動副。第三節第三節 平面機構運動簡圖平面機構運動簡圖 第三節第三節 平面機構運動簡圖平面機構運動簡圖 一、機構的自由度一、機構的自由度 1 1、運動鏈與機構、運動鏈與機構運動鏈運動鏈若干構件由運動

10、副相互連接組成的系統。若干構件由運動副相互連接組成的系統。組成運動鏈的每個構件至組成運動鏈的每個構件至少包含兩個運副要素，這少包含兩個運副要素，這種運動鏈稱為閉式鏈。種運動鏈稱為閉式鏈。如果運動鏈中有的構件只如果運動鏈中有的構件只包含一個運副元素稱為開包含一個運副元素稱為開式鏈。式鏈。第四節第四節 平面機構的自由度平面機構的自由度 第四節第四節 平面機構的自由度平面機構的自由度 第四節第四節 平面機構的自由度平面機構的自由度 將運動鏈的一個構件固定為將運動鏈的一個構件固定為機架機架，另一個或幾，另一個或幾個構件個構件( (作為作為原動件原動件) )作獨立運動時，其余構件作獨立運動時，其余構件(

11、 (為為從從動件動件) )即隨之作確定的運動，該運動鏈便成為即隨之作確定的運動，該運動鏈便成為機構機構。不能運動或無不能運動或無規則亂動的運規則亂動的運動鏈，都不能動鏈，都不能成為機構成為機構機構的自由度機構的自由度機構具有確定運動時，原動件機構具有確定運動時，原動件 的數目的數目。機構的自由度與構件總數、運動副的類型機構的自由度與構件總數、運動副的類型和數量有關。和數量有關。2 2、 機構的自由度機構的自由度第四節第四節 平面機構的自由度平面機構的自由度 對于具有對于具有n n個活動構件個活動構件的平面機構，若各構件的平面機構，若各構件之間共構成了之間共構成了P PL L個低副個低副和和P

12、PHH個高副個高副，則它們共引入，則它們共引入(2P(2PL L+P+PHH) )個約束。機構的自由度個約束。機構的自由度F F 為為: : F=3n(2PL+PH)=3n2PLPH平面機構獨立運動的數目為平面機構獨立運動的數目為: :所有活動構件的自所有活動構件的自由度的和減去所有運動副引入約束數目的和。由度的和減去所有運動副引入約束數目的和。這是機構自由度的計算公式這是機構自由度的計算公式第四節第四節 平面機構的自由度平面機構的自由度 二、機構具有確定運動的條件二、機構具有確定運動的條件 所謂機構的自由度，實質上就是機構具有確定所謂機構的自由度，實質上就是機構具有確定位置時所必須給定的獨立

13、運動參數的數目。因此，位置時所必須給定的獨立運動參數的數目。因此，機構具有確定運動的條件是：機構具有確定運動的條件是： 機構的自由度機構的自由度F F 原動件數原動件數1)1)若機構自由度若機構自由度，則機構不能動，則機構不能動; ;2) 2) 若若00，而原動件數，而原動件數 , , 而原動件數而原動件數 F F，則構件產生破壞。，則構件產生破壞。第四節第四節 平面機構的自由度平面機構的自由度 計算下列機構的自由度計算下列機構的自由度n=2, PL=3, PH=0 F=3n2PLPH=32-23=0n=3, PL=5, PH=0 F=3n2PLPH=33-25=-11)1)若機構自由度若機構

14、自由度，則機構不能動，則機構不能動; ;第四節第四節 平面機構的自由度平面機構的自由度 n=4, PL=5, PH=0 F=3n2PLPH=34-25=22) 2) 若若00，而原動件數，而原動件數 , , 而原動件數而原動件數 F F，則構件產生破壞；，則構件產生破壞；4)4)若若 且與原動件數相等，則機構各構件間的相且與原動件數相等，則機構各構件間的相 對運動是確定的。對運動是確定的。三、計算機構自由度時應注意的事項三、計算機構自由度時應注意的事項1. 1. 復合鉸鏈復合鉸鏈由兩個以上構件在同一處構成的重合轉動副稱為復合鉸鏈。由兩個以上構件在同一處構成的重合轉動副稱為復合鉸鏈。 按實際鉸按

