机械设计基础(第五版)讲义1

1、1-1 运动副及其分类运动副及其分类1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 习习 题题平面机构的自由度和速度分析平面机构的自由度和速度分析1-1 运动副及其分类运动副及其分类一、运动副及其分类一、运动副及其分类1. 运动副的定义运动副的定义使两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接。使两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接。2. 运动副的分类运动副的分类平面运动副平面运动副空间运动副空间运动副低副低副高副高副转动副转动副移动副移动副固定铰链固定铰链活动铰链活动铰链转动副：转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。只允许两构件作相对转动，又称作铰链。

2、 a) 固定铰链固定铰链1-1 运动副及其分类运动副及其分类b) 活动铰链活动铰链1-1 运动副及其分类运动副及其分类移动副：移动副：只允许两构件作相对移动。只允许两构件作相对移动。1-1 运动副及其分类运动副及其分类高副：高副： 两构件以点或线接触而构成的运动副。两构件以点或线接触而构成的运动副。凸凸 轮轮 副副1-1 运动副及其分类运动副及其分类齿齿 轮轮 副副1-1 运动副及其分类运动副及其分类空间运动副空间运动副若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。螺螺 旋旋 副副球球 面面 副副1-1 运动副及其分类运动副及其分类

3、1. 转动副转动副一、运动副的表示方法一、运动副的表示方法1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 （a）（b）（c）（d）两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。2. 移动副移动副1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 凸轮、滚子凸轮、滚子画出其全部轮廓画出其全部轮廓齿轮齿轮点划线画出其节圆点划线画出其节圆3. 平面高副平面高副1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 二、构件的表示方法及分类二、构件的表示方法及分类1. 构件的表示方法构件的表示方法2. 构件的分类构件的分类固定构件：机架固定构件：机架原动件：主动件原动件：主动件 从

4、动件从动件1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 三、机构运动简图的绘制步骤三、机构运动简图的绘制步骤分析机构实际构造和运动情况，确定构件的类型和数量分析机构实际构造和运动情况，确定构件的类型和数量确定运动副的类型和数目确定运动副的类型和数目选择恰当的视图选择恰当的视图选取比例尺，根据机构尺寸，定出各运动副间的相对位置选取比例尺，根据机构尺寸，定出各运动副间的相对位置绘制出各运动副、机构符号，表示出各机构，完成运动简图绘制出各运动副、机构符号，表示出各机构，完成运动简图1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 例例1-1 1-1 绘制颚式破碎机的机构运动简图绘制颚式破碎机的机构运动简图1-2

5、 平面机构运动简图平面机构运动简图 例例1-2 绘制内燃机的机构运动简图绘制内燃机的机构运动简图1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 气缸体气缸体1活塞活塞2进气阀进气阀3排气阀排气阀4连杆连杆5曲轴曲轴6凸轮凸轮7顶杆顶杆8齿轮齿轮91-2 平面机构运动简图平面机构运动简图 自由度：构件相对于参考系的独立运动。自由度：构件相对于参考系的独立运动。一、自由度一、自由度1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 二、平面运动副对构件的约束二、平面运动副对构件的约束运动副类运动副类型型示意图示意图引入约束引入约束失去自由度失去自由度保留自由度保留自由度转动副转动副2个个约束两个移动的约束两个移动

6、的自由度自由度2个个1个个转动的自由度转动的自由度移动副移动副2个个约束沿一轴方向的约束沿一轴方向的移动移动约束在平面内转动约束在平面内转动2个个1个个沿另一轴移动的沿另一轴移动的自由度自由度高高 副副1个个约束沿接触处公法约束沿接触处公法线线n-n方向的移动方向的移动1个个2个个沿接触处公切线沿接触处公切线t-t方向移动的自由方向移动的自由度绕接触处传动度绕接触处传动的自由度的自由度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1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 三、平面机构的自由度三、平面机构的自由度hl23ppnf式中：式中： n 活动件个数活动件个数 pl 低幅个数低幅

7、个数 ph 高副个数高副个数1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 例例1-3 计算颚式破碎机机构的自由度计算颚式破碎机机构的自由度活动件个数活动件个数 n=3低幅个数低幅个数 pl=4高副个数高副个数 ph=01423323hlppnf1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 例例1-4 1-4 计算图示机构的自由度计算图示机构的自由度活动件个数活动件个数 n=2低幅个数低幅个数 pl=2高副个数高副个数 ph=111222323hlppnf1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 三、平面机构具有确定运动的条件三、平面机构具有确定运动的条件n=2，pl=3，ph=003223fn=3，p

8、l=5，ph=015233fn=3，pl=4，ph=014233fn=4，pl=5，ph=025243f1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 1) f0讨论：讨论：机构不能动机构不能动2) f0，原动件数，原动件数0，原动件数，原动件数f 机构将卡死或损坏机构将卡死或损坏 4) f0，原动件数，原动件数=f 机构具有确定的运动机构具有确定的运动 v 机构具有确定运动条件：机构具有确定运动条件： 机构运动的可能性，机构运动的可能性，自由度自由度f0。 机构运动的确定性，自由度机构运动的确定性，自由度f=原动件原动件(主动件主动件)数数。1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 四、计算平面机

9、构自由度的注意事项四、计算平面机构自由度的注意事项1. 复合铰链复合铰链活动构件的个数活动构件的个数 n=5 计算右图所示机构的自由度计算右图所示机构的自由度 低副均为转动副，则低副均为转动副，则pl= 6 没有高副，即没有高副，即ph= 0 3625323hlppnf但是，实际上该机构的自由度应该为但是，实际上该机构的自由度应该为1，而不是，而不是3。 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 复合铰链复合铰链 两个以上构件同时在一处用转动副相连两个以上构件同时在一处用转动副相连 接就构成了复合铰链。接就构成了复合铰链。 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 处理方法：处理方法：k个构件

