机械原理之平面机构的结构

第1章平面机构的结构分析

基本要求及重点、难点运动副及其分类平面机构运动简图平面机构的自由度计算

基本要求和重点

了解研究机构结构的目的、机构的组成，熟练掌握运动简图的绘制和机构自由度的计算，会进行平面机构组成原理和结构分析1.1研究机构的目的1、探讨机构运动的可能性和确定性

2、对机构按结构进行分类，并建立运动分析和动力分析的一般方法

3、了解机构的组成原理

4、绘制机构运动简图1.2运动副、运动链和机构1、运动副：两个构件直接接触形成的可动联接。2、运动副元素：两构件构成运动副时直接接触的点、线、面部分。自由度和约束

自由度：构件具有的独立运动的数目（确定构件位置的独立参变量的数目约束：对独立运动所加的限制

3、运动副分类：

（1）按运动副的接触形式分为低幅和高副低幅：面与面接触的运动副；接触面压强较低。高副：点或线接触的运动副。接触面压强较高，易磨损。

常见低幅

常见高副（2）按相对运动形式分平面副和空间副

平面副

空间副运动链由两个或两个以上构件通过运动副联接而构成的系统。分两类：闭式和开式。开式运动链机构

原动件：按给定运动规律独力运动的构件。

从动件：其余的活动构件。

机架：固定不动的构件。机构构分分类类：：闭闭式式链链机机构构和和开开式式链链机机构构。。1.2平面面机机构构的的运运动动简简图图必须须与与原原机机构构具具有有完完全全相相同同的的运运动动特特性性，，它它不不仅仅可可以用来表示示机构的运运动情况，，而且还可可以根据机机构简图对机构进行行运动分析析和受力分分析，它是是一种用简简单线条和符号表示示机构的工工程图形语语言。应表表明：机构的种类，构件的的数目及相相互传动的的路线，运运动副的种种类、数目。没有严格按按比例绘制制的简图称称为机构示示意图。1.2.1机构运动简简图及其用用途机构运动简简图——用国标规定定的简单符符号和线条条表示运动动副和构件件，并按一一定的比例例表示运动动副的位置置，这种用用来说明机机构各构件件间相对运运动关系的的图形，称称为机构运动简图图。运动副与构构件的表示示方法2.运动副的表表示方法3.构件的表示示方法转动副符号号移移动动副符号高高副符号号1.构件的种类类1）固定件或或机架；2）原动件；；3）从动件*必须有一个个机架，至至少有一个个原动件，，其余为活活动构件。。用途：分析现有机机械，构思思设计新机机械。其他零部件件的表示方方法可参看看GB4460—84“机构运动简简图符号”。绘制小型压压力机机构构运动简图图1.3平面机构的的自由度自由度——可能出现的的独立运动动称为构件件的自由度度。设平面机构构共有N个构件，低低副和高副副数目分别别为PL和PH，如将机构构中某一构构件固定为为机架，则则机构中的的活动构件件数为n=N－1。由于活动动构件给机机构带进3n个自由度，，而机构中中全部运动动副所引入入的约束总总数为2PL+PH。因此活动动构件的自自由度总数数减去由运运动副引入入的约束总总数就是该该机构的自自由度，用用F表示，即1.3.1平面机构自自由度及其其计算公式式1.3.2机构具有确确定相对运运动的条件件机构具有确确定相对运运动的条件件:机构的自由由度等于原原动件个数数。原动件活塞塞，自由度度为1。将直线运运动变位往往复摆动。。1.3.3计算平面机机构自由度度的注意事事项1．复合铰链链两个个以以上上的的构构件件在在同同一一轴轴线线上上用用转转动动副副连连接接起起来来形形成成复复合合铰铰链链。。由由K个构构件件汇汇交交成成的的复复合合铰铰链链应应当当包包含含(K－1)个回回转转副副。。计计算算时时不不可可漏漏算算。。计算算自自由由度度A为复复合合铰铰链链例：：计计算算图图所所示示圆圆盘盘锯锯主主体体机机构构的的自自由由度度。。解机构构中中有有7个活活动动构构件件，，n=7，E，B，C，D4处都都是是3个构构件件汇汇交交成成的的复复合合铰铰链链，，各各有有二二个个回回转转副副，，故故PL=10。F与机机构构原原动动件件个个数数相相等等。。因因此此，，当当原原动动件件8转动动时时，，圆圆盘盘中中心心E将确确定定地地沿沿直直线线EE’移动动。。2．