机械设计基础第二章
第2章平面连杆机构2.1平面连杆机构的特点和应用连杆机构是由若干刚性构件用低副连接组成的机构，又称为低副机构。
在连杆机构中，若各运动构件均在相互平行的平面内运动，称为平面连杆机构；若各运动构件不都在相互平行的平面内运动，则称为空间连杆机构。
平面连杆机构被广泛应用在各类机械中，之所以广泛应用，是因为它有较显著的优点：（1）平面连杆机构中的运动副都是低副，其构件间为面接触，传动时压强较小，便于润滑，因而磨损较轻，可承受较大载荷。
（2）平面连杆机构中的运动副中的构件几何形状简单（圆柱面或平面），易于加工。
且构件间的接触是靠本身的几何约束来保持的，所以构件工作可靠。
（3）平面连杆机构中的连杆曲线丰富，改变各构件的相对长度，便可使从动件满足不同运动规律的要求。
另外可实现远距离传动。
平面连杆机构也存在一定的局限性，其主要缺点如下：（1）根据从动件所需要的运动规律或轨迹设计连杆机构比较复杂，精度不高。
（2）运动时产生的惯性力难以平衡，不适用于高速的场合。
（3）机构中具有较多的构件和运动副，则运动副的间隙和各构件的尺寸误差使机构存在累积误差，影响机构的运动精度，机械效率降低。
所以不能用于高速精密的场合。
平面连杆机构具有上述特点，所以广泛应用于机床、动力机械、工程机械等各种机械和仪表中。
如鹤式起重机传动机构（图2-1），摇头风扇传动机构（图2-2）以及缝纫机、颚式破碎机、拖拉机等机器设备中的传动、操纵机构等都采用连杆机构。
图2-1鹤式起重机图2-2 摇头风扇传动机构2.2平面连杆机构的类型及其演化2.2.1 平面四杆机构的基本形式全部用转动副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构，如图2-3所示。
机构的固定件4称为机架；与机架相联接的杆1和杆3称为连架杆；不与机架直接联接的杆2称为连杆。
能作整周转动的连架杆，称为曲柄。
仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆。
按照连架杆的运动形式，将铰链四杆机构分为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
1．曲柄摇杆机构两连架杆中一个为曲柄而另一个为摇杆的机构。
当曲柄为原动件时，可将曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动，如图2-4中的搅拌机构；反之，当摇杆为原动件时，可将摇杆的往复摆动转变为曲柄的整周转动，如图2-5所示的缝纫机踏板。
图2-4 搅拌机 图2-5 缝纫机脚踏板机构2．双曲柄机构两连架杆均为曲柄的四杆机构为双曲柄机构。
通常一个曲柄作等速转动，另一个曲柄作等速或变速转动，图2-6惯性筛驱动机构和图2-7机动车辆机构均为双曲柄机构。
惯性筛驱动机构中，主动曲柄AB 等速回转一周时，曲柄CD 变速回转一周，使筛子EF 具有较大变图2-6 惯性筛驱动机构 图2-7 机动车辆机构图2-3 铰链四杆机构化的加速度，从而将被筛选的材料因惯性而分离。
当双曲柄机构的相对两杆平行且相等时，则成为平行四边形机构，如图2-8所示。
其运动特点是两曲柄以相同角速度同向转动，连杆作平移移动。
图2-9所示的摄影平台升降机构就是平行四边形机构，能保证摄影平台1始终处于水平移动，保证安全工作。
平行四边形机构在运动过程中，曲柄AB顺时针方向转动到B1位置时，曲柄DC转到C1位置，但在下一瞬时，DC杆可能运到到C2’位置，也可能运动到C2位置，即出现运动不确定现象。
