内科大机械设计基础课件第3章 平面机构的组成和运动简图

第3章平面机构的组成和运动简图3.1平面机构的组成3.2平面机构的运动简图3.3平面机构的自由度3.1.1构件⒈构件及其分类⑴原动件是机构中按外界给定的运动规律独立运动的活动构件。通常，它是驱动部分的外力所作用的构件。图1-1中的活塞就是原动件。原动件也称主动件⑵从动件是机构中随原动件的运动而运动的其余活动构件。图1-1中的连杆、曲轴等都是从动件。从动件的运动规律，取决于原动件的运动规律和机构的结构。⑶机架是机构中用来支撑活动构件的固定构件。机架相对于地面可以是固定的，也可以是运动的。⒉构件的自由度可能出现的独立运动称为构件的自由度。所以，一个做平面运动的自由构件有三个自由度。2.运动副定义：运动副－－两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。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。作者：潘存云教授低副：面接触高副：点、线接触3.2平面机构的运动简图3.2.1.机构的运动简图

机构的运动简图是研究机构的结构、对机构进行运动分析和受力分析时的表述工具，会画机构的运动简图是机械原理课对学生的最基本要求。

(1)定义用规定的符号代表运动副,简单线条或几何图形代表构件，根据机构的运动尺寸（即确定各运动副相对位置的尺寸），按一定比例绘制的能准确反映机构中各构件之间运动关系的简图称为机构的运动简图。如不按比例尺画，则称为机构示意图。3.2.2机构运动简图绘制步骤①搞清机器的实际构造和运动情况。首先找出机架、原动件和从动件，然后使机构缓缓运动，观察其组成情况和运动情况，沿主动件到从动件的运动传递路线找出构件数目和运动副的数目与种类。②恰当选择投影面。一般选择大多数构件所在的运动平面为投影面。③测量各运动副之间的尺寸，选取适当的比例尺，定出各运动副之间的相对位置，画出相应的运动副符号，然后用简单线条或几何图形将同一构件上的运动副符号连接起来，从而完成机构运动简图的描述。A234BCD例1颚式破碎机例3.2绘制小型压力机的机构运动简图解：1.分析机械的动作原理、组成情况和运动情况；工作原理：2.沿着运动传递路线，分析两构件间相对运动的性质，以确定运动副的类型和数目；转动副：6移动副：3平面高副：23.适当地选择运动简图的视图平面；4.选择适当比例尺(=实际尺寸(m)/图示长度(mm))，用表1.2及表1.3中给出机构简图符号，绘制机构运动简图。并从运动件开始，按传动顺序标出各构件的编号和运动副的代号。在原动件上标出箭头以表示其运动方向。3.3平面机构的自由度3.3.1平面机构的自由度

一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。若一个平面机构共有n个活动构件。在未用运动副联接前，则活动构件自由度总数为3n。当用运动副将这些活动构件与机架联接组成机构后，则各活动构件具有的自由度受到约束。该机构中有PL个低副，PH个高副，则受到的约束，即减少的自由度总数应为2PL+PH。因此，该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，

3.3.2机构具有确定运动的条件机构的自由度表明机构具有的独立运动数目。由于每一个原动件只可从外界接受一个独立运动规律（如内燃机的活塞具有一个独立的移动）因此，当机构的自由度为1时，只需有一个原动件；当机构的自由度为2时，则需有两个原动件。故机构具有确定运动的条件是：F>0,且原动件数目应等于机构的自由度数目。超静定桁架了，也不能成为机构只构成了一个刚性桁架，因而不能成为机构。3.3.3计算平面机构自由度的注意事项1．复合铰链两个以上构件组成两个或更多个共轴线的动副，即为复合铰链，如图3-12a，为三个构件在A处构成复合铰链。2．局部自由度机构中常出现一种与输出构件运动无关的自由度，称为局部自由度或多余自由度。在计算机构自由度时，可预先排除。F=3n-2PL-PH=3

2-2

2-1=1。3．虚约束在运动副引入的约束中，有些约束对机构自由度的影响是重复的。这些对机构运动不起限制作用的重复约束，称为消极约束或虚约束，在计算机构自由度时，应当除去不计。平面机构中的虚约束常出现在下列场合：（1）两个构件之间组成多个导路平行的移动副时，只有一个移动副起作用，其余都是虚约束。图3-14导路重合的虚约束图3-15轴线重合的虚约束2）两个构件之间组成多个轴线重合的回转副时，只有一个回转副起作用，其余都是虚约束。3）机构中对传递运动不起独立作用的对称部分，也为虚约束。如图3-16所示的轮系中，中心轮经过两个对称布置的小齿轮2和2’驱动内齿轮3，其中有一个小齿轮对传递运动不起独立作用。

图3-16对称结构的虚约束图3-17发动机配气机构解：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例3-5试计算图3-18a所示的大筛机构的自由度，并判断它是否有确定运动。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。今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3-18b）所示，由此得，n=7，PL=9，PH=1。其自由度为：F=3n-2PL-PH=3

7-2

9-1=2因为机构有两个原动件，其自由度等于2，所以具有确定的运动。

例绘制图2-4所示牛头刨床机构的运动简图。(1)从主动件开始，按运动传动顺序，分析各构件之间相对运动性质，并确定联接各构件的运动副类型。(2)合理选择视图。本题选择与各回转轴线垂直的平面作为视图平面。(3)合理选择长度比例尺(m/mm)，绘制机构运动简图，如图2-5所示。图2-4图2-5例2-2

计算图2－5所示牛头刨床机构的自由度

F=3n—2PL—PH

＝3*6—2*8—1＝11－21－2－31－2－3－41－2－3－4－51－2－3－4－5－61－2－3－4－5－6