1、第2章 平面機構的運動簡圖及自由度運動副及其分類2.1平面機構運動簡圖2.2平面機構的自由度 2.3 機構是具有確定相對運動的構件的組合，組成機構的目的是為了使機構按照預定的要求進行有規律的運動。 所謂平面機構，是指組成機構的所有構件均在同一平面或相互平行的平面內運動的機構；否那么就稱為空間機構。工程中常用的機構大多數屬于平面機構，本章只討論平面機構。2.1 運動副及其分類2.1.1 運動副的概念 兩構件直接接觸并能產生一定相對運動的聯接方式稱為運動副。圖2-1 運動副2.1.2 運動副的分類 兩個構件組成的運動副，通常用三種接觸形式聯接起來，即點接觸、線接觸和面接觸。按照接觸的特性，通常把平

2、面運動副分為低副和高副兩大類。1低副 兩構件通過面接觸組成的運動副稱為低副。1轉動副2移動副2高副 兩構件以點、線的形式相接觸而組成的運動副稱為高副。2.2 平面機構運動簡圖 2.2.1 機構運動簡圖及分類 表示機構各構件之間相對運動關系的簡單圖形，稱為機構運動簡圖。 從機構運動簡圖可以了解機構的組成和類型，即機構中構件的類型和數目、運動副的類型和數目以及運動副的相對位置。利用機構運動簡圖可以表達一部復雜機器的傳動原理，可以進行機構的運動和動力分析。 機構中的構件可分為以下三類： 機架機構中的固定構件稱為機架，它的作用是支撐運動構件； 主動件由外界給定運動規律的構件稱為主動件，一般主動件與機架

3、相連； 從動件除主動件以外的全部活動構件稱為從動件。2.2.2 機構運動簡圖的符號1構件的表示方法 軸、桿、連桿通常用一根直線表示，兩端畫出運動副的符號，如圖2-2(a)所示；假設構件固聯在一起，那么涂以焊縫記號。 2運動副的表示方法 兩個構件組成的轉動副和移動副的表示方法分別如圖2-3(a)、(b)所示。 圖2-2 構件的表示圖2-3 低副的表示方法2.2.3 平面機構運動簡圖的繪制下述步驟進行。1分析機構的結構和運動情況2確定構件、運動副的類型和數目3選擇視圖平面4選定適當的比例尺l，繪制機構運動簡圖2.3 平面機構的自由度2.3.1 自由度與約束條件 一個作平面運動的自由構件具有三個自由

4、度。對構件獨立運動所加的限制稱為約束，自由度減少的個數等于約束的數目。 運動副所引入的約束的數目與其類型有關。低副引入兩個約束，減少兩個自由度。 在平面機構中，每個低副引入兩個約束，使構件失去兩個自由度；每個高副引入一個約束，使構件失去一個自由度。2.3.2 平面機構自由度的計算 平面機構的自由度為pL表示機構中的低副數目；pH表示機構中的高副數目。2.3.3 計算平面機構自由度時應注意的幾個問題 在計算平面機構自由度時，應注意以下幾種特殊情況。1復合鉸鏈 兩個以上的構件用轉動副在同一軸線上聯接就構成復合鉸鏈。 例2-5 試計算圖2-9所示振動式輸送機的自由度。 解：1機構分析 主動件1繞A軸

5、轉動，通過相互鉸接的運動構件2、3、4帶動滑塊5作往復直線移動。2計算機構的自由度 構件2、3和4在C處構成復合鉸鏈。此機構有五個活動構件，六個轉動副，一個移動副，即n=5，pL=7，pH=0。該機構的自由度由式2-1得 圖2-8 復合鉸鏈 圖2-9 振動式輸送機機構 2局部自由度 機構中某些不影響整個機構運動的自由度，稱為局部自由度。在計算機構自由度時應將局部自由度除去不計。圖2-10 凸輪機構3虛約束 這種不起獨立限制作用的約束稱為虛約束。1重復轉動副2重復移動副3重復軌跡4重復高副 機構中對傳遞運動不起獨立作用的對稱局部指高副，那么為虛約束。圖2-12 幾種虛約束 例2-6 試計算圖2-

6、13所示行星齒輪機構的自由度。 解：該機構從受力角度考慮布置三個行星齒輪，其中有兩個如齒輪2和2對傳遞運動不起獨立作用，引入了兩個虛約束。 因此該機構活動構件數n=4，低副數pL=4轉動副A、B和復合鉸鏈C，高副數pH=2齒輪副D、E，求得機構的自由度為 假設將內齒輪3固定不動，那么減少一個活動構件及C處的一個轉動副，這時機構的自由度為圖2-13 行星齒輪機構2.3.4 平面機構具有確定運動的條件 機構是用運動副聯接起來的、有一個構件為機架的、具有確定運動的構件系統。 假設機構的自由度為零，那么各構件間不可能產生相對運動，這樣的構件組合稱為桁架，而不是機構。因此，機構的自由度必須大于零。 例2-7 圖2-15所示為巧克力包裝機的托包機構，試判斷其運動是否確定。 圖2-14 五桿機構 圖2-15 托包機構 解：主動件1作旋轉運動，通過連桿凸輪組合機構傳動使構件4慢速托包和快速退回。滾子繞自身軸線轉動為局部自