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1、第第2 2章章 平面连杆机构平面连杆机构 2-1 平面机构的运动简图和自由度 2-2 平面四杆机构的基本类型 2-3 平面四杆机构的特点及设计 基本要求: v掌握基本概念 v熟练掌握机构运动简图的绘制 v熟练掌握机构自由度的计算方法 v掌握平面连杆机构的类型、特点、演化方法 v掌握平面四杆机构的工作特性 机械设计基础 平面连杆机构 2-1 2-1 平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度 一、构件 二、运动副 三、机构 四、平面机构的运动简图 五、平面机构的自由度 机械设计基础 平面连杆机构 1. 构件(Link) 机械的独立运动单元，传 递运动和力的载体。 实例：内燃机中的缸体、
2、 活塞、连杆、曲轴等。 第一节 机构的组成 内燃机连杆 机械设计基础 平面连杆机构 构件可以是一个零件,也可以由几个零件刚性联接组成。 实例：连杆由连杆体、轴瓦、连杆盖、螺栓、垫圈、螺 母、连杆衬套等相互刚性联接组成。 零件(Part)是机械的制造单元。 内燃机连杆 连杆体 连杆盖 螺栓 垫圈 螺母 连杆衬套 轴瓦 机械设计基础 平面连杆机构 x y o 二、运动副二、运动副 v运动副: 两构件直接接触而形成的可动联接 v运动副元素：构成运动副时直接接触的点、线、面部分 v接触形式: 点、线、面 机械设计基础 平面连杆机构 运动副分类运动副分类 v按接触形式分类 v按相对运动分类 机械设计基础
3、 平面连杆机构 按接触形式分类： v接触形式: 点、线、面 v低副：面接触 v高副：点、线接触 平面低副 空间低副 x y o 高副 高副 空间低副平面低副平面低副 机械设计基础 平面连杆机构 按相对运动分类： v运动副的性质（即运动副引入的约束）确定了两构件的相 对运动 v按相对运动分类： 转动副：相对转动 回转副、铰链 移动副：相对移动 螺旋副：螺旋运动 球面副：球面运动 机械设计基础 平面连杆机构 运动副类型小结 v平面低副: 转动副、移动副 （面接触） v平面高副: 齿轮副、凸轮副 （点、线接触） v空间低副: 螺旋副、球面副、圆柱副 （面接触） v空间高副: 球和圆柱与平面、球与圆柱
4、副 (点、线接触) v运动副特性:运动副一经形成, 组成它的两个构件间的可 能的相对运动就确定。而且这种可能的相对运动, 只与运 动副类型有关, 而与运动副的具体结构无关。 v工程上常用一些规定的符号代表运动副 机械设计基础 平面连杆机构 平面副 低副：转动副、移动副 (面接触) 高副：齿轮副、凸轮副(点 、线接触) x y o x y o tt n n n t 机械设计基础 平面连杆机构 空间副 高副：点、线接触 球面副 螺旋副 了解 机械设计基础 平面连杆机构 v机构是由构件通过运动副连接而成的 v原动件：按给定运动规律独立运动的构件 v从动件：其余的活动构件 v机 架：固定不动的构件 原
5、动件 1 2 3 4 从动件 机架 闭链 开链 机构 三、机构三、机构 机械设计基础 平面连杆机构 与动力 源组合 机器的组成 (从运动观点看)由构件组成 (从制造观点看)由零件组成 机械 机器 机构 构件 零件 通用零件 专用零件 原动构件 从动构件 机 架 零件 构件机构 机器 静联接 动联接 (运动副) 机械设计基础 平面连杆机构 1 概述 2 构件的表示方法 3 运动副的表示方法 4 运动简图的绘制方法 5 例题 四、平面机构的运动简图四、平面机构的运动简图 机械设计基础 平面连杆机构 1 概述 v机构各部分的运动，取决于： 原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺寸( 确定各运
6、动副相对位置的尺寸) v机构运动简图: （表示机构运动特征的一种工程用图） 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 与原机械具有完全相同的运动特性 v比较： 机构示意图：没严格按照比例绘制的机构运动简图 v用途：分析现有机械，构思设计新机械 机械设计基础 平面连杆机构 2 构件的表示方法 v杆、轴类构件 v机架 v同一构件 v两副构件 v三副构件 机械设计基础 平面连杆机构 3 运动副的表示方法 v转动副 v移动副 v高副（齿轮副、 凸轮副） 机械设计基础 平面连杆机构 4 运动简图的绘制方法 v步骤： 确定构件数目及原动件、输出构件 各构件间构成何种运动副？（注意
7、微动部分） 选定比例尺、投影面，确定原动件某一位置，按规定符 号绘制运动简图 标明机架、原动件和作图比例尺 v绘制路线：原动件中间传动件 输出构件 v观察重点：各构件间构成的运动副类型 v良好习惯：各种运动副和构件用规定符号表达 v误 区：构件外形 机械设计基础 平面连杆机构 5 例题：内燃机 机械设计基础 平面连杆机构 A B C E F D G 例题：破碎机 机械设计基础 平面连杆机构 1 2 3 4 A B C 14 12 23 A14 B12 C234 3 2 4 1 4 例题： 机械设计基础 平面连杆机构 1 平面机构自由度的计算 2 机构具有确定运动的条件 3 几种特殊结构的处理
8、复合铰链 局部自由度 虚约束 4 小结 五、平面机构的自由度五、平面机构的自由度 机械设计基础 平面连杆机构 1 平面机构自由度的计算 (1) 平面运动构件的自由度 (构件可能出现的独立运动) (2) 平面运动副引入的约束R (对独立的运动所加的限制) x y 2 1 与其它构件未连之前：3 用运动副与其它构件连接后, 运 动副引入约束, 原自由度减少 x y o x y o tt n n R=2 R=2R=1 结论： 平面低副引入 2个约束 平面高副引入 1个约束 机械设计基础 平面连杆机构 (3) 平面机构自由度计算公式 如果：活动构件数：n 低副数： pl 高副数： ph x y 2 1
