平面机构的组成及其运动简图

第1章平面机构运动简图及自由度

表示机构各构件之间相对运动的简化图形，称为机构运动简图。
3
2
4
1
5
10 C 11
8 ,9 3
7D B
18
4 A1
例：试绘制下图所示颚式破碎机的机构运动简图。
2A 1 B
3
D
1
C
4
颚式破碎机及其机构简图
3.运动链
运动链:若干个构件通过运动副联接而成的相互间可作相对运动的系统。闭式运动链简称闭链：运动链的各构件首尾封闭开式运动链简称开链：未构成首尾封闭的系统
任意复杂的平面机构都可看作是在最简机构的基础上连接一些基本杆组所构成的。
牛头刨床的组合过程牛头刨运动
3.高副低代
高副低代——采用低副代替高副进行变通处理的方法
代换原则 : * 代换前后保持机构的自由度不变 * 代换前后保持机构的运动关系不变
要点— 找出两高副元素的接触点处的公法线和曲率中心
(b) F 3n 2PL PH 3 6 28 1 1
3. 机构具有确定运动的条件
机构的自由度也即是机构所具有的独立运动的个数。
从动件是不能独立运动的，只有原动件才能独立运动。通常每个原动件只具有一个独立运动，因此，机构自由度必定与原动件的数目相等。
如图所示的五杆机构中，原动件数等于1，机构自
如果一个平面机构中有n个活动构件（机架不计在内）；其中有PL个低副和PH个高副。这些活动构件在未用运动副联接之前的自由度总数为3n。
当用PL个低副和PH个高副联接成机构之后，全部运动副所引入的约束数为 2PL+1PH。
该机构的自由度数 F 为：
F = 3n-2PL-PH
F = 3n-2PL-PH

第2章平面机构的运动简图及其自由度

如图a所示为五构件运动链。其自由度为：
F=3n－2PL－PH=3×4－2×5－0=2
若给定一个原动件(构件1)的角位移规律为φ1=φ1(t)，此时构件2、 3、4的运动并不能确定。
说明当原动件数少于机构的自由度时，其运动是不确定的。
又如图b所示四构件机构，其自由度为：
F=3n－2PL－PH=3×3－2×4－0=1
Hale Waihona Puke 零件－连杆体1、连杆头2、轴套3、轴瓦4和5、螺杆6、螺母7、开口销8
二、运动副及其分类
1、构件的自由度——构件所具有的独立运动数目。
在三维空间内自由运动的构件具有六个自由度。
作平面运动的构件(如图所示)则只有三个自由度，这三个自由度可以用三个独立
的参数x、y和角度θ表示。
2、运动副
F=3n-2PL-PH
(2-1)
由上式可知：机构自由度F取决于活动构件的件数与运动副的
性质（高副或低副）和个数。
试机算图示航空照相机快门机构的自由度。
解：该机构的构件总数N=6,活动构件数n=5,6个转动副、一个移动副，没有高副。由此可得机构的自由度数为：
F=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=1
两个构件间形成的运动副引入多少个约束，限制了构件的哪些独立运动，则完全取决于运动副的类型。
由此可见，在平面机构中，每个转动副引入两个约束，使构件失去两个自由度。
转动副的表示方法
⑵ 移动副——两构件间只能作相对移动的低副称为移动副，移动副及其简图符号表示如下图所示。
移动副
移动副的表示方法
缝纫机下针机构
23 1
4
机构模型
2 3
1 4
§2-3 平面机构的自由度

第五章机构的组成及平面连杆机构

2
1
4
3
5
E
F
未去掉虚约束时
2 1
3
E 5
F 4
F3n2pLpH34260 ?
附加的构件5和其两端的转动副E、F提供的自由度
F3122 1 即引入了一个约束，但这个约束对机构的运动不起实际约束作用，为虚约束。去掉虚约束后
F3n2pLpH33241
⑶ 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合
B2
E
C
第五章机构的组成及平面连杆
机构
平面机构运动简图自由度铰链四杆机构的基本形式平面连杆机构曲面存在的条件急回特性死点平面连杆机构的设计三心定理及应用平面机构的组成原理及结构分析
组成机构的所有构件都在一个或几个相互平行平面中运动的机构称平面机构，否则称空间机构。工程中常见的机构一般都是平面机构。
31
2
4
1 2
3
1
2 3
两个转动副
4
两个转动副
两个转动副
平面机构自由度计算（4）
构件2、3、4在铰链 C处构成复合铰链，组成两个同轴回转副而不是一个回转副，所以，总的回转副数是PL=7，而不是PL=6，
F 35 27 0 1
（2）局部自由度
定义：
不影响整个机构运动的局部独立运动。对整个机构其他构件运动无关的自由度。
D4 E
B3
1
2
5 F
6
7 G
8 K 9
A C
H
I
局部自由度
D4 E
B3
1
2
5 F
6
7 G
A C
H
I
复合铰链