为克服这种现象，可以在从动曲柄上添加飞轮靠惯性引导保证转向不变；或在机构中增加辅助杆构成虚约束使从动曲柄不能反转，如图2-7机动车辆机构中的杆2就是防止从动曲柄反转的；或使用两组相同机构错位排列，如图2-10所示。
当AB杆和DC杆转图2-8 平行四边形机构图2-9 摄影平台升降机构向相反时，相对的边长相等，但其中一对边不平行，形成逆平行四边形机构（图2-11）。
车门的启闭机构（图2-12）是逆平行四边形机构应用实例，当主动曲柄1转动时，从动曲柄3作相反方向转动，从而使两扇门同时开启或同时关闭。
图2-10 错列机构图2-11 反平行四边形机构图2-12车门的启闭机构图2-13 汽车前轮转向机构3．双摇杆机构两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。
双摇杆机构用于鹤式起重机传动机构（图2-1），当摇杆AB摆动时，另一摇杆CD随之摆动，选用合适的连杆尺寸，可使悬挂点M的轨迹近似为水平直线，避免被吊重物在运送中上下运动而出现危险。
在双摇杆机构中若两摇杆长度相等，则称为等腰梯形机构。
汽车前轮转向机构（图2-13）运用的就是该机构。
车子转弯时，与前轮轴固联的两个摇杆的摆角α和β如果在任意位置都能使两前轮轴线的交点P落在后轴线的延长线上，则当整个车身绕P点转动时，四个车轮都能在地面上纯滚动，避免轮胎因滑动而产生过大磨损。
等腰梯形机构就能近似地满足这一要求。
2.2.2 平面四杆机构的演化由于运动、受力状况及结构设计上的需要，上述三种型式明显满足不了要求。
实际机器中还广泛应用着各种其他型式的四杆机构。
它们是由铰链四杆机构演化而来的。
1．含有一个移动副的四杆机构（1）曲柄滑块机构图2-14a所示的曲柄摇杆机构中，杆1为曲柄，杆3为摇杆。
杆3上C点的轨迹是以D 为圆心，杆3长度CD为半径的圆弧mm。
现将转动副D的半径扩大，使其半径等于杆3的长度，并在机架上按C点的近似轨迹mm做成一个弧形槽，摇杆3做成与弧形槽相配的弧形块，如图2-14b所示。
此时，虽然转动副D的外形改变，但机构的运动性质没改变。
若将弧形槽的半径趋向于无穷大，则mm变成直线，而转动副D转化为移动副，形成了偏置曲柄滑块机构（e≠0），如图2-14c所示。
若将mm直线槽移至通过曲柄转动中心A（即e＝0），则形成对心曲柄滑块机构，如图2-14d所示。
曲柄滑块机构常用于活塞式内燃机、往复式抽水机、空气压缩机以及冲床等的主要机构都是曲柄滑块机构。
图2-14 曲柄滑块机构在曲柄滑块机构中，若以不同的构件为机架，将得到不同的连杆机构。
见表2-1（2）转动导杆机构和摆动导杆机构将表2-1中的曲柄滑块机构中的构件1为机架，则构件2和4都可分别绕固定轴B和A 作整周转动。
将与滑块组成移动副的杆状活动构件称为导杆，所以该机构称为转动导杆机构。
图2-15所示的小型刨床主运动机构就是转动导杆机构。
若将表2-1中的曲柄滑块机构中的改变构件1和构件2的尺寸，则构件2绕固定轴B作整周转动，构件4绕固定轴A作一定角度的往复摆动，所以该机构称为摆动导杆机构。
图2-16所示的牛头刨床中的六杆机构就是摆动导杆机构。
（3）曲柄摇块机构和移动导杆机构将表2-1中的曲柄滑块机构中的构件2为机架，则构件1绕固定轴B作整周转动，而摇块3绕固定轴C作往复摆动的摇块，该机构称为曲柄摇块机构。
图示2-17所示的汽车自动图2-15 小型刨床图2-16 牛头刨床卸料机构就是曲柄摇块机构，摇块3做成绕固定轴C摆动的油缸，导杆4的一端固结着活塞。
油缸下端进油，推动活塞，从而带动与车斗固结的曲柄1，使其绕定轴B转动，达到自动卸料的目的。
