第9单元平面机构的结构分析

1、Copyright 机械工业出版社机械工业出版社机械基础机械基础 平面机构的结构分析平面机构的结构分析机械工业出版社机械工业出版社案例导入牛头刨床牛头刨床牛头刨床机构运动简图牛头刨床机构运动简图 牛头刨床是刨削类机床中应用较广的一种机床，图牛头刨床是刨削类机床中应用较广的一种机床，图9-19-1为牛头刨床传为牛头刨床传动示意图。动示意图。本单元将以牛头刨床作为载体，学习正确分析平面机构的本单元将以牛头刨床作为载体，学习正确分析平面机构的结构、绘制平面机构运动简图及判断平面机构的运动确定性，将通过结构、绘制平面机构运动简图及判断平面机构的运动确定性，将通过大量的工程实际案例进行相关能力的训练。大

2、量的工程实际案例进行相关能力的训练。 机械工业出版社机械工业出版社案例导入机械工业出版社机械工业出版社平面机构的结构分析平面机构的结构分析构件和运动副构件和运动副1平面机构运动简图平面机构运动简图2机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件3 综合案例分析综合案例分析4 课堂练习课堂练习5机械工业出版社机械工业出版社学习目标 掌握构件、运动副的概念，能识掌握构件、运动副的概念，能识别并掌握代表常用构件及运动副的简别并掌握代表常用构件及运动副的简图符号图符号 熟练掌握平面熟练掌握平面机构机构和简单机和简单机械装置械装置运动简图的绘制运动简图的绘制 熟练掌握平面机构自由的计算，熟练掌握平

3、面机构自由的计算，并判断机构是否具有确定的相对运动并判断机构是否具有确定的相对运动机械工业出版社机械工业出版社学习重点和难点学习重点和难点 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制 平面机构自由度计算及几种平面机构自由度计算及几种特殊情况处理特殊情况处理机械工业出版社机械工业出版社9.1 9.1 构件和运动副构件和运动副基本概念：基本概念： 平面机构平面机构：若组成机构的：若组成机构的所有构件都在同一平面或相所有构件都在同一平面或相互平行的平面中运动，则该机构称为互平行的平面中运动，则该机构称为平面机构平面机构。 飞机的发动机飞机的发动机测量仪表机构测量仪表机构机械工业出版社机械工业出版社

4、9.1 9.1 构件和运动副构件和运动副 空间机构：空间机构：各构件不在同一平面或相互平行的平面内各构件不在同一平面或相互平行的平面内运动的机构，称为运动的机构，称为空间机构空间机构。 电阻打弯机电阻打弯机送料机构送料机构机械工业出版社机械工业出版社9.1 9.1 构件和运动副构件和运动副 9 9.1.1 .1.1 构件的自由度构件的自由度 构件的自由度：构件的自由度：构件作独立运动的可能性，称为构件构件作独立运动的可能性，称为构件的自由度。的自由度。 一个在平面内自由运动的构件有三个自由度一个在平面内自由运动的构件有三个自由度，可用可用x、y、表示。表示。 机械工业出版社机械工业出版社9.1

5、 9.1 构件和运动副构件和运动副9.1.2 9.1.2 运动副和约束运动副和约束 1. 1. 运动副运动副：由：由两构件直接接触并能产生一定相对运动两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接的联接，称为，称为运动副运动副。 2.2.约束约束：运动副限制了两个构件间的某些独立运动的：运动副限制了两个构件间的某些独立运动的可能性，可能性，这种限制就称为这种限制就称为约束约束。测量仪表机构测量仪表机构飞机发动机飞机发动机机械工业出版社机械工业出版社9.1 9.1 构件和运动副构件和运动副9.1.3 9.1.3 运动副的分类运动副的分类 根据组成运动副两构件之间的接触几何特征，运动副可分为低副根据组成

6、运动副两构件之间的接触几何特征，运动副可分为低副和高副。和高副。 1.1.低副低副 概念：概念：两构件通过面接触构成的运动副称为两构件通过面接触构成的运动副称为低副低副。每个低副有两个。每个低副有两个约束。约束。 按按两构件间的相对运动形式，两构件间的相对运动形式，低副又分为低副又分为移动副移动副和和转动副转动副。 移动副移动副转动副转动副机械工业出版社机械工业出版社9.1 9.1 构件和运动副构件和运动副（1 1）转动副转动副：两构件只能做相对转动的运动副。两构件只能做相对转动的运动副。 转动副的符号转动副的符号：用小圆表示，小圆中心代表转动轴线：用小圆表示，小圆中心代表转动轴线的位置。的位

