01章 机构的结构分析机械传动系统设计与实践

平面机构的结构分析导学平面机构的结构分析导学构件和构件的连接机器和机构运动传递运动的形式和运动的确定性平面机构的结构分析导学讲课目录CONTENTS

平面机构的结构分析平面机构：所有构件都在相互平行的平面内运动空间机构：构件不在相互平行的平面内运动平面机构的组成平面机构的运动简图平面机构的自由度工程应用案例牛头刨床1.学习目标平面机构、自由度、运动副绘制简单机械的机构运动简图计算平面机构的自由度判断机构是否具有确定运动分析平面机构的运动测绘零部件平面机构的结构分析导学2.重点平面机构运动简图的绘制平面机构自由度的计算具有确定运动的条件平面机构的结构分析导学牛头刨床3.难点平面机构运动简图的正确绘制

平面机构自由度计算中的复合铰链、虚约束和局部自由度的判断和处理平面机构的结构分析导学1234MNABCD123454.实践与实训汽车转向机构运动简图

自卸车车斗机构运动简图平面机构的结构分析导学第2章平面机构的结构分析第1节平面机构的组成平面机构的组成

连杆机构凸轮机构齿轮机构连杆机构凸轮机构齿轮机构平面机构的组成

内燃机转动副移动副机构是由多个构件连接而成，那么，各构件是如何连接的呢？平面机构的组成

四杆机构滑块机构机构由运动副逐一连接各个构件组成两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接——运动副转动副移动副平面机构的组成

运动副的分类（按接触特性）：运动副

低副(面接触)高副(点/线接触)转动副(铰链)移动副

平面机构的组成

转动副移动副凸轮高副齿轮高副平面高副理解运动副需把握（１）运动副是连接（２）由两个构件直接接触组成（３）两个构件之间有相对运动转动副移动副高副平面机构的组成

第2章平面机构的结构分析第2节平面机构运动简图电动机大带轮V带小带轮轴板定颚板动颚板偏心轴第2节平面机构的运动简图

颚式破碎机第2节平面机构的运动简图

ACBD23114构件2：原动件、主动件、输入构件构件3：从动件、输出构件、工作构件构件4：从动件构件1：机架、固定构件大带轮2动颚板3轴板4机架1颚式破碎机

用规定的简单线条和符号代表构件和运动副按比例尺定出各运动副的相对位置表明各构件间相对运动关系的简化图形与原机构具有完全相同的运动特性ACBD23114第2节平面机构的运动简图

2.2.1定义1、转动副用空心圆圈表示，圆心代表相对转动轴线第2节平面机构的运动简图

2.2.2运动副的表示（a）（b）（c）（d）2、移动副用长方形滑块和导杆表示，导杆方向表示相对移动方向第2节平面机构的运动简图

3、高副两构件接触处的曲线轮廓（a）（b）（c）（d）（e）（f）1、参与组成两个转动副第2节平面机构的运动简图

2.2.3构件的表示ACBD23142.参与组成两个移动副第2节平面机构的运动简图

3.参与组成一个转动副一个移动副（b）（c）（d）（a）5.参与组成三个转动副的构件第2节平面机构的运动简图

4.参与组成一个高副一个移动副（a）（b）（c）6.常用的构件和零件，采用惯用画法第2节平面机构的运动简图

（a）（b）第2节平面机构的运动简图

认识机构运动简图滑块9：参与组成转动副和移动副

转动副：构件8

移动副：机架10注意连接的表示方法：构件8与滑块9

滑块9与机架10实例第2节平面机构的运动简图

1、实例一1234A14B12C2312A14B12C2332.2.4机构运动简图绘制的步骤（a）（b）构件1、构件2：转动副B12

构件2、构件3：转动副C23

构件3、构件4：

移动副，过C23、A14构件4、构件1：转动副A14第2节平面机构的运动简图

2、实例二2.2.4机构运动简图绘制的步骤ABCDEF第2节平面机构的运动简图

3、实例三（a）缝纫机引线机构（b）机构动画（c）运动简图d）简图动画第2节平面机构的运动简图

3、思路

先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路始末两端）弄清运动传递路线确定构件数目及运动副的类型用符号表示出来4、顺口溜

先两头，后中间从头至尾走一遍数数构件是多少再看它们怎相联第2节平面机构的运动简图

5、总结1）分析机械的组成及运动情况，确定机架、原动部分、传动部分和工作部分;2）按照运动传递的路线，分析前后相连的两个构件之间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目；3）恰当地选择投影面：一般选择与多数构件的运动平面相平行的平面作为投影面；4）选择适当的比例尺,定出各运动副之间的相对位置，用规定的线条和符号,绘制机构运动简图。6、注意事项1）忽略构件具体的结构形状，只分析构件之间相对运动的性质；2）忽略其他构件，只分析前后相连构件；3）移动副的表示图形比较丰富，根据具体情况调整。2.2.5练习第2节平面机构的运动简图

1、练习一：手动冲床564E564EF（a）（b）2.2.5练习第2节平面机构的运动简图

2、练习二：偏心轮机构1234BC24B3C14B3A（a）（b）2.2.5练习第2节平面机构的运动简图

3、练习三：缝纫机下针机构

投影面：过滑块2和缝纫机针3移动方向线

构件1：线段OˈA（Oˈ是点O在投影面上的投影）第2节平面机构的运动简图

4、练习四：牛头刨床的主运动机构（长摆杆）2.2.5练习牛头刨床牛头刨床的主运动机构第2节平面机构的运动简图

5、练习五：内燃机问题：投影面2.2.5练习第2章平面机构的结构分析平面机构的自由度（一）第3节平面机构的自由度

自由度：构件相对于参考系的独立运动的数目一个作平面运动的自由构件具有三个自由度一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动。xy沿x轴的移动沿y轴的移动绕其上任一点的转动第3节平面机构的自由度

