平面机构平面机构：所有构件都在同一平面内或平行平面：所有构件都在同一平面内或平行平面内运动，否则为内运动，否则为空间机构空间机构第二章第二章 平面机构的运动简图和平面机构的运动简图和自由度自由度1青苗学班B 第一节第一节 平面机构的运动简图平面机构的运动简图机构运动简图：构件的外形不影响机构的运动，用简机构运动简图：构件的外形不影响机构的运动，用简机构运动简图：构件的外形不影响机构的运动，用简机构运动简图：构件的外形不影响机构的运动，用简单的线条和符号来代表构件和构件间的连接，绘制的单的线条和符号来代表构件和构件间的连接，绘制的单的线条和符号来代表构件和构件间的连接，绘制的单的线条和符号来代表构件和构件间的连接，绘制的简单图形简单图形简单图形简单图形作用：设计阶段检查机器的运动情况、作用：设计阶段检查机器的运动情况、作用：设计阶段检查机器的运动情况、作用：设计阶段检查机器的运动情况、受力情况受力情况受力情况受力情况2青苗学班B 第一节第一节 平面机构的运动简图平面机构的运动简图一．运动副一．运动副一．运动副一．运动副：两构件直接接触形成的：两构件直接接触形成的可动连接可动连接。
运动副中两构件的相对运动为平面运动运动副中两构件的相对运动为平面运动平面运动副平面运动副空间运动副空间运动副动颚与轴动颚与轴球面副、螺母与螺杆球面副、螺母与螺杆低副低副高副高副平面运动副平面运动副：两构件通过：两构件通过面面接触接触转动副转动副移动副移动副：用小圆表示：用小圆表示：用矩形表示：用矩形表示平面机构中均为平面运动副平面机构中均为平面运动副3青苗学班B 低副低副高副高副平面运平面运动副动副：两构件通过：两构件通过点、线点、线接触，如齿轮、凸轮接触，如齿轮、凸轮用图形符号表示高副时，一用图形符号表示高副时，一般需把两构件在接触点处的般需把两构件在接触点处的曲线轮廓画出曲线轮廓画出( (图图a)a)，但对于，但对于齿轮机构，习惯上只画出两齿轮机构，习惯上只画出两齿轮的节圆齿轮的节圆( (见表见表1-1)1-1)两构件通过：两构件通过面面接触接触4青苗学班B —按给定已知运动规律按给定已知运动规律独立独立运运动的构件；动的构件；二、二、二、二、 构件的分类及其表示符号构件的分类及其表示符号构件的分类及其表示符号构件的分类及其表示符号机机 架架原动件原动件主动件主动件从动件从动件—机构中的固定构件；机构中的固定构件；——机构中其余活动构件机构中其余活动构件常在其上给出表示其运动形式常在其上给出表示其运动形式的箭头。
的箭头机架机架原动件原动件从动件从动件1.1. 构件的分类构件的分类支撑活动件，只有一个支撑活动件，只有一个一般机构有一个一般机构有一个5青苗学班B JX1A2 2、构件的表示符号、构件的表示符号表示构件的常用图形符号撇开外形，仅把与运撇开外形，仅把与运动有关的尺寸用简单动有关的尺寸用简单的线条表示出来的线条表示出来机架机架两副构件两副构件三副构件三副构件注：涂黑是焊缝标记，表示的是一个构件注：涂黑是焊缝标记，表示的是一个构件注：涂剖面线表示的是一个构件注：涂剖面线表示的是一个构件注：绕过转动副的圆弧相连直线表示的是一个构件注：绕过转动副的圆弧相连直线表示的是一个构件先画运动副，再连线先画运动副，再连线板状板状杆状杆状注：阴影线表示固定注：阴影线表示固定 偏心轮机构6青苗学班B JX1A三、机构的运动简图三、机构的运动简图三、机构的运动简图三、机构的运动简图用构件和运动副的用构件和运动副的特定图形符号特定图形符号按比例绘制的表示各按比例绘制的表示各构件间的构件间的相对运动关系相对运动关系的简单图形的简单图形7青苗学班B JX1A三、机构的运动简图三、机构的运动简图三、机构的运动简图三、机构的运动简图绘制步骤（以液压泵为例）绘制步骤（以液压泵为例）1 