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1、第一章 平面机构的自由度,3-1 运动副及其分类,3-2 机构运动简图,3-3 平面机构的自由度,运动副元素是两构件参与接触而构成运动副的表面。,运动副是两构件直接接触而构成的可动联接；,一、运动副,机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构件的连接既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相对运动，这种直接接触的活动连接称为运动副。,转动副,移动副,齿轮副,1-1 运动副及其分类,1) 运动副的类型,4）按其相对运动形式分,转动副（回转副或铰链）,移动副,螺旋副,球面副,3）按其接触形式分,高副：,点线接触的运动副,低副：,面接触的运动副,2) 运动副的分类,2）按其引入的约束数目分,级副
2、、,级副、,级副,1）按两个构件运动关系分为平面运动副和空间运动副,凸轮高副（点接触）,齿轮高副（线接触）,低副（曲面接触）,低副（平面接触）,不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况的 简图。,根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出 各运动副的位置，,1-2 机构运动简图,在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘出其机构 运动简图。,1. 机构运动简图的定义,内燃机机构运动简图,机构运动简图,采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的 表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形。,机构示意图,2. 运动副的表示（之一）,运动副的表示（之二）,但当机 构安装在运动的机械上时则是运动的。,按
3、给定已知运动规律 独立运动的构件；,3.机构,具有固定构件的运动链称为机构。,机 架,原动件,从动件,机构中的固定构件；,机构中其余活动构件。,平面铰链四杆机构,机构常分为平面机构和空间机构 两类，,其中平面机构应用最为广泛。,空间铰链四杆机构,一般机架相对地面固定不动，,常以转向箭头表示。,其运动规律决定于原动件的运动规律 和机构的结构和构件的尺寸。,举例：,（2）选定视图平面；,（3）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运 动副和机构的符号，最后用简单线条连接即得机构运动简图。,3.机构运动简图的绘制,绘制方法及步骤：,（1）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，查明 组成
4、机构的构件数目、运动副的类别及其位置；,内燃机机构运动简图绘制,颚式破碎机机构运动简图绘制,内燃机及其机构运动简图,1-3 平面机构的自由度,机构的自由度 机构具有确定的相对运动的条件 几种特殊自由度情况的处理,自由度是构件可能出现的独立运动。 任何一个构件在空间自由运动时皆有六个自由度。,它可表达为在直角坐标系内沿着三个坐标轴的移动 和绕三个坐标轴的转动。,一、构件的自由度,1、空间构件的自由度,而对于一个作平面运动的构件，则只有三个自由度， 如图所示。即沿x轴和y轴移动，以及在Oxy平面内的转动。,2、平面构件的自由度,平面机构的自由度:,平面内一个独立的构件具有 三个自由度；,其自由度应
5、等于全部可动构件 在自由状态下的全部自由度减 去各运动副限制的自由度。,例 铰链四杆机构,二、机构的自由度,指机构具有独立运动的数目 用 F表示,含有n个可动构件的机构：,机构自由度计算公式,F3n2pl ph,式中：n-机构的活动构件数目,Pl-机构的低副数目,Ph-机构的高副数目,例. 计算图示活塞泵自由度,解：除机架外，活塞泵有四个活动构件，n=4；,四个回转副和一个移动副共5个低副，PL=5；,一个高副，PH=1。,F=3n-2PL-PH =34-25-11=1,三、机构具有确定运动的条件,一个机构在什么条件下才能实现确定的运动呢？,请观察下面几个系统的运动情况：,当给定 1个 原动构
6、件1的位置时，其它构件的位置亦被确定，即运动是确定的。,原动件数 = 机构自由度数,当给定1个原动件1的位置1时，其它构件位置不唯一（所示实线和虚线位置），机构运动不确定。,原动件数机构自由度数,当给定2个原动件1、4的位置1、2时，系统为实线位置，运动是确定的。,原动件数=机构自由度数,刚性桁架构件间没有相对运动,由以上分析得知：,F0时,原动件数W=F，机构运动确定,原动件数WF，机构运动不确定,原动件数WF，机构破坏,（请自行思考）,F0时,机构不能运动,观察牛头刨床滑枕运动机构,机构的原动件数目应等于机构的自由度数目且大于零。,即： W=F 且 F0,结 论,机构具有确定运动的条件:,
7、四、几种特殊自由度情况的处理,?,?,?,由m个构件组成的复合铰链，共有(m-1)个转动副。,复合铰链,B处转动副数：3?1=2,局部自由度, 与输出件运动无关的自由度,局部自由度,滚子本身的转动自由度 不影响其它构件的运动，故 称其为局部自由度。,计算时的处理： 把滚子看成与从动件固 接一体，消除局部自由度后， 再计算机构自由度。,虚约束,对机构的运动起不到独立限制作用的约束称为虚约束。,在计算自由度时应先去除虚约束。,虚约束常出现于下列情况：,（1）不同构件上两点间 的距离保持恒定,（2）两构件构成多个移动副 且导路互相平行,（3）两构件构成各个转动副 且轴线互相重合,（4）在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链来传递运动,局部自由度,复合铰链,虚约束,n=8,Pl=11,Ph=1,F=38 - 211 1=1,例1 试作图示系统的自由度分析计算,计算举例：,解：(1)分析特殊自由度情况,(2)自由度计算：,例2 计算如图所示大筛机构的自由度,解：(1)分析特殊自由度情况,复合铰链,局部自由度,虚约束,(2)自由度计算：,内容小结：,1、机构的自由度,自由度计算公式：,指机构具有独立运动的数目,2、机构具有确定运动的条件：,F 0 且 W=F,3、几种特殊自由度情况的处理：,复合铰链,局部自由度,虚约束,