机械原理-2平面机构的组成

1、 2-1 平面机构的组成平面机构的组成 2-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 2-3 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算 2-4 平面机构的组成与结构分析平面机构的组成与结构分析按组成机构的各构件之间的相对运动分：按组成机构的各构件之间的相对运动分：平面机构平面机构各构件的运动平各构件的运动平面相互平行面相互平行各构件不在平行各构件不在平行平面内运动平面内运动蜂窝煤系统空间机构空间机构一、构件一、构件构件构件是机器中运动的单元。是机器中运动的单元。( (不考虑材质、几何尺寸等不考虑材质、几何尺寸等) )零件零件是加工制造的单元。是加工制造的单元。n由一个或几个零件组合而成的刚性结构。

2、由一个或几个零件组合而成的刚性结构。机构中每一个机构中每一个独立运动的单元体独立运动的单元体称为称为构件构件。(a) 连杆连杆(c) 凸轮凸轮 (d) 齿轮齿轮常见构件的三维常见构件的三维几何形状几何形状(b) 滑块滑块1.1.构件构件的形状的形状2.2.构件的分类构件的分类固定件固定件( (机架机架) )：用来支承活动构件的构件。：用来支承活动构件的构件。原动件原动件( (主动件主动件) )：机构中按给定的运动规律运动的构件。：机构中按给定的运动规律运动的构件。从动件从动件：机构中随原动件的运动而运动的其它活动构件。：机构中随原动件的运动而运动的其它活动构件。 根据构件在根据构件在传递机构运

3、动过程中的作用传递机构运动过程中的作用，可将构，可将构件分为三大类：件分为三大类：随意堆砌的构件能组成机构吗？随意堆砌的构件能组成机构吗？运动副：运动副：两构件两构件直接接触直接接触而而又能又能产生产生相对运动相对运动的的可动联接。可动联接。运动副元素：运动副元素：构成运动副的表面（点、线、面）构成运动副的表面（点、线、面）运动副的破坏：运动副的破坏：若该两表面不再接触，则此运若该两表面不再接触，则此运动副就随之而消失动副就随之而消失, ,称之为运动副的破坏称之为运动副的破坏n按接触情况分：按接触情况分：低副：两构件以低副：两构件以(面面)接触，且具有一定形式的相对运动时接触，且具有一定形式的

4、相对运动时高副：高副：两构件以两构件以( (点点、线线) )接触，且具有一定形式的相对运动时接触，且具有一定形式的相对运动时n按相对运动分：按相对运动分：转动副转动副（回转副、铰链）、（回转副、铰链）、移动副移动副、螺旋副螺旋副、球面副球面副等等n按运动空间分：按运动空间分：平面运动副、空间运动副平面运动副、空间运动副常见常见运动运动副副、构件构件、机构机构的的表表示方法示方法按组成机构的各构件之间的相对运动是平面运动还按组成机构的各构件之间的相对运动是平面运动还是空间运动分：是空间运动分：平面机构平面机构各构件的运动平面相互平行各构件的运动平面相互平行空间机构空间机构各构件不在平行平面内运动

5、各构件不在平行平面内运动按组成机构的各构件之间的运动副分：按组成机构的各构件之间的运动副分：低副机构低副机构所有运动副都是低副所有运动副都是低副高副机构高副机构机构中具有高副机构中具有高副一、机构运动简图一、机构运动简图n定义：用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件定义：用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构，并按一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图形。的简明图形。它与原机械具有完全相同的运动特性。它与原机械具有完全相同的运动特性。n机构示意图：不严格按比例绘制的结构简图。机构示意图：不严格按比例绘制的结构简图。n用途：

6、分析现有机械，构思设计新机械。用途：分析现有机械，构思设计新机械。牛头刨床实物牛头刨床实物1，牛头刨牛头刨2 ，牛头刨牛头刨3牛头刨床简图牛头刨床简图1 1）分析机构的运动情况，认清）分析机构的运动情况，认清固定件固定件、原动件原动件和和从动件从动件，确定构件数目；，确定构件数目；2 2）从）从原动件原动件开始，按开始，按运动的传递顺序运动的传递顺序，分析各，分析各相邻构件之间相对运动的性质，确定相邻构件之间相对运动的性质，确定运动副运动副的的类类型和数目型和数目；3 3）选选机构的运动平面为机构的运动平面为投影面投影面；4 4）选选择适当择适当比例尺比例尺（= =实际尺寸实际尺寸/ / 图上

