平面机构具有确定运动的条件

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1、 第第第第1 1章章章章平面机构具有确定运动的条件平面机构具有确定运动的条件平面机构具有确定运动的条件平面机构具有确定运动的条件1.1 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制l l机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图: :用用规定的规定的运动副运动副符号符号及及代表代表构件构件的线条的线条来表示来表示机构的运动特性机构的运动特性，并根据运动学尺，并根据运动学尺寸，寸，按一定的比例按一定的比例画成的简单图形。画成的简单图形。l只是为了只是为了表明机构的运动状态或各构件的相互关表明机构的运动状态或各构件的相互关系系，可以，可以不按比例来绘制运动简图不按比例来绘制运动简图，通常把这

2、样，通常把这样的简图称为的简图称为机构示意图机构示意图。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三副构件三副构件 两副构件两副构件 四副构件四副构件 一般构件的表示方法一般构件的表示方法1212移动副移动副移动副移动副转动副转动副凸轮机构凸轮机构齿轮机构齿轮机构常用运动副的符号常用运动副的符号运动副运动副名称名称运动副符号运动副符号两运动构件构成的运动副两运动构件构成的运动副转转动动副副移移动动副副12121212121212121212121212两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平平面面运运动动副副平平面面高高副

3、副螺螺旋旋副副2112121212球球面面副副球球销销副副121212空空间间运运动动副副12121221nntt21nntt常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号在在机机架架上上的的电电机机齿齿轮轮齿齿条条传传动动带带传传动动圆圆锥锥齿齿轮轮传传动动链链传传动动圆柱圆柱蜗杆蜗杆蜗轮蜗轮传动传动凸凸轮轮传传动动外啮外啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号内啮内啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动棘棘轮轮机机构构常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号运动简图的绘制运动简图的绘制1 确定原动件、输出件确定原动件、输出件（一般位于传动线路末端一般位于传动线路末端）、传、

4、传动件（动件（两者之间两者之间），），弄清运动传递路线弄清运动传递路线2 确定构件数目确定构件数目（1、2、3）3确定运动副类型、数目确定运动副类型、数目（A、B、C）4选择投影面选择投影面（以机构的运动平面相平行的面为投影面以机构的运动平面相平行的面为投影面）5选择比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动副之间选择比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动副之间的相对位置。的相对位置。6以线条和运动副规定符号表示构件和运动副以线条和运动副规定符号表示构件和运动副7验算自由度。验算自由度。例例1 绘制内燃机机构的运动简图绘制内燃机机构的运动简图汽缸体活塞连杆曲轴汽缸体活塞连杆曲轴曲柄滑块机构曲柄滑块机构

5、凸轮机构凸轮机构凸轮推杆汽缸体凸轮推杆汽缸体齿轮机构齿轮机构汽缸体小齿轮大齿轮汽缸体小齿轮大齿轮变活塞往复移动为曲轴变活塞往复移动为曲轴连续转动连续转动变凸轮连续转动为推杆变凸轮连续转动为推杆往复移动往复移动( (启闭排气阀门启闭排气阀门) )改变转速大小与方向改变转速大小与方向例例2 绘制牛头刨床机构的运动简图绘制牛头刨床机构的运动简图例例3 绘制破碎机机构的运动简图绘制破碎机机构的运动简图 P39选取比例尺l O2DBCO36543AO1213偏心圆盘偏心圆盘12A12A1AO12O23OA扩大转动副扩大转动副例例4 试绘制该机构运动简图试绘制该机构运动简图反铲液压挖掘机工作装置反铲液压挖

6、掘机工作装置1)机构分析。机构由转台机构分析。机构由转台1、动臂、动臂2、动臂缸筒、动臂缸筒3及活塞杆及活塞杆4、斗杆缸筒斗杆缸筒5及活塞杆及活塞杆6、斗杆、斗杆7、转斗缸筒、转斗缸筒8及活塞杆及活塞杆9、铲斗、铲斗10共共10个构件组成。三个液压缸为原动件，分别驱动动臂个构件组成。三个液压缸为原动件，分别驱动动臂2绕绕A点转动、斗杆点转动、斗杆7绕绕F点转动、铲斗点转动、铲斗10绕绕I点转动；铲斗点转动；铲斗10为为工作构件。工作构件。2)确定运动副类型。有确定运动副类型。有A、B、C、D、E、F、G、H、I共共9个个转动副，三个液压缸构成转动副，三个液压缸构成3个移动副。个移动副。3)测量