图2-17 汽车自动卸料机构图2-18 手摇唧筒将表2-1中的曲柄滑块机构中的构件3滑块为机架，则使导杆4在固定滑块3中移动，该机构称为移动导杆机构。
图2-18所示手摇唧筒，手摇唧筒的外壳就是固定滑块3，移动导杆4下端的活塞，在唧筒内部上下移动把水抽出来。
2．含有两个移动副的四杆机构a）b）c）图2-19 曲柄移动导杆机构表2.1 四杆机构的几种型式铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副，同理，在图2-19a所示的曲柄滑块机构中，转动副B相对于转动副C的运动轨迹为圆弧mm，如将连杆2作成滑块，滑块3作成圆弧导轨mm形状，如图2-19b所示，显然图a和图b的运动性质等效。
此时已演化成具有两个移动副的四杆机构。
如将圆弧导轨mm的半径逐渐增加至无穷大时，于是该机构将演化成图2-19c所示，称为曲柄移动导轨机构，也称为正弦机构。
如图2-20所示的缝纫机针杆机构就是应用的正弦机构。
图2-20 缝纫机针杆机构图2-21 十字滑块联轴器（2）双转块机构在表2-1中，若取正弦机构中的构件1为机架，则转块2绕固定轴B作整周旋转时，通过杆3可导致转块4绕固定轴A作整周旋转，形成双转块机构。
图2-21所示的十字滑块联轴器就是运用的该机构。
（3）双滑块机构在表2-1中，若取正弦机构中的构件3为机架，则构件2上下移动，可导致构件4左右移动，形成双滑块机构。
图2-22所示的椭圆仪就是运用的该机构。
图2-22 椭圆仪2.3铰链四杆机构有曲柄的条件在四杆机构中有的连架杆作整周回转运动而成为曲柄，有的则不能。
那么铰链四杆机构在什么条件下有曲柄存在呢？下面来分析铰链四杆机构中曲柄存在的条件。
如图2-23中的铰链四杆机构中，a，b，c，d分别代表各杆的长度，且设a<d。
若AB 杆为曲柄，则AB能绕A轴相对机架作整周转动。
则AB应能分别转至B1和B2位置，即AB杆能和机架AD拉直共线和重叠共线。
当AB杆和机架AD拉直共线时，则形成三角形图2-23 曲柄存在的条件图2-24 铰链四杆机构B1C1D。
根据平面三角形几何知识，两边之和应大于等于第三边，在⊿B1C1D中有：a+d≤b+c （2-1）当AB杆和机架AD重叠共线时，则形成三角形B2C2D。
根据平面三角形几何知识，两边之差小于等于第三边，在⊿B2C2D中有：b≤(d-a)+c或 c≤(d-a)+b即 a+b≤d+c (2-2)a+c≤d+b (2-3) 将式（2-1）、（2-2）、（2-3）分别两两相加，则得：a≤c; a≤b; a≤d同理，当设a>d时，亦可得：d+a≤b+cd+b≤a+cd+c≤a+b和 d≤c; d≤b; d≤a由此可得曲柄存在得条件：（1）连架杆和机架中必有一杆为最短杆；（2）最短杆和最长杆之和应小于或等于其他两杆长度之和（即格拉肖夫判别式）。
如图2-24所示铰链四杆机构中，AB 为最短杆，且满足格拉肖夫判别式。
若以AD 杆为机架，在连架杆和机架中，AB 杆为最短杆，所以AB 杆为曲柄，而AD 杆和CD 杆中无最短杆，所以CD 杆为摇杆，即该铰链四杆机构为曲柄摇杆机构；若以最短杆AB 杆为机架，则AB 杆和CD 杆均为曲柄，所以该机构为双曲柄机构；若以CD 杆为机架，机架和连架杆间均无最短杆，所以BC 杆和AD 杆均为摇杆，即该铰链四杆机构为双摇杆机构；若以BC 杆为机架，则AB 杆为曲柄，CD 杆为摇杆，所以该铰链四杆机构为曲柄摇杆机构。
综上所述，可得出两个结论：（1）不满足格拉肖夫判别式的铰链四杆机构，任何杆为机架时皆为双摇杆机构；（2）满足格拉肖夫判别式的铰链四杆机构，当以最短杆的相邻杆为机架时，为曲柄摇杆机构；当以最短杆为机架时，为双曲柄机构：当以最短杆的对面杆为机架时，为双摇杆机构。
