机械基础第一章PPT

1、 重 点 运动副和运动链的概念、机构运动简图的绘制、机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算。第第1 1章章 平面机构的结构分析 内 容1 构件及其运动副2 平面机构运动简图的绘制3 平面机构自由度的计算4 平面机构的组成原理和结构分析n构件n运动副 两个构件直接接触且具有确定相对运动的联接。平面运动副分类: 转动副移动副特点：面接触、相对转动或相对移动 低副 机构中运动的单元。n运动副元素 两构件相互接触的几何形状（点、线、面）。1 构件及其运动副 齿轮副 凸轮副特点：点或线接触、沿接触点切线方向相对移动 绕接触点的转动 高副螺旋副 球面副 n运动链 若干构件通过运动副联接而成的可动系统。

2、若将运动链中的一个构件相对固定，运动链则成为机构。 机构中构件的分类： 1、机架（描述运动的参考系） 2、原动件（运动规律已知的构件） 3、从动件2 平面机构运动简图的绘制 机构运动简图 表示机构运动特征的一种工程用图表达方式： 用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置与运动有关的因素： 构件数目 运动副数目及类型 运动副之间的相对位置 转动副转动副一、运动副符号一、运动副符号 移动副移动副齿轮副齿轮副凸轮副凸轮副122121螺旋副螺旋副球面副球面副机构运动简图表 二、构件 不管构件形状如何，简单线条表示，带短剖面线表示机架。带运动副元素的构件三、机构运动简图的绘制方

3、法与步骤： 1.确定构件数目及原动件、输出构件； 2.根据各构件间的相对运动确定运动副的种类和数目； 3.选定比例尺，按规定符号绘制运动简图； 4.标明机架、原动件和作图比例尺； 5.验算自由度。A1234BCD例例1 1 颚式破碎机颚式破碎机例例2 2 齿轮插刀机构运动简图齿轮插刀机构运动简图运动副？运动副？运动简图例4运动简图例3例例3 3 摆动泵机构运动简图摆动泵机构运动简图例例4 4 旋转泵机构运动简图旋转泵机构运动简图例例5 5 活塞泵机构运动简图活塞泵机构运动简图一、构件的自由度自由度构件所具独立运动的个数（确定构件位置所需独立坐标数）。一个完全自由的平面运动构件具有三个自由度。x

4、y21xyyx3 平面机构的自由度F=6F=3 不论形成运动副的两个构件是否其中有一个相对固定，运动副引入的约束数S均相同。运动副的形成引入了约束，使构件失去运动自由度。1. 转动副x0y0 xy约束数 S = 2F=1F=4F=6F=3二、平面运动副的约束条件 约束 限制 约束条件 约束数1. 转动副x0y0 xy约束数 S = 2F=1F=42. 移动副约束数 S = 23. 齿轮副4. 凸轮副nn约束数 S = 1nn 平面低副约束数 S = 2 平面高副约束数 S = 1三、平面机构的自由度机构中各构件相对于机架的所能有的独立运动的数目称为机构的自由度。1.平面机构的自由度三、平面机构

5、的自由度机构的自由度 F=3活动构件数-2低副数 -1高副数计算公式计算公式F F 3 3n n 2 2P PL L P PH H2.机构自由度的计算公式F F3n3n 2P2PL L P PH H 3 3 2 2 3 34 40 0 1 1F F3n3n 2P2PL L P PH H 3 3 2 2 4 45 5 0 0 2 2F F3n3n 2P2PL L P PH H 3 3 2 2 2 22 2 1 1 1 1例例F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=3=3 2 2-2-2 3 3 - -0 0= =0 0F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=3=3 3 3-2

6、-2 5 5 - -0 0= =-1-1 三个构件通过三个转动副相连, 相当于一个构件。3.机构(运动链)具有确定相对运动的条件有一个机架有一个机架自由度大于零（自由度大于零（F0F0）原动件数原动件数 = =自由度数自由度数（通常，原动件为含低副构件且与机架相连, 只有一个自由度。）4.4.注意事项注意事项复合铰链复合铰链 m个构件(m3)在同一处构成共轴线的转动副412356F F 3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 560 3 3F F 3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 570 1 1m-1个低副复复 计算在内5231）要正确计算运动副数目F F3n3n

7、2P2PL LP PH H 3 3 2 2 760 9F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 7100 1?复复复复复复复复例例3 3 圆盘锯机构圆盘锯机构F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 23 1- -1两构件间构成多个运动副两构件间构成多个运动副3.3.注意事项注意事项错错22 11对对移动副导路移动副导路平行平行转动副轴线转动副轴线重合重合平面高副接触点平面高副接触点共法线共法线“转动副转动副”“移动副移动副”F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 33 1 23.