10、汇交而成的复合铰链具有个构件汇交而成的复合铰链具有 (k-1)个转动副。个转动副。 例例1-5 计算图示圆盘锯主体机构的自由度计算图示圆盘锯主体机构的自由度n=7 pl= 10 (a、c、d、f为复合铰链为复合铰链)ph= 0 11027323hlppnf1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 2. 局部自由度局部自由度21323323hlppnf11222323hlppnf1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 局部自由度局部自由度 机构中某些构件所具有的自由度仅与其自机构中某些构件所具有的自由度仅与其自 身的局部运动有关，并不影响其他构件身的局部运动有关，并不影响其他构件的的 运动，称

11、为局部自由度或多余自由度。运动，称为局部自由度或多余自由度。 处理方法：处理方法：计算自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件计算自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件 焊成一体，视为一个构件。焊成一体，视为一个构件。 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 3. 虚约束虚约束 是重复约束或对机构运动不起限制作用的约束，是重复约束或对机构运动不起限制作用的约束，又叫消极约束。又叫消极约束。 意义：意义：增加构件的刚度、使构件受力均衡；增加构件的刚度、使构件受力均衡；要求制造精度高，加工误差大可能会将虚约束变成要求制造精度高，加工误差大可能会将虚约束变成实际约束。实际约束。处理方法：处理方法：计算自

12、由度时，应将虚约束去除，将产生虚约束的构件计算自由度时，应将虚约束去除，将产生虚约束的构件及该构件有关的运动副去除不计。及该构件有关的运动副去除不计。 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 虚约束的常见情况虚约束的常见情况 两构件之间组成多个移动副，且其导路互相平行或重合两构件之间组成多个移动副，且其导路互相平行或重合 时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。 带虚约束的凸轮机构带虚约束的凸轮机构1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一

13、个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。 带虚约束的曲轴带虚约束的曲轴同轴转动副同轴转动副1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 机构中对运动起重复限制作用的对称部分，传递运机构中对运动起重复限制作用的对称部分，传递运 动不起独立作用。动不起独立作用。 带虚约束的行星轮系带虚约束的行星轮系1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 存在一个构件同两个以上构件组成运动副，而其中存在一个构件同两个以上构件组成运动副，而其中 任意两个都使该构件运动轨迹相同。任意两个都使该构件运动轨迹相同。 带虚约束的杆机构带虚约束的杆机构 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度

14、 小结：小结： kk11 1. . 存存在在于于转转动动副副处处复复合合铰铰链链: : 2 2. . 正正确确处处理理方方法法：复复合合铰铰链链处处有有 个个构构件件 则则有有个个转转动动副副. . 1 1. . 常常发发生生在在为为减减小小高高副副磨磨损损而而将将滑滑动动摩摩擦擦 变变为为滚滚动动摩摩擦擦所所增增加加的的滚滚子子处处局局部部自自由由度度2 2. . 正正确确处处理理方方法法：计计算算自自由由度度时时将将局局部部自自 由由度度减减去去 1 1. . 存存在在于于特特定定的的几几何何条条件件或或结结构构条条件件下下虚虚约约束束: : 2 2. . 正正确确处处理理方方法法：将将引

15、引起起虚虚约约束束的的构构件件 和和运运动动副副除除去去不不计计. . 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 1-1 计算大筛机构的自由度，并指出机构运动简图中复计算大筛机构的自由度，并指出机构运动简图中复 合铰链、局部自由度、虚约束。合铰链、局部自由度、虚约束。 f处为局部自由度处为局部自由度 n=7 c为复合铰链为复合铰链ph=1 pl=9e处为虚约束处为虚约束 21927323hlppnf 习习 题题1-2 计算锯木机机构的自由度，并指出机构运动简图中计算锯木机机构的自由度，并指出机构运动简图中 的复合铰链、局部自由度、虚约束。的复合铰链、局部自由度、虚约束。 (书中课后习书中课后习

16、 题题1-6) 1个局部自由度个局部自由度n = 8 pl= 11 ph= 1 111128323hlppnf 习习 题题1-3 计算图示机构的自由度，并指出机构运动简图中的计算图示机构的自由度，并指出机构运动简图中的 复合铰链、局部自由度、虚约束。复合铰链、局部自由度、虚约束。 3个复合铰链个复合铰链n = 6 pl= 7ph= 3 13726323hlppnf 习习 题题1-4 计算图示机构的自由度，并指出机构运动简图中的计算图示机构的自由度，并指出机构运动简图中的 复合铰链、局部自由度、虚约束。复合铰链、局部自由度、虚约束。 1个复合铰链个复合铰链n = 4 pl= 5ph= 1 11524323hlppnf 习习 题题1-5 计算图示机构的自由度，并指出机构运动简图中的计算图示机构的自由度，并指出机构运动简图中的 复合铰链、局部自由度、虚约束。复合铰链、局部自由度、虚约束。 1个局部自由度个局部自由度n = 6 pl= 8ph= 1 1个虚约束个虚约束11826323hlppnf 习习 题题1-6 计算图示机构的自由度，并指出机构运动简图中计算图示机构的自由度，并指出机构运动简图中 的复合铰链、局部自由度、虚约束。的复合铰链、局部自由度、虚约