2.4平面连杆机构的工作特性2.4.1 急回运动特性和行程速度变化系数在工程中，往往要求作往复运动的从动件，在工作行程时的速度慢些，而空回行程时的速度快些，以缩短非工作时间，提高生产率。
机械设计基础第二章--常用机构介绍
4—机架 1，3—连架杆→定轴转动 2—连杆→平面运动 整转副：二构件相对运动为
整周转动。
摆动副：二构件相对运动不 为整周转动。
曲柄：作整周转动的连架杆
摇杆：非整周转动的连架杆
C
2
B
3
1
A
D
4
二、平面四杆机构的常用形式
1、曲柄摇杆机构
（构件4为机架、构件2为机架）
2、双曲柄机构
}全回转副四杆机构
(二)曲柄为最短杆。 ▲铰链四杆机构存在曲柄的条件是：
(一)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其 余两杆长度之和。
(二)机架或连架杆为最短杆。
4、曲柄滑块机构 二、平面四杆机构的内部演化:
第二节 凸轮机构
一、凸轮机构的组成与分类： 运动方式：将主动凸轮的连续转动或
移动转换成为从动件的移动或摆动。 分类：1、形状
①盘形凸轮机构——平面凸轮 机构
②移动凸轮机构——平面凸轮 机构
③圆柱凸轮机构——空间凸轮 机构
2、运动形式
按从动件的运动型式：
①尖底从动件：用于 低速；
②滚子从动件：应用 最普遍；
③平底从动件：用于 高速
O
r0
1 2 3
4
5
6 7 8
二、从动件的常用运动规律
从动件的运动规律——从动件在工作过程中， 其位移（角位移）、速度（角速度）和加 速度（角加速度）随时间（或凸轮转角） 变化的规律。
长 几何形状简单——便于加工，成本低。 3、缺点： ①只能近似实现给定的运动规律； ②设计复杂；
③只用于速度较低的场合。
由转动副联接四个构
件而形成的机构，称为铰 链四杆机构，如图所示。 图中固定不动的构件是机 架；与机架相连的构件称 为连架杆；不与机架直接 相连的构件称为连杆。连 架杆中，能作整周回转的 称为曲柄，只能作往复摆 动的称为摇杆。根据两连 架杆中曲柄(或摇杆)的数 目，铰链四杆机构可分为 曲柄摇杆机构、双曲柄机 构和双摇杆机构。
机械设计基础第二章
复合铰链、局部自由度和虚约束
机构中与其他约束重复而对机构运动不起新的限制作用的约束， 称为虚约束。计算机构自由度时，应除去不计。 虚约束常出现在下列场合: (1)两构件间形成多个具有相同作用的运动副。 ①两构件在同一轴线上组成多个转动副。计算机构自由度时应按 一个转动副计算。
两构件组成多个运动副
平面机构的自由度
•掌握自由度与约束的概念。
•掌握复合铰链、局部自由度和虚约束的概念。
•会计算机构自由度并判断机构运动的确定性。
2.3.1
自由度和约束的概念
2.3.2
机构自由度的计算和机构具有确定运动的条件
2.3.3
复合铰链、局部自由度和虚约束
2.3.1
1 自由度
自由度和约束的概念
运动构件相对于参考系所 具有的独立运动的数目，称为 构件的自由度。 任一做平面运动的自由构 件有三个独立的运动。
在计算机车车轮联动机构的自由度时应除去不计，
即 F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1
机车车轮联动机构中的虚约束
2.3.3
3 虚约束
复合铰链、局部自由度和虚约束
例2-3 计算图所示筛料机构的自由度。 机构中n=7，PL=9，PH=1，其自由度为
F=3n-2PL-PH=3×7-2×9-1=2
运动副 转动 副 低 副
自
由
度
约
束