8、3.注意事项注意事项 机构中某些构件所具有的局部运动，并不影响机构运动的自由度。局部自由度局部自由度 排除F F3n3n2P2PL LP PH H-F-F 3 3 2 2 - - 33 1 11这时 F F3n3n2P2PL LP PH H- -F F 式中F F 为局部自由度数目 412351234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 340 1F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 460 0？对对虚约束虚约束不产生实际约束效果的重复约束重复约束排除排除3.3.注意事项注意事项应用实例应用实例F F3n3n2P2PL LP PH H+ +P P 3 3

9、 2 2 + + 460 111.轨迹重合转动副联接的两构件上联接点的轨迹重合1234BOAF F3n3n2P2PL LP PH H+P+P 3 3 2 2 + + 34 1 11F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 1 0错错对对虚约束常发生在下列情况虚约束常发生在下列情况n4，PL6，PH0，P 1 F141235用一个构件两个运动副去联接则构成虚约束2.两构件上某两点间的距离在运动过程中始终不变虚F F3n3n2P2PL LP PH H+P+P 3 3 2 2 + + 46 0 113.对传递运动不起独立作用的重复部分1232虚F F3n3n2P2PL LP P

10、H H+P+P 3 3 2 2 + + 444 11P P 2P2P l l +P +P h h 3n3n 2 2 + + 243 2 2F F3n3n2P2PL LP PH H+P+P 3 3 2 2 + + 55 6 12虚F3n- 2PL- PH + P- FF 自由度数 PH 高副数n 活动构件数 P 虚约束数 PL 低副数 F 局部自由度数F F3n3n2P2PL LP PH H+ + P P - F- F 3 3 2 2 + - + - 791 1局复局F F3n3n2P2PL LP PH H+ P+ P - F- F 3 3 2 2 + - + - 8101 2例例4 4例例5

11、5412356781234567901801F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 811 1 1例例6 6构件 + 运动副 运动链 机构机架原动件从动件组合F = 0基本杆组：最简单的不可再拆的自由度为零的构件组， 简称为杆组。4 机构的组成原理和结构分析 平面低副运动链自由度 F = 3n - 2PL 基本杆组 F = 0PL = n32n = 2 PL = 3 级杆组（双杆组）n = 4 PL = 6 级杆组三副构件3个双副构件件n = 2 PL = 3 级杆组（双杆组）n = 4 PL = 6 级杆组1.4.1 机构的组成原理 任何机构都可以看作是若干个自由度为零的基

12、本杆组依次联接到原动机和机架上而构成的，机构的自由度等于原动件的数目，这就是机构的组成原理。构件 + 运动副 运动链 机构机架原动件若干基本杆组机架和原动件级杆组 级杆组四杆机构八杆机构机构的组成： 在机架和原动件上每增加一个基本杆组，并不改变原来 的自由度，每次增加都可以获得一个新机构； 设计新机构时，在满足相同工作要求的前提下，机构的 结构越简单越好，杆组级别越低越好，运动副数目越少 越好。 F = 3n - 2PL PH1.4.2 机构的结构分析 机构的结构分析是指把机构分解为基本杆组、原动件和机架，是机构组成的反过程，又称为拆杆组。机构的结构分析原则： 首先，从远离原动件的部分开始拆分； 试拆时，先试拆低级别杆组； 每拆完一个杆组，剩余的部分仍然是一个完整机构。I 级机构级机构II 级机构级机构III 级机构级机构机构的命名： 以机构中所包含的基本杆组的最高级别原动件不同，机构的级别也有可能不同123456781.4.3 平面机构的高副低代 根据一定的条件对平面机构中的高副虚拟地用低副来替代，这种以低副代替高副