构件独立运动的数目称为自由度对构件运动的限制作用称为约束构件用运动副连接后，其独立运动受到限制或约束，自由度随之减少Oxy2.3.1平面机构自由度的计算公式1.自由度与约束a）转动副b）移动副

c）高副一个低副限制2个自由度

一个高副限制1个自由度第3节平面机构的自由度

第3节平面机构的自由度

2.平面机构的自由度加入运动副（4个转动副），活动构件自由度：3×3－2×4＝1该平面机构中：总构件：4活动构件：3不用运动副连接，活动构件应有自由度：3×3=9机构的自由度=机构独立运动的数目

=所有构件独立运动的数目四杆机构平面机构自由度的计算公式为：F=3n－2PL－PH

活动构件数目由此可推出，任一平面机构中如果总构件数为K个活动构件数为n，即n=K-1不用运动副连接，活动构件应有自由度为3n个若加入PL个低副，PH个高副，则引入（2PL+PH）个约束活动构件自由度：3×n

－2×PL－PH第3节平面机构的自由度

高副数目

低副数目四杆机构机构的自由度：由活动构件的数目以及运动副的性质和数目决定机构的自由度：机构中原动件数目机构具有的独立运动的数目从动件无独立运动原动件能独立运动第3节平面机构的自由度

讨论：a）n=2,PL=3,PH=0

F=3n－2PL－PH=3*2-2*3=0b）n=3,PL=5,PH=0

F=3n－2PL－PH=3*3-2*5=-1d）n=3,PL=4,PH=0

F=3n－2PL－PH=3*3-2*4=1c）n=4,PL=5,PH=0

F=3n－2PL－PH=3*4-2*5=21)若机构自由度Ｆ≤０，则机构不能动2)若Ｆ>0，而原动件数<Ｆ，则构件间的运动不确定3）若Ｆ>０，而原动件数>Ｆ，则构件间不能运动或产生破坏机构具有确定运动的条件:Ｆ>0,且Ｆ＝原动件的数目第3节平面机构的自由度

12345678第3节平面机构的自由度

自由度F=

3n-2PL

-PH=3×8-2×11=2实例加药泵加药机构9构件4、7、8

参与组成一个转动副和一个移动副8110F＝原动件的数目，运动确定运动副：低副11个，高副0个

活动构件8个，构件9是机架，构件1、8为原动件。移动副3个:（5）（9）（11）⑴⑵⑶⑷⑹⑻⑺⑽(5)(9)(11)转动副8个n：

PL：

PH：F=3n-2PL-PH=681第3节平面机构的自由度

实例681⑷⑸⑹⑺⑴⑵⑻⑼⑶36-28-1=1Ｆ＝原动件的数目，运动确定平面机构的结构分析平面机构的自由度（二）复合铰链、局部自由度和虚约束复合铰链平面机构的自由度

错误正确F=3n-2PL

–PH=3×5-2×6-0=3F=3n-2PL

–PH

=3×5-2×7-0

=1平面机构的自由度

例：两个以上构件同时在一处用转动副相连接称为复合铰链由K个构件构成的复合铰链应当包含(K-1)个转动副第3节平面机构的自由度

自由度F=3n-2PL

-PH=3×7-2×10=17100a)b)d)第3节平面机构的自由度

自由度F=3n-2PL-PH=3×3-2×3-1=2自由度计算结果不合理。滚子的自由度与整个机构的自由度无关，需去除。局部自由度a)滚子凸轮机构

b)实际自由度F=1局部自由度：与输出构件运动无关的自由度在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计！！第3节平面机构的自由度

b)c）a)对心滚子凸轮机构虚约束：重复而对机构不起限制作用的约束第3节平面机构的自由度

合页曲轴虚约束第3节平面机构的自由度

a）平行四边形机构b)c）1234ABCD1234去掉产生虚约束的构件和运动副，再计算自由度。第3节平面机构的自由度

1234EF虚约束平行四边形机构机车车轮1）两构件组成多个转动副，且同轴。第3节平面机构的自由度

1、常见的虚约束2）两构件组成多个移动副，且导路互相平行或重合第3节平面机构的自由度

4）约束加入前后，点的轨迹不变。3）两构件组成高副，多处接触。第3节平面机构的自由度

a）b）c）412351234MNABCD123455）约束加入前后，对传递运动不起独立限制作用的对称部分。带虚约束的对称轮系第3节平面机构的自由度

2、虚约束的本质“重复的约束”或者是“多余的约束”第3节平面机构的自由度

机构中为什么要使用虚约束?使受力状态更合理使机构平衡考虑机构在特殊位置的运动1234MNABCD12345使用虚约束时要注意什么问题?满足虚约束存在的几何条件高的制造精度虚约束不能变成实约束第3节平面机构的自由度

F=3n-2PL-PH

=37-29-1

=2第3节平面机构的自由度

实例F＝原动件的数目，运动确定⑴⑵⑺⑹⑻⑼⑶⑷⑸5123467高副(10)大筛机构

a）b）局部自由度复合铰链虚约束ABCDEFGE′E′′自由度F=3n-2PL-PH=3×6-2×8–1=1虚约束第3节平面机构的自由度

实例⑴⑵⑺⑹⑻1⑶⑷⑸局部自由度625437高副(9）F＝原动件的数目，

运动确定平炉渣口堵塞机构=3×4-2×4–2=2缝纫机送布机构

41235自由度F=3n-2PL

-PH

机构的自由度为2，等于原动件数目，所以运动确定⑷⑶⑵⑴局部自由度虚约束高副(5)高副(6)实例第3节平面机构的自由度

第3