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1、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。,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,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:,转动副,移动副,特点：面接触、相对转动或相对移动 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 高副,螺旋副,球面副,运动链 若干构件通过运动副联接而成
2、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,运动链,闭链 开链,平面运动链 空间运动链,2 平面机构运动简图的绘制,例 颚式破碎机,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。,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,与运动有关
3、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,一、平面机构运动简图的概念,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,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.合理选择视图平面； 4.选定比例尺，按规定符号绘制运动简图； 5.标明机架、原动件和作图比例尺； 6.验算自由度。,顺口溜
4、：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。,例1 齿轮插刀机构运动简图,运动副？,A,1,2,3,4,B,C,D,例2 颚式破碎机,偏心轮机构,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
5、构中常做成偏心轮的形式？,偏心轮（扩大运动副),在曲柄滑块机构（曲柄摇杆机构）中，若曲柄很短，可将转动副B的尺寸扩大到超过曲柄长度，则曲柄AB就演化成几何中心B不与转动中心A重合的圆盘，该圆盘称为偏心轮，含有偏心轮的机构称为偏心轮机构。,设计：潘存云,偏心轮机构,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,运动简图例3,例5 摆动泵机构运动简图,例6 内燃机机构运动简图,(5) 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
6、机构中的原动件和从动件？,讨论以下问题：,练习：绘制下列机构的机构运动简图,鹤式起重机 机械手爪 手动冲床,课后作业 1)画出习题1-11-4所示机构的机构运动简图（P498）； 2)用简单材料制作转动副、移动副。（含机架的和不含机架的）,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。,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。,x,y,2,1,x,y,y,x,3 平面机构的自由度,F=3,不论形
7、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。,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,约束数 S = 2,F=1,F=3,二、平面运动副的约束条件,约束 限制 约束条件 约束数,1. 转动副,约束数 S = 2,F=1,F=6,F=6,F=4,F=4,2. 移动副,约束数 S = 2,3. 齿轮副,4. 凸轮副,n,n,约束数 S = 1,n,n,平面低副约束数 S = 2 平面高副约束数 S = 1,三、平面机构的自由度,机构的自由度 F=,3活动构件数,-2低副数,-1高副数,计算公式,F 3n 2PL PH,1.机构自由度的计算公式,F3n
8、2PL PH 3 2 ,3,4,0, 1,F3n2PLPH 3 2 ,4,5,0, 2,F3n2PLPH 3 2 ,2,2,1, 1,例,F=3n-2PL-PH,=3,2,-2,3,-0,=0,F=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。,2.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（F0） 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。）,3.注意事项,复合铰链,m个构件(m3)在同一处构成共轴线的转动副,F 3n2PLPH 3 2 ,5,6,0, 3,F 3n2PLPH 3
9、2 ,5,7,0, 1,m-1个低副,复,计算在内,1）要正确计算运动副数目,F3n2PLPH 3 2 ,7,6,0, 9,F3n2PLPH 3 2 ,7,10,0, 1,?,复,复,复,复,例3 圆盘锯机构,F3n2PLPH 3 2 ,3,3,1, 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,F3n2PLPH-F 3 2 -,3,3,1, 1,1,这时 F3n2PLPH-F 式中F 为局部自由度数目,2）,F3n2PLPH 3 2 ,2,2,1, 1,或,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0, 1,F3n2PLPH 3 2 ,4,6
10、,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）,应用实例,F3n2PLPH+P 3 2 +,4,6,0, 1,1,重新计算：n=3, PL=4, PH=0,F=3n 2PL PH =33 24 =1,特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,已知：ABCDEF，计算图示平行四边形 机构的自由度。,虚约束,1.轨迹重合,转动副联接的两构件上联接点的轨迹重合,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0, 1,F3n2PLPH 3 2 ,4,6,0, 0,错,对,虚约束常发生在下列情况,椭圆仪,F3n2PLPH+P 3 2 +,4
11、,6,0, 1,1,对,用一个构件两个运动副去联接则构成虚约束,2.两构件上某两点间的距离在运动过程中始终不变,虚,F3n2PLPH 3 2 ,3,4,0, 1,3.对传递运动不起独立作用的重复部分,虚,P2Pl +Ph 3n 2 + ,2,4,3 2, 2,F3n2PLPH 3 2 ,F3n2PLPH 3 2 ,2,3,1,-1,错,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,等宽凸轮,平面机构自由度计算公式,F3n- 2PL- PH - F+ P,n 活动构件数 F 局部自由度数 PL 低副数 P 虚约束数
12、PH 高副数,F3n2PLPH- F+P 3 2 + -,7,9,1, 1,F3n2PLPH- F+ P 3 2 + -,8,10,1, 2,例4,例5,4,1,2,3,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,9,1,0,8,1,0,F3n2PLPH 3 2 ,8,11,1, 1,例6,构件 + 运动副 运动链 机构,4 机构的组成原理和结构分析,1.4.1 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低副来替代， 这种以低副代替高副的方法称为高副低代。,条件一：代替前后机构的自由度不变,F = 31 - 22 = -1,条件二：代替前后机构的瞬时速度和加速度不变,两个高副
13、元素均为圆弧 AO1、BO、OO1均保持不变,瞬时替代机构,平面低副运动链自由度 F = 3n - 2PL,基本杆组 F = 0,n = 2 PL = 3 级杆组（双杆组）,n = 4 PL = 6 级杆组,1.4.2 机构的组成原理,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件和机架上而构成的，机构的自由度等于原动件的数目，这就是机构的组成原理。,机架和原动件,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
14、 = 3n - 2PL PH,1.4.3 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,1,2,3,4,5,6,7,8,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。 拆分前后的构件数目及运动副数目应相同。 （应注意复合铰链）,例：机构的结构分析,本章重点小结,三、机构运动简图的绘制,四、高副低代及杆组拆分,练 习,是非题：级机构的自由度不能大于2。 （ ） 机
15、构是具有确定运动的运动链。 （ ）,单向选择题：平面低副所受的约束数为 。 A1 ； B2 ； C 3； D4 仅用简单的线条和规定的符号代表构件和运动副所绘制的简图称为 。 A机构运动简图 ；B机构示意图；C运动线图；D机构装配图,填空题：构件所具有的独立运动的数目称为自由度，作平面运动的自由构件具有 个自由度。,练 习,分析简答题 （10分） 计算图示机构的自由度。确定机构所含杆组的数目和级别，并判定机构的级别。机构中的原动件如图所示。,练 习,分析简答题 （10分） 计算图示机构的自由度。确定机构所含杆组的数目和级别，并判定机构的级别。机构中的原动件如图所示。,实 验,机电学院首页 教学实验中心 教学资源库 实验教材 “机构运动简图绘制实验指导书” 及“实验报告封皮” 实验指导教师：高安礼 实验地点：11#3048房间,