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1、第二章第二章常用机构常用机构概概述述2.12.1机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度2.22.2平面连杆机构平面连杆机构2.32.3凸轮机构凸轮机构2.42.4棘轮机构棘轮机构概概述述1.1.连杆机构：是由若干构件通过低副连接而成，又称低副连杆机构：是由若干构件通过低副连接而成，又称低副机构。机构。2.2.平面连杆机构：各构件的运动平面彼此相互平行的机平面连杆机构：各构件的运动平面彼此相互平行的机构。其余为空间连杆机构。构。其余为空间连杆机构。3.3.例子：例子：例例11：刨床主传动机构：刨床主传动机构例例22：雷达天线俯仰机构：雷达天线俯仰机构概概述述4.4.连杆机构的特
2、点：连杆机构的特点：（11）连杆连接处是面接触：压强小、磨损轻、因而）连杆连接处是面接触：压强小、磨损轻、因而适用于重载，使用寿命长。适用于重载，使用寿命长。（22）接触表面是平面或圆柱面：易于加工，可以获）接触表面是平面或圆柱面：易于加工，可以获得较高的精度，且能由本身几何形状保证运动副封闭。得较高的精度，且能由本身几何形状保证运动副封闭。（33）运动副内有间隙，当构件数目较多或精度较低）运动副内有间隙，当构件数目较多或精度较低时，运动积累误差较大。时，运动积累误差较大。（44）要精确实现任意预期运动规律，设计比较繁复）要精确实现任意预期运动规律，设计比较繁复。2.12.1机构运动简图及平面
3、机构自由度机构运动简图及平面机构自由度虚约束实例：虚约束实例：多导路平行移动副多导路平行移动副多轴线重合的回转副多轴线重合的回转副行星齿轮上的行星轮行星齿轮上的行星轮只有一个行星轮起约束只有一个行星轮起约束作用，其余行星轮为虚作用，其余行星轮为虚约束。约束。2.12.1机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度2.1.12.1.1运动副及其分类：运动副及其分类：运动副：当构件组成机械时，构件与构件之间通过一运动副：当构件组成机械时，构件与构件之间通过一定的相互接触与制约，所构成保持相对运动的可动连接。定的相互接触与制约，所构成保持相对运动的可动连接。1.1.低副：两构件通过面接触
4、构成的运动副，分为回转副和低副：两构件通过面接触构成的运动副，分为回转副和移动副两种。移动副两种。（11）回转副（或称）回转副（或称铰链）：构成运动副的铰链）：构成运动副的两构件只能在同一个平两构件只能在同一个平面内相对转动。面内相对转动。面接触面接触面接触面接触2.12.1机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度2.2.高副：两构件通过点线接触构成的运动高副：两构件通过点线接触构成的运动副。副。（22）移动副：组成运动副的两构件只能）移动副：组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动。沿某一轴线相对移动。面接触面接触点接触点接触线接触线接触2.12.1机构运动简图及平面机构自由
5、度机构运动简图及平面机构自由度2.1.22.1.2机构运动简图：机构运动简图：1.1.机构运动简图：用于说明机构各构件间相对运动关系的机构运动简图：用于说明机构各构件间相对运动关系的简单图形。见表简单图形。见表211211。特征：特征：用一些简单的线条和规定的符号来表示构件用一些简单的线条和规定的符号来表示构件和运动副，和运动副，按比例定出各运动副的位置，按比例定出各运动副的位置，简图具有与简图具有与原机构相同的运动特性。原机构相同的运动特性。2.2.构件的分类：构件的分类：任何一个机构包括：固定件、原动件、从动件三种。任何一个机构包括：固定件、原动件、从动件三种。（11）固定件：用来支承活动
6、构件的构件。研究机构）固定件：用来支承活动构件的构件。研究机构中活动构件的运动时，常以固定件作为参考坐标系。中活动构件的运动时，常以固定件作为参考坐标系。（22）原动件：是运动规律已知的活动构件。它的运）原动件：是运动规律已知的活动构件。它的运动是由外界输入的，又称为输入构件。动是由外界输入的，又称为输入构件。2.12.1机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度（33）从动件：是机构中随着原动件的运动而运动的）从动件：是机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件，其中输出预期运动的从动件称为输出构件其余活动构件，其中输出预期运动的从动件称为输出构件。3.3.绘制运动简图的方法与
7、步骤：绘制运动简图的方法与步骤：1.1.例子：例子：2.12.1机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度2.2.绘制运动简图的方法与步骤：绘制运动简图的方法与步骤：定出原动件和输出构件，然后，搞清楚原动件和输定出原动件和输出构件，然后，搞清楚原动件和输出构件之间运动的传递路线，组成机构的构件数目及连接出构件之间运动的传递路线，组成机构的构件数目及连接各构件的运动副的类型和数目，测量出各个构件上与运动各构件的运动副的类型和数目，测量出各个构件上与运动有关的尺寸。有关的尺寸。选择投影面：一般可以选择机构的多数构件的运动选择投影面：一般可以选择机构的多数构件的运动平面作为投影面。平面
8、作为投影面。绘出机构运动简图：选择适当的比例，定出各运动绘出机构运动简图：选择适当的比例，定出各运动副的相对位置，以简单的线条和规定的符号绘出机构运动副的相对位置，以简单的线条和规定的符号绘出机构运动简图。简图。2.12.1机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度2.1.32.1.3平面机构自由度：平面机构自由度：1.1.平面机构自由度的计算公式：平面机构自由度的计算公式：平面机构：机构中各构件之间的平面机构：机构中各构件之间的相对运动彼此相互平行。相对运动彼此相互平行。例例11：无约束。构件：无约束。构件11相对构件相对构件22有有33个个自由度。自由度。例例22：低副：低副