7、主要尺寸，计算长度比例和图示长度。经测量得测量主要尺寸，计算长度比例和图示长度。经测量得LAC=1.8m、LAF=3.3m、LCF=1.7m、LFI=1.4m。设图样最大。设图样最大尺寸为尺寸为60mm，则长度比例尺，则长度比例尺 = =(3.3+1.4)/60 0.08m/mm。计算各杆长度：。计算各杆长度：AF3.3/0.0841（mm） AC1.8/0.0822.5（mm）CF1.7/0.0821（mm） FI1.4/0.0817.5（mm）4）绘制机构运动简图。）绘制机构运动简图。按各运动副间的图示距离和相对按各运动副间的图示距离和相对位置，选择适当的瞬时位置，用规定的符号表示各运动副

8、；位置，选择适当的瞬时位置，用规定的符号表示各运动副；B、D、G、H等各点的位置对主体运动影响不大，其位置可等各点的位置对主体运动影响不大，其位置可适当选取；适当选取；用直线将同一构件上的运动副连接起来，并标用直线将同一构件上的运动副连接起来，并标上件号、铰接点和原动件的运动方向，即得所求的机构运动上件号、铰接点和原动件的运动方向，即得所求的机构运动简图。简图。反铲液压挖掘机工作装置反铲液压挖掘机工作装置1.2 平面机构具有确定运动的条件平面机构具有确定运动的条件一、一、平面机构的自由度：平面机构的自由度：机构具有的独立运动的数目机构具有的独立运动的数目构件未用运动副与其他构件联接前，构件未用

9、运动副与其他构件联接前，一个作一个作平面运动平面运动平面运动平面运动的自由构件的自由构件的自由构件的自由构件具有具有3 3个自由度自由度低副产生两个约束使构件失去低副产生两个约束使构件失去低副产生两个约束使构件失去低副产生两个约束使构件失去 2 2 2 2个自由度个自由度个自由度个自由度高副产生一个约束使构件失去高副产生一个约束使构件失去高副产生一个约束使构件失去高副产生一个约束使构件失去 1 1 1 1个自由度个自由度个自由度个自由度设：设：机构由机构由n n个活动构件个活动构件，P PL L个低副个低副，P PH H个高副个高副组成组成 自由度数自由度数 约束数约束数 每个活动件每个活动件

10、 3 0 每个低副每个低副 1 2 每个高副每个高副 2 1 F = 3n - 2PL - PH平面机构自由度计算公式平面机构自由度计算公式注意注意：机架是非活动件，故机架是非活动件，故n n中不包括机架中不包括机架。 F = 32 F = 32 23 = 0 23 = 0( (静定桁架静定桁架) )P Pl l= 3= 3n = 2n = 2F = 33 F = 33 24 = 1 24 = 1( (给给一一个个主主动动件件机机构构有有确定运动确定运动) )P Pl l= 4= 4n = 3n = 3F = 34 F = 34 25 = 2 25 = 2机构运动不确定机构运动不确定P Pl

11、l= 5= 5n = 4n = 4给两个主动件机构有确定运动给两个主动件机构有确定运动。F = 33 F = 33 25 = -1 25 = -1( (超静定桁架超静定桁架) )1234P Pl l= 5= 5n = 3n = 32) 若若且与原动件数相等且与原动件数相等， 则机构各构件间的相对则机构各构件间的相对运动运动确定。确定。因此，因此，机构具有确定运动的条件是：机构具有确定运动的条件是：且机构的原动件数且机构的原动件数等于机构的自由度数等于机构的自由度数； 3) 若若0，而原动件数，而原动件数0，而原动件数，而原动件数F，则构件间，则构件间不能运动不能运动或产生破坏。或产生破坏。结论

