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1、湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组第一章第一章 平面机构的自在度平面机构的自在度3-1 3-1 运运动副及其分副及其分类3-2 3-2 机构运机构运动简图3-3 3-3 平面机构的自在度平面机构的自在度湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组运运动副元素是两构件参与接触而构成运副元素是两构件参与接触而构成运动副的外表。副的外表。运运动副是两构件直接接触而构成的可副是两构件直接接触而构成的可动联接；接；一、运一、运动副副机构中各个构件之机构中各个构件之间必需有确定
2、的相必需有确定的相对运运动，因此，构，因此，构件的件的衔接既要使两个构件直接接触，又能接既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相生一定的相对运运动，这种直接接触的活种直接接触的活动衔接称接称为运运动副。副。转动副挪动副齿轮副1-1 1-1 运运动副及其分副及其分类1) 1) 运动副的类型运动副的类型湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组4 4按其相按其相对运运动方式分方式分转动副回转副或铰链挪动副螺旋副球面副3 3按其接触方式分按其接触方式分高副： 点点线接触的运接触的运动副副低副： 面接触的运面接触的运动副副2) 2) 运运动
3、副的分副的分类2 2按其引入的按其引入的约束数目分束数目分级副、级副、级副副1 1按两个构件运按两个构件运动关系分关系分为平面运平面运动副和空副和空间运运动副副湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组凸轮高副点接触凸轮高副点接触齿轮高副线接触齿轮高副线接触湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组低副曲面接触低副曲面接触低副平面接触低副平面接触湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组 不严厉按比例绘出的，只
4、表示机械构造情况的简图。 根据机构的运根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出尺寸，按一定的比例尺定出各运各运动副的位置，副的位置，1-2 1-2 机构运机构运动简图 在在对现有机械有机械进展分析或展分析或设计新机器新机器时，都需求，都需求绘出其机构出其机构运运动简图。1. 1. 机构运机构运动简图的定的定义内燃机机构运动简图机构运动简图 采用运采用运动副及常用机构运副及常用机构运动简图符号和构件的符号和构件的表示方法，将机构运表示方法，将机构运动传送情况表示出来的送情况表示出来的简化化图形。形。机构表示图湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械
5、设计基础课题组2. 2. 运运动副的表示之一副的表示之一湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组 运运动副的表示之二副的表示之二湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组 但当机但当机构安装在运构安装在运动的机械上的机械上时那么是运那么是运动的。的。 按给定知运动规律独立运动的构件；3.3.机构机构具有固定构件的运具有固定构件的运动链称称为机构。机构。机 架原动件从动件机构中的固定构件；机构中的固定构件；机构中其他活动构件。平面铰链四杆机构 机构常分为平面机构和空间机构
6、两类，其中平面机构运用最为广泛。空间铰链四杆机构 普通机架相普通机架相对地面固定不地面固定不动，常以常以转向箭向箭头表示。表示。 其运其运动规律决律决议于原于原动件的运件的运动规律律和机构的构造和构件的尺寸。和机构的构造和构件的尺寸。机架原动件从动件机架从动件原动件湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组举例：2选定定视图平面；平面； 3选适当比例尺，作出各运适当比例尺，作出各运动副的相副的相对位置，再画出各运位置，再画出各运动副和机构的符号，最后用副和机构的符号，最后用简单线条条衔接即得机构运接即得机构运动简图。3.3.机构运机
7、构运动简图的的绘制制绘制方法及步制方法及步骤： 1搞清机械的构造及运搞清机械的构造及运动情况，沿着运情况，沿着运动传送道路，送道路，查明明组成机构的构件数目、运成机构的构件数目、运动副的副的类别及其位置；及其位置；内燃机机构运动简图绘制颚式破碎机机构运动简图绘制湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组内燃机及其机构运内燃机及其机构运动简图湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组1-31-3平面机构的自在度平面机构的自在度 机构的自在度 机构具有确定的相对运动的条件 几
