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1、2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,2,在设计新机器和研究机器的运动与动力特性时，常采用机械系统运动简图来对比各种设计方案，按照运动要求确定机器组成构件的主要尺寸，按照强度条件和工作情况确定机构各部分的详细结构尺寸。,机械系统要完成比较复杂的运动，一般都需要将若干个机构根据机械系统的运动协调配合的要求组合起来，因此机械系统的运动简图也是机构系统的运动简图。,机械（机构）系统的运动简图是用规定的符号，绘出能准确表达机构各构件之间的相对运动关系及运动特征的简单图形。,机械系统的运动简图设计是设计机械产品十分重要的内容，正确、合理地设计机械系统简图，对于满足机械产品的功能要求，提高性能
2、和质量，降低制造成本和使用费用等是十分重要的。,第2章 平面机构运动简图及自由度计算,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,3,第2章 平面机构运动简图及自由度计算,21 机构的组成22 平面机构运动简图23 平面机构具有确定运动的条件24 平面机构自由度的计算,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,4,是组成机械的各个相对运动的单元。,2.1.1 构件,构件：,2-1 机构的组成,构件与零件的区别：构件是机械中的运动单元，零件是制造单元，构件可以是一个零件也可以由多个零件组成,自由度：构件相对于参考系统所具有的独立运动参数的数目。,三维空间构件,二维空间构件,2011
3、年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,5,构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称为运动副。,运动副元素：两构件上直接参加接触构成运动副的部分。,2.1.2 运动副,运动副：,2-1 机构的组成,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,6,运动副的分类,2-1 机构的组成,1）按其引入的约束数目分：,级副、,级副、,级副。,2）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,3）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,运动副还可分为平面运动副与空间运动副两类。,2011年06月
4、,河南理工大学机械与动力工程学院,7,按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。,1.低副 两构件以面接触而形成的运动副。,(1) 转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。,a)固定铰链,平面运动副,2-1 机构的组成,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,8,b)活动铰链转动副,2-1 机构的组成,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,9,(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。,移动副,2-1 机构的组成,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,10,2.高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。,凸轮副,2-1 机构的组成,2011年06月,河南理工大
5、学机械与动力工程学院,11,齿轮副,2-1 机构的组成,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,12,空间运动副,若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。,螺旋副,球面副,2-1 机构的组成,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,13,2-1 机构的组成,运动链,构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统。,闭式运动链,（简称闭链）,开式运动链,（简称开链）,平面闭式运动链,空间闭式运动链,平面开式运动链,空间开式运动链,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,14,2-1 机构的组成,2.1.3 机构,机构：是指具有确定相对运动的构件组合体。构成
6、机构三要素：构件、运动副、相对运动,运动链中，如有将其某一构件加以固定而成为机架，则该运动链便成为机构。,平面铰链四杆机构,机 架机构中的固定构件。 一般机架相对地面固定不动，但当机构安装在运动的机械上时则是运动的。,原动件按给定已知运动规律独立运动的构件；常以转向箭头表示。,从动件机构中其余活动构件。其运动规律决定于原动件的运动规律和机构的结构及构件的尺寸。,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,15,2-1 机构的组成,零件,构件,运动副,运动链,机构,机器,机械,制造单元,运动单元,直接接触，可动联接,一个或多个刚性联接,构件通过运动副联接形成的可动系统,其中一个构件固定为机
7、架,统称,一个或多个按一定的运动要求,具有确定相对运动的构件组合,许多独立的零件组成,几个术语及其关系,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,16,1）低副,构件组成转动副时，如下图表示。图垂直于回转轴线时用图a表示；图面不垂直于回转轴线时用图b表示。表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线，图c所示。,2-2 平面机构运动简图,2.2.1 运动副及构件的表示方法,转动副：,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,17,移动副：两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。,2-2 平面机构运动简图,2
8、011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,18,2） 平面高副,两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。,2-2 平面机构运动简图,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,19,2-2 平面机构运动简图,3） 构件,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,20,机架,机架和活动构件通过转动副联接,机架和活动构件通过移动副联接,2-2 平面机构运动简图,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,21,两个活动构件联接,2-2 平面机构运动简图,2011年06月,河南理工大