构件2可以绕与XOY平面 构件2沿着X轴和Y轴两个 垂直的Z轴转动，自由度 方向的移动受到限制，约 为1。 束数为2。
构件2可以沿着X轴方向 的移动，自由度为1。
移动 副
构件2沿着Y轴方向的移动 和绕与XOY平面垂直的Z轴 转动受到限制，约束数为2。
机械设计基础第二章摩擦、磨损及润滑
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2020/5/29
课件
3、表面疲劳磨损
两摩擦表面为点或线接触时、由于局部的弹性变 形形成了小的接触区。这些小的接触区形成的摩擦副 如果受变化接触应力的作用，则在其反复作用下，表 层将产生裂纹。随着裂纹的扩展与相互连接，表层金 属脱落，形成许多月牙形的浅坑，这种现象称为疲劳 磨损，也称点蚀。
第二章 摩擦、磨损及润滑
§2—1 摩擦与磨损
各类机器在工作时，其各零件相对运动的接触部分都存在着 摩擦，摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象。摩擦不仅消 耗能量，而且使零件发生磨损，甚至导致零件失效。据统计，世 界上l／3~1／2的能源消耗在摩擦上，而各种机械零件因磨损失 效的也占全部失效零件的一个以上。磨损是摩擦的结果，润滑则 是减少摩擦和磨损的有力措施，这三者是相互联系不可分割的。
h0 hmin
2、弹性流体动力润滑 v1 v2
p 弹性流体动力
润滑油压分布
赫兹压力分布
v1
x O
v2 缩颈
节流间隙 (油膜厚度 )
3、流体静力润滑
油腔 节流器 (补偿元件)
油泵 油箱
四、润滑方法和润滑装置
油润滑的方法多种多样，其分类标准大概有两种：集中润滑 或分散润滑。
分散润滑比集中润滑简便。集中润滑需要一个多出口的润滑 装置供油，而分散润滑中各摩擦剔的润滑装置则是各自独立的。
粘着磨损按程度不同可分为五级：轻微磨损、涂抹、擦伤、 撕脱、咬死。
合理地选择配对材料(如选择异种金属)，采用表面处理(如 表面热处理、喷镀、化学处理等)，限制摩擦表面的温度，控制 压强及采用含有油性极压添加剂的润滑剂等，都可减轻粘着磨 损。
机械设计基础第二章
第2章平面机构运动简图及自由度计算机械是替代人类完成各项体力劳动甚至脑力劳动的执行者。
在各种新型机械的设计初期，首先需要采用机械系统运动简图来对比各种运动方案及工作原理，一边从中选出最佳的设计方案。
然后再按照运动要求确定及其各组成构件的主要尺寸，按照强度条件和工作情况确定机构个部分的详细结构尺寸。
机械系统的运动简图设计是设计机械产品十分重要的内容，正确、合理地设计机械系统简图，对于满足机械产品的功能要求，提高性能和质量，降低制造成本和使用费用等是十分重要的。
机械系统要完成比较复杂的运动，一般都需要将若干个机构根据机械系统的运动协调配合的要求组合起来，因此机械系统的运动简图也是机构系统的运动简图。
机械系统的运动简图是用规定的符号，绘出能准确表达机构各构件之间的相对运动关系及运动特征的简单图形。
一般某机构可分为平面机构和空间机构。
平面机构是指各运动构件均在同意平面或相互平行平面内运动的机构。
空间机构是指虽有的机构不完全是相互平行的平面内运动的机构。
本章将着重介绍机构的结构分析。
第一节机构的组成构件任何机器都是由若干个零件组装而成的。
构件是指组成机械的各个相对运动的单元。
构件和零件的概念是有区别的。
构件是机械中的运动单元体，零件则是机械中不可拆分的制造单元体。
构件可以是一个零件，也可以是由两个或两个以上的零件组成。
如图2-1所示的内燃机中的连杆就是由单独加工的连杆体、轴套、连杆头、轴瓦、螺杆、螺母等零件组成的，这些零件分别加工制造，但是当它们装配成连杆后则作为一个整体在发动机内部作往复运动相互之间并不产生相对运动，因此连杆可以看做一个构件。
