机械设计基础第三章 平面连杆机构

—计算在内
3
2 5
m个构件(m>2)在同一处构成转动副 3 m-1个低副
机械设计基础 2 5 1
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m个构件, m-1个铰链
29
机械设计基础 —— 平面连杆机构
(2) 局部自由度

—排除
定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动, 不影响机 构输出运动的自由度 局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加 的滚子、轴承中的滚珠 解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的 构件固结在一起，视作一个构件 F＝3n－2pl－ph ＝3 3 －2 3 －1 ＝2 F＝3n－ 2pl－ph ＝3 2－2 2－ 1 ＝1

机械设计基础
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
2 构件的表示方法


杆、轴类构件
机架

同一构件
两副构件 三副构件
机械设计基础 14


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机械设计基础 —— 平面连杆机构
3 运动副的表示方法

转动副
移动副


高副（齿轮副、 凸轮副）
２
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机械设计基础
机构自由度F： F=3n - ( 2pl + ph ) F=3n - 2pl - ph
机械设计基础
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
机构自由度举例：
2 3 1 1 4 5 2 3 4
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0 =1
B
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－ 0 =2
2 1 A B 4 2
3
1
5 4
3
F＝3n－2PL－PH F＝3n－2PL－PH F＝3n－2PL－PH ＝3 － 3 2 4 4 2 － 6 0 －0 ＝3 － 4 0 ＝3 3 －2 － ＝0 错 ＝1 对 2018/10/20 机械设计基础 ＝1
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
2

构件可以由一个零件组成 也可以由几个零件组成
机械设计基础
从动件 1 原动件
3
机架 4
2
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
机器的组成
(从运动观点看)由构件组成 (从制造观点看)由零件组成
机器
机械
机构
构件

原动构件
从动构件
零件

通用零件 专用零件
机
架
零件
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C 两构件上联接点的轨迹重合

在该机构中，构件2上的C点C2与构 件3上的C点C3轨迹重合，为虚约束 计算时应将构件3及其引入的约束去
3
C(C2,C3) 2 1 B
动画
D

掉来计算

A
4
同理，也可将构件4当作虚约束，将 构件4及其引入的约束去掉来计算，
效果完全一样
F＝3n－2PL－PH 4 0 ＝3 3 －2 － ＝1
n
R=1
t
结论： 平面低副引入
2个约束
1个约束
平面高副引入
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o
x
o
机械设计基础
n
机械设计基础 —— 平面连杆机构
(3) 平面机构自由度计算公式
如果：活动构件数：n 低副数： pl 高副数： ph 未连接前总自由度： 3n 连接后引入的总约束数： 2pl+ph

y 1
Ｏ 2 x
F =3n－2pl－ph = 3 2－2 2－1 =1
C A
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0 = 1 2018/10/20
F =3n－2pl－ph 机械设计基础 = 3 4－2 5－ 1 = 1
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
2 机构具有确定运动的条件
B C B
C
机械设计基础 —— 平面连杆机构
三、机构

机构是由构件通过运动副连接而成的 原动件：按给定运动规律独立运动的构件 从动件：其余的活动构件 机 架：固定不动的构件
2 从动件 3
闭链
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开链
原动件
1 机架 4
机构
机械设计基础
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
四、平面机构的运动简图
机械设计基础 8


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机械设计基础 —— 平面连杆机构
平面副
y y x
n n
o
x
o
t
t n
t
低副：转动副、移动副( 面接触)
高副：齿轮副、凸轮副(点、 线接触)
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机械设计基础
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
空间副
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运动副分类

按接触形式分类
按相对运动分类
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机械设计基础
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
按接触形式分类：

接触形式: 点、线、面 低副：面接触 高副：点、线接触
平面低副 空间低副
y
o
x
高副
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高副
空间低副
机械设计基础
平面低副
平面低副
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
1、偏心圆盘 2、带环的柱塞 3、摆动盘 4、机架
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机械设计基础
20
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机械设计基础
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
例题：破碎机
A B E
F D C
G
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机械设计基础
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
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＝1
4
机械设计基础 36
机械设计基础 —— 平面连杆机构
虚约束——结论

3
机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出
现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束 将变成有效约束，而使机构不能运动
2
1


采用虚约束是为了:改善构件的受力情况；传递较大功率； 或满足某种特殊需要 在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则 必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所 需要的几何条件
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－0= 2
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
3 几种特殊结构的处理
2 3 1
②
2
3 5 6 4 1
5
6
4
F ＝ 3n－2pl－ph 6 0 ＝ 3 － 5 2 － ＝3
错
F ＝ 3n－ 2pl－ph ＝ 3 － 5 2 － 7 0 ＝1
对
(1) 复合铰链
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
4 运动简图的绘制方法

步骤：
确定构件数目及原动件、输出构件 各构件间构成何种运动副？（注意微动部分） 选定比例尺、投影面，确定原动件某一位置，按规定
符号绘制运动简图 标明机架、原动件和作图比例尺


绘制路线：原动件中间传动件 输出构件 观察重点：各构件间构成的运动副类型 良好习惯：各种运动副和构件用规定符号表达 误 区：构件外形
C 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时 D 机构中对运动不起作用的对称部分
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机械设计基础
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
A 两构件之间构成多个运动副时

两构件组合成多个转动副，且其轴线重合 两构件组合成多个移动副，其导路平行或重合
两构件组合成若干个高副，但接触点之间的距离为常数
按相对运动分类：

运动副的性质（即运动副引入的约束）确定了两构件的相 对运动
按相对运动分类：
转动副：相对转动 ——回转副、铰链
移动副：相对移动 螺旋副：螺旋运动

球面副：球面运动
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机械设计基础
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
运动副类型小结

平面低副: 转动副、移动副 平面高副: 齿轮副、凸轮副
例题：
3
C234 C23 4
2
3 4
2
B12
1
B12
A14
4
1
A14
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机械设计基础
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机械设计基础 —— 平面连杆机构
五、平面机构的自由度
1 平面机构自由度的计算
2 机构具有确定运动的条件
3 几种特殊结构的处理
复合铰链 局部自由度 虚约束
4 小结
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静联接
构件
动联接
(运动副)
机构
与动力 源组合
机器
3
机械设计基础
机械设计基础 —— 平面连杆机构
二、运动副

运动副: 两构件直接接触而形成的可动联接 运动副元素：构成运动副时直接接触的点、线、面部分

接触形式: 点、线、面
y
o
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x
4
机械设计基础 —— 平面连杆机构