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1、第4章 平面机构的组成和速度分析,4-1平面机构的组成 4-2平面机构运动简图 4-3平面机构的自由度计算 4-4速度瞬心及其应用,基本要求,弄清运动副、运动连、约束和自由度等基本概念； 掌握绘制常见机构运动简图的方法； 熟练掌握平面机构的自由度计算； 理解速度瞬心的概念，掌握三心定理并能确定简单平面机构各瞬心的位置； 能用瞬心法对简单高、低副机构进行速度分析。,1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件,2.按结构特点对机构进行分类,弄清机构包含哪几个部分;,各部分如何相联？,以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？ 这对于设计新的机构显得尤其重要。,机构的结构分析研究内容及目的,不同的机构
2、都有各自的特点，把各种机构按结构加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动力分析的一般方法。,4.研究机构的组成原理,3.绘制机构运动简图,目的是为运动分析和动力分析作准备。,目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足运动确定性的要求。,一、机构的组成要素,机构是具有确定相对运动的构件组合体， 由两个要素组成：,1、构件,2、运动副,4.1平面机构的组成,1、构件,所谓构件是指机器中独立的运动单元。,零件是加工制造的单元。,2、运动副,对运动副的理解要把握以下三点：,组成运动副的两个构件之间能相对运动,两构件组成的直接接触而又能产生相对运动的活动联接称为运动副。,两构件参与接触而构成运动副的部分称
3、为运动副元素。,运动副由两个构件组成；,运动副是一种联接,两构件直接接触；,运动副元素不外乎为点、线、面。,螺旋副,球面副,转动副,移动副,运动副类型,（1）按运动副相对运动形式分,低副: 两构件通过面接触而构成的运动副统称为低副;,2.按运动副接触形式分,高副: 凡两构件系通过点或线接触而构成的运动副统称为高副;,螺旋副,球面副,3.按运动副的运动空间分:,平面运动副:指构成运动副的两构件之间的相对运动为平面运动的运动副;,空间运动副:指构成运动副的两构件之间的相对运动为空间运动。,二、运动链,闭链: 运动链的各构件构成首尾封闭的系统。,开链: 运动链的各构件未构成首尾封闭的系统。,运动链:
4、指两个以上的构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统。,三、机构,机构:在运动链中将一构件加以固定作为机架或参考构件, 则运动链便成为机构。,机架：机构中固定不动构件。, 平面机构: 机构中各构件间的相对运动为平面运动。 空间机构: 机构中各构件间的相对运动为空间运动。,原动件: 机构中按给定的运动规律独立运动的构件。,从动件:机构其余活动构件。,4.2 机构的运动简图,完全反映原机械具有的运动特性。,为什么要画机构运动简图？,模型不是越真实越好，在满足应用要求的前提下，越简单越好！,机构运动简图的要求,A 满足应用要求：分析机构组成 工作原理 运动分析、受力分析,B 表达简捷,C 符号统一、
5、便于交流,机构的运动特性与哪些因素有关？,运动副类型,构件,原动件运动规律,运动副相对位置,与构件的结构尺寸和形状、 运动副的具体构造是否相关？,机构运动简图,为了表明机构结构状况, 不要求严格地按比例而绘制的简图称为机构的示意图。,指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, 并用国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。,常用运动副的符号,运动副符号,两运动构件构成的运动副,转动副,移动副,平面运动副,两构件之一为固定时的运动副,运动副 名称,平面高副,螺旋副,球面副球销副,空间运动副,平面运动副,构件的表示方法,杆、轴构件,固定构件,同一构
6、件,三副构件,两副构件,构件的表示方法,常用机构运动简图符号（摘自GB/T4460-1984）,常用机构运动简图符号（续）,常用机构运动简图符号（续）,画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。,3,2,1,4,（二）绘制机构运动简图的步骤与方法,4. 选择适当的比例尺, 用规定的简单线条和各种运动副符号, 将机构运动简图画出来。,1.分析机构的组成及运动情况，确定机构中的机架、原动部分、传动部分和执行部分，以确定构件和运动副的数目。,2. 循着运动传递的路线，逐一分析每两个构件间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目;还应确定与机构运动特性相关的运动要素：运动副间的相对位置；如转动
7、副中心的位置和移动副导路的方位；高副的廓线形状，包括其曲率中心和曲率半径等。,3. 恰当地选择投影面：一般选择与机械的多数构件的运动平面相平行的平面作为投影面。,例4-1 绘制颚式破碎机的构运动简图,例4-1 绘制颚式破碎机的构运动简图,(1)机构的组成及运动情况，共四个构件：机架1、偏心轴2、动颚3和肘板4,(2)运动副的类型及数量,偏心轴与机架 转动副A,动颚与偏心轴 转动副B,肘板与动颚 转动副C,肘板与机架 转动副D,(3)选定投影面和比例尺,定出各运动副的相对位置,绘制出机构运动简图,1,2,3,4,C,A,B,1,2,3,4,5,6，7,例4-4泵机构,例4-5冲压机构,给定S3S
8、3(t)，一个独立参数11（t）唯一确定，该机构仅需要一个独立参数。,若仅给定11(t),则2 3 4 均不能唯一确定。若同时给定1和4 ，则3 2 能唯一确定，该机构需要两个独立参数 。,一、机构具有确定运动的条件,4.3平面机构的自由度计算,定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的 独立运动参数称为机构的自由度。,原动件能独立运动的构件。 一个原动件只能提供一个独立参数,机构具有确定运动的条件为：,自由度原动件数,二、 平面机构自由度的计算公式,作平面运动的刚体在空间的位置需要三个独立的参数（x，y, ）才能唯一确定。,(x , y),运动副 自由度数 约束数 回转副 1（） + 2（x，