7、置。若构件代表机架则在构件上画上斜线。若构件代表机架则在构件上画上斜线。转动副的符号表示转动副的符号表示机械工业出版社机械工业出版社9.1 9.1 构件和运动副构件和运动副（2 2）移动副移动副：两构件只能做相对移动的运动副。两构件只能做相对移动的运动副。 移动副符号移动副符号：用直线表示移动导路或其中心线的位置。：用直线表示移动导路或其中心线的位置。移动副符号表示移动副符号表示机械工业出版社机械工业出版社9.1 9.1 构件和运动副构件和运动副 2. 2.高副高副 概念：概念：两构件呈现点、线接触的运动副称为高副。高副用两构件在两构件呈现点、线接触的运动副称为高副。高副用两构件在直接接触处的

8、轮廓表示，每个高副有一个约束。直接接触处的轮廓表示，每个高副有一个约束。注意：注意：画高副时，对于凸轮、滚子，习惯上画出全部的轮廓；对于画高副时，对于凸轮、滚子，习惯上画出全部的轮廓；对于齿轮，常画点画线画出其节圆齿轮，常画点画线画出其节圆机械工业出版社机械工业出版社9.1 9.1 构件和运动副构件和运动副想一想想一想 练一练练一练 请判断下列机构何处存在低副、高副？请判断下列机构何处存在低副、高副？液压夹具液压夹具牛头刨床牛头刨床机械工业出版社机械工业出版社工程案例分析与思考工程案例分析与思考想一想想一想 练一练练一练 如图所示为送料机构，为了对该机构进行运动分析，如图所示为送料机构，为了对

9、该机构进行运动分析，需用先判断各构件之间的运动副类型，请问何处存在低副、需用先判断各构件之间的运动副类型，请问何处存在低副、高副？高副？机械工业出版社机械工业出版社9.1 9.1 构件和运动副构件和运动副9.1.4 9.1.4 构件的分类构件的分类 1.1.机构中的构件可分为三类：机构中的构件可分为三类： （1 1）固定件）固定件（机架）机架）：是用来支承着活动构件的构件。：是用来支承着活动构件的构件。（如缝纫机脚踏机构中的如缝纫机脚踏机构中的AD构件构件） 机械工业出版社机械工业出版社9.1 9.1 构件和运动副构件和运动副 （2 2）原动件原动件：是运动规律已知的活动构件，它的运动：是运动

10、规律已知的活动构件，它的运动是由外界输入的，故又称为输入构件。是由外界输入的，故又称为输入构件。（如缝纫机脚踏机如缝纫机脚踏机构中的构中的CD构件构件） （3 3）从动件从动件：是机构中随原动件运动而运动的其余活：是机构中随原动件运动而运动的其余活动构件。动构件。（如缝纫机脚踏机构中的如缝纫机脚踏机构中的CB、BA构件构件） 机械工业出版社机械工业出版社9.1 9.1 构件和运动副构件和运动副 2.2.机构运动简图中构件的表示法机构运动简图中构件的表示法（机构运动简图符号见表（机构运动简图符号见表9-19-1）二运动副构件二运动副构件 三运动副构件三运动副构件 机械工业出版社机械工业出版社9.

11、2 9.2 平面机构运动简图平面机构运动简图 1. 1.机构运动简图的概念机构运动简图的概念 （1 1）机构运动简图机构运动简图 撇开实际机构中与运动无关的因素，用简单的线条和符号表示构撇开实际机构中与运动无关的因素，用简单的线条和符号表示构件和运动副，并按件和运动副，并按一定的比例一定的比例定出各运动副的相对位置，表示机构各构定出各运动副的相对位置，表示机构各构件间真实运动关系的图，称为件间真实运动关系的图，称为机构运动简图机构运动简图。 缝纫机脚踏机构缝纫机脚踏机构机械工业出版社机械工业出版社9.2 9.2 平面机构的运动简图平面机构的运动简图（2 2）机构示意图机构示意图 没有按一定比例

12、没有按一定比例表示出各运动副间准确的相对位置，表示出各运动副间准确的相对位置，只能表示机构组合方式的机构图称为只能表示机构组合方式的机构图称为机构示意图机构示意图。 剪刀机构剪刀机构搅拌机构搅拌机构机械工业出版社机械工业出版社9.2 9.2 平面机构的运动简图平面机构的运动简图 2. 2. 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制 （1 1）比例尺的概念）比例尺的概念 （2 2）比例的概念）比例的概念 mmml构件的图示长度构件的实际长度mmmM构件的实际长度构件的图示长度机械工业出版社机械工业出版社9.2 9.2 平面机构的运动简图平面机构的运动简图 3. 3.平面机构运动简图绘制的一般