因此，从运动角度来看，任何机器都是许多独立运动单元组合而成的，这些独立运动单元体称为构件。
从加工制造角度来看，任何机器都是由许多独立制造单元体组合而成的，这些独立制造单元体称为零件。
通常，为了完成同一使命而在结构上组合在一起并协同工作的零件称为部件，如联轴器、减速器等。
《机械设计基础》第2章_平面连杆机构解析
由上式可知，机构的急回程度取决于极位夹
角θ的大小。θ角越大，K值越大，机构的急回程
度也越高，但机构运动的平稳性就越差。反之反 然。 一般机械中1≤K≤2。
5.连杆机构具有急回特性的条件
⑴ 输入件等速整周转动；
⑵ 输出件往复运动；
⑶ 极位夹角
。 0
6.常见具有急回特性的四杆机构
二、平面连杆机构的特点及应用
1.平面连杆机构的特点
⑴寿命长 低副联接，接触表面为平面或圆柱面，
压力小；便于润滑，磨损较小。
⑵易于制造 连杆机构以杆件为主，结构简单。 ⑶可实现远距离操纵控制 因连杆易于作成较长
的构件。
⑷可实现比较复杂的运动规律 ⑸设计计算较繁复，当机构复杂时累计误差较大，
2、双曲柄机构
具有两个曲柄的铰链四杆机构。
⑴平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，且曲
柄的转向相同长度也相等的双曲柄机构。 这种机构两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆 始终做平动，故应用较广。
运动的不确定性
有辅助构件的重复机构
有辅助构件的错列机构
⑵逆平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，两
含有两个移动副的四杆机构应用实例
2.3 平面四杆机构的基本特性
一、铰链四杆机构存在曲柄的条件
设 AB 为曲柄,
由 △BCD :
且 a <d .
b+c>f 、 b+f >c 、 c+f >b
以 fmax = a + d ， fmin = d - a b+c >a+d 、 b+d >a+c 、 c+d >a+b 化简后得: a<b 、 a<c 、 a< d 若 d <a d<a、d<b、d<c 代入并整理得：
机械设计基础第2章
22
第2章
平面汇交力系和平面力偶系
2.2 平面汇交力系的平衡
2.2.1 平面汇交力系平衡的几何条件 平面汇交力系平衡的必要与充分条件就是合力等于零， 即
FR=0
(2-7) 或
FR=F1+F2+…+Fn=0
23
第2章
平面汇交力系和平面力偶系
图2-7 平面汇交力系平衡的几何条件
24
第2章
平面汇交力系和平面力偶系
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第2章
平面汇交力系和平面力偶系
图2-11 扳手工作示例
37
第2章
平面汇交力系和平面力偶系
实践证明：力使扳手绕O点的转动效应取决于力F的大
小与力臂d的乘积F· d，用符号MO(F)来表示，称为力F对O点 之矩。在平面问题中，力矩是个代数量，规定逆时针转动为 正，顺时针转动为负，即
MO(F)=±F· d
第2章
平面汇交力系和平面力偶系
第2章 平面汇交力系和平面力偶系
2.1 平面汇交力系的合成 2.2 平面汇交力系的平衡 2.3 力矩与平面力偶系 2.4 力偶及其性质
1
第2章
平面汇交力系和平面力偶系
2.1 平面汇交力系的合成
2.1.1 平面汇交力系合成的几何法
设在刚体某平面上有一汇交力系F1、F2、F3、…、Fn作 用并汇交于O点，该平面汇交力系的合力FR可用矢量式表 示为
