平面机构的自由度课件

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1、科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化第第1 1章章 平面机构的自由度平面机构的自由度1-1 1-1 运动副及其分类运动副及其分类1-2 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图1-3 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化机构是一个构件系统，为了传递运动和力，机构是一个构件系统，为了传递运动和力，机构中各构件间应具有确定的相对运动。机构中各构件间应具有确定的相对运动。机构一般可分为平面机构和空间机构机构一般可分为平面机构和空间机构平面机构：运动时，所有构件都在相互平行平面机构：运动时，所有构件都在相互平行的平面内运动的机构。的平

2、面内运动的机构。空间机构：运动时，并非所有构件都在相互空间机构：运动时，并非所有构件都在相互平行的平面内运动的机构。平行的平面内运动的机构。平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化1-1 1-1 运动副及其分类运动副及其分类构件和运动副是组成机构的基本要素。构件和运动副是组成机构的基本要素。构件所具有的独立运动的可能性称构件的自构件所具有的独立运动的可能性称构件的自由度。由度。xyoxyoz平面内，一个完全自由平面内，一个完全自由的物体有三个自由度；的物体有三个自由度；空间内，一个完全自由空间内，一个完全自由的物体有六个自由度。的物体有六个自由度。平面机构的自由度优秀科目

3、机械设计基础专业 机械制造与自动化两个构件直接接触并能产生相对运动的连接两个构件直接接触并能产生相对运动的连接称为运动副。称为运动副。运动副限制了成副构件间的运动副限制了成副构件间的相对运动，这种作用称为约相对运动，这种作用称为约束。束。限制了几种相对运动，就称限制了几种相对运动，就称引入了几个约束。引入了几个约束。平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化按成副两构件的相对运动是否在同一平面或按成副两构件的相对运动是否在同一平面或相互平行的平面，运动副可分为平面运动副相互平行的平面，运动副可分为平面运动副和空间运动副。和空间运动副。成副两构件间的接触形式无外乎点、线、面成副

4、两构件间的接触形式无外乎点、线、面接触。接触。按接触形式，运动副可分为按接触形式，运动副可分为低副：面接触。低副：面接触。高副：点、线接触。高副：点、线接触。平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化平面低副按两构件间的相对运动形式可分为平面低副按两构件间的相对运动形式可分为转动副和移动副。转动副和移动副。转动副，也称回转副或铰链。转动副，也称回转副或铰链。移动副也称滑动副。移动副也称滑动副。它们引入了两个约束而保留了一个自由度。它们引入了两个约束而保留了一个自由度。平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化平面高副平面高副引入了一个约束而保留了两个自由度。

5、引入了一个约束而保留了两个自由度。常见的平面高副有齿轮副和凸轮副。常见的平面高副有齿轮副和凸轮副。平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化空间运动副简介空间运动副简介 圆柱副圆柱副螺旋副螺旋副球面副球面副平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化1-2 1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图撇开实际机构中与运动无关的构件外形和运撇开实际机构中与运动无关的构件外形和运动副具体构造等因素，用规定的线条和符号动副具体构造等因素，用规定的线条和符号来表示各构件和运动副，并按比例确定各运来表示各构件和运动副，并按比例确定各运动副的相对位置，动副的相对位置，表示出机

6、构各构件间相对表示出机构各构件间相对运动关系的简化图形称为机构运动简图。运动关系的简化图形称为机构运动简图。确定各运动副相对位置的尺寸称为机构的运确定各运动副相对位置的尺寸称为机构的运动尺寸。动尺寸。平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化机构中的构件可分机构中的构件可分固定构件（机架）：用于支撑其它构件固定构件（机架）：用于支撑其它构件原动件：用于输入独立运动规律的活动构件原动件：用于输入独立运动规律的活动构件从动件：随原动件的运动而运动的其余活动从动件：随原动件的运动而运动的其余活动构件构件杆、轴类构件和固定构件符号杆、轴类构件和固定构件符号平面机构的自由度优秀科目 机