9、 未连接前总自由度： 3n 连接后引入的总约束数： 2pl+ph F=3n - ( 2pl + ph ) v机构自由度F： F=3n - 2pl - ph 机械设计基础 平面连杆机构 机构自由度举例： 1 2 3 4 F =3n2plph = 3 2 340 = 1 1 2 3 4 5 F =3n2plph = 3 2 450 = 2 F =3n2plph = 3 2 221 = 1 B C A F =3n2plph = 3 2 340 = 1 F =3n2plph = 3 2 451 = 1 机械设计基础 平面连杆机构 n=4, Pl=5, Ph=0,原动件数=1 F=3n2PlPh=342
10、5=2 F 原动件数 机构运动不确定 n=3, Pl=4，Ph=0,原动件数=2 ， F=3n2PlPh=3324=1 F 原动件数 杆2被拉断 F=0 机构不动 n=4, Pl=6,Ph=0 F=3n2PlPh=3426=0 2 2 机构具有确定运动的条件 F=0，构件之间无相对运动 原动件数小于F,各构件无确定的相对运动 原动件数大于F,在机构的薄弱处遭到破坏 结论：机构具有确定运动的条件： 1 机构自由度 0 2 原动件数 机构自由度数 机械设计基础 平面连杆机构 n=3 ,pl=4 ; ph =0 F=33240=1 自由度 F0 原动件数目机构自由度数目 例: 有确定运动 n= 6
11、, Pl= 8 , Ph =1 (3与5同一构件) F=3n2PlPh=36281 =1 原动件 机构有确定运动 例: 机构具有确定运动的条件 (F=0不动；多于不确定 ;少于破坏） 3 vm个构件(m2)在同一处构成转动副 vm-1个低副 (1) 复合铰链 4 1 2 3 5 6 F 3n2plph 3 2 560 3 F 3n 2plph 3 2 570 1 4 1 2 3 5 6 错对 计算在内 5 2 3 2 3 5 1 m个构件, m-1个铰链 3 几种特殊结构的处理 机械设计基础 平面连杆机构 复合铰链 解: B、C、D、E处为复合铰链，转动 副数均为2。 n7，pL10，pH0
12、F3n2pLpH372101 1 2 3 4 5 6 7 8 AB C D E F F3n2plph 3 2 3 3 1 2 F3n 2plph 3 2 221 1 错对 排除(2) 局部自由度 v定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动, 不影响机 构输出运动的自由度 v局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加 的滚子、轴承中的滚珠 v解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的 构件固结在一起，视作一个构件 动画 机械设计基础 平面连杆机构 v不影响机构运动传递的重复约束 v在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束 可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不
13、起独立限 制作用的运动副叫虚约束 v虚约束经常发生的场合 v处理方法：计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其 所带入的运动副）去掉 v结论 F3n2PLPH 3 2 1 2 3 F3n2PLPH 3 2 23 1 -1 错 22 1 1 对 排除 之一为 虚约束 (3) 虚约束 机械设计基础 平面连杆机构 虚约束经常发生的场合 A 两构件之间构成多个运动副时 B 两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时 C 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时 D 机构中对运动不起作用的对称部分 机械设计基础 平面连杆机构 A 两构件之间构成多个运动副时 v两构件组合成多个转动副，且其轴线重合
14、v两构件组合成多个移动副，其导路平行或重合 v两构件组合成若干个高副，但接触点之间处的公法线重合 1 2 3 1 2 3 v目的：为了改善构件的受力情况 F3n2PLPH 3 2 22 1 1 动画 机械设计基础 平面连杆机构 B 两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时 v在这两个例子中，加与不加红色构件AB效果完全一样， 为虚约束 v计算时应将构件AB及其引入的约束去掉来计算 4 1 2 3 5 1 2 3 4 F3n2PLPH 3 2 34 0 F3n2PLPH 3 2 46 0 0 B A 错对 1 F3n2PLPH 3 2 34 0 1 机械设计基础 平面连杆机构 C 两构件上联接点的轨迹重合 v在该机构中，构件2上的C点C2与构件 3上的C点C3轨迹重合，为虚约束 v计算时应将构件3及其引入的约束去 掉来计算 v同理，也可将构件4当作虚约束，将 构件4及其引入的约束去掉来计算， 效果完全一样 B A C(C2,C3) D 1 2 3 4 F3n2PLPH 3 2 34 0 1 动画 机械设计基础 平面连杆机构 D 机构中对运动不起作用的对称部分 v在该机构中，齿轮3是齿轮2的对称部分，为虚约束 v计算时应将齿轮3及其引入的约束去掉来计算 v同理，将齿轮2当作虚约束去掉，完全一样 v目的：为了改善构件的受力情况 F3n2PLPH 3 2
