第02章平面机构及自由度计算课件

1、第2章 平面机构及自由度计算平面机构及自由度计算平面机构及自由度计算 所有构件均在同一平面或相互平行的平面内运动的机构称为平面机构。工程中常用机构大多数都是平面机构。如图2-1(a)所示的卡车自动卸料机构、如图2-1(b)所示的内燃机中的机构都属于平面机构。图图2-1 2-1 平面机构平面机构平面机构及自由度计算平面机构及自由度计算2.1 2.1 平面机构的组成平面机构的组成2.2 2.2 平面机构运动简图平面机构运动简图2.3 2.3 平面机构的自由度计算平面机构的自由度计算2.1.1 2.1.1 机构的组成机构的组成v 机构中的构件按其运动性质不同可以分为机构中的构件按其运动性质不同可以分

2、为3 3类，即主动件、从动类，即主动件、从动件、机架。件、机架。v (1) (1) 主动件主动件( (或原动件或原动件) )。机构中由外界给定运动规律的活动构件。机构中由外界给定运动规律的活动构件。如图如图2-22-2所示，颚式破碎机中的大带轮所示，颚式破碎机中的大带轮1 1是主动件，它由电动机和是主动件，它由电动机和带传动给定运动规律。带传动给定运动规律。v (2) (2) 从动件。机构中随主动件运动的其他活动构件。如图从动件。机构中随主动件运动的其他活动构件。如图2-22-2所所示的动颚板示的动颚板2 2和肘板和肘板3 3都是从动件，它们随主动件大带轮都是从动件，它们随主动件大带轮1 1运

3、动。运动。v (3) (3) 机架。机架是机构中固定不动的构件，它支承着机构中的活机架。机架是机构中固定不动的构件，它支承着机构中的活动构件。如图动构件。如图2-22-2所示的构件所示的构件4 4是机架，它支承着大带轮是机架，它支承着大带轮1 1和肘板和肘板3 3等活动构件。等活动构件。图图2-2 2-2 颚式破碎机颚式破碎机1大带轮；2动颚板；3肘板；4机架2.1.2 2.1.2 构件的自由度构件的自由度v 自由度是构件可能出现的独立运动。对于一个作平自由度是构件可能出现的独立运动。对于一个作平面运动的构件，具有面运动的构件，具有3 3个自由度。如图个自由度。如图2-32-3所示的平所示的平

4、面物体可沿面物体可沿x x轴和轴和y y轴方向移动，以及在轴方向移动，以及在xOyxOy平面内的平面内的转动。为了使组合起来的构件能产生确定的相对运转动。为了使组合起来的构件能产生确定的相对运动，有必要探讨平面机构自由度和平面机构具有确动，有必要探讨平面机构自由度和平面机构具有确定运动的条件。定运动的条件。图图2-3 2-3 构件的自由度构件的自由度1.1.3 1.1.3 课程任务课程任务v 机构由若干个相互联接起来的构件组成。机构中两构件之间机构由若干个相互联接起来的构件组成。机构中两构件之间直接接触并能作确定相对运动的可动联接称为运动副。如图直接接触并能作确定相对运动的可动联接称为运动副。

5、如图2-1(b)2-1(b)所示的内燃机的轴与轴承之间的联接，活塞与汽缸之所示的内燃机的轴与轴承之间的联接，活塞与汽缸之间的联接，凸轮与推杆之间的联接，两齿轮的齿和齿之间的间的联接，凸轮与推杆之间的联接，两齿轮的齿和齿之间的联接等。联接等。v 两个构件构成运动副后，构件的某些独立运动受到限制，这两个构件构成运动副后，构件的某些独立运动受到限制，这种运动副对构件的独立运动所加的限制称为约束。运动副每种运动副对构件的独立运动所加的限制称为约束。运动副每引入一个约束，构件就失去一个自由度。引入一个约束，构件就失去一个自由度。v 两构件间的平面运动副按接触性质可分为两构件间的平面运动副按接触性质可分为

6、低副低副和和高副高副。图图2-4 2-4 低副低副图图2-5 2-5 高副高副(a) 1凸轮；2从动件 (b) 1、2轮齿 (c) 1火车轮；2钢轨平面机构及自由度计算平面机构及自由度计算2.1 2.1 平面机构的组成平面机构的组成2.2 2.2 平面机构运动简图平面机构运动简图2.3 2.3 平面机构的自由度计算平面机构的自由度计算2.2 2.2 平面机构运动简图平面机构运动简图 在对机构进行运动分析和设计时，为了使问题简化，在对机构进行运动分析和设计时，为了使问题简化，只考虑与运动有关的运动副的数目、类型及相对位置，只考虑与运动有关的运动副的数目、类型及相对位置，不考虑与运动无关的因素，如

7、构件的形状、运动副的具不考虑与运动无关的因素，如构件的形状、运动副的具体构造等，仅用简单线条和规定符号表示构件和运动副，体构造等，仅用简单线条和规定符号表示构件和运动副，并按一定比例画出各运动副的位置，这种表示机构各构并按一定比例画出各运动副的位置，这种表示机构各构件间相对运动关系的简单图形，称为件间相对运动关系的简单图形，称为机构运动简图机构运动简图。 只是为了表示机构的结构组成及运动原理而不严格只是为了表示机构的结构组成及运动原理而不严格按比例绘制的机构运动简图，称为按比例绘制的机构运动简图，称为机构示意图机构示意图。2.2 2.2 平面机构运动简图平面机构运动简图 绘制机构运动简图的一般

