第一章平面机构的自由度

1、机械设计基础,任课教师：石志新,南昌大学机电工程学院,第一章,平面机构的自由度,1-1,运动副及其分类,1-2,平面机构运动简图,1-3,平面机构的自由度,平面机构,所有构件都在同一平面或相互平行的平,面内运动的机构，目前工程中常见的机构大多属于平,面机构,空间机构：至少有两个构件能在三维空间中相对运动,讨论机构满足什么条件构件间才具有确定的相对运动,对于分析现有机构或设计新机构都很重要,工程设计中，通常都用简单线条和符号绘制的机构运,动简图来表示实际机械,1-1,运动副及其分类,自由度：具有的独立运动,称为构件的自由度,一个作平面运动的自由构,件有三个自由度,运动副：两构件,直接接触,并,能

2、产生,定,运动,的,联接,接触方式有哪些,点、线、面,高副,两构件通过点或线接触组成的运动副,低副,两构件通过面接触组成的运动副,低副,两构件通过面接触组成的运动副，包括,转动副,和,移动副,转动副,组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动,铰,链,移动副,组成运动副的两个构件只能沿某一轴线相对移动,图,1-2,转动副,图,1-3,移动副,高副,两构件通过点或线接触组成的运动副,图,1-4,平面高副,空间运动副：两构件间的相对运动是空间运动,图,1-5,球面副和螺旋副,1-2,平面机构运动简图,机构运动简图,用规定的符号和线条按一定的比例表示,构件和运动副的相对位置，并能完全反映机构特征的简

3、图,运动副的符号,图,1-6,平面运动副的表示方法,齿轮副,2,2,1,1,凸轮副,构件的表示,两转动副构件,一个转动副,和一个移动副,GB4460-84,机构运动简图符号,刚性整体,三个转动副,构件的分类,机构中的构件分为三类,1,固定构件,机架,用来支承活动构件,运动,构件,的构件，如汽缸体,2,原动件,主动件,运动规律己知的活动构,件。（输入构件），如活塞,3,从动件：随原动件的运动而运动的其余活,动构件，其中输出预期运动的从动件称为输出,构件，其他从动件则起传递运动的作用。如连,杆、曲轴，曲轴是输出构件，连杆是用于传递,运动的从动件,如何绘制机构运动简图,步,1,认清机架、输入构件、输

4、出构件,步,2,分清构件并编号。从原动件开始，循运动的传递路线，将,构件编号为,1,2,3,步,3,认清运动副并编号。根据相对运动形态或运动副元素形状,分析运动副类型，并依次编号,A,B,C,步,4,恰当选择作图投影面,步,5,绘制机构运动简图。以机架为参考坐标系，按比例，用简,单的符号和线条表示构件和运动副的相对位置，并标上相应的数,字和字母,实际尺寸,m,l,图上尺寸,mm,注：同一机构在不同投影面绘制的机构运动简图不同,举例,绘制图,1-8a,所示,颚式破碎机,的机构运动简图,颚式破碎机,图,1,9,活塞泵及其机构运动简图,活塞泵,偏心轮机构,缝纫机机构,送料机机构,十字滑块联轴器,1-

5、3,平面机构的自由度,一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。即沿,x,轴,y,轴的移动,在,xOy,平面内的转动,转动副，约束了两个移动自由度，保留一个转动自由度,移动副，约束了沿一轴方向的移动自由度和在平面内的转动自由度,度，保留沿另一轴方向移动自由度,高副，约束了沿接触处公法线,n,n,方向移动的自由度，保留,绕接触处转动和沿接触处公切线,t,t,方向移动两个自由度,总结一下：在平面机构中，一个低副引入两个约束，使构件,失去两个自由度；一个高副引入一个约束，使构件失去一个,自由度,平面机构自由度的计算,设：平面机构共有,K,个构件,固定构件,1,个,活动构件数为,n=K,l,自由度总数为

6、,3n,低副数,P,L,个,高副数,P,H,个,平面机构的自由度,记之,F,3,n,2,P,L,P,H,举例,颚式破碎机,的机构自由度,解,在颚式破碎机主体机构中，活动构件,n,3,包含四个转动副,P,L,4,没有高副,P,H,0,该机构的,自由度数为,F,3,n,2,P,L,P,H,3,3,2,4,1,该机构具有一个原动件,曲轴,2,原动件数与机构的自由度相等,解：活塞泵的活动构件,n,4,五,个低副,四个转动副和一个移动,副,P,L,5,，一个高副,P,H,1,自由,度数,F,3,4-2,5-1,1,机构的自由度与原动件,曲柄,1,数,相等,图,1-10,原动件数,F,图,1-11,原动件

7、数,F,图,1-12 F=0,的构件组合,F,12,10,2,F,9,8,1,F,12,12,0,机构具有确定运动的条件是什么,机构具有确定运动的条件是,F0,且,F,等于原动件数,F0,构件间无相对运动，不成为机构,原动件数,F,运动确定,F0,原动件数,F,运动不确定,原动件数,F,机构破坏,计算自由度,计算机构自由度的注意事项,复合铰链,局部自由度,虚约束,复合铰链,两个以上的构件同时在一处用转动副,相联接构成复合铰链,K,个构件,汇交而成的复合铰,链应具有,K-1,个转动副,正确,F,3,7-2,10=1,机构运动确定,局部自由度,或多余自由度,机构中常出现一种与输出,构件运动无关的自由度,在计算机构自由度时,应予排除,正确,F,3,2-2,2-1=1,机构运动确定,虚约束,重复而对机构运动不起限制作用的约束,计算机构自由度时应将产生,虚约束,的构件和运动副,除去不计,对称结构的虚约束,正确,F,3,3-2,2,1=1,机构运动确定,举例,计算图,1-17a,所示大筛机构的自由度,解,机构中的滚子有一个局部自由度，顶杆与机架在,E,和,E,组成两个导路平行,的移动副，其中之一为虚约束,C,处是复合铰链，将滚子与顶杆焊成一体，去,掉移动副,E,并在,C,点注明转动副数,如图,1-17b,所