15、實際鉸鏈數目計鏈數目計算自由度算自由度第四節第四節 平面機構的自由度平面機構的自由度 2. 2. 局部自由度局部自由度不影響機構整體運動的自由度，稱為局部自由度。不影響機構整體運動的自由度，稱為局部自由度。在計算機構自由度時，局部自由度應當舍棄不計在計算機構自由度時，局部自由度應當舍棄不計。第四節第四節 平面機構的自由度平面機構的自由度 3. 3. 虛約束虛約束在機構中，有些約束所起的限制作用可能是重復的在機構中，有些約束所起的限制作用可能是重復的，這種不起獨立限制作用的約束稱為虛約束。這種不起獨立限制作用的約束稱為虛約束。計算自由度時，應先將產生虛約束的構件和運動副計算自由度時，應先將產生虛

16、約束的構件和運動副去掉，然后再進行計算。去掉，然后再進行計算。第四節第四節 平面機構的自由度平面機構的自由度 14233FF3 42 60 機構的虛約束常發生在下述幾沖情況機構的虛約束常發生在下述幾沖情況： 1) 當不同構件上兩點間的距離保持恒定時，若當不同構件上兩點間的距離保持恒定時，若在兩點間加上一在兩點間加上一 個構件和兩個轉動副雖不改變機個構件和兩個轉動副雖不改變機構運動，但卻引入一個虛約束。構運動，但卻引入一個虛約束。第四節第四節 平面機構的自由度平面機構的自由度 第四節第四節 平面機構的自由度平面機構的自由度 2）當兩構件組成多個移動副，且其導路互相平行或）當兩構件組成多個移動副，

17、且其導路互相平行或重合時，則只有一個移動副起約束作用，其余都是重合時，則只有一個移動副起約束作用，其余都是虛約束虛約束第四節第四節 平面機構的自由度平面機構的自由度 3）當兩構件構成多個轉動副，且軸線互相重合時，）當兩構件構成多個轉動副，且軸線互相重合時，則只有一個轉動副起作用，其余轉動副都是虛約束。則只有一個轉動副起作用，其余轉動副都是虛約束。第四節第四節 平面機構的自由度平面機構的自由度 ）機構中對運動起重復限制作用的對稱部分也往）機構中對運動起重復限制作用的對稱部分也往往會引入虛約束。往會引入虛約束。第四節第四節 平面機構的自由度平面機構的自由度 3 72 912F 第四節第四節 平面機

18、構的自由度平面機構的自由度 大網篩自由度計算：大網篩自由度計算：第五節第五節 平面機構的組成原理和結構分析平面機構的組成原理和結構分析一、平面機構的高副低代一、平面機構的高副低代 高副低代的方法高副低代的方法：用一個帶有兩個轉動副的構：用一個帶有兩個轉動副的構件來代替一個高副，兩個轉動副分別在高副兩輪廓件來代替一個高副，兩個轉動副分別在高副兩輪廓接觸點的曲率中心處將替代構件與構成高副的兩構接觸點的曲率中心處將替代構件與構成高副的兩構件聯接在一起。件聯接在一起。 高副低代高副低代：為了便于對含有高副的平面機構進：為了便于對含有高副的平面機構進行分析研究，將機構中的高副用低副來代替稱為高行分析研究，將機構中的高副用低副來代替稱為高副低代副低代。 高副低代的替代條件高副低代的替代條件：替代前后機構的自由：替代前后機構的自由度，瞬時速度和瞬時加速度保持不變度，瞬時速度和瞬時加速度保持不變第五節第五節 平面機構的組成原理和結構分析平面機構的組成原理和結構分析 1.1.高副機構由兩個繞定軸轉動的圓盤組成。高副機構由兩個繞定軸轉動的圓盤組成。機機構運動時，兩圓盤中心連線構運動時