7、械设计基础专业 机械制造与自动化平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化常用的齿轮副符号常用的齿轮副符号凸轮副符号凸轮副符号平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化同一构件同一构件两副构件两副构件三副构件三副构件平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化绘制机构运动简图的比例尺绘制机构运动简图的比例尺不按比例作图，表示不按比例作图，表示出机构结构状况的简出机构结构状况的简图称机构示意图。图称机构示意图。例：绘制图式颚式碎石例：绘制图式颚式碎石机的机构运动简图。机的机构运动简图。平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化

8、解：一般步骤：解：一般步骤：循着运动传递路线，分析机构中构件的组成和循着运动传递路线，分析机构中构件的组成和类型，并确定构件间的相互连接关系（运动副类型）类型，并确定构件间的相互连接关系（运动副类型）。选择与多数构件的运动平面相平行的平面为投选择与多数构件的运动平面相平行的平面为投影平面，用规定线条和符号来表示构件和运动副影平面，用规定线条和符号来表示构件和运动副, ,绘制机构示意图绘制机构示意图。测量确定各运动副相对位置的运动尺寸。测量确定各运动副相对位置的运动尺寸。选择适当比例尺，按比例作图。选择适当比例尺，按比例作图。在原动件上标注表示运动类型和方向的箭头。在原动件上标注表示运动类型和方

9、向的箭头。平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化本机构共有六个构件，其本机构共有六个构件，其中曲柄中曲柄1 1是原动件，是原动件，2 2、3 3、4 4、5 5为从动件，为从动件，6 6为机架。为机架。O O、A A、B B、C C、D D、E E、F F均为均为转动副。转动副。绘制机构示意图如图。绘制机构示意图如图。测量运动尺寸：测量运动尺寸：OAOA、ABAB、BCBC、CFCF、OFOF、ADAD、DEDE、OEOE、EFEF、BDBD。取比例尺作图。取比例尺作图。平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化例：绘制图示活塞泵的机构运动简图。例：绘制

10、图示活塞泵的机构运动简图。四个构件，其中四个构件，其中4为为机架，机架，1为原动件。为原动件。4与与1、1与与2、3与与4间以转动副相连，间以转动副相连，2与与3以移动副相连。以移动副相连。A AB BC C4 41 12 23 3测量测量ABAB、ACAC后，取比例尺，并按比例作图，得机后，取比例尺，并按比例作图，得机构运动简图。构运动简图。作业：作业：P18 1-2P18 1-2、1-41-4平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化1-3 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度一、平面机构自由度计算一、平面机构自由度计算机构的自由度即机构相对机架具有的独立运机构的自由

11、度即机构相对机架具有的独立运动的数目。动的数目。设机构的构件数为设机构的构件数为K，任何机构都有而且只，任何机构都有而且只有一个机架，则机构的活动构件数有一个机架，则机构的活动构件数n=K-1。若机构中低副数为若机构中低副数为PL，高副数为，高副数为PH，则，则平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化通常每个原动件只具有一个独立运动，因此通常每个原动件只具有一个独立运动，因此机构具有确定相对运动的条件为机构的自由机构具有确定相对运动的条件为机构的自由度数目与原动件数目相等。度数目与原动件数目相等。F=0各杆件间不能各杆件间不能产生相对运动产生相对运动W=F=1机构具有确机构

12、具有确定相对运动定相对运动W=F=2机构具有确机构具有确定相对运动定相对运动平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化例：计算图示机构的自由度。例：计算图示机构的自由度。解：解：n=5=5，PL=7=7，PH=0=0 F F =3=3n n-2-2P PL L- -P PH H =35 =352727 =1 =1解：解：n=6=6，PL=7=7，PH=3=3 F F =3=3n n-2-2P PL L- -P PH H =36 =3627-327-3 =1 =1平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化二、计算平面机构自由度的注意事项二、计算平面机构自由度的

