机械设计基础平面机构的运动简图及自由度

1、第2章 平面机构的运动简图及自由度运动副及其分类2.1平面机构运动简图2.2平面机构的自由度 2.3 机构是具有确定相对运动的构件的组合，组成机构的目的是为了使机构按照预定的要求进行有规律的运动。 所谓平面机构，是指组成机构的所有构件均在同一平面或相互平行的平面内运动的机构；否那么就称为空间机构。工程中常用的机构大多数属于平面机构，本章只讨论平面机构。2.1 运动副及其分类2.1.1 运动副的概念 两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接方式称为运动副。图2-1 运动副2.1.2 运动副的分类 两个构件组成的运动副，通常用三种接触形式联接起来，即点接触、线接触和面接触。按照接触的特性，通常把平

2、面运动副分为低副和高副两大类。1低副 两构件通过面接触组成的运动副称为低副。1转动副2移动副2高副 两构件以点、线的形式相接触而组成的运动副称为高副。2.2 平面机构运动简图 2.2.1 机构运动简图及分类 表示机构各构件之间相对运动关系的简单图形，称为机构运动简图。 从机构运动简图可以了解机构的组成和类型，即机构中构件的类型和数目、运动副的类型和数目以及运动副的相对位置。利用机构运动简图可以表达一部复杂机器的传动原理，可以进行机构的运动和动力分析。 机构中的构件可分为以下三类： 机架机构中的固定构件称为机架，它的作用是支撑运动构件； 主动件由外界给定运动规律的构件称为主动件，一般主动件与机架

3、相连； 从动件除主动件以外的全部活动构件称为从动件。2.2.2 机构运动简图的符号1构件的表示方法 轴、杆、连杆通常用一根直线表示，两端画出运动副的符号，如图2-2(a)所示；假设构件固联在一起，那么涂以焊缝记号。 2运动副的表示方法 两个构件组成的转动副和移动副的表示方法分别如图2-3(a)、(b)所示。 图2-2 构件的表示图2-3 低副的表示方法2.2.3 平面机构运动简图的绘制下述步骤进行。1分析机构的结构和运动情况2确定构件、运动副的类型和数目3选择视图平面4选定适当的比例尺l，绘制机构运动简图2.3 平面机构的自由度2.3.1 自由度与约束条件 一个作平面运动的自由构件具有三个自由

4、度。对构件独立运动所加的限制称为约束，自由度减少的个数等于约束的数目。 运动副所引入的约束的数目与其类型有关。低副引入两个约束，减少两个自由度。 在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度；每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。2.3.2 平面机构自由度的计算 平面机构的自由度为pL表示机构中的低副数目；pH表示机构中的高副数目。2.3.3 计算平面机构自由度时应注意的几个问题 在计算平面机构自由度时，应注意以下几种特殊情况。1复合铰链 两个以上的构件用转动副在同一轴线上联接就构成复合铰链。 例2-5 试计算图2-9所示振动式输送机的自由度。 解：1机构分析 主动件1绕A轴

5、转动，通过相互铰接的运动构件2、3、4带动滑块5作往复直线移动。2计算机构的自由度 构件2、3和4在C处构成复合铰链。此机构有五个活动构件，六个转动副，一个移动副，即n=5，pL=7，pH=0。该机构的自由度由式2-1得 图2-8 复合铰链 图2-9 振动式输送机机构 2局部自由度 机构中某些不影响整个机构运动的自由度，称为局部自由度。在计算机构自由度时应将局部自由度除去不计。图2-10 凸轮机构3虚约束 这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。1重复转动副2重复移动副3重复轨迹4重复高副 机构中对传递运动不起独立作用的对称局部指高副，那么为虚约束。图2-12 几种虚约束 例2-6 试计算图2-

6、13所示行星齿轮机构的自由度。 解：该机构从受力角度考虑布置三个行星齿轮，其中有两个如齿轮2和2对传递运动不起独立作用，引入了两个虚约束。 因此该机构活动构件数n=4，低副数pL=4转动副A、B和复合铰链C，高副数pH=2齿轮副D、E，求得机构的自由度为 假设将内齿轮3固定不动，那么减少一个活动构件及C处的一个转动副，这时机构的自由度为图2-13 行星齿轮机构2.3.4 平面机构具有确定运动的条件 机构是用运动副联接起来的、有一个构件为机架的、具有确定运动的构件系统。 假设机构的自由度为零，那么各构件间不可能产生相对运动，这样的构件组合称为桁架，而不是机构。因此，机构的自由度必须大于零。 例2-7 图2-15所示为巧克力包装机的托包机构，试判断其运动是否确定。 图2-14 五杆机构 图2-15 托包机构 解：主动件1作旋转运动，通过连杆凸轮组合机构传动使构件4慢速托包和快速退回。滚子绕自身轴线转动为局部自