9、aa、bb约束了两个移动自由度，保留回转自由度。约束了两个移动自由度，保留回转自由度。cc约束了一个移动自由度、一个回转自由度，保留了一个移动自由度约束了一个移动自由度、一个回转自由度，保留了一个移动自由度。高副高副dd约束了一个约束了一个n-nn-n方向移方向移动自由度、保留了一个回转动自由度、保留了一个回转自由度和一个移动自由度。自由度和一个移动自由度。高副高副ee约束了一个约束了一个t-tt-t方向移动自方向移动自由度、保留了一个回转自由度由度、保留了一个回转自由度和一个移动自由度。和一个移动自由度。2.12.1机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度例例11：计算颚式破
10、碎机的自由度。：计算颚式破碎机的自由度。解：机构含有：活动构件解：机构含有：活动构件n=5n=5；低副：低副：77个回转副个回转副PPLL=7=7；高副：高副：PPHH=0=0。F=3nF=3n2P2PLLPPHH=353527=127=1该机构一个原动件，该机构一个原动件，11个自由度，从个自由度，从动件有动件有确定的运动。确定的运动。F=3n-2PF=3n-2PLL-P-PHH活动构件数量活动构件数量自由度自由度低副数量低副数量高副数量高副数量因此，在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失因此，在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度；每个高副引入一个约束，使构件失去一
11、个去两个自由度；每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。即：自由度。即：2.2.机构具有确定运动的条件：机构具有确定运动的条件：2.12.1机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度解：机构含有：活动构件解：机构含有：活动构件n=4n=4；低副：回转副低副：回转副PPLL=5=5；高副：高副：PPHH=0=0。F=3n-2PF=3n-2PLL-P-PHH=343425250=20=2结论：两种情况。结论：两种情况。一个原动件，机构一个原动件，机构无确定的运动；无确定的运动；两个原动件，机构两个原动件，机构的运动是确定的。的运动是确定的。例例33：计算右图所示机构的自由度。：计
12、算右图所示机构的自由度。解：机构含有：活动构件解：机构含有：活动构件n=4n=4；低副：回转副低副：回转副PPLL=6=6高副：高副：PPHH=0=0。F=3nF=3n2P2PLLPPHH=343426260=00=0例例22：计算右图平面五连杆机构的自由度：计算右图平面五连杆机构的自由度2.12.1机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度因此，机构具有确定运动的条件是：因此，机构具有确定运动的条件是：机构的自由度机构的自由度F0F0机构的原动件数等于机构的自由度。机构的原动件数等于机构的自由度。3.3.计算平面机构自由度的注意事项：计算平面机构自由度的注意事项：（11）复合铰
13、链：三个或三个以上构件在同一）复合铰链：三个或三个以上构件在同一轴线上用回转副相连接构成复合铰链。若有轴线上用回转副相连接构成复合铰链。若有mm个构件构成同轴复合铰链，则应具有个构件构成同轴复合铰链，则应具有mm11个个回转副。回转副。解：机构含有：活动构件解：机构含有：活动构件n=5n=5；低副：回转副低副：回转副PPLL=7(=7(包括包括CC点复点复合铰链合铰链m-1=3-1=2)m-1=3-1=2)高副：高副：PH=0PH=0。F=3nF=3n2P2PLLPPHH=353527270=10=1因此，机构具有确定的运动。因此，机构具有确定的运动。例例44：计算右图所示机构的自由度。：计算
14、右图所示机构的自由度。2.12.1机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度（22）局部自由度（或多余自由度）：不影响机构中）局部自由度（或多余自由度）：不影响机构中输出与输人运动关系的个别构件的独立运动输出与输人运动关系的个别构件的独立运动)，在计算机，在计算机构自由度时应予排除。构自由度时应予排除。例例55：计算右图所示凸轮机构的自由度。：计算右图所示凸轮机构的自由度。解：解：分析得知：无论凸轮分析得知：无论凸轮44正转还是反转正转还是反转，都不影响从动杆，都不影响从动杆22的运动规律；因此的运动规律；因此凸轮凸轮44为局部自由度为局部自由度(多余自由度多余自由度)。机构含有
15、：活动构件机构含有：活动构件n=2n=2；低副：回转副低副：回转副PPLL=2=2（一个回转（一个回转副、一个移动副）副、一个移动副）高副：高副：PPHH=1=1。F=3nF=3n2P2PLLPPHH=332222221=11=1因此，机构具有确定的运动。因此，机构具有确定的运动。2.12.1机构运动简图及平面机构自由度机构运动简图及平面机构自由度（33）虚约束）虚约束(或消极约束或消极约束)：在运动副引入的约束中：在运动副引入的约束中，有些约束对机构自由度的影响与其他约束重复的约束。，有些约束对机构自由度的影响与其他约束重复的约束。在计算机构自由度时由应除去不计。在计算机构自由度时由应除去不
16、计。例例66：下图所示机构（：下图所示机构（aa），各构件的长度为），各构件的长度为llABABllCDCDllEFEF，llBCBCllADAD，llCECE=llDFDF，计算其自由度。，计算其自由度。分析得知：构件分析得知：构件EFEF与回转副与回转副EE、FF的存在与否对整个机构的运动并无影响。在计算的存在与否对整个机构的运动并无影响。在计算自由度时应将产生虚约束的构件连同带入的自由度时应将产生虚约束的构件连同带入的运动副一起除去不计。（见运动副一起除去不计。（见bb）。机构含有：活动构件机构含有：活动构件n=3n=3；低副：回转副；低副：回转副PL=4PL=4；高副：；高副：PH=0PH=0。F=3n-2PF=3n-2PLLPPHH=333322440=10=1因此，机构具有确定的运动