13、注意事项1 1、复合铰链、复合铰链两个以上的构件在同一处以转动副相连时构两个以上的构件在同一处以转动副相连时构成复合铰链。成复合铰链。当当K个构件在同一轴线个构件在同一轴线处以复合铰链相连，其处以复合铰链相连，其转动副的数目为转动副的数目为K-1-1。平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化例：判断图示机构是否具有确定例：判断图示机构是否具有确定相对运动。相对运动。解：解：A、B、C、D处均为复合铰处均为复合铰链链n=7，PL=10，PH=0 F =3n- -2PL- -PH =37210=1由图，机构的原动件数目为由图，机构的原动件数目为1，与机构自由度数目相等，故机构与

14、机构自由度数目相等，故机构具有确定相对运动。具有确定相对运动。平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化2、局部自由度、局部自由度机构中与输出构件运动无关的自由度称为局机构中与输出构件运动无关的自由度称为局部自由度，也称多余自由度。部自由度，也称多余自由度。在计算机构自由度时局部自由度应予排除。在计算机构自由度时局部自由度应予排除。解：解：n=3，PL=3，PH=1 F =3n- -2PL- -PH =3323- -1=2n=2，PL=2，PH=1 F =3n- -2PL- -PH =3222- -1=1平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化机构中出现局

15、部自由度的目的是使高副接触机构中出现局部自由度的目的是使高副接触处的滑动摩擦变成滚动摩擦，减少磨损。处的滑动摩擦变成滚动摩擦，减少磨损。3、虚约束、虚约束在运动副引入的约束中，对机构自由度不起在运动副引入的约束中，对机构自由度不起作用的重复约束称虚约束。作用的重复约束称虚约束。在计算机构自由度时应当除去不计。在计算机构自由度时应当除去不计。两构件之间组成多个导路平行的移动副时两构件之间组成多个导路平行的移动副时, ,只有一个移动副起作用，其余都是虚约束。只有一个移动副起作用，其余都是虚约束。平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化解：解：n=3，PL=4，PH=0 F =3

16、n- -2PL- -PH =3324- -0=1两构件在多处构成转动两构件在多处构成转动副，且转动轴线重合，则副，且转动轴线重合，则只有一个转动副起作用，只有一个转动副起作用，其余都是虚约束；其余都是虚约束；平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化机构中传递运动不起独立作用的对称部分机构中传递运动不起独立作用的对称部分平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化机构中，如果用转动副连接的是两构件上机构中，如果用转动副连接的是两构件上运动轨迹重合的点，则其引入的是虚约束。运动轨迹重合的点，则其引入的是虚约束。机构中的虚约束是为了改善机构的受力状况机构中的虚约束

17、是为了改善机构的受力状况,提高机构的稳定性而引入的。但必须满足严提高机构的稳定性而引入的。但必须满足严格的几何条件，否则会成为实际约束。格的几何条件，否则会成为实际约束。n=3，PL=4，PH=0平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化例：计算图示机构的自由度，并判断机构是否具例：计算图示机构的自由度，并判断机构是否具有确定相对运动。有确定相对运动。解：复合铰链：解：复合铰链：C局部自由度：局部自由度：F虚约束：虚约束：En=7，PL=9，PH=1原动件数目与机构自由度数目相等，故具有确定原动件数目与机构自由度数目相等，故具有确定相对运动。相对运动。平面机构的自由度优秀科目 机械设计基础专业 机械制造与自动化解：复合铰链：解：复合铰链：E局部自由度：局部自由度：C虚约束：虚约束：Hn=6，PL=8，PH=1原动件数目与机构自由度数目相等，故具有确定原动件数目与机构自由度数目相等，故具有确定相对运动。相对运动。作业：作业：P1819 1-51-12平面机构的自由度优秀