机械设计基础-第2版-教学课件-作者-周玉丰-第9章-第9章

常用机构

常用机构

各种机械中经常使用的机构。

各种机械中普遍使用的零件。

通用零件常用机构常用机构各种机械中经常第9章平面机构及其运动简图本章要点：各种常用机构运动副的概念机构自由度的概念第9章平面机构及其运动简图本章要点：

平面运动副平面机构的运动简图绘制平面机构的自由度计算应掌握内容：第9章平面机构及其运动简图平面运动副应掌握内容：第9章平面机构及其运动简图9.1平面运动副构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称为运动副。运动副元素：两构件上直接参加接触构成运动副的部分。9.1.1运动副运动副：9.1平面运动副构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起

平面运动副9.1.2自由度和运动副约束自由度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自由度平面运动副9.1.2自由度和运动副约束自由度：把构件

平面运动副按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。

1.低副

两构件以面接触而形成的运动副。

(1)转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。

a)固定铰链一、平面运动副平面运动副按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。

平面运动副b)活动铰链转动副平面运动副b)活动铰链转动副(2)移动副：只允许两构件作相对移动。移动副

平面运动副(2)移动副：只允许两构件作相对移动。移动副平面运动2.高副

两构件以点或线接触而构成的运动副。凸轮副

平面运动副2.高副两构件以点或线接触而构成的运动副。凸轮副平

平面运动副齿轮副平面运动副齿轮副

平面运动副二、空间运动副若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。螺旋副球面副平面运动副二、空间运动副若两构件之间的相对运动均为空间

第9章9.2平面机构的运动简图9.2.1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。第9章9.2平面机构的运动简图9.2.1运动副及

平面机构的运动简图2.转动副构件组成转动副时，如下图表示。图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。平面机构的运动简图2.转动副构件组成转动副时，如下图表

平面机构的运动简图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。平面机构的运动简图3.移动副两构件组成移动副，其导路

平面机构的运动简图4.平面高副

两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。平面机构的运动简图4.平面高副两构件组成平面

平面机构的运动简图9.2.2绘制机构运动简图的步骤1）功能分析。确定机械系统的总功能和进行功能分解。2）绘制机械系统运动循环图。3）执行（工作）机构选型。4）绘制机械系统的运动方案图。5）机构的尺度综合。6）绘制机械系统运动简图。平面机构的运动简图9.2.2绘制机构运动简图的步骤1

平面机构的运动简图例题1试绘制内燃机的机构运动简图平面机构的运动简图例题1试绘制内燃机的机构运动

平面机构的运动简图例题1气缸体1活塞2进气阀3排气阀4连杆5曲轴6凸轮7顶杆8齿轮10解：1）分析运动，确定构件的类型和数量2）确定运动副的类型和数目3）选择视图平面4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件平面机构的运动简图例题1气缸体1活塞2进气阀3

平面机构的运动简图例题1平面机构的运动简图例题1

平面机构的运动简图例题2绘制右图所示机构模型的机构运动简图解：观察动画可知，构件１、４构成转动副，中心为Ｃ点；构件１、２在Ａ点构成转动副；构件２、３在Ｂ点构成转动副；构件３、４构成移动副。

由于构件３、４的表达不同，该机构模型的机构运动简图有两种，分别称为导杆机构和摇块机构。这个例子说明：实现同样功能的机械是可以用不同的机构来实现的。平面机构的运动简图例题2绘制右图所示机构模型的9.3平面机构的自由度1.实例分析

不能产生运动

给定构件1运动参数=(t)

构件2、3的运动是确定的

9.3.1机构具有确定运动的条件9.3平面机构的自由度1.实例分析不能产生运动给定构

平面机构的自由度给定构件1运动参数=(t)，构件2、3、4的运动是不确定的

再给定构件4运动参数=(t)，构件2、3的运动是确定的平面机构的自由度给定构件1运动参数=(

平面机构的自由度2.结论

机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目称机构的自由度。

平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由度数目。

◆原动件数＜自由度数，机构无确定运动

原动件数＞自由度数，机构在薄弱处损坏

平面机构的自由度2.结论机构具有确定运动时所必须给定

平面机构的自由度9.3.2平面机构自由度的计算

1.构件自由度

一个构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度。

当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束，失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保留的自由度数目也不同。平面机构的自由度9.3.2平面机构自由度的计算1

平面机构的自由度2.计算公式n：机构中活动构件数；Pl：机构中低副数；

Ph：机构中高副数；F：机构的自由度数；F=3n-2Pl-Ph

3.计算实例n=3,Pl=4,Ph=0F=3n-2Pl-Ph

=3×3-2Pl-Ph

=3×3-2×4-0设则=1平面机构的自由度2.计算公式n：机构中活动构件数；

平面机构的自由度计算实例

n=5,Pl=7,Ph=0F=3n–2Pl–Ph

=3×5–2×7–0=1解：平面机构的自由度计算实例n=5,Pl=7,

平面机构的自由度9.3.3自由度计算时应注意的几种情况

1.复合铰链2.局部自由度3.虚约束

两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。说明

个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。说明

重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。说明

4.虚约束常见情况及处理方法说明

5.虚约束对机构的影响说明

平面机构的自由度9.3.3自由度计算时应注意的几种

平面机构的自由度三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时，有m–1个转动副。平面机构的自由度三个构件在同一轴线处，两个转动副。