9、y） = 3,R=2, F=1,R=2, F=1,R=1, F=2,结论：构件自由度3约束数,移动副 1（x） + 2（y，）= 3,高 副 2（x,） + 1（y） = 3,经运动副相联后，构件自由度会有变化：,自由构件的自由度数约束数,活动构件数 n,计算公式： F=3n(2PL +Ph ),要求：记住上述公式，并能熟练应用。,构件总自由度,低副约束数,高副约束数,3n,2 PL,1 Ph,计算曲柄滑块机构的自由度。,解：活动构件数n=,3,低副数PL=,4,F=3n 2PL PH =33 24 =1,高副数PH=,0,推广到一般：,计算五杆铰链机构的自由度,解：活动构件数n=,4,低副数
10、PL=,5,F=3n 2PL PH =34 25 =2,高副数PH=,0,1,2,3,4,1,计算图示凸轮机构的自由度。,解：活动构件数n=,2,低副数PL=,2,F=3n 2PL PH =32 221 =1,高副数PH=,1,1,2,3,三、计算平面机构自由度的注意事项,计算图示圆盘锯机构的自由度。,解：活动构件数n=,7,低副数PL=,6,F=3n 2PL PH,高副数PH=0,=37 26 0,=9,计算结果肯定不对！,1.复合铰链 两个以上的构件在同一处以转动副相联。,计算：m个构件,有m1转动副。,两个低副,在B、C、D、E四处应各有 2 个运动副。,计算图示圆盘锯机构的自由度。,解
11、：活动构件数n=7,低副数PL=,10,F=3n 2PL PH =37 2100 =1,可以证明：F点的轨迹为一直线。,准确识别复合铰链举例 关键：分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副,两个转动副,两个转动副,两个转动副,两个转动副,两个转动副,两个转动副,计算图示两种凸轮机构的自由度。,解：n=,3，,PL=,3，,F=3n 2PL PH =33 23 1 =2,PH=1,对于右边的机构，有： F=32 22 1=1,事实上，两个机构的运动相同，且F=1,1,2,3,1,2,3,2.局部自由度,F=32 22 1 =1,定义：构件局部运动所产生的自由度，并不影响整个机构的运动。,出现在加装
12、滚子的场合，计算时应去掉滚子和铰链：,滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。,1,2,3,1,2,3,解：n=,4，,PL=,6，,F=3n 2PL PH =34 26 =0,PH=0,3.虚约束 对机构的运动实际上不起作用的约束。 计算自由度时应去掉虚约束。, FEAB CD ，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧，。 增加的约束不起作用，应去掉构件4。,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,重新计算：n=3, PL=4, PH=0,F=3n 2PL PH =33 24 =1,特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,4,F,虚约束,出现虚约束的场合： 1.两构
13、件联接前后，联接点的轨迹重合，,2.两构件构成多个移动副，且导路平行。,如平行四边形机构，火车轮,椭圆仪等。(需要证明),4.运动时，两构件上的两点距离始终不变。,3.两构件构成多个转动副，且同轴。,5.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。,6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。,如等宽凸轮,注意： 法线不重合时，变成实际约束！,A,A,n1,n1,n2,n2,n1,n1,n2,n2,虚约束的作用： 改善构件的受力情况，如多个行星轮。,增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。,使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。,注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的 !,计算图示大筛机构的自由度。
14、,位置C ，2个低副,复合铰链:,局部自由度,1个,虚约束,E,n=,7,PL =,9,PH =,1,F=3n 2PL PH=37 29 1=2,计算包装机送纸机构的自由度,2个转动副,杆9和运动副F、I引入一个虚约束,分析 活动构件数,n9,复合铰链,虚约束,运动副D,1处,去掉局部自由度和虚约束,局部自由度,n6，pL7，pH3 F3n2pLpH3627131,滚子3、8绕自身轴线的转动,4-4 机构的运动分析,1.位置分析,研究内容：位置分析、速度分析和加速度分析。,确定机构的位置（位形），绘制机构位置图。,确定构件的运动空间，判断是否发生干涉。,确定构件(如活塞)行程， 找出上下极限位
15、置。,确定点的轨迹（连杆曲线），如鹤式吊。,4-4-1机构的运动分析目的和方法,运动分析目的:,通过分析，了解从动件的速度变化规律是否满足 工作要求。如牛头刨,为加速度分析作准备。,加速度分析是为确定惯性力作准备。,运动分析方法：,解析法正好与以上相反。,实验法试凑法，配合连杆曲线图册，用于解决 实现预定轨迹问题。,2.速度分析,3.加速度分析,图解法简单、直观、精度低、求系列位置时繁琐。,4-4-2 平面机构速度分析的瞬心法,瞬心法: 适合于简单机构的运动分析。,一、速度瞬心及其求法,绝对瞬心重合点绝对速度为零。,相对瞬心重合点绝对速度不为零。,两个作平面运动构件上速度相同的一对重合点，在某一瞬时两构件相对于该点作相对转动,该点称瞬时速度中心。求法？,1、速度瞬心的定义,该点涉及