7、尺寸）图上尺寸）, ,根据各运动副的根据各运动副的相对位置和构件长度相对位置和构件长度，用，用构件和构件和运动副运动副的的符号符号绘出机构运动简图；绘出机构运动简图；5 5）在）在原动件原动件上标出指示运动方向的上标出指示运动方向的箭头箭头, ,标出比标出比例尺例尺, ,标出构件标出构件（数字表示）（数字表示）和运动副和运动副（大写字母表示）（大写字母表示）。四杆机构四杆机构例2 简式破碎机简式破碎机绘图过程绘图过程一、平面机构自由度的计算一、平面机构自由度的计算 活动构件数目活动构件数目低副的数目低副的数目高副的数目高副的数目F=3n -2PL-1PH机构自由度机构自由度: 机构具有独立运动

8、参数的数目一个自由刚体在平面内的运动有哪些？一个自由刚体在平面内的运动有哪些？水平水平垂直垂直转动转动构件的自由度：构件的自由度：构件具有独立运动的数目构件具有独立运动的数目AxyOxA, yA构件的自由度构件的自由度高副：减少一个自由度高副：减少一个自由度点、线接触：限制法向移动。点、线接触：限制法向移动。n低副低副：转动副、移动副：转动副、移动副不同运动副对机构自由度的影响不同运动副对机构自由度的影响n高副高副：低副：减少两个自由度低副：减少两个自由度转动副：限制两个移动。转动副：限制两个移动。移动副：限制一个移动和一个转动。移动副：限制一个移动和一个转动。一、平面机构自由度的计算一、平面

9、机构自由度的计算 活动构件数目活动构件数目低副的数目低副的数目高副的数目高副的数目F=3n -2PL-1PHF=3n-2PL-PH =33-24-0=1F=3n-2PL-PH =33-24-0=1二维动画二维动画1O1B54C6FA23EDF=3n-2PL-PH =35-27-0=1F=3n-2PL-PH =36-28-1=1牛头刨牛头刨3F= 3n-2PL-PH =33-24-0=1当当F F 0 0时时原动件数原动件数= =F F：确定运动确定运动原动件数原动件数F F: : 机构被破坏机构被破坏Fa=3n-2PL-PH =32-23-0=0不能动不能动( (静定结构静定结构) )Fb=

10、3n-2PL-PH =33-25-0=-1不能动不能动（超静定结构）（超静定结构）当当F F 00时时机构不能运动机构不能运动三杆机构三杆机构 F= 3n-2PL-PH =34-25-0=2当当F F 0 0时时原动件数原动件数= =F F：确定运动确定运动原动件数原动件数F F: : 运动不确定运动不确定五杆机构五杆机构（动画）（动画） 若机构自由度若机构自由度0，则机构不能动：，则机构不能动：F=0，静定结构；，静定结构；F0，且小于原动件数：则构件间不能运动或产生，且小于原动件数：则构件间不能运动或产生破坏。破坏。若若0，且大于原动件数：则构件间的运动是不确定，且大于原动件数：则构件间的

11、运动是不确定的。的。若若0，且与原动件数相等：则机构各构件间的相对，且与原动件数相等：则机构各构件间的相对运动是确定的，这就是运动是确定的，这就是机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件。即：机构的原动件数目等于机构的自由度数目。即：机构的原动件数目等于机构的自由度数目。F=3n-2PL-PH =36-28-1=1F F 0,0,原动件数原动件数= =F F, ,运动是确定的。运动是确定的。F=3n-2PL-PH =33-24-0=1锯床进给机构锯床进给机构F=3n-2PL-PH =37-26-0=9三、计算平面机构自由度的注意事项三、计算平面机构自由度的注意事项F=9 ?12345678

12、n=7, PL=6, PH=0复合铰链复合铰链：两个以上的构件在同一处用转动副联接，便形：两个以上的构件在同一处用转动副联接，便形成复合铰链成复合铰链 三、计算平面机构自由度的注意事项三、计算平面机构自由度的注意事项复合铰链运动副处的计算方法：复合铰链运动副处的计算方法：k个构件形成的复合铰链的实个构件形成的复合铰链的实际转动副数目为际转动副数目为(k-1)B231231F=3n-2PL-PH =37-210-0=1三、计算平面机构自由度的注意事项三、计算平面机构自由度的注意事项例例1-6 锯床进给机构锯床进给机构2R 2R2R2R1R1Rn=7, PL=10, PH=012345678局部自