平面机构的自由度惯性筛机构C处为复合铰链◆计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。n=5,Pl=7,Ph=0=3×5-2×7–0=1F=3n-2Pl–Ph平面机构的自由度惯性筛机构C处为复合铰链◆计算中注意观

平面机构的自由度滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。

计入局部自由度时

n=3,Pl=3,Ph=1F=3×3-2×-1=2

与实际不符平面机构的自由度滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动

平面机构的自由度

应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。处理方法

◆实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。N=2,Pl=2,Ph=1,F=3×2-2×2–1=1与实际相符平面机构的自由度应除去局部自由度，即把

平面机构的自由度n=4,Pl=6,Ph=0

构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束。与实际不符F=3×4-2×6–0=0平面机构的自由度n=4,Pl=6,Ph=

平面机构的自由度n=3,Pl=4,Ph=0F=3×3-2×4–0=1处理方法与实际相符

应除去虚约束，即将产生虚约束的构件5及运动副除去不计。平面机构的自由度n=3,Pl=4,Ph=0

平面机构的自由度1.两构件未组成运动副前，连接点处的轨迹已重合为一，组成的运动副存在虚约束。

◆计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。

虚约束常见情况及处理平面机构的自由度1.两构件未组成运动副前，连接点处的轨

平面机构的自由度虚约束常见情况及处理

◆计算中只计入一个移动副。

2.两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。平面机构的自由度虚约束常见情况及处理

◆计算中只计入一

平面机构的自由度

3.两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为约束。

虚约束常见情况及处理

◆计算中只计入一个转动副。平面机构的自由度3.两构件组成多个转动副，且轴线重合

平面机构的自由度虚约束常见情况及处理◆计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。4.两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点间用另一构件连接时，将产生虚约束。平面机构的自由度虚约束常见情况及处理◆计算中应将产生虚

平面机构的自由度虚约束常见情况及处理◆计算中应将对称部分除去不计。5.机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。平面机构的自由度虚约束常见情况及处理◆计算中应将对称部

平面机构的自由度虚约束对机构的影响◆机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不计”是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。

·虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如“平行”、“重合”、“距离不变”等。如果几何条件不满足，虚约束会转化为有效约束。·机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。平面机构的自由度虚约束对机构的影响◆机构中虚约束是实际F=3n－2PL－PH=3×7－2×9－1×1=2

平面机构的自由度例题3计算图示大筛机构的自由度

解：滚子Ｆ处是一个局部自由度；推杆与机架在Ｅ和E'组成两个导路平行的移动副，其中之一为虚约束；Ｃ处是复合铰链。今将滚子与推杆焊成一体，去掉移动副E‘并在Ｃ点注明转动副数，如图b)所示，由图b)得，n=7，PL

=9（7个转动副、2个移动副），PH=1，故由得：F=3n－2PL－PH=3×7－2×9－1×1=2平面已知：AB∥EF∥CDAB＝EF＝CDF＝3×6－2×7－2＝2ADCBFEGHI

平面机构的自由度例题4计算如图所示机构的自由度。已知：AB∥EF∥CDF＝3×6－2×7－2＝2A常用机构

常用机构

各种机械中经常使用的机构。

各种机械中普遍使用的零件。

通用零件常用机构常用机构各种机械中经常第9章平面机构及其运动简图本章要点：各种常用机构运动副的概念机构自由度的概念第9章平面机构及其运动简图本章要点：

平面运动副平面机构的运动简图绘制平面机构的自由度计算应掌握内容：第9章平面机构及其运动简图平面运动副应掌握内容：第9章平面机构及其运动简图9.1平面运动副构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接触）就称为运动副。运动副元素：两构件上直接参加接触构成运动副的部分。9.1.1运动副运动副：9.1平面运动副构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起

平面运动副9.1.2自由度和运动副约束自由度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自由度平面运动副9.1.2自由度和运动副约束自由度：把构件

平面运动副按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。

1.低副

两构件以面接触而形成的运动副。

(1)转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。

a)固定铰链一、平面运动副平面运动副按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。

平面运动副b)活动铰链转动副平面运动副b)活动铰链转动副(2)移动副：只允许两构件作相对移动。移动副

平面运动副(2)移动副：只允许两构件作相对移动。移动副平面运动2.高副

两构件以点或线接触而构成的运动副。凸轮副

平面运动副2.高副两构件以点或线接触而构成的运动副。凸轮副平

平面运动副齿轮副平面运动副齿轮副

平面运动副二、空间运动副若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。螺旋副球面副平面运动副二、空间运动副若两构件之间的相对运动均为空间

第9章9.2平面机构的运动简图9.2.1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。第9章9.2平面机构的运动简图9.2.1运动副及

平面机构的运动简图2.转动副构件组成转动副时，如下图表示。图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。平面机构的运动简图2.转动副构件组成转动副时，如下图表