8、种特殊自在度情况的处置湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组自在度是构件能够出现的独立运动。任何一个构件在空间自在运动时皆有六个自在度。它可表达为在直角坐标系内沿着三个坐标轴的挪动和绕三个坐标轴的转动。一、构件的自在度1、空、空间构件的自在度构件的自在度湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组而而对于一个作平面运于一个作平面运动的构件，那么只需三个自在度，的构件，那么只需三个自在度，如下如下图。即沿。即沿x轴和和y轴挪挪动，以及在，以及在Oxy平面内的平面内的转动。
9、2、平面构件的自在度、平面构件的自在度湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组平面机构的自在度平面机构的自在度: :平面内一个独立的构件具有三个自在度；其自在度应等于全部可动构件在自在形状下的全部自在度减去各运动副限制的自在度。例 铰链四杆机构二、机构的自在度二、机构的自在度指机构具有独立运动的数目 用 F表示含有n个可动构件的机构：湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组 机构自在度机构自在度计算公式算公式F3n2pl ph式中：n-机构的活动构件数目Pl-机构的低
10、副数目Ph-机构的高副数目例. 计算图示活塞泵自在度解：除机架外，活塞解：除机架外，活塞泵有四个活有四个活动构件，构件，n=4；四个回转副和一个挪动副共5个低副，PL=5；一个高副，PH=1。F=3n-2PL-PH =34-25-11=1湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组三、机构具有确定运三、机构具有确定运动的条件的条件一个机构在什么条件下才干实现确定的运动呢？请察看下面几个系统的运动情况：当给定 1个 原动构件1的位置时，其它构件的位置亦被确定，即运动是确定的。 原原动件数件数 = = 机构自在度数机构自在度数 湖北三峡学
11、院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组 当给定1个原动件1的位置1时，其它构件位置不独一所示实线和虚线位置，机构运动不确定。 原原动件数件数 0时 原动件数W=F，机构运动确定 原动件数WF，机构破坏 请自行思索 F0时 机构不能运动 察看牛头刨床滑枕运动机构湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组 机构的原机构的原动件数目件数目应等于机构的自在度数目等于机构的自在度数目且大于零。且大于零。即：即： W=F W=F 且且 F0 F0 结 论机构具有确定运机构具有确定运动的条件
12、的条件: :湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组四、几种特殊自在度情况的四、几种特殊自在度情况的处置置?湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组由由m个构件个构件组成的复合成的复合铰链，共有，共有(m-1)个个转动副。副。复合复合铰链 B处转动副数：3?1=2湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组部分自在度部分自在度 与输出件运动无关的自在度部分自在度 滚子本身的转动自在度不影响其它构件的运动，故称
13、其为部分自在度。计算时的处置： 把滚子看成与从动件固接一体，消除部分自在度后，再计算机构自在度。湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组虚虚约束束对机构的运动起不到独立限制造用的约束称为虚约束。在计算自在度时应先去除虚约束。 虚约束常出现于以下情况： 1不同构件上两点间的间隔坚持恒定 2两构件构成多个挪动副且导路相互平行 湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组3两构件构成各个转动副且轴线相互重合 4在输入件与输出件之间用多组完全一样的运动链来传送运动 湖北三峡学院湖
14、北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组部分自在度复合铰链虚约束n=8Pl=11Ph=1F=38 - 211 1=1例1 试作图示系统的自在度分析计算计算算举例：例：解：(1)分析特殊自在度情况(2)自在度计算：湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组例例2 2 计算如下算如下图大大筛机构的自在度机构的自在度 解：(1)分析特殊自在度情况复合铰链部分自在度虚约束(2)自在度计算：湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械设计基础课题组机械制造系机械设计基础课题组内容小内容小结：1、机构的自在度自在度计算公式：指机构具有独立运动的数目2、机构具有确定运动的条件：F 0 且 W=F 3、几种特殊自在度情况的处置：复合铰链部分自在度虚约束