平面机构运动简图及自由

机构。
机架：相对固定不动的构件，如机床床身、车辆底盘。
原动件（主动件）：运动已知的构件，运动输入的构件。
从动件：其余活动构件。机构的组成：
原动件
机构＝构件+运动副
机架＋原动件＋§1-2 机构的组成及运动简图
刚性联接零件
构件活动联接运动副
运动链
§1—1 运动副及其分类
机构是一个构件系统，为了传递运动和动力，各构件之间必
须通过一定的联接而产生确定的相对运动。
运动副
一、运动副定义——两个构件直接接触组成的可动联接。二、运动副元素 ——直接接触的部分（点、线、面）
例如：
y y
三、自由度F ——构件独立运动的数目
♣ 作空间运动的构件
6个自由度F
例1、计算曲柄滑块机构的自由度。
解：活动构件数n=
低副数Pl = 4 高副数Ph = 0
1
2
3
4
F 3n 2Pl Ph 33240
1
§1—3 平面机构自由度的计算
二、机构具有确定运动的条件
对不同的机构，自由度不同，给定原动件的个数也应不同，
那么，原动件数与自由度有什么关系，才能使机构具有确定的运
§1—3 平面机构自由度的计算
一、自由度的计算公式设一平面机构有K个构件，通过Pl个低副，Ph个高副联接，则：
活动构件数： n K 1
运动副联接前自由度： 3 n 通过运动副联接后，低副产生的约束数： 2 Pl
高副产生的约束数： 1 Ph
计算公式： F 3n 2Pl Ph
§1—3 平面机构自由度的计算
22
22
1
1
1
1
2

机械基础——第一节机构的组成与运动简图讲义.

a)固定铰链
b)活动铰链

(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。
移动副
2.高副两构件以点或线接触而构成的运动副。
凸轮副
齿轮副
空间运动副
两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。
螺旋副
球面副
三、平面机构的运动简图
运动副及构件的表示方法 1.构件
构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。
2. 转动副
构件组成转动副时
图面垂直于回转轴线时用图a表示；图面不垂直于回转轴线时用图b表示。表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。
3. 移动副
两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。
4. 平面高副
每组成一个低副时，就引入了2个约束条件，失去了2个自由度。
低副： a. 面接触； b. 有一个自由度，转动或移动。（约束了二个自由度）
每组成一个高副，就引入了1个约束条件，失去了1个自由度。
高副： a. 点或线接触； b. 有两个自由度，转动 + 移动。（约束了一个自由度）
（二）机构具有确定相对运动的条件
二、运动副及其分类
机构是具有确定相对运动多个构件的组合，构件之间需要传递运动和动力，所以各构件之间必须用一定的方式联接起来，并且具有确定的相对运动。两构件之间直接接触并能产生一定相对运动的联接称为运动副。运动副限制了两构件间某些独立的运动，这种限制构件独立运动的作用称为约束。
自由度和运动副约束
2、构件是机器运动的单元；零件是机器的制造单元。
3、两构件通过面接触组成的运动副称为低副，低副又分为移动副和转动副两种。

平面机构运动副和运动简图

使两物体直接接触而又能产生一定相对运动的联接，称为运动副。

根据运动副中两构接触形式不同，运动副可分为低副和高副。

1.低副：低副是指两构件之间作面接触的运动副。

按两构件的相对运动情况，可分为：（1）转动副：两构件在接触处只允许作相对转动。

由滑块与导槽组成的运动副。

（2）移动副：两构件在接触处只允许作相对移动。

由滑块与导槽组成的运动副。

3）螺旋副：两构件在接触处只允许作—定关系的转动和移动的复合运动。

丝杠与螺母组成的运动副。

2.高副：高副是两构件之间作点或线接触的运动副。

二、自由度—个作空间运动的构件具有六个独立的运动，即沿X 、Y 、Z 轴的移动和绕 X 、Y 、Z 轴的转动，构件的这种独立的运动称为构件的自由度。

一个作平面运动的自由构件，可以产生三个独立运动，即沿X 、Y 、Z 轴的移动及绕A 点（极点）的转动，所以具有三个自由度。

当两个作平面运动的构件组成运动副之后，由于受到约束，相应的自由度也随之减少。

转动副约束了沿 X 、Y 轴向移动的自由度，保留了—个转动的自由度。

移动副约束了沿一轴方向的移动和在平面内两个转动自由度，保留了沿另—轴方向移动的自由度。

高副则只约束了沿接触处公法线方向移动的自由度，保留了绕接触处的转动和沿接触处共切线方向移动的两个自由度。

所以在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度。

每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。

三、平面机构的运动简图绘制平面机构运动简图的目的绘制平面机构运动简图的目的在于：撇开与机构运动无关的外部形态，把握机构运动性质的内在联系，揭示机构的运动规律和特性。