局局部部自自由由度度机构构中中某某些些构构件件所所具具有有的的自自由由度度仅仅与与其其自自身身的的局局部部运运动动有有关关，，并并不不影影响响其其它它构构件件的的运运动动，，则则称称该该自自由由度度为为局局部部自自由由度度。。发生生场场合合：：有有滚滚子子的的地地方方，，就就一一定定有有局局部部自自由由度度解决决方方法法：：将将滚滚子子与与安安装装滚滚子子的的构构件件固固结结在在一一起起，，将将二二者者视视为为一一个个构构件件。。3．虚虚约约束束在特特定定几几何何条条件件或或结结构构条条件件下下，，某某些些运运动动副副所所引引入入的的约约束束可可能能与与其其它它运运动动副副所所起起的的限限制制作作用用一一致致，，这这种种不不起起独独立立限限制制作作用用的的重重复复约约束束为为序序约约束束，计算自自由度度时去去掉。。虚约束束经常常出现现场合合：（1）两构构件构构成多多个运运动副副时两构件件构成成多个个转动动副，，但其其轴线线相重重合：：为了了改善善构件件受力力情况况。两构件件构成成多个个运动动副时时，但但其导导路相相互平平行或或重合合：为为了改改善构构件受受力情情况。。两构件件组成成多个个平面面高副副，但但接触触点之之间的的距离离为常常数（2）两构构件上上某两两点间间的距距离在在运动动过程程中始始终保保持不不变。。（3）联接接构件件与被被联接接构件件上联联接点点的轨轨迹重重合（4）机构构中对对运动动不起起作用用的对对称部部分计算图图示大大筛机机构的的自由由度复合铰铰链：：C点；局局部自自由度度：滚滚在9与活塞塞4视为一一体；；虚约约束：：Ｅ与与Ｅ１两处移移动副副，去去掉一一个虚虚约束束；弹弹簧10不影响响机构构自由由度，，去掉掉。得机构构1.4机构的的组成成原理理和结结构分分析1.4.1平面机机构的的高副副低代代根据一一定条条件对对机构构中的的高副副以低低副代代替，，称为高高副低低代。。代替条条件：：代替替前后后机构构自由由度不不变；；瞬时时度和瞬瞬时加加速度度不变变。方法：：一个个构件件加两两个低低幅。。构件：：过接接触点法线线，两两个低低幅：：即为为接触触点圆圆弧曲曲率中中心。。高副接接触有有三种种：圆圆弧和和圆弧弧接触触；点点和圆圆弧接接触；；线和和圆弧弧接触触。1、圆弧弧和圆圆弧接接触（1）圆形形曲线线：图示，，两构构件在在c点构成成高副副，机机构在在运动动过程程中，，AO1、BO、O1O长度不不变，，用一一杆O1O加两副副O1和O代替了了原高高副C。（2）非非圆圆形形曲曲线线由于于曲曲线线各各处处曲曲率率中中心心的的位位置置不不同同，，故故在在机机构构运运动动中中随随着着接接触触点点的的改改变变，，曲曲率率中中心心OO1相对对于于构构件件1、2的位位置置及及OO1间的的距距离离也也会会随随之之改改变变。。因因此此对对于于一一般般的的高高副副机机构构，，在在不不同同的的位位置置有有不不同同的的瞬瞬时时替替代代机机构构。。实例例如果果是是一一对对齿齿轮轮，，如如何何替替代代？？2、点点和和圆圆弧弧接接触触2、直直线线和和圆圆弧弧接接触触1.4.2机构构的的组组成成原原理理（（低低副副机机构构））任何何机机构构中中都都包包含含原原动动件件、、机机架架和和从从动动件件系系统三三部部分分，，而而原原动动件件的的个个数数与与自自由由度度相相等等，，所所以以去掉掉原原动动件件，，从从动动件件系系统统的的自自由由度度为为零零。。杆组组：：从从动动件件系系统统可可分分解解成成若若干干个个不不可可再再分分的自自由由度度为为零零的的构构件件组组合合，，称称为为基基本本杆杆组组。。简简称称杆组组。。分类类：：从从动动件件系系统统的的自自由由度度F=3n-2PL=01）n=2，PL=3-------二类类杆杆组组（（二二杆杆三三副副））2）n=4，PL=6-------多类类杆杆组组（（四四杆杆六六副副））更高高级级别别的的基基本本杆杆组组在在实实际际机机构构中中很很少少遇遇到到。。常见见二二级级杆杆组组：：常见见多多级级杆杆组组：：最常常见见的的是是如如左左图图所所示示的的三三级级杆杆组组。。其其特特征征是是具具有有一一个个三三副副构构件件，，而而每每个个内内副副所