机械设计基础-1.平面机构运动分析

01020304CONTENT目录运动副及其分类平面机构运动简图平面机构的自由度分析平面机构具有确定运动的条件单元1：平面机构的运动分析单元1：平面机构的运动分析1-1：运动副及其分类主讲教师：刘红1.1.1机构的组成与分类01运动副及其分类构件：机构中的（最小）运动单元。一个或若干个零件刚性联接而成

机构：是具有确定相对运动的构件的组合，它由构件组成

零件：制造的基本单元。123一、机构的组成与分类机构的组成平面机构：各构件在同一平面或相互平行的平面内运动空间机构：各构件不完全在同一平面或相互平行的平面内运动。常用机构：各种机械中经常使用的机构。如平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。机构的分类若干1个或几个1个机架——作为参考系的构件，如机床床身、车辆底盘、飞机机身。

机构的组成：

机构＝机架＋原动件＋从动件原（主）动件——按给定运动规律运动的构件。从动件——其余可动构件。机架原（主）动件从动件从动件构件的分类一个作平面运动的自由构件有三个独立运动的可能性。构件所具有的这种独立运动的数目称为构件的自由度。所以一个作平面运动的自由构件有三个自由度。但当这些构件之间以一定的方式联接起来成为构件系统时，各个构件不再是自由构件。两相互接触的构件间只能作一定的相对运动，自由度减少。这种对构件独立运动所施加的限制称为约束。二、自由度三、运动副及其分类运动副低副高副移动副转动副a)两个构件、b)直接接触、c)有相对运动上述三个条件，缺一不可运动副元素——直接接触的部分（点、线、面）例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。运动副：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接限制两个自由度：（两个移动）保留一个自由度：（转动）（一）低副（一）低副

两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。根据两构件间的相对运动形式，低副又可分为转动副和移动副。

1.转动副

（或铰链）

两构件只能在一个平面内作相对转动2.移动副：两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。

限制两个自由度：（一个移动，一个转动）保留一个自由度：（移动）（一）低副高副：两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。限制一个自由度：（一个移动）保留两个自由度：（一个移动，一个转动）（二）高副平面机构运动简图单元1：平面机构的运动分析1-2：平面机构的运动简图主讲教师：刘红1.2.1机构运动简图02平面机构的运动简图机构运动简图：简明表示机构各构件之间相对运动关系，并按比例、用特定的符号和线条绘制的图形。

和运动有关的：运动副的类型、数目、相对位置、构件数目和运动无关的：构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体构造机构示意图：只需表明机构运动传递情况和构造特征，不必按严格比例所画的图形平面机构运动简图2.作为运动分析和动力分析的依据。作用：1.表示机构的结构和运动情况。常见运动副的符号（国标GB4460－84）转动副：移动副：齿轮副：凸轮副构件（杆）常见运动副的符号（国标GB4460－84）二、绘制机构运动简图的步骤1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；2）确定所有运动副的类型和数目；3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；4）确定比例尺：5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)）绘制机构运动简图的步骤思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。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。气缸体1活塞2进气阀3排气阀4连杆5曲轴6凸轮7顶杆8齿轮10解：1）分析运动，确定构件的类型和数量2）确定运动副的类型和数目3）选择视图平面4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件绘制机构运动简图气缸体1活塞2进气阀3排气阀4连杆5曲轴6凸轮7顶杆8齿轮10例1.试绘制内燃机的机构运动简图绘制机构运动简图例2、试绘制颚式破碎机的机构运动简图。

颚式破碎机及其机构简图绘制机构运动简图例3.绘制图示活塞泵机构的运动简图。

活塞泵及其机构简图绘制机构运动简图1234偏心泵例4绘制图示偏心泵的运动简图绘制机构运动简图03平面机构的自由度一、平面机构的自由度的计算机构的自由度：机构中活动构件相对于机架所具有的独立运动的数目。（与构件数目，运动副的类型和数目有关）

n个活动构件：自由度为3n。

PL个低副：限制2PL个自由度

PH个高副：限制PH个自由度平面机构的自由度机构相对于固定构件的自由度数应为活动构件的自由度数与引入运动副减少的自由度数之差，该差值称为机构的自由度，并以F表示。

计算公式：

F=3n-2PL-PH例1、计算曲柄滑块机构的自由度。解：活动构件数n=3低副数PL=4F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1

高副数PH=0S123平面机构的自由度例2、计算五杆铰链机构的自由度解：活动构件数n=4低副数PL=5F=3n－2PL－PH

=3×4－2×5=2

高副数PH=01234θ1平面机构的自由度例3、计算图示凸轮机构的自由度。解：活动构件数n=2低副数PL=2F=3n－2PL－PH

=3×2－2×2－1=1高副数PH=1123平面机构的自由度F=3n-2PL-PH=3*5-2*6-0=3F=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=11.复合铰链：两个以上个构件在同一条轴线上形成的转动副由K个构件组成的复合铰链包含的转动副数目应为（K-1）个