机构的相对运动只与运动副的数目、类型、相对位置及某些尺寸有关，而与构件的横截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体结构无关。

用线条表示构件，用简单符号表示运动副的类型，按一定比例确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种简明表示机构各构件运动关系的图形称机构运动简图。

只表示机构的结构及运动情况，不严格按比例绘制的简图称为机构示意图。

平面机构的运动简图

平面机构的运动简图
3. 高副，常见的表示如下图5-9。
1
2 图5-9 高副
机械设计基础
Machine Design Foundation
平面机构的运动简图
4．平面机构运动简图的绘制绘制平面机构的运动简图时，通常可按下列步骤进行：（1）分析机构的组成和运动。（2）确定运动副的类型和数量。（3）选择投影面。（4）测量。（5）选择适当的比例尺，确定各运动副之间的相对位置，用简单的线条和规定的运动副符号画出机构运动简图。
机械设计基础
Machine Design Foundation
平面机构的运动简图
2．运动副的表示方法转动副用一个小圆圈表示，其圆心代表相对转动的轴线。组成转动副的两个构件都是活动构件，称为活动铰链；组成运动副的两个构件之一为机架，在代表机架的构件上画短斜线，称为固定铰链。
2
2
2
2
1
1
1
1
(a)
机械设计基础
机械设计基础
Machine Design Foundation
平面机构的运动简图
1.1 运动简图及分类
表示机构各构件之间相对运动关系的简单图形，称为机构运动简图。从机构运动简图可以了解机构的组成和类型，即机构中构件的类型和数目、运动副的类型和数目以及运动副的相对位置。
机构中的构件可分为以下三类： 1．机架——机构中的固定构件称为机架，它的作用是支撑运动构件； 2．主动件——由外界给定运动规律的构件称为主动件，一般主动件与机架相连； 3．从动件——除主动件以外的全部活动构件称为从动件。
机械设计基础
Machine Design Foundation
平面机构的运动简图

平面机构运动副和运动简图

构件的表示方法
可以组成两个运动副的构件
构件的表示方法
可以组成三个运动副的构件
运动副的表示方法:
(1)a、b、c是由两个构件组成转动副的表示方法。用圆圈表示转动副．其圆心代表相对转动轴线。

(2)d、e、f是两构件组成移动副的表示方法，移动副的导路必须与相对移动方向一致。图中画阴影线的构件表示机架。 (3)两构件组成高副时，在简图中应当画出两构件接触处的曲线轮廓．
见版图/仿真动画
曲柄、连杆、齿扇、齿条活塞、机架。曲柄为原动件，其余为从动件，当曲柄匀速转动时，活塞在汽缸中往复移动。
2、自卸货车
见版图/仿真动画（连杆/演化/摇块）
3、抽水机构
见版图/仿真动画（连杆/演化/摇块）
习题2-3
4、偏心轮机构
见版图/仿真动画（连杆/演化/摇块）
机构运动简图/颚式破碎机
2 B
A
1
3 D
C
4 注意!
插入flash
内燃机机构运动简图
作业
Hale Waihona Puke 2-52、绘制图示偏心轮油泵的运动简图
3
2 1 4
偏心泵
习题2-5d

2-5b手动冲床
连杆/演化/多杆机构
空间运动副－两构件的相对运动为空间运动。
球面副
球销副
螺旋副
见仿真动画
本节主要应解决的问题：
如何用简单线条和符号绘制的机构运动简图来表示实际机械？
2.2 平面机构运动简图
机构运动简图:
实际构件的外形和结构往往很复杂，为使问题简化，用简单线条和符号来表示构件和运动副，按比例定出各运动副的位置。这种说明机构各构件间相对运动关系的简化图形．称为~。

平面机构的组成及其运动简图

第1章 平面机构运动简图及自由度

第2章 平面机构的运动简图及其自由度

第五章机构的组成及平面连杆机构

平面机构运动简图及自由

机械基础——第一节机构的组成与运动简图讲义.

平面机构运动副和运动简图

平面机构的运动简图

平面机构运动副和运动简图

第1章平面机构运动简图及自由度

第2章平面机构的运动简图及其自由度