1、分析构件数目和运动副的类型及数目、分析构件数目和运动副的类型及数目（（4 4个构件、个构件、3 3个转动副和个转动副和1 1个移动副）个移动副）2 2、选择构件运动的平面作绘图平面、选择构件运动的平面作绘图平面3 3、确定比例尺、确定比例尺4 4、按比例确定各运动副的位置，用规、按比例确定各运动副的位置，用规定符号表示各构件和运动副定符号表示各构件和运动副5 5、给各构件和运动副编号，并在原、给各构件和运动副编号，并在原动件上用箭头表示其运动形式和方动件上用箭头表示其运动形式和方向向工作原理工作原理8青苗学班B 9青苗学班B 10青苗学班B 第二节第二节 平面机构的自由度平面机构的自由度要使机构具有确定的运动，需满足一定的条件，此条件就是有要使机构具有确定的运动，需满足一定的条件，此条件就是有关自由度的问题关自由度的问题一个作平面运动的自由构件具有一个作平面运动的自由构件具有3 3个个自由度自由度一、平面机构的自由度一、平面机构的自由度一、平面机构的自由度一、平面机构的自由度F F F F低副低副限制限制2 2个个自由度自由度两个构件形成运动副之前有两个构件形成运动副之前有3 3个个相对运动相对运动高副高副限制限制1 1个个自由度自由度（公法线方向的相对移动）（公法线方向的相对移动）自由度：构件具有独立运动的数目自由度：构件具有独立运动的数目11青苗学班B 第二节第二节 平面机构的自由度平面机构的自由度要使机构具有确定的运动，需满足一定的条件，此条件就是有要使机构具有确定的运动，需满足一定的条件，此条件就是有关自由度的问题关自由度的问题一个平面机构由一个平面机构由N N个构件组成个构件组成 , , 活动构件数活动构件数n=N-1则平面机构的自由度计算公式为：则平面机构的自由度计算公式为： F F＝＝3 3n n－－2 2p pL L －－ p pH Hn n为机构的活动构件数目；为机构的活动构件数目；p pL L 为机构的低副数目为机构的低副数目；；p pH H为机构的高副数目。
为机构的高副数目一、平面机构的自由度一、平面机构的自由度一、平面机构的自由度一、平面机构的自由度F F＝＝3 3n n－－2 2p pL L －－p pH Hn n＝＝3 3p pL L =4=4p pH H=0=0=3*3-2*4-0=3*3-2*4-0=1=112青苗学班B 1 1、自由度、自由度、自由度、自由度计计算算算算举举例例例例2 2））））铰链铰链四杆机构四杆机构四杆机构四杆机构＝＝＝＝3×33×3 －－－－2×42×4 －－0＝＝＝＝1 13 3））））铰链铰链五杆机构五杆机构五杆机构五杆机构F F＝＝＝＝3 3n n－－－－2 2p pL L －－－－ p pHH＝＝＝＝3×43×4 －－－－2×5 2×5 －－－－0 0 ＝＝＝＝2 2二、机构具有确定运动的条件二、机构具有确定运动的条件二、机构具有确定运动的条件二、机构具有确定运动的条件F F＝＝＝＝3 3n n－－－－2 2p pL L －－－－ p pHH1 1））））三角架三角架三角架三角架 ＝＝＝＝3×23×2 －－－－2×32×3 －－－－0 0＝＝＝＝0 0F F＝＝＝＝3 3n n－－－－2 2p pL L －－－－ p pHHn n＝＝2 2p pL L =3=3p pH H=0=0n n＝＝3 3p pL L =4=4p pH H=0=0n n＝＝4 4p pL L =5=5p pH H=0=0超静定桁架超静定桁架超静定桁架超静定桁架 刚刚性桁架性桁架性桁架性桁架 13青苗学班B 如果原动件数如果原动件数如果原动件数如果原动件数< < < > > >F F F F, , , ,则机构的运动不确定；则机构的运动不确定；则会导致机构最薄弱环节的损坏。