13、由度：局部自由度：与整个机构运与整个机构运动无关的局部运动的自由度动无关的局部运动的自由度处理局部自由度的方法处理局部自由度的方法: : 将局部自由度除去不计：将局部自由度除去不计：焊焊接法接法( (即将滚子与所连接构件作为即将滚子与所连接构件作为一个活动构件一个活动构件) )F=3n-2PL-PH =33-23-1=2F=3n-2PL-PH =32-22-1=1F=2 ?4说明：说明：局部自由度虽然不影响整个机械的运局部自由度虽然不影响整个机械的运动，但可将滑动摩擦变为滚动摩擦，从而大动，但可将滑动摩擦变为滚动摩擦，从而大大减轻磨损，在实际机器当中经常采用。大减轻磨损，在实际机器当中经常采用

14、。机车车轮联动机构机车车轮联动机构 动画动画虚约束动画虚约束动画F=3n-2PL-PH =34-26-0=0F=0 ?对运动不起独立限制作对运动不起独立限制作用的约束称为用的约束称为虚约束。虚约束。处理虚约束方法：剔除不计处理虚约束方法：剔除不计F=3n-2PL-PH =33-24-0=1机车车轮联动机构机车车轮联动机构 动画动画(即将存在虚约束的构件撤除即将存在虚约束的构件撤除)序序号号 虚约束出现的场合虚约束出现的场合 举举 例例 消除办法消除办法 1 1重复轨迹重复轨迹 两构件用回转副两构件用回转副相联的联接点各自相联的联接点各自的轨迹在联接前后的轨迹在联接前后重合重合( (距离保持恒距

15、离保持恒定定) )，存在虚约束，存在虚约束 将含有虚约束将含有虚约束的构件和其引入的构件和其引入的运动去掉（如的运动去掉（如图图中的构件中的构件5和转和转动副动副E、F） 2 2重复移动副重复移动副 两构件组成多个两构件组成多个导路平行或重合的导路平行或重合的移动副时，存在虚移动副时，存在虚约束约束 只算一个移动只算一个移动副副D，其余的移动其余的移动副副(D)都视为虚约都视为虚约束去掉束去掉序序号号 虚约束出现的场合虚约束出现的场合 举举 例例 消除办法消除办法 3 3重复回转副重复回转副 两构件组成多个两构件组成多个轴线重合的回转副轴线重合的回转副时，存在虚约束时，存在虚约束 只算一个回转

16、副只算一个回转副B，其余的回转副其余的回转副（如（如B）都视为都视为虚约束去掉虚约束去掉 4 4重复高副重复高副 两构件组成多个两构件组成多个接触处公法线彼此接触处公法线彼此重合平面高副时，重合平面高副时，存在虚约束存在虚约束 只算一个平面高只算一个平面高副副A，其余的平面其余的平面高副高副(如如A)都视为都视为虚约束去掉虚约束去掉 序序号号 虚约束出现的场合虚约束出现的场合 举举 例例 消除办法消除办法 5 5重复结构重复结构 对机构传递运动对机构传递运动不起独立作用的重不起独立作用的重复部分，存在虚约复部分，存在虚约束束 只有一个构件只有一个构件2参与运动的传递，参与运动的传递，其余的对称

17、结构其余的对称结构不计（如图中的不计（如图中的齿轮齿轮2） 2个高副，相当于个高副，相当于1个转动副个转动副(a)12(b)122个高副，相当于个高副，相当于1个移动副个移动副一般高副情况一般高副情况1.1.采用虚约束是为了采用虚约束是为了改善改善构件的构件的受力受力情况；情况；传递传递较大功率较大功率；或；或满足满足某种某种特殊需要特殊需要。2.2.机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些的，如果这些几何条件不满足几何条件不满足，则虚约束将变，则虚约束将变成成有效约束有效约束，而使机构不能运动。，而使机构不能运动。3.3.在设计机械时，若为

18、了某种需要而必须使用虚在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则必须严格保证设计、加工、装配的约束时，则必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所需的几何条件。精度，以满足虚约束所需的几何条件。虚约束总结虚约束总结F=3n-2PL-PH =37-29-1=2n=7, PL=9, PH=12BACD145663F=3n-2PL-PH =34-25-1=1n=4, PL=5, PH=1F=3n-2PL-PH =35-27-0=1654321F=？n=5, PL=7, PH=019764385k12k2C1C2D2E2D1E1BO1A10yxF=3n-2PL-PH =39-213-0=1n=9, PL=13, PH=0 B处为局部自由度处为局部自由度; E处为复合铰链处为复合铰链 F3n2PL1PH 36281 1 n=6, PL=8, PH=1小轮小轮2处存在局部自由度；处存在局部自由度；C处与处与D处之一是虚约束处之一是虚约束 n=4, PL=5, PH=1F3n(2PL+1PH) 34(25+1) 1 局部自由度局部自由度虚约束虚约束小轮小轮G处存在局部自由度；处存在局部自由度；D为