9、学机械与动力工程学院,22,两副构件(一个构件和两个外副),注：点划线表示与其联接的其他构件,2-2 平面机构运动简图,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,23,两副构件(一个构件和两个外副),2-2 平面机构运动简图,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,24,偏心轮,2-2 平面机构运动简图,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,25,三副构件(一个构件和三个外副),2-2 平面机构运动简图,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,26,三副构件(一个构件和三个外副),2-2 平面机构运动简图,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院
10、,27,2-2 平面机构运动简图,常用机构运动简图符号,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,28,2.2.2 平面机构运动简图的绘制,任何一个机构都是有若干构件组成，这些构件可以分为三类：原动件、机架（即固定件）、从动件。将机构中作用有驱动力或力矩的构件称为原动件，有时也可以把运动规律已知的构架称为原动件；机构中固结于参考系的构件称为机架，机构中除了原动件和机架以外的构件通称为从动件。,2-2 平面机构运动简图,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,29,绘制机械系统运动简图的步骤,1）分析运动情况，确定构件的类型及其数目；,2）丛原动件开始，按运动传递顺序确定各运动
11、副的类型和数目；,3）选择视图平面；,4）选取适当的比例尺，确定个运动副的相对位置；,5）用规定的符号画出机构运动简图，通常用阿拉伯数字表示构件，用大写英文字母表示运动副，用箭头表示原动件。,2-2 平面机构运动简图,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,30,例 试绘制内燃机的机构运动简图,2-2 平面机构运动简图,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,31,解：1）分析运动，确定构件的类型和数量,2）确定运动副的类型和数目,3）选择视图平面,4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置,5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件,2-2 平面机构运动简
12、图,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,32,2-2 平面机构运动简图,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,33,2-2 平面机构运动简图,练习： 三种形式液压泵的机构运动简图。,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,34,选择机架,提取构件的运动尺寸,确定比例尺,选择机构运动中的一个状态,确定各运动副位置，绘图,编号：A、B、C 表示运动副 1、2、3 表示构件 O1、O2表示固定转轴,原动件的运动方向,2-2 平面机构运动简图,练习： 小型压力机机构运动简图,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,35,压床曲柄滑块机构简图,火车上驱动机构
13、简图,2-2 平面机构运动简图,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,36,2-3 平面机构具有确定运动的条件,实例分析,机构具有确定运动是指该机构在原动件给定以后，所有从动件的运动是完全确定的。,四杆机构,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,37,给定构件1运动参数 ，构件2、3、4的运动是不确定的,再给定构件4运动参数 ，构件2、3的运动是确定的,2-3 平面机构具有确定运动的条件,五杆机构,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,38,机构的自由度：机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目。,平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数等于机构的
14、自由度数目。,原动件数自由度数，机构无确定运动,原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏,2-3 平面机构具有确定运动的条件,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,39,2.4.1 平面机构自由度计算,一个平面构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度。,当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束，失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保留的自由度数目也不同。一个平面低副引入2个约束，高副引入1个约束。,2-4 平面机构的自由度计算,自由度是指构件相对于参考坐标系所具有独立运动参数的数目。,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,40,计算公式,n：机构中活动构件数
15、； Pl ：机构中低副数；,Ph ：机构中高副数； F ：机构的自由度数；,F = 3n - 2Pl - Ph,计算实例,n = 3, Pl = 4, Ph = 0,F = 3n - 2Pl - Ph,=33 - 2Pl - Ph,=33 - 24 - 0,设,则,= 1,2-4 平面机构的自由度计算,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,41,计算实例,n =5, Pl = 7, Ph = 0,F = 3n 2Pl Ph,= 35 27 0,= 1,解：,2-4 平面机构的自由度计算,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,42,2.4.2 自由度计算时应注意的几种情况
16、,1.复合铰链,2.局部自由度,3.虚约束,2-4 平面机构的自由度计算,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,43,三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时，有m 1个转动副。,2-4 平面机构的自由度计算,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,44,惯性筛机构,C处为复合铰链,计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。,n = 5, Pl = 7, Ph = 0,= 35 -27 0 = 1,F = 3n - 2Pl Ph,2-4 平面机构的自由度计算,2011年06月,河南理工大学机械与动力工程学院,45,滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。,计入局部自由度时 n = 3, Pl = 3, Ph = 1 F =33 - 2- 1 = 2 与实际不符,
