机械基础2012 1第一章

第1章平面机构的结构分析内

容§1

构件及其运动副§2

平面机构运动简图的绘制§3

平面机构自由度的计算§4

平面机构的组成原理和结构分析重

点运动副和运动链的概念、机构运动简图的绘制、机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算。构件运动副——

两个构件直接接触且具有确定相对运动的联接。平面运动副分类:

动副转

动副移特点：面接触、相对转动或相对移动fi

低副——机构中运动的单元。运动副元素—两构件相互接触的几何形状（点、线、面）。§1构件及其运动副齿轮副凸轮副特点：点或线接触、沿接触点切线方向相对移动绕接触点的转动fi

高副螺旋副球面副运动链——若干构件通过运动副联接而成的可动系统。若将运动链中的一个构件相对固定，运动链则成为机构。机构中构件的分类：1、机架（描述运动的参考系）2、原动件（运动规律已知的构件）3、从动件§2

平面机构运动简图例1

颚式破碎机一、平面机构运动简图的概念机构运动简图在研究机构运动时，为了使问题简化，有必要撇开那些与运动无关的构件外形和运动副具体构造，仅用简单的线条和符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置。这种说明机构各构件间关系的简化图形，称为机构运动简图。它与原机构具有完全相同的运动特性。与运动有关的因素：构件数目、运动副数目及类型；运动副之间的相对位置表达方式：用简单线条表示构件，规定符号代表运动副，按比例定出运动副的相对位置用途：分析现有机构，构思设计新机械转动副二、运动副符号移动副齿轮副凸轮副122122螺旋副球面副三、构件不管构件形状如何，简单线条表示，带短剖面线表示机架。带运动副元素的构件机构运动简图常用符号（

摘自GB4460-85）运动副及构件表示方法四、机构运动简图的绘制方法与步骤：1.确定构件数目及原动件、输出构件；2.根据各构件间的相对运动确定运动副的种类和数目；3.选定比例尺，按规定符号绘制运动简图；4.标明机架、原动件和作图比例尺；5.验算自由度。顺口溜：先两头，后中间，从头至尾走一遍，数数构件是多少，再看它们怎相联。A1234BCD例1

颚式破碎机DCAFEB14325例2

齿轮插刀机构运动简图运动副？讨论以下四个问题：(1)机架是否是构件？颚式破碎机机构运动简图中的几处机架是一个构件吗？回答什么是构件？(2)找出颚式破碎机中联接每两个构件的运动副，找出每个构件上的所有运动副，回答什么是运动副。如果机架是转动副的一部分如何表示？(3)找出活塞泵中联接每两个构件的运动副，找出每个构件上的所有运动副。如果机架是移动副的一部分，画出与图示不同的表示。如果移动副中没有机架，又如何表示？(4)为什么机构运动简图中的曲柄在实际结构中常做成偏心轮的形式？例3

旋转泵机构运动简图例4

活塞泵机构运动简图运动简图例4例5

摆动泵机构运动简图运动简图例3例6

内燃机机构运动简图(6)

内燃机中有哪几个机构？每一个机构中有哪几个构件组成(从机架到机架，如齿轮机构：气缸体1--齿轮9--齿轮10--气缸体1)？曲轴6和齿轮10是一个构件吗？齿轮9和凸轮轴7是一个构件吗？指出每一个机构中的原动件和从动件？讨论以下问题：从一个具体的机构绘制机构运动简图还是比较容易的，而反过来，从一般的机构运动简图构思一个具体的机构会更难，这是作为一个机械工程师所应具备的基本素质。课后作业画出缝纫机下针机构和回转柱赛泵的机构运动简图（P498）；用简单材料制作转动副、移动副。（含机架的和不含机架的）四、小结及布置作业一、构件的自由度自由度

构件所具独立运动的个数（确定构件位置所需独立坐标数）。一个完全自由的平面运动构件具有三个自由度。xy21xyqyx§3平面机构的自由度F=6不论形成运动副的两个构件是否其中有一个相对固定，运动副引入的约束数S均相同。0F=3F=4F=6二、平面运动副的约束条件约束—

限制x0F=F=31y0qxy约束条件

—

约束数运动副的形成引入了约束，使构件失去运动自由度。1.

转动副qf约束数

S

=

2F=1F=42.

移动副约束数

S

=

23.

齿轮副4.