13、步骤平面机构运动简图绘制的一般步骤 1）分析机构运动的传递情况，找出机架、原动件和从动件；）分析机构运动的传递情况，找出机架、原动件和从动件； 2 2）从原动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件间的运）从原动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件间的运动形式，从而确定构件和运动副的数目和类型；动形式，从而确定构件和运动副的数目和类型；颚式破碎机颚式破碎机机械工业出版社机械工业出版社9.2 9.2 平面机构的运动简图平面机构的运动简图 3 3）测量各运动副间的相对位置；）测量各运动副间的相对位置； 4 4）选择适当的视图平面和原动件位置，以便清楚地表）选择适当的视图平面和原动件位置，以便清楚地

14、表达各构件间的运动关系。平面机构通常选择与构件运动平达各构件间的运动关系。平面机构通常选择与构件运动平行的平面作为投影面。行的平面作为投影面。颚式破碎机颚式破碎机机械工业出版社机械工业出版社9.2 9.2 平面机构的运动简图平面机构的运动简图 5）选择适当的比例尺）选择适当的比例尺l，按照各运动副间的距离和，按照各运动副间的距离和相对位置，用简单的线条和运动副符号画出机构运动简相对位置，用简单的线条和运动副符号画出机构运动简图。图。 mmml构件的图示长度构件的实际长度机械工业出版社机械工业出版社9.2 9.2 平面机构运动简图平面机构运动简图 案例案例9-1 绘出绘出如图如图9-7a所示抽水

15、唧筒机构的运动简图。所示抽水唧筒机构的运动简图。 机械工业出版社机械工业出版社9.2 9.2 平面机构的运动简图平面机构的运动简图想一想想一想 练一练练一练 请画出请画出汽车发动机罩壳汽车发动机罩壳、手摇打气筒的机构示意图、手摇打气筒的机构示意图汽车发动机罩壳汽车发动机罩壳手摇打气筒手摇打气筒机械工业出版社机械工业出版社9.2 9.2 平面机构的运动简图平面机构的运动简图答案：答案：汽车发动机罩壳机构示意图汽车发动机罩壳机构示意图手摇打气筒机构示意图手摇打气筒机构示意图机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 机构自由度机构自由度：是指机

16、构相对于机架所具有的独立运动：是指机构相对于机架所具有的独立运动的数目。的数目。 剪刀机构剪刀机构铰链五杆机构铰链五杆机构机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件9 9.3.1 .3.1 平面机构具有确定相对运动的条件平面机构具有确定相对运动的条件 1.1.平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算式中：式中：F平面机构的自由度数平面机构的自由度数 n机构中机构中活动活动构件个数构件个数 PL机构中低副的个数机构中低副的个数 PH机构中高副的个数机构中高副的个数HLPPnF23剪刀机构剪刀机构机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构

17、具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 案例案例9-2 计算图计算图9-7a所示的抽水唧筒机构的自由度。所示的抽水唧筒机构的自由度。 机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 2.2.平面机构具有确定相对运动的条件平面机构具有确定相对运动的条件 (1)(1)请计算下列机构的自由度请计算下列机构的自由度WF=2W=F=2W=F=1WF=1机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 平面机构具有确定相对运动的条件平面机构具有确定相对运动的条件 (2)(2)平面机构具有确定相对运动的条件平面机构具有确定相对运动的条件: : F=W0

18、(3) 案例分析：案例分析：计算缝纫机脚踏机构机构的自由度计算缝纫机脚踏机构机构的自由度 （4）请计算缝纫机脚踏机构是否具有确定的相对运动？）请计算缝纫机脚踏机构是否具有确定的相对运动？机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 结论：结论：平面机构具有确定相对运动的条件平面机构具有确定相对运动的条件 机构自由度机构自由度F等于原动件数等于原动件数WW=F=2W=F=1机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 案例案例9-3 图图9-10a所示为简易冲床（所示为简易冲床（1）试画出简易

19、冲）试画出简易冲床的运动简图；（床的运动简图；（2）通过自由度计算判断该机构是否有）通过自由度计算判断该机构是否有确定相对运动；（确定相对运动；（3）如果不满足有确定相对运动的条件，）如果不满足有确定相对运动的条件，请提出修改意见并画出运动简图请提出修改意见并画出运动简图。 简易冲床结构示意图简易冲床结构示意图简易冲床运动示意图简易冲床运动示意图机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 简易冲床修改方案简易冲床修改方案机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件分析思考：分析思考： 请计