则会导致机构最薄弱环节的损坏F F F F =1=1=1=1F F F F =2=2=2=2如果原动件数如果原动件数如果原动件数如果原动件数= = = =F F F F, , , , 则机构的运动确定；则机构的运动确定；14青苗学班B 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件2、机构原动件数目应等于机构的自由度的数目机构原动件数目应等于机构的自由度的数目机构原动件数目应等于机构的自由度的数目机构原动件数目应等于机构的自由度的数目1、机构的自由度机构的自由度机构的自由度机构的自由度F>0F>0F>0F>015青苗学班B 三、计算平面机构自由度时应注意的问题三、计算平面机构自由度时应注意的问题三、计算平面机构自由度时应注意的问题三、计算平面机构自由度时应注意的问题由由K K个构件组成的复合铰链，个构件组成的复合铰链，共有共有( (K K-1)-1)个转动副个转动副1.1.复合铰链复合铰链 A A点，由两个以上构件在同点，由两个以上构件在同一轴线上组成的转动副一轴线上组成的转动副：是指机构中不影响其他：是指机构中不影响其他构件运动的独立运动构件运动的独立运动2. 2. 局部自由度局部自由度＝＝＝＝3×33×3 －－－－2×32×3 －－1＝＝＝＝2 2F F＝＝＝＝3 3n n－－－－2 2p pL L －－－－ p pHH图中，滚子绕其轴线的转动为一个局部自由度。
图中，滚子绕其轴线的转动为一个局部自由度在计算机构自由度时，认为在计算机构自由度时，认为将滚子和从动件将滚子和从动件焊成一体焊成一体，如右图，如右图 F F＝＝3 3n n－－2 2p pL L －－ p pH H故机构的自由度为：故机构的自由度为：=3=3××2 2 －－2 2××2 2－－1 1＝＝1 11 1个原动件小于自由个原动件小于自由度度2 2，无确定运动，无确定运动高副中为减少磨损，借高副中为减少磨损，借助滚子将滑动摩擦变滚助滚子将滑动摩擦变滚动摩擦，滚子中心与其动摩擦，滚子中心与其它构件组成的转动副它构件组成的转动副16青苗学班B 3. 3. 虚约束虚约束虚约束常出现在下列场合：虚约束常出现在下列场合：3 3）两构件之间构成多个）两构件之间构成多个导路平行导路平行的移动副的移动副；；2 2）两构件之间构成多个转动）两构件之间构成多个转动轴线轴线重合的转动副重合的转动副；；计算自由度时，应将引入虚约束的构件和运动副去掉计算自由度时，应将引入虚约束的构件和运动副去掉对构件的运动不产生实际约束效果的重复约束对构件的运动不产生实际约束效果的重复约束例例 平行四边形机构平行四边形机构F＝＝3n －－ 2pL －－ pH＝＝3×4F＝＝3n －－ 2pL －－ pH＝＝3×3－－2×4－－0＝＝1三、计算平面机构自由度时应注意的问题三、计算平面机构自由度时应注意的问题三、计算平面机构自由度时应注意的问题三、计算平面机构自由度时应注意的问题－－2×6 －－0 ＝＝0虚约束！虚约束！1 1））平行四边形结构平行四边形结构17青苗学班B 在输入件和输出件间用多组完全相同的结构传递运动时，只在输入件和输出件间用多组完全相同的结构传递运动时，只有一组起独立传递运动的作用，其余为虚约束有一组起独立传递运动的作用，其余为虚约束。