平面机构的运动简图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。平面机构的运动简图3.移动副两构件组成移动副，其导路

平面机构的运动简图4.平面高副

两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。平面机构的运动简图4.平面高副两构件组成平面

平面机构的运动简图9.2.2绘制机构运动简图的步骤1）功能分析。确定机械系统的总功能和进行功能分解。2）绘制机械系统运动循环图。3）执行（工作）机构选型。4）绘制机械系统的运动方案图。5）机构的尺度综合。6）绘制机械系统运动简图。平面机构的运动简图9.2.2绘制机构运动简图的步骤1

平面机构的运动简图例题1试绘制内燃机的机构运动简图平面机构的运动简图例题1试绘制内燃机的机构运动

平面机构的运动简图例题1气缸体1活塞2进气阀3排气阀4连杆5曲轴6凸轮7顶杆8齿轮10解：1）分析运动，确定构件的类型和数量2）确定运动副的类型和数目3）选择视图平面4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件平面机构的运动简图例题1气缸体1活塞2进气阀3

平面机构的运动简图例题1平面机构的运动简图例题1

平面机构的运动简图例题2绘制右图所示机构模型的机构运动简图解：观察动画可知，构件１、４构成转动副，中心为Ｃ点；构件１、２在Ａ点构成转动副；构件２、３在Ｂ点构成转动副；构件３、４构成移动副。

由于构件３、４的表达不同，该机构模型的机构运动简图有两种，分别称为导杆机构和摇块机构。这个例子说明：实现同样功能的机械是可以用不同的机构来实现的。平面机构的运动简图例题2绘制右图所示机构模型的9.3平面机构的自由度1.实例分析

不能产生运动

给定构件1运动参数=(t)

构件2、3的运动是确定的

9.3.1机构具有确定运动的条件9.3平面机构的自由度1.实例分析不能产生运动给定构

平面机构的自由度给定构件1运动参数=(t)，构件2、3、4的运动是不确定的

再给定构件4运动参数=(t)，构件2、3的运动是确定的平面机构的自由度给定构件1运动参数=(

平面机构的自由度2.结论

机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目称机构的自由度。

平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由度数目。

◆原动件数＜自由度数，机构无确定运动

原动件数＞自由度数，机构在薄弱处损坏

平面机构的自由度2.结论机构具有确定运动时所必须给定

平面机构的自由度9.3.2平面机构自由度的计算

1.构件自由度

一个构件未用运动副与其它构件连接之前，有三个自由度。

当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束，失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保留的自由度数目也不同。平面机构的自由度9.3.2平面机构自由度的计算1

平面机构的自由度2.计算公式n：机构中活动构件数；Pl：机构中低副数；

Ph：机构中高副数；F：机构的自由度数；F=3n-2Pl-Ph

3.计算实例n=3,Pl=4,Ph=0F=3n-2Pl-Ph

=3×3-2Pl-Ph

=3×3-2×4-0设则=1平面机构的自由度2.计算公式n：机构中活动构件数；

平面机构的自由度计算实例

n=5,Pl=7,Ph=0F=3n–2Pl–Ph

=3×5–2×7–0=1解：平面机构的自由度计算实例n=5,Pl=7,

平面机构的自由度9.3.3自由度计算时应注意的几种情况

1.复合铰链2.局部自由度3.虚约束

两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。说明

个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。说明

重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。说明

4.虚约束常见情况及处理方法说明

5.虚约束对机构的影响说明

平面机构的自由度9.3.3自由度计算时应注意的几种

平面机构的自由度三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时，有m–1个转动副。平面机构的自由度三个构件在同一轴线处，两个转动副。

平面机构的自由度惯性筛机构C处为复合铰链◆计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。n=5,Pl=7,Ph=0=3×5-2×7–0=1F=3n-2Pl–Ph平面机构的自由度惯性筛机构C处为复合铰链◆计算中注意观

平面机构的自由度滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动，属局部自由度。

计入局部自由度时

n=3,Pl=3,Ph=1F=3×3-2×-1=2

与实际不符平面机构的自由度滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动

平面机构的自由度

应除去局部自由度，即把滚子和从动件看作一个构件。处理方法

◆实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。N=2,Pl=2,Ph=1,F=3×2-2×2–1=1与实际相符平面机构的自由度应除去局部自由度，即把

平面机构的自由度n=4,Pl=6,Ph=0

构件5给机构引入三个自由度，四个约束。多出的一个约束对机构的运动不起独立的限制作用，是虚约束。与实际不符F=3×4-2×6–0=0平面机构的自由度n=4,Pl=6,Ph=

平面机构的自由度n=3,Pl=4,Ph=0F=3×3-2×4–0=1处理方法与实际相符

应除去虚约束，即将产生虚约束的构件5及运动副除去不计。平面机构的自由度n=3,Pl=4,Ph=0

平面机构的自由度1.两构件未组成运动副前，连接点处的轨迹已重合为一，组成的运动副存在虚约束。

◆计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。

虚约束常见情况及处理平面机构的自由度1.两构件未组成运动副前，连接点处