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1、1第第1章 平面机构的自由度和速度分析章 平面机构的自由度和速度分析1-1 运动副及其分类 运动副及其分类 1-2 平面机构运动简图 平面机构运动简图 1-3 平面机构的自由度 平面机构的自由度 1-4 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用速度瞬心及其在机构速度分析上的应用主要学习内容主要学习内容所有构件都在所有构件都在同一平面或平行平面内同一平面或平行平面内运动的 机构称为运动的 机构称为平面机构平面机构。学习要求学习要求 熟练掌握运动副、约束和自由度等基本概念；熟练掌握运动副、约束和自由度等基本概念； 熟练掌握机构运动简图绘制的方法，能够用运动 简图表达自己的设计构思；熟练掌握机构运动简图绘
2、制的方法，能够用运动 简图表达自己的设计构思； 熟练掌握平面机构自由度的计算方法，能够准确 判别机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约 束；熟练掌握平面机构自由度的计算方法，能够准确 判别机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约 束； 理解瞬心概念，能正确判断速度瞬心，三心定理。理解瞬心概念，能正确判断速度瞬心，三心定理。2构件：机构中具有相对运动的单元 体构件：机构中具有相对运动的单元 体组成了机构；自由度：构件含有独立运动的数目组成了机构；自由度：构件含有独立运动的数目1 构件与自由度构件与自由度211-1 运动副及其分类运动副及其分类2.约束与运动副 约束：对独立运动的限制 运动副：构件间
3、的可动联接（既保持直接接触，又能产生一 定的相对运动） 约束与自由度由运动副的类型不同而不同。这种使两构件约束与运动副 约束：对独立运动的限制 运动副：构件间的可动联接（既保持直接接触，又能产生一 定的相对运动） 约束与自由度由运动副的类型不同而不同。这种使两构件直接接触直接接触而又而又能产生一定的相对运动能产生一定的相对运动的联接称 为的联接称 为运动副运动副。如：活塞与气缸体，活塞与连杆，凸轮和进排气 阀推杆、两啮合齿轮之间的联接都是运动副。如：活塞与气缸体，活塞与连杆，凸轮和进排气 阀推杆、两啮合齿轮之间的联接都是运动副。 构件和运动副是机构组成的两个要素构件和运动副是机构组成的两个要素
4、。3 根据运动副引入的约束数来分 根据运动副引入的约束数来分:级副、级副级副、级副 根据构成运动副两构件的相对运动来分：转动副（铰链）移动副 根据构成运动副两构件的相对运动来分：转动副（铰链）移动副2.运动副分类 根据接触特性来分： 平面机构中可分为平面低副：面接触，应力低，运动副分类 根据接触特性来分： 平面机构中可分为平面低副：面接触，应力低，2个约束个约束1个自由度个自由度 平面高副：点、线接触，应力高，平面高副：点、线接触，应力高，1个约束个约束2个自由度个自由度2112转 动 副转 动 副组成运动副的 两构件只能在一个平面内相对转动。组成运动副的 两构件只能在一个平面内相对转动。低副
5、引入两个约束低副引入两个约束412移 动 副组成运动副的 两构件只能沿某一轴线相对移动。组成运动副的 两构件只能沿某一轴线相对移动。低副引入两个约束低副引入两个约束齿轮副齿轮副高副引入一个约束高副引入一个约束两构件间相对运 动：两构件间相对运 动：沿接触处沿接触处 切线切线 t t方向方向的相对 运动和在平面内的的相对 运动和在平面内的 相对转动相对转动5凸 轮 副凸 轮 副高副引入一个约束高副引入一个约束球面 副球面 副62、为什么要画机构运动简图，其原理是什么？2、为什么要画机构运动简图，其原理是什么？1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图1. 什么是机构运动简图为了便于研究机构的运动，