1234ADBC2 2 1B342A虚约束常出现在下列场合：虚约束常出现在下列场合：3 3）两构件之间构成多个）两构件之间构成多个导路平行的移动副导路平行的移动副；；2 2）两构件之间构成多个转动）两构件之间构成多个转动轴线重合的转动副轴线重合的转动副；；4 4）机构中对传递运动不起独立作用的）机构中对传递运动不起独立作用的对称部分对称部分 1 1））平行四边形结构平行四边形结构5 5）两构件多点接触形成平面高副，）两构件多点接触形成平面高副，若接触点的若接触点的公法线彼此重合，按一个高副计算公法线彼此重合，按一个高副计算18青苗学班B 虚约束的作用虚约束的作用 ⑴⑴ 改改善善构构件件的的受受力力情情况况，，分分担担载载荷荷或或平平衡衡惯惯性性力力，，如如: 多个行星轮多个行星轮 ⑵⑵ 增加增加结构刚度结构刚度，如，如:轴与轴承、机床导轨轴与轴承、机床导轨 ⑶⑶ 提提高高运运动动可可靠靠性性和和工工作作的的稳稳定定性性，，如如:机机车车车车轮轮联联动动机构 注注意意：：机机构构中中的的虚虚约约束束都都是是在在一一定定的的几几何何条条件件下下出出现现的的，，如如果果这这些些几几何何条条件件不不满满足足，，则则虚虚约约束束将将变变成成实实际际有有效效的的约约束束，，从而使机构不能运动，因此要保证加工精度。
从而使机构不能运动，因此要保证加工精度19青苗学班B 【【例例】】 求求图图示示机机构构的的自自由由度度，，若若含含有有复复合合铰铰链链、、局局部部自自由由度度、、虚虚约约束束等等特特殊殊情情况况时时，，请请一一一一指指出出，，并并判断此机构是否具有确定的运动判断此机构是否具有确定的运动复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度虚约束虚约束C:C:M M和和 N N、、 E E和和F:F:G:G:20青苗学班B 1 1、运动副的定义和分类、运动副的定义和分类运动副运动副运动副运动副：由两构件直接接触形成的可动联接：由两构件直接接触形成的可动联接：由两构件直接接触形成的可动联接：由两构件直接接触形成的可动联接分类分类分类分类：：：：高副高副高副高副( ( ( (点或线接触的运动副点或线接触的运动副点或线接触的运动副点或线接触的运动副) ) ) )和和和和低副低副低副低副( ( ( (面接触的运动副面接触的运动副面接触的运动副面接触的运动副) ) ) )2 2、能绘制机构运动简图、能绘制机构运动简图3 3、重点掌握平面机构的自由度计算及注意事项，明确复合铰链、、重点掌握平面机构的自由度计算及注意事项，明确复合铰链、局部自由度、虚约束等局部自由度、虚约束等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：2 2 2 2）复合铰链：在一处形成两个以上的转动副，这点则构成复合铰链）复合铰链：在一处形成两个以上的转动副，这点则构成复合铰链）复合铰链：在一处形成两个以上的转动副，这点则构成复合铰链）复合铰链：在一处形成两个以上的转动副，这点则构成复合铰链3 3 3 3）局部自由度：某些构件所产生的不影响整个机构运动的局部运动的自由度，）局部自由度：某些构件所产生的不影响整个机构运动的局部运动的自由度，）局部自由度：某些构件所产生的不影响整个机构运动的局部运动的自由度，）局部自由度：某些构件所产生的不影响整个机构运动的局部运动的自由度，常见的为滚子。
常见的为滚子常见的为滚子常见的为滚子4 4 4 4）虚约束：是机构中实际上不起约束作用的约束）虚约束：是机构中实际上不起约束作用的约束）虚约束：是机构中实际上不起约束作用的约束）虚约束：是机构中实际上不起约束作用的约束 4.4.4.4.掌握自由度的意义及机构具有确定运动的条件掌握自由度的意义及机构具有确定运动的条件掌握自由度的意义及机构具有确定运动的条件掌握自由度的意义及机构具有确定运动的条件机构的自由度大于零，且原动件数与其自由度相等机构的自由度大于零，且原动件数与其自由度相等 小结：小结：21青苗学班B 22青苗学班B 23青苗学班B 。