(kN· m)。
(2-9)
在国际单位制中，力矩的单位是牛米，即N· m或千牛米
38
第2章
平面汇交力系和平面力偶系
2.3.2 合力矩定理
平面汇交力系的合力对平面内任意一点之矩，等于其所 有分力对同一点的力矩的代数和。此定理不仅适用于平面汇 交力系，也适用于平面任意力系。其表达式为
机械设计基础 第二章
图2-7 运动副表示方法
图2-7(d) 至图2-7(i) 表示两个构件组成的移动副；图2-7(j) 表示两个构件组成的高副，画高副简图时应画出两构件接触处 的曲线轮廓。
图2-7 运动副表示方法
2. 构件的表示方法
机构运动简图中构件表示方法如图2-8所示。其中，图28(a) 为具有两个转动副的构件；图2-8(b)为具有一个转动副和一 个移动副的构件；图2-8(c)为具有3个转动副的构件；图2-8(d) 为3个转动副的中心均在一条直线上。
3. 虚约束
在机构中与其他约束重复而不起限 制运动作用的约束称为虚约束。在计算 机构自由度时，应当除去不计。
【例2-5】如图2-17所示为机车车轮联动机构，
LAB LCD LEF， LBC LAD， LCE LDF 。在此机构中 n 4， PL 6， PH 0 ，所以其机构自由度为
图2-16 局部自由度
在计算机构的自由度时应预先将转动副C 和构件3除去不计， 如图2-16(b) 所示，设想将滚子3与从动件2固连在一起，作为一
个构件来考虑。此时该机构中，n 2， PL 2， PH 1
其机构的自由度为：
F 3n 2PL PH 32 22 11
即此凸轮机构只有一个自由度,是符合 实际情况的。
(b) 平面四杆构件组合体 图2-11 平面三杆和平面四杆构件组合体
如图2-12(a) 所示五杆铰链构件组合体，其自由度为
F 3n 2PL PH 34 25 0 2
该机构中只有一个主动件，当构件1绕 A 点均匀转动且处于 AB 位置时，构件2、3、4可处于不同的位置(参见图2-12(a)标 出的两个位置)，即这三个构件的运动不确定。
9个转动副)，即 n 8， PL 11 ，所以，该机构的自由度为：
机械设计基础第二章
举例 举例 举例
举例
例题 解析
例题2.5 试计算右图机构的自由度。
F 3 n 2 P L P H 3 3 2 4 1 1
例题 解析
例题2.6 试计算右图机构的自由度。
F 3 n 2 P L P H 3 1 2 1 0 1
重复轨迹
对称部分
4、综合实例
例题
例题2.7 试计算右图机构的自由度，并指 出复合铰链、局部自由度和虚约束。
2）空间机构：不是所有构件都在同一平面或相互平行的平面内运动。
一、运动副的定义
定义：凡两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接。
三要素：
➢两构件组成； ➢直接接触； ➢有相对运动。
二、运动副的分类
平面运动副 运动副
低副：两构件通过面接触组成的运动副，如转动副、移动副。 高副：两构件通过线或者点接触组成的运动副，如齿轮副、凸轮副。
2）原动件（主动件）：是运动规律已知的活动构件。 3）从动件：是机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件。其中输出预期运动的
从动件称为输出构件，其他从动件则起传递运动的作用。
从动件 B
原动件（主动件） 输入构件
A
机架
C 从动件 输出构件
D
2、机构运动简图的绘制步骤
1）分析机构的结构（找出机架、原动件和从动件）和运动情况（从原动件开始分析）； 2）确定构件、运动副的类型和数目； 3）选择视图平面，并选择一个有代表性的瞬时机构位置； 4）选择合适的比例尺按照规定符号绘制简图； 5）在简图上标注构件号及运动副号，并用箭头表示原动件。