8、步骤如下：绘制机构运动简图的一般步骤如下：(1) (1) 分析机构的组成和运动，找出机架、主动件与从动件。分析机构的组成和运动，找出机架、主动件与从动件。(2) (2) 从主动件开始，按照运动传递的顺序，分析各构件之间相对从主动件开始，按照运动传递的顺序，分析各构件之间相对运动的性质和接触情况，确定构件数目、运动副的类型和数目。运动的性质和接触情况，确定构件数目、运动副的类型和数目。(3) (3) 合理选择视图平面。应选择能充分表明各构件相对运动关系合理选择视图平面。应选择能充分表明各构件相对运动关系的平面为视图平面。的平面为视图平面。 (5) (5) 按比例定出各运动副之间的相对位置，用构件

9、和运动副的规按比例定出各运动副之间的相对位置，用构件和运动副的规定符号绘制机构运动简图。转动副代号用大写英文字母表示，构定符号绘制机构运动简图。转动副代号用大写英文字母表示，构件代号用阿拉伯数字表示，机构的主动件用箭头标明。件代号用阿拉伯数字表示，机构的主动件用箭头标明。l(mm)(mm)实际长度图示长度l(4) (4) 选择合适的比例尺，长度比例尺用选择合适的比例尺，长度比例尺用 表示，在机械设计中规表示，在机械设计中规定如下定如下l平面机构及自由度计算平面机构及自由度计算2.1 2.1 平面机构的组成平面机构的组成2.2 2.2 平面机构运动简图平面机构运动简图2.3 2.3 平面机构的自

10、由度计算平面机构的自由度计算2.3.1 2.3.1 平面机构的自由度及其计算平面机构的自由度及其计算 机构相对于机架所具有的独立运动数目，称为机构相对于机架所具有的独立运动数目，称为机构的机构的自由度自由度。 设一个平面机构由设一个平面机构由N N个构件组成，其中必定有个构件组成，其中必定有1 1个构件个构件为机架，则机构中活动构件数为为机架，则机构中活动构件数为n = N-1n = N-1。一个没有任何约。一个没有任何约束的构件有束的构件有3 3个自由度，则这些活动构件在未组合成运动副个自由度，则这些活动构件在未组合成运动副之前共有之前共有3n3n个自由度，在联接成运动副之后便引入了约束，个

11、自由度，在联接成运动副之后便引入了约束，减少了自由度。设机构共有减少了自由度。设机构共有PLPL个低副、个低副、PHPH个高副，因为在个高副，因为在平面机构中每个低副失去平面机构中每个低副失去2 2个自由度，每个高副失去个自由度，每个高副失去1 1个自个自由度，故平面机构的自由度由度，故平面机构的自由度F为LH32FnPP2.3.2 2.3.2 计算平面机构自由度时应注意的事项计算平面机构自由度时应注意的事项 实际工作中，机构的组成比较复杂，运用公式实际工作中，机构的组成比较复杂，运用公式 计算自由度时可能出现差错，这是由于机构中常常存在一计算自由度时可能出现差错，这是由于机构中常常存在一些特

12、殊的结构形式，计算时需要特殊处理。些特殊的结构形式，计算时需要特殊处理。LH32FnPP(1) (1) 复合铰链复合铰链(2) (2) 局部自由度局部自由度(3) (3) 虚约束虚约束2.3.3 2.3.3 平面机构具有确定运动的条件平面机构具有确定运动的条件 机构相对机构是由构件和运动副组成的系统，机构要机构相对机构是由构件和运动副组成的系统，机构要实现预期的运动传递和变换，必须使其运动具有可能性和实现预期的运动传递和变换，必须使其运动具有可能性和确定性。确定性。 如图如图2-14(a)2-14(a)所示的机构，自由度所示的机构，自由度F=0F=0；如图；如图2-14(b)2-14(b)所所

13、示的机构，自由度示的机构，自由度F=-1F=-1，机构不能运动。，机构不能运动。 如图如图2-152-15所示的五杆机构，自由度所示的五杆机构，自由度F=2F=2，若取构件，若取构件1 1为为主动件，当只给定主动件主动件，当只给定主动件1 1 的位置角的位置角 1 1时，从动件时，从动件2 2、3 3、4 4的位置既可为实线位置，也可为虚线所处的位置，因此其的位置既可为实线位置，也可为虚线所处的位置，因此其运动是不确定的。若取构件运动是不确定的。若取构件1 1、4 4为主动件，使构件为主动件，使构件1 1、4 4都都处于给定位置处于给定位置 1 1、 4 4时，才使从动件获得确定运动。时，才使从动件获得确定运动。图图2-14 2-14 不能运动的机构不能运动的机构图图2-15 2-15 运动不确定的机构运动不确定的机构2.3.3 2.3.3 平面机构具有确定运动的条件平面机构具有确定运动的条件 如图如图2-62-6所示，缝纫机脚踏板机构的自由度所示，缝纫机脚踏板机构的自由度F=1F=1，若有，若有两个主动件两个主动件1 1、3 3，则主动件数大于自由度数，机构会产生，则主动件数大于自由度数，机构会产生运动干涉，运动链中最薄弱的构件或运动副可能被