6、可以撇开构件、运动副的外形和具 体构造，而1. 什么是机构运动简图为了便于研究机构的运动，可以撇开构件、运动副的外形和具 体构造，而只用简单的线条和符号代表构件和运动副只用简单的线条和符号代表构件和运动副，并，并按比例 定出各运动副位置按比例 定出各运动副位置，表示机构的组成和传动情况。这样绘制出能 够准确表达机构运动特性的最简明图形就称为，表示机构的组成和传动情况。这样绘制出能 够准确表达机构运动特性的最简明图形就称为机构运动简图机构运动简图。只是为了表明机构的运动状态或各构件的相互关系，可以。只是为了表明机构的运动状态或各构件的相互关系，可以不按 比例不按 比例来绘制运动简图，通常把这样的
7、简图称为来绘制运动简图，通常把这样的简图称为机构示意图机构示意图。从原理方案设计的角度来看，。从原理方案设计的角度来看，机构的运动机构的运动仅与组成机构的所有 构件、运动副的类型、数目、相对位置及原动件的运动规律有关。 而构件仅与组成机构的所有 构件、运动副的类型、数目、相对位置及原动件的运动规律有关。 而构件外形和运动副具体构造与运动无关外形和运动副具体构造与运动无关。为何画？为何画？3、一般构件的表示方法、一般构件的表示方法杆、轴构件杆、轴构件固定构件固定构件同一构件同一构件7常用运动副的表示方法常用运动副的表示方法运动副名称两运动构件构成的运动副转 动 副移 动 副运动副名称两运动构件构
8、成的运动副转 动 副移 动 副1212121212121212121212两构件之一为固定时的运动副两构件之一为固定时的运动副122121平 面 运 动 副平 面 运 动 副平 面 高 副平 面 高 副2121画出两构件画出两构件接触处的曲线轮廓接触处的曲线轮廓（齿轮除外：可用两节圆表示）。（齿轮除外：可用两节圆表示）。8三副构件两转动或 移动副构 件三副构件两转动或 移动副构 件构件的表示方法构件的表示方法打上焊接符号，表示刚性整体转动副移动副高副参与组成两个转动副参与组成一个转动 副和一个移动副参与组成三个转动副(p8图图1-6,1-7 运动副、构件表示符及机构简图符号运动副、构件表示符及
9、机构简图符号 GB446084）9构件的分类构件的分类机构中的构件可分机构中的构件可分三类三类：1）固定构件固定构件（机架机架） ： 用来支承其他活动构件（运动构件）的构件。用来支承其他活动构件（运动构件）的构件。2）原动件（主动件）（或输入构件）原动件（主动件）（或输入构件）： 是运动规律已知的活动构件。是运动规律已知的活动构件。3）从动件从动件 ： 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输出构件， 其他从动件则起传递运动的作用。， 其他从动件则起传递运动的作用。原动件（主动
10、件）机架原动件（主动件）机架任何一个机构 中，必有一个构件 被相对地看作固定 构件任何一个机构 中，必有一个构件 被相对地看作固定 构件从动件从动件ABCDABCD输出构件输入构件输出构件输入构件从动件从动件101.构件数目与实际相同构件数目与实际相同2.运动副的性质、数目与实际相符运动副的性质、数目与实际相符3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机 构成比例运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机 构成比例。机构运动简图应满足的条件机构运动简图应满足的条件机构运动简图的绘制步骤机构运动简图的绘制步骤1、分析机构、分析机构（1）找出）找出构件总数构件总数，定出，定出原动件原动件,判断各构件
11、的判断各构件的运动性质运动性质 (移动、转动移动、转动)（2）定出）定出运动副的个数运动副的个数，各，各运动副的类型运动副的类型（移动副、转动 副、高副）（移动副、转动 副、高副）2、适当选择投影面、适当选择投影面一般选择一般选择与多数构件的运动平面相平行的面与多数构件的运动平面相平行的面 作为投影面。作为投影面。113、选择适当的比例尺，绘制机构运动简图、选择适当的比例尺，绘制机构运动简图选择适当的比例尺选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸，根据机构的运动尺寸定出各运动副 之间的相对位置定出各运动副 之间的相对位置，用构件和运动副的，用构件和运动副的规定符号规定符号绘制机构的运 动简图。绘制
