第一章 平面机构的自由度

1、 机械设计基础机械设计基础任课教师：石志新任课教师：石志新南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院第一章第一章 平面机构的自由度平面机构的自由度n1-1 运动副及其分类运动副及其分类 n1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图n1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度n平面机构平面机构1-1 运动副及其分类运动副及其分类n自由度：自由度：具有的独立运动具有的独立运动称为构件的自由度。称为构件的自由度。n一个作平面运动的自由构一个作平面运动的自由构件有三个自由度。件有三个自由度。 n运动副：运动副：两构件两构件直接接触直接接触并并能产生能产生定定运动运动的的联接联接。n接触方式有哪些？点、线、面

2、n高副：高副：两构件通过点或线接触组成的运动副。两构件通过点或线接触组成的运动副。n低副：低副：两构件通过面接触组成的运动副。两构件通过面接触组成的运动副。n 低副低副：两构件通过面接触组成的运动副，包括两构件通过面接触组成的运动副，包括转动副转动副和和移动副移动副；n 转动副：转动副：组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动 ；(铰铰链链 )n 移动副：移动副：组成运动副的两个构件只能沿某一轴线相对移动组成运动副的两个构件只能沿某一轴线相对移动 ；图图1-2 1-2 转动副转动副 图图1-3 1-3 移动副移动副n高副：高副：两构件通过点或线接触组

3、成的运动副；两构件通过点或线接触组成的运动副；图图1-4 1-4 平面高副平面高副图1-5 球面副和螺旋副 空间运动副：两构件间的相对运动是空间运动1-2 平面机构运动简图平面机构运动简图n机构运动简图：机构运动简图：用规定的符号和线条按一定的比例表示用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副的相对位置，并能完全反映机构特征的简图；构件和运动副的相对位置，并能完全反映机构特征的简图；运动副的符号运动副的符号图图1-6 1-6 平面运动副的表示方法平面运动副的表示方法 2112齿轮副齿轮副凸轮副凸轮副构件的表示构件的表示两转动副构件两转动副构件一个转动副一个转动副和一个移动副和一个移动副三个

4、转动副三个转动副刚性整体刚性整体GB4460-84机构运动简图符号 构件的分类n机构中的构件分为三类：(1)固定构件(机架) ：用来支承活动构件(运动构件)的构件，如汽缸体n(2)原动件(主动件)：运动规律己知的活动构件。（输入构件），如活塞。n(3)从动件：随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。如连杆、曲轴，曲轴是输出构件，连杆是用于传递运动的从动件。如何绘制机构运动简图？如何绘制机构运动简图？n步1：认清机架、输入构件、输出构件。n步2：分清构件并编号。从原动件开始，循运动的传递路线，将构件编号为1、2、3n步3：认清运动副

5、并编号。根据相对运动形态或运动副元素形状分析运动副类型，并依次编号A、B、Cn步4：恰当选择作图投影面。n步5：绘制机构运动简图。以机架为参考坐标系，按比例，用简单的符号和线条表示构件和运动副的相对位置，并标上相应的数字和字母。n注：同一机构在不同投影面绘制的机构运动简图不同 )(mmml图上尺寸实际尺寸举例：举例：绘制图绘制图1-8a所示所示颚式破碎机颚式破碎机的机构运动简图的机构运动简图 颚式破碎机图19 活塞泵及其机构运动简图活塞泵偏心轮机构缝纫机机构送料机机构十字滑块联轴器1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。即沿x轴、y轴的移动，在xOy平面

6、内的转动。转动副，约束了两个移动自由度，保留一个转动自由度移动副，约束了沿一轴方向的移动自由度和在平面内的转动自由度度，保留沿另一轴方向移动自由度高副，约束了沿接触处公法线nn方向移动的自由度，保留绕接触处转动和沿接触处公切线tt方向移动两个自由度。总结一下：在平面机构中，一个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度；一个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算n设：平面机构共有K个构件n固定构件1个n活动构件数为n=Kl。n自由度总数为3n，n低副数PL个n高副数PH个n平面机构的自由度：（记之）HLPPnF23举例：举例：颚式破碎机颚式破碎机的机构自由

7、度的机构自由度解解 在颚式破碎机主体机构中，活动构件在颚式破碎机主体机构中，活动构件n3；包含四个转动副包含四个转动副PL=4；没有高副；没有高副PH=0。该机构。该机构的自由度数为：的自由度数为：1423323HLPPnF该机构具有一个原动件该机构具有一个原动件(曲轴曲轴2)，原动件数与机构的自由度相等。，原动件数与机构的自由度相等。n解：活塞泵的活动构件n4； 五个低副(四个转动副和一个移动副)PL=5；，一个高副PH=1。自由度数：nF34-2 5-11n机构的自由度与原动件(曲柄1)数相等。 图1-10 原动件数F 图1-12 F=0的构件组合F12102F 981F12120机构具有

8、确定运动的条件是什么？ 机构具有确定运动的条件是F0，且F等于原动件数。 F0，构件间无相对运动，不成为机构。F0,原动件数=F，运动确定原动件数F，机构破坏计算自由度计算机构自由度的注意事项计算机构自由度的注意事项l复合铰链复合铰链l局部自由度局部自由度l虚约束虚约束n复合铰链：复合铰链：两个以上的构件同时在一处用转动副相联接构成复合铰链。K个构件个构件汇交而成的复合铰汇交而成的复合铰链应具有链应具有(K-1)个转动副个转动副。正确：F37-210=1 机构运动确定n局部自由度局部自由度(或多余自由度或多余自由度) ：机构中常出现一种与输出机构中常出现一种与输出构件运动无关的自由度构件运动无

9、关的自由度，在计算机构自由度时在计算机构自由度时应予排除应予排除。 正确：F32-22-1=1 机构运动确定n虚约束：虚约束：重复而对机构运动不起限制作用的约束，重复而对机构运动不起限制作用的约束，计算机构自由度时应将产生计算机构自由度时应将产生虚约束虚约束的构件和运动副的构件和运动副除去不计。除去不计。 对称结构的虚约束对称结构的虚约束 正确：F33-221=1 机构运动确定举例：举例：计算图计算图1-17a1-17a所示大筛机构的自由度所示大筛机构的自由度 解解 机构中的滚子有一个局部自由度，顶杆与机架在机构中的滚子有一个局部自由度，顶杆与机架在E和和E组成两个导路平行组成两个导路平行的移动副，其中之一为虚约束，的移动副，其中之一为虚约束，C处是复合铰链，将滚子与顶杆焊成一体，去处是复合铰链，将滚子与顶杆焊成一体，去掉移动副掉移动副E，并在，并在C点注明转动副数点注