20、算下列机构的自由度，并判断机构是否有确定相请计算下列机构的自由度，并判断机构是否有确定相对运动？请思考对运动？请思考B点的转动副有几个？点的转动副有几个？ 机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 9.3.2 9.3.2 计算平面机构自由度应注意的事项计算平面机构自由度应注意的事项 1. 1.复合铰链复合铰链： （1 1）概念概念：两个以上构件在同一处用同轴转动副相联两个以上构件在同一处用同轴转动副相联接组成的运动副，称为接组成的运动副，称为复合铰链复合铰链。 （2 2）处理方法处理方法：复合铰链所代表的转动副个数：复合铰链所代表的转动副

21、个数（k）应应是该处汇交构件个数减一是该处汇交构件个数减一（k-1）。 机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 判断下列那些运动副是复合铰链判断下列那些运动副是复合铰链机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 案例案例9-4 请计算请计算图图9-12所所示直线机构的自由度，并判断示直线机构的自由度，并判断机构是否有确定相对运动？机构是否有确定相对运动？ 机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 2.2.局部约束局部约束 （1

22、1）概念：概念：不影响整个机构运动的局部的独立运动，称为不影响整个机构运动的局部的独立运动，称为局部自由度。局部自由度。 （2 2）出现的场合出现的场合：将滑动摩擦改为滚动摩擦处。：将滑动摩擦改为滚动摩擦处。 （3 3）处理方法处理方法：计算自由度时将局部自由度除去，将滚子：计算自由度时将局部自由度除去，将滚子与杆件固结一体。与杆件固结一体。机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 3.3.虚约束虚约束 概念概念：机构中与别的约束起重复限制作用的约束，称：机构中与别的约束起重复限制作用的约束，称为为虚约束虚约束。 虚约束出现的场合：虚约束

23、出现的场合： （1 1）两个构件形成多个具有相同作用的运动副）两个构件形成多个具有相同作用的运动副 1) 1) 两个构件在同一轴线上形成多个转动副。两个构件在同一轴线上形成多个转动副。 处理方法处理方法：只保留一个转动副：只保留一个转动副 机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 2 2）两构件形成多个导路平行或重合的移动副。）两构件形成多个导路平行或重合的移动副。 处理方法处理方法：只保留一个移动副。：只保留一个移动副。 两构形成多个导路平行或重合的移动副实例两构形成多个导路平行或重合的移动副实例机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.

24、3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 3 3）两构件组成多处接触点公法线重合的高副。）两构件组成多处接触点公法线重合的高副。 处理方法处理方法：只保留一个高副。：只保留一个高副。 两个构件在两处形成高副两个构件在两处形成高副-虚约束虚约束机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 计算下列图所示的机构自由度，并判断它们是否具有计算下列图所示的机构自由度，并判断它们是否具有确定的相对运动（图中画有箭头的构件为原动件）。确定的相对运动（图中画有箭头的构件为原动件）。机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对

25、运动的条件机构具有确定相对运动的条件 （2 2）被联接件上点的轨迹与机构上联接点的轨迹重合。）被联接件上点的轨迹与机构上联接点的轨迹重合。 处理方法处理方法：去除虚约束及多余的构件：去除虚约束及多余的构件 机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 （3)3)机构中对传递运动不起独立作用的对称部分。机构中对传递运动不起独立作用的对称部分。 处理方法处理方法：去除对称部分的构件和形成的运动副。：去除对称部分的构件和形成的运动副。 周转轮系周转轮系 机械工业出版社机械工业出版社9.3 9.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件 案例案例9-5 计算图计算图9-17a所示机构的自由度，并指出其中是否所示机构的自由度，并指出其中是否有复合铰链、局部自由度、虚约束（应说明属于哪一类虚约有复合铰链、局部自由度、虚约束（应说明属于哪一类虚约束），并判断该运动机构是否有确定运动（图中构件束），并判断该运动机构是否有确定运动（图中构件1为原为原动件），为什么？动件），为什么？ 机械工业出版社机械工业出版社综合案例分析综合案例分析 如图如图9-18a所示为牛头刨床驱动机构的结构图。已知滑所示为牛头刨床驱动机构的结构图。已知滑枕枕6的导轨高，大齿轮的导轨高，大齿轮2的