12、机构的运 动简图。4、标出原动件，给各构件标上代号、标出原动件，给各构件标上代号一般一般原动件标号为原动件标号为1，机架为最后标号机架为最后标号。 注意以下简图的区别： 注意以下简图的区别：颚式破碎机组成：机架1，偏心轴2，动颚3，肘板4颚式破碎机组成：机架1，偏心轴2，动颚3，肘板4看一下书上例题看一下书上例题12颚式破碎机动画13组成：曲柄1，连杆2，齿扇3，齿条活塞4，机架5组成：曲柄1，连杆2，齿扇3，齿条活塞4，机架5齿扇结构的工作齿扇结构的工作泵举例泵举例14自由度自由度独立运动的数目平面独立运动的数目平面低副低副：面接触，在平面机构中，每个低副引入两个约 束，使构件：面接触，在平
13、面机构中，每个低副引入两个约 束，使构件失去两个自由度，保留一个自由度。失去两个自由度，保留一个自由度。1-3 平面机构的自由度1-3 平面机构的自由度1、 平面机构自由度的计算、 平面机构自由度的计算组成平面低副的两构件只能在一个平面内相对转动或移动组成平面低副的两构件只能在一个平面内相对转动或移动平面高副平面高副：点、线接触，在平面机构中，每个高副引入一个 约束，使构件失去：点、线接触，在平面机构中，每个高副引入一个 约束，使构件失去一个自由度，哪一个？自由度，哪一个？组成平面高副的两构件间的相对运动是组成平面高副的两构件间的相对运动是沿接触处切线方向的 相对移动沿接触处切线方向的 相对移
14、动和和在平面内的相对转动在平面内的相对转动。失去失去n-n法向方向移动法向方向移动15机构自由度的数目机构自由度的数目(Freedom) =活动构件的自由度总数活动构件的自由度总数-运动副引 入的约束总数运动副引 入的约束总数F = 3n - 2PL - PH注：机构自由度数目取决于活动构件的件数、运动副 的性质和个数。求解方式：找活动构件注：机构自由度数目取决于活动构件的件数、运动副 的性质和个数。求解方式：找活动构件分析运动副分析运动副代入公式代入公式（设（设n个活动构件，个活动构件，PL个低副，个低副，PH个高副）个高副）自由度：自由度： F= 3n-2PL-PH= 33-24=116自
15、由度：自由度： F= 3n-2PL-PH= 34-25-1= 1转动副转动副运动副和约束-总结运动副和约束-总结运 动 副运 动 副低副高副低副高副移动副移动副约束两个移动 自由度约束两个移动 自由度约束一个移动及 转动自由度约束一个移动及 转动自由度每个低副引入两 个约束，失去两 个自由度。每个低副引入两 个约束，失去两 个自由度。只约束沿接触处法线方向移动自由度只约束沿接触处法线方向移动自由度每个高副引入每个高副引入1个约束，失去个约束，失去1个自由度。个自由度。17F = 3nF = 3n2P2PL LP PH H=F =F =n =Pn =PL L=n =P=n =Pl l = =34
16、3333 24 =24 = 145 2534=2534= 2 2三杆机构三杆机构F=3n-2PL-PH=32-23- 0=0机构自由度的数目机构自由度的数目= 0，1，2代表什么呢？对机构具有确定运动条件的影响？代表什么呢？对机构具有确定运动条件的影响？18205243=F原动件数机构自由度 数，将杆2拉断。原动件数机构自由度 数，将杆2拉断。1234ABCD104233=X=FX20006243=F机构自由度等于零 时，各构件间不可 能产生相对运动。机构自由度等于零 时，各构件间不可 能产生相对运动。12345 前面的三杆机构前面的三杆机构F=3n-2PL-PH=32-23- 0=0机构具有确定运动的条件是：机构具有确定运动的条件是：（1）机构自由度 F 0， （2）机构自由度 F 等于 原动件数。（1）机构自由度 F 0， （2）机构自由度 F 等于 原动件数。F 原动件数原动件