12、：结论：1) 1) 若机构自由度若机构自由度，则机构，则机构不能动不能动； DAFCBE主动件主动件12345矿石例判断破碎机是否有确定运动。F=3n-（2pl+ph）n=5;pl=7;ph=0;F=35-(27+0)=1.F=主动件数，故有确定运动。F = 3n-2pl-ph = 35 26 = 3 ?三三、计算机构自由度时应注意的问题、计算机构自由度时应注意的问题l（一）（一）复合铰链复合铰链l由三个或者三个以上的构件组成的轴线重合的转动副称由三个或者三个以上的构件组成的轴线重合的转动副称为为复合铰链复合铰链。l由由m个构件组成的复合铰链应含有（个构件组成的复合铰链应含有（m1）个转动副。

13、）个转动副。321312惯性筛机构惯性筛机构C处为复合铰链处为复合铰链n = 5, Pl = 7, Ph = 0= 35 -27 0 = 1F = 3n - 2Pl PhF = 37210 = 1n = 7Pl = 102381456746532172 2个移动副个移动副2 2个移动副个移动副1 1个转动副个转动副2 2个转动副个转动副= 37 210 0 = 1F = 3n 2Pl Ph2)2)局部自由度（多余自由度）局部自由度（多余自由度）1 1、局部自由度：机构中个别构件不影响其它、局部自由度：机构中个别构件不影响其它构件运动，即对整个机构运动无关的自由度。构件运动，即对整个机构运动无关

14、的自由度。ABC321F= 33 - 23 - 1=2n=3Pl=3Ph=12)2)局部自由度（多余自由度）局部自由度（多余自由度）2 2、处理办法：在计算自由度时，拿掉这个局、处理办法：在计算自由度时，拿掉这个局部自由度，即可将滚子与装滚子的构件固接部自由度，即可将滚子与装滚子的构件固接在一起。在一起。ABC321F=23 - 22 - 11 =1n=2 Pl=2Ph=13 3）虚约束）虚约束 1 1、虚约束：在机构中与其他运动副作用重复，、虚约束：在机构中与其他运动副作用重复，而对构件间的相对运动不起独立限制作用的而对构件间的相对运动不起独立限制作用的约束。约束。F = 3426 = 0n

15、 = 4Pl = 63 3）虚约束）虚约束2 2、处理办法：将具有虚约束运动副的构件连、处理办法：将具有虚约束运动副的构件连同它所带入的与机构运动无关的运动副一同它所带入的与机构运动无关的运动副一并不计。并不计。F = 3324 = 1n = 3Pl = 4常见的虚约束常见的虚约束1)构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同构件上某点轨迹与该点引入约束后的轨迹相同F = 3324 = 1n = 3Pl = 4若若AB=BC=BDAB=BC=BD，观察，观察C C点的运动。点的运动。C C点的轨迹为一条垂直线点的轨迹为一条垂直线若在若在C C点加一垂直导路的滑块，必点加一垂直导路的滑块，必为虚约

16、束为虚约束F=3n-2Pl-Ph =3*4-26=0 ?带虚约束的杆机构轨迹重合轨迹重合2）两构件组成的若干个）两构件组成的若干个导路导路中心线互相中心线互相平平行或重合的移动副行或重合的移动副。x1x2ABC1234x1x2F = 3324 = 1n = 3Pl = 42）两构件组成的若干个）两构件组成的若干个导路导路中心线互相中心线互相平平行或重合的移动副行或重合的移动副。F = 3324 = 1n = 3Pl = 43）两构件组成若干个）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副轴线互相重合的转动副。ABF = 322221 = 1n = 2Pl = 2Ph = 14）机构中对）机构中对运动不