凸轮副nnnn约束数S

=1平面低副约束数S

=2平面高副约束数S

=1F

＝3n

-

2PL

-

PH三、平面机构的自由度1.机构自由度的计算公式机构的自由度F=3·活动构件数-2·低副数-1·高副数F＝3n-2PL

-

PH＝3·3-

2·4-

0＝

1F＝3n-2PL-PH＝3·4-

2·5-

0＝

2F＝3n-2PL-PH＝3·2-

2·2-

1＝

1计算公式例F=3n-2PL-PHF=3n-2PL-PH=3·3-2·5-0=-1三个构件通过三个转动副相连,相当于一个构件。=3·2

-2·3

-0=02.机构(运动链)具有确定相对运动的条件有一个机架自由度大于零（F>0）原动件数=自由度数（通常，原动件为含低副构件且与机架相连,只有一个自由度。）复合铰链m个构件(m‡3)在同一处构成共轴线的转动副412356F

＝

3n－2PL－PH＝

3·

5

－2·

7－

0＝

1m-1个低副复F

＝

3n－2PL－PH＝

3·

5

－2·

6

－

0＝

3

—计算在内5233.注意事项1）要正确计算运动副数目F＝3n－2PL－PH＝3·

7－2·

10－

0＝1F＝3n－2PL－PH＝3·

－7

2·

6－

0＝9

?复复复复例3

圆盘锯机构F＝3n－

2PL－PH3

3

1＝32·

－2·

－3.注意事项（续）机构中某些构件所具有的局部运动，并不影响机构运动的自由度。局部自由度—排除F＝3n－2PL－PH-F¢＝3·

－3

2·

－31-

1这时F＝3n－2PL－PH-F¢式中F¢为局部自由度数目＝

1

2）12351234F＝3n－2PL－PH＝3·

－3

2·

4－

04F＝3n－2PL－PH＝3·

－4

2·

－6

0＝

0？对虚约束不产生实际约束效果的重复约束—排除3.注意事项（续）＝

1应用实例L

HF＝3n－2P

－P

+P¢＝3·

4－2·

－6

0+＝

111.轨迹重合转动副联接的两构件上联接点的轨迹重合2341

BOAF＝3n－2PL－PH+P¢＝

1＝3·

3－2·

4－

1+

1F

＝

3n

－

2PL

－PH2·3

4

1＝3＝

0·

－错

－对虚约束常发生在下列情况n

＝4，PL

＝4，PH

＝0，P¢＝1

F＝14135用一个构件两个运动副去联接则构成虚约束22.两构件上某两点间的距离在运动过程中始终不变虚F＝3n－2PL－PH+P¢＝3·

4－2·

－6

0+

1＝

1123.对传递运动不起独立作用的重复部分32F＝3n－2PL－PH+P¢＝3·

4－2·

－4

4+

1＝

1虚P¢＝2P¢l

+P¢h

－3n¢2＝2·

2+

－4

·3＝

2F＝3n－2PL－PH+P¢＝3·

5－2·

5－

6+

2＝

1虚F＝3n－2PL－PH123F＝3n－2PL－PH＝3·

－2

2·

－31＝-1错＝3·

2－2·

－2

1＝1对移动副导路平行转动副轴线重合平面高副接触点共法线“转动副”“移动副”4.两构件间构成多个运动副平面机构自由度计算公式F＝3n-

2PL-

PH

+

P¢-

F¢n活动构件数P¢虚约束数PL低副数F¢局部自由度数PH高副数L

HF＝3n－2P

－P

+

P¢-

F¢局复局F＝

3n－

2PL

－

PH+

P¢-＝3＝·

2－2·

－

+

-例4例5412356782134567910

1

0F¢

8

18＝3·7－2·

9－

1+

0-＝

11F＝3n－2PL－PH1＝3·

－8

2·

1－1＝

1例6构件+

运动副

运动链

机构机架原动件从动件组合F

=

0基本杆组：最简单的不可再拆的自由度为零的构件组，简称为杆组。§4

机构的组成原理和结构分析平面低副运动链自由度F

=

3n

-

2PL基本杆组F

=

0PL

=

3

n2n

=

2

PL

=

3Ⅱ级杆组（双杆组）n

=

4

PL

=

6Ⅲ级杆组三副构件3个双副构件n

=

2PL=

3Ⅱ级杆组（双杆组）n

=

4PL

=

6Ⅲ级杆组1.4.1

机构的组成原理构件

+

运动副

运动链

机构任何机构都可以看作是若干个自由度为零的基本杆组依次联接到原动机和机架上而构成的，机构的自由度等于原动件的数目，这就是机构的组成原理。机架原动件若干基本杆组机架和原动件Ⅱ级杆组Ⅲ级杆组四杆机构八杆机构机构的组成：在机架和原动件上每增加一个基本杆组，并不改变原来的自由度，每次增加都可以获得一个新机构；设计新机构时，在满足相同工作要求的前提下，机构的结构越简单越好，杆组级别越低越好，运动副数目越少越好。F

=

3n-2PL

–

PH1.4.2

机构的结构分析机构的结构分析是指把机构分解为基本杆组、原动件和机架，是机构组成的反过程，又称为拆杆组。机构的结构分析原则：首先，从远离原动件的部分开始拆分；试拆时，先试拆低级别杆组；每拆完一个杆组，剩余的部分仍然是一个完整机构。I

级机构II

级机构III

级机构机构的命名：以机构中所包含的基本杆组的最高级别原动件不同，机构的级别也有可能不同123456781.4.3

平面机构的高副低代根据一定的条件对平面机构中的高副虚拟地用