线的位置。
3）高副：画出两构件接触处的曲线轮廓（齿轮除外：可用两节圆表示）。
常用机构的运动简图参阅教材表5-1。
机械设计基础第2章 机械传动装置的总体设计PPT课件
1.tif
2.4 总传动比的计算和各级传动比的分配
2Z2.TIF 图2-2 二级齿轮减速器中高速级大齿轮与低速轴相碰的情况
4)对于多级齿轮减速器，为使各级齿轮传动润滑良好，各级大齿轮 直径应接近。
2.5 传动装置的运动和动力参数计算
(1)各轴转速的计算(单位：r／min) (2)各轴功率的计算(单位：kW) (3)各轴转矩的计算(单位：N·m) 1.选择电动机 (1)选择电动机的类型 带式运输机为一般用途机械，根据工作和电 源条件，选用Y系列三相异步电动机。 (2)选择电动机的功率 1)工作机所需要的功率PW按式(2-1)计算 2)电动机所需要的功率P0按式(2-2)计算 3)选择电动机的额定功率PN。 (3)选择电动机转速
表2-3 机械传动的效率概略值
效率η
传动种类
效率η
2.1 传动方案分析
表2-3 机械传动的效率概略值
圆柱齿轮传 动
很好磨合 的6级精度和 7级精度齿轮 (油润滑)
0．98～ 0．99
8级精度的 一般齿轮(油 润滑)
0．97
9级精度的 0．96 齿轮(油润滑)
加工齿的 开式齿轮(脂 润滑)
铸造齿的 开式齿轮
简图
传动比 i==8～15
特点及应用
锥齿轮放在高 速级可使其直径 不致过大，否则 加工困难。锥齿 轮可用直齿或圆 弧齿，圆柱齿轮 可用直齿或斜齿
蜗杆齿轮
i==15～480
将蜗杆传动放 在高速级，可提 高传动效率
2.6 减速器简介
2.6.2 减速器的典型结构 减速器的类型不同，其结构也就不同。
图2-3 一级圆柱齿轮减速器的结构 1—通气器 2—检视孔盖 3—吊环 4—箱盖 5—定位销 6—螺栓
机械设计基础--第二章(平面机构的结构分析)
图2-6 1-中心轮 1 2-行星轮 3-中心轮2 4-转臂
二、学习指导
d) 在平行四边形机构中加入一 个与某边平行且相等的构件，造成轨 迹重合而产生的虚约束，见图2-7构 件5引入的运动副为虚约束，计算机 构的自由度时要将构件5及运动副都 除去不计。此时 n=3，PL =4，PH =0， 故机构的自由度数为
三、典型实例分析
例题2-4 已知一机构如图2-12所示，求其自由度。 解：n=4
PL= 6 PH=0
1 3
2 4
F=3n-2PL-PH=34-26-0=0
即该机构自由度为0，它的各 构件之间不能产生相对运动。
5
图2-12
三、典型实例分析
例2-5 计算图2-13所示大筛机构的自由度。
解：E′或 E 为虚约束 C为复合铰链 F为局部自由度
（3）机构中存在着与整个机构运动无关的自由度称为
在计算机构自由度时应
。
个构件作为机架。
（4）在任何一个机构中，只能有
四、复习题
⒉ 选择题
（1）一个作平面运动的自由构件具有
(A) 一个； (B) 二个；
自由度。
(D) 四个。 。 (D) 四个。 。
(C) 三个；
（2）平面机构中的高副所引入的约束数目为 (A) 一个； (B) 二个； (C) 三个；
三、典型实例分析
a）
b）
c）
图2-9
d）
三、典型实例分析
例2-2 计算图2-10中牛头刨床传动机构的自由度。
解：n=6，PL= 8，PH=1。
F=3n-2PL-PH=36-28-1=1
即该机构只有一个自由度， 与原动件数相同（齿轮 3 为原动 件）。所以,满足机构具有确定运 动的条件。 图2-10