17、起作用的对称部分运动不起作用的对称部分存存在虚约束。在虚约束。行星传动行星传动123456O提示：提示：O 处存在复合铰链处存在复合铰链F = 352516 = -1n = 5Pl = 5 Ph = 6F = 332321 = 1n = 3Pl =3Ph = 2虚约束的本质是什么虚约束的本质是什么? 从运动的角度看从运动的角度看, ,虚约束就是虚约束就是“重复的约束重复的约束”或者是或者是“多余的约束多余的约束”。机构中为什么要使用虚约束机构中为什么要使用虚约束? a. 使受力状态更合理使受力状态更合理 b. 使机构平衡使机构平衡 c. 考虑机构在特殊位置的运动考虑机构在特殊位置的运动使用虚约

18、束时要注意什么问题使用虚约束时要注意什么问题? 保证满足虚约束存在的几何条件，在机械设计保证满足虚约束存在的几何条件，在机械设计中使用虚约束时，机械制造的精度要提高。中使用虚约束时，机械制造的精度要提高。F=3n-2pl-ph=3*4-2*6=031DCMN245BAN例1 计算机构的自由度n = 5 Pn = 5 P5 5= 6= 6F = 3 5 F = 3 5 2 6 = 3 2 6 = 3213456n = 5 Pn = 5 P5 5= 7= 7F = 3 5 F = 3 5 2 7 = 1 2 7 = 1局部自由度局部自由度虚约束虚约束6 6A AC C1 12B B3 3D DE

19、EF FG GH HI I4 45 5n=6；Pl=8； Ph=1F= 3n- - 2Pl - - Ph=36- - 2 8- -1=1例例 2 计算图所示机构的自由度计算图所示机构的自由度 (若存在局部自由度、复合若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。铰链、虚约束请标出）。局部自由度局部自由度复合铰链复合铰链C C2 21 1A AB BE ED DF F3 34 45 56 67 78 89 910101111G GH HI IJ JK KL L虚约束虚约束n=8；Pl=11； Ph=1F= 3n- - 2Pl - - Ph=38- - 2 11- -1=1例例3 如图所示如图所示,

20、 已知已知HG=IJ,且相互平行；且相互平行；GL=JK，且相互，且相互平行。计算此机构的自由度平行。计算此机构的自由度 (若存在局部自由度、复合铰若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。链、虚约束请标出）。 小结小结n n机构运动简图、机构示意图、常用运动机构运动简图、机构示意图、常用运动副和构件的表示方法、机构运动简图绘副和构件的表示方法、机构运动简图绘制方法制方法n n掌握平面机构的自由度的计算方法掌握平面机构的自由度的计算方法n n机构具有确定运动的条件：机构自由度机构具有确定运动的条件：机构自由度机构具有确定运动的条件：机构自由度机构具有确定运动的条件：机构自由度F F 0,0,

21、机构原动件数机构原动件数机构原动件数机构原动件数= =机构自由度数机构自由度数机构自由度数机构自由度数n n平面机构的自由度计算公式：平面机构的自由度计算公式：平面机构的自由度计算公式：平面机构的自由度计算公式：F=3n-2 F=3n-2 pLpL - pH - pHn n计算机构自由度应注意的事项：复合铰链计算机构自由度应注意的事项：复合铰链计算机构自由度应注意的事项：复合铰链计算机构自由度应注意的事项：复合铰链 、局部、局部、局部、局部自由度、虚约束自由度、虚约束自由度、虚约束自由度、虚约束 填空题：填空题：l1在 平 面 机 构 中 若 引 入 一 个 高 副 将 引 入 _ 个 约 束， 而 引 入 一 个 低 副 将 引 入 _ 个 约 束， 构 件 数、 约 束 数 与 机 构 自 由 度 的 关 系 是 _。 l2机 构 具 有 确 定 的 相 对 运 动 条 件 是 原 动 件 数 机 构 的 自 由度l 3当 两 构 件 构 成 运 动 副 后， 仍 需 保 证 能 产 生 一 定 的 相 对 运 动， 故 在 平 面 机 构 中， 每 个 运 动 副 引 入 的 约 束 至 多 为 ，至 少 为。 l4机构运动简图是 。 l5机 构 中 的 复 合 铰 链 是 指 ；局 部 自 由 度 是 指 ；虚 约 束 是 指 。 本章结束