二注意事项平面机构的自由度平面机构的自由度F=3n-2PL-PH=3*3-2*3-1=2F=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=1多余的自由度是滚子2绕其中心转动带来的局部自由度，它并不影响整个机构的运动，在计算机构的自由度时，应该除掉。2、局部自由度

在机构中，某些构件具有不影响其它构件运动的自由度平面机构的自由度3、虚约束

重复而不起独立限制作用的约束称为虚约束。计算机构的自由度时，虚约束应除去不计。(1)、两构件构成多个导路平行的移动副，F=3n-2PL-PH=3*3-2*5-0=-1平面机构的自由度(2)、两构件组成多个轴线互相重合的转动副平面机构的自由度(3)、机构中存在对传递运动不起独立作用的对称部分F=3n-2PL-PH=3*5-2*5-4=1F=3n-2PL-PH=3*4-2*4-2=2平面机构的自由度(4)、轨迹重合：在机构中，若被联接到机构上的构件，在联接点处的运动轨迹与机构上的该点的运动轨迹重合时，该联接引入的约束是虚约束。F=3n-2PL-PH=3*4-2*6-0=0F=3n-2PL-PH=3*3-2*4-0=1虚约束作用：对机构的运动无关，但可以改善机构的受力情况，增强机构工作的稳定性平面机构的自由度(5)、两构件构成高副，两处接触，且法线重合。如等宽凸轮W注意：法线不重合时，变成实际约束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A平面机构的自由度F=3n-2PL-PH=3×7-2×8-4=1例4、计算内燃机配气机构的自由度平面机构的自由度例5、试计算发动机配气机构的自度。

此机构中，G，F为导路重合的两移动副，其中一个是虚约束；P处的滚子为局部自由度。

除去虚约束及局部自由度后，该机构则有n=6；PL=8；PH=1。其自由度为：F=3n-2PL-PH=3

6-2

8-1=1平面机构的自由度例6、试计算图示的筛料机构的自由度，并判断它是否有确定的运动。

F=3n-2PL-PH=3

7-2

9-1=2解：机构中的滚子有一个局部自由度顶杆与机架在E和E’组成两个导路平行的移动副，其中之一为虚约束。C处是复合铰链。将滚子与顶杆焊成一体，去掉移动副E’，并在C点注明回转副的个数，如图b）所示：平面机构的自由度由此得，n=7，PL=9，PH=1。其自由度为：F=3n-2PL-PH=3

7-2

9-1=2因此机构有两个原动件，其自由度等于2，所以具有确定的运动。平面机构的自由度平面机构的自由度机构具有确定运动的条件是：原动件数目应等于机构的自由度数目。三、平面机构具有确定相对运动的条件

F≤0，构件间无相对运动，不成为机构。F>0,原动件数=F，运动确定原动件数<F，运动不确定原动件数>F，机构破坏平面机构的自由度a)两个自由度、一个原动件平面机构的自由度

如图的五杆机构中，原动件数等于1，机构自由度F=3

4-2

5=2。由于原动件数<F，因此其运动是不确定。b)一个自由度、两个原动件平面机构的自由度如图的四杆机构中，原动件数等于2，构件自由度F=33-24=1。由于原动件数>F，因此无法运动。

c)0个自由度（桁架）不同自由度机构的运动

如图的机构中，原动件数等于0，构件自由度F=34-26=0。由于F=0，机构无法运动。平面机构的自由度四、计算平面机构自由度的实用意义1判定机构的运动设计方案是否合理2修改设计方案（1）F=0:增加一构件带进一平面低副（2）F<>原动件数目：增加一构件带进两平面低副增加原动件数目3判定机构运动简图是否正确平面机构的自由度图示为一简易冲床的设计图。试分析设计方案是否合理。如不合理，则绘出修改后的机构运动简图。

F=3n-2PL-PH=3

3-2

4-1=0F=3n-2PL-PH=3

4-2

5-1=1=w所以机构具有确定运动请画出挖掘机的运动简图自由度，并说明为什么要配置三个油缸。

平面机构的自由度—任务书的任务答案解：1)机构分析。机构由转台1、动臂2、动臂缸筒3及活塞杆4、斗杆缸筒5及活塞杆6、斗杆7、转斗缸筒8及活塞杆9、铲斗10共10个构件组成。三个液压缸为原动件，分别驱动动臂2绕A点转动、斗杆7绕F点转动、铲斗10绕I点转动；铲斗10为工作构件。2)确定运动副类型。有A、B、C、D、E、F、G、H、I共9个转动副，三个液压缸构成3个移动副。3)计算长度比例和图示长度。设图样最大