机械设计与应用课件

机械设计与应用机械工程学院项目3平面机构的结构分析目录运动副及其分类1

平面机构运动简图2平面机构的自由度和机构具有确定运动的条件3颚式破碎机

平面机构的结构分析颚式破碎机

平面机构的结构分析图3-1颚式破碎机

1—机架2—偏心轴3—动颚

4—肘板5—带轮机构中各构件怎样联接在一起？机构具备什么条件才能具有确定的相对运动？本项目主要讨论运动简图的绘制方法；机构自由度的计算；对已有构件进行工作分析、判断机构是否具有确定相对运动，为机构的创新设计提供条件。平面机构中构件是靠运动副联接的，所以讨论平面机构首先要研究运动副。

平面机构的结构分析3.1运动副及其分类一、构件的自由度图3-2平面运动

刚体的自由度一个做平面运动的自由构件有三个独立运动的可能性。如图3-2所示,在xOy坐标系中,构件可随其上任一点沿x轴、y轴方向移动，也可在xOy平面(绕垂直于xOy平面的轴线z)转动,这三个独立的运动称为该构件的自由度。

因此，一个作平面运动的自由构件有三个自由度。

平面机构的结构分析运动副机构是由多个构件组成，机构的每个构件都是以一定的方式与其他构件相互联接。这种使构件直接接触并能产生一定相对运动的联接称为运动副。如：轴与轴承的联接、活塞与气缸的联接、车轮与钢轨以及一对传动齿轮两个轮齿间的啮合等都构成运动副。当两个构件直接接触组成运动副之后,它们的相对运动就受到限制,自由度随之减少。运动副是通过点、线或面的接触来实现的。按两构件间的接触特性，平面运动副通常分为低副和高副两类。

平面机构的结构分析二、低副两构件通过面接触组成的运动副称为低副。平面机构中的低副有转动副和移动副两种。(1)转动副

组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动，这种运动副称为转动副，如图3-3a所示。

(2)移动副

组成运动副的两个构件只能沿某一轴线相对移动，这种运动副称为移动副，如图3-3b所示。

图3-3平面低副

a)转动副b)移动副图3-3平面低副

a)转动副b)移动副

平面机构的结构分析三、高副

两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。如图3⁃4a中的轮齿1与轮齿2在接触处A组成高副，图3⁃4b中的凸轮3与从动件4、图3⁃4c中车轮6与钢轨5等，分别组成高副。组成平面高副两构件间的相对运动是沿接触处切线tt方向的相对移动和在平面内的相对转动。图3-4平面高副

a)齿轮副b)凸轮副c)高副

1、2—轮齿3—凸轮4—从动件5—钢轨6—车轮

平面机构的结构分析四、空间运动副机械中常用的运动副还有球面副，如图3-5a所示；螺旋副，如图3-5b所示,这些运动副的两构件间的相对运动是空间运动，属于空间运动副。图3-5空间运动副

平面机构的结构分析3.2平面机构运动简图

一、运动副和构件的表示

为了便于研究机构运动，可不考虑构件和运动副的实际结构，只考虑与运动有关的构件数目、运动副类型及相对位置。用简单线条和规定的符号表示构件和运动副，并按一定的比例确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种能够表达机构的组成和各构件间相对真实运动关系的简单图形，称为机构运动简图。平面机机构的的结构构分析析一、运运动副副和构构件的的表示示实际中中，有有时不不要求求严格格按比比例尺尺绘制制简图图，只只定性性地表表示机机构的的组成成和运运动原原理的的简图图，称称为机构示示意图图。机构运运动简简图中中运动动副及及构件件的表表示方方法如如图3-6、图3-7、图3-8所示。。图3-6转转动动副的的表示示方法法平面机机构的的结构构分析析一、运运动副副和构构件的的表示示图3-7移移动动副的的表示示方法法平面机机构的的结构构分析析一、运运动副副和构构件的的表示示3-8平平面高高副的的表示示方法法平面机机构的的结构构分析析二、平平面机机构运运动简简图的的绘制制1.机机构中中构件件的分分类(1)固定件件(机机架)机架是是指机机构中中固定定不动动的、、用来来支承承活动动构件件(运运动构构件)的构构件。。(2)原原动件件(主主动件件)原动件件是指指机构构中作作用有有驱动动力或或已知知运动动规律律的构构件，，它的的运动动是由由外界界输入入的，，一般般与机机架相相连。。(3)从从动件件从动件件是指指机构构中除除原动动件以以外的的所有活活动构构件。平面机机构的的结构构分析析二、平平面机机构运运动简简图的的绘制制2.运运动简简图的的绘制制步骤骤1)分析研研究机机构的的组成成及运运动原原理，，确定定机架架、原原动件件和从从动件件。2)由由原原动件件开始始，按按照各各构件件之间间运动动传递递路线线，依依次分分析构构件间间的相相对运运动形形式，，确定定运动动副的的类型型和数数目。。3)选选择择适当当的视视图平平面，，以便便清楚楚地表表达各各构件件间的的运动动关系系。4)选选择择适当当的比比例尺尺μ1=构件实实际尺尺寸/构件图图样尺尺寸(单位位：m/mm或或mm/mm)，按按照各各运动动副间间的距距离和和相对对位置置，以以规定定的线线条和和符号号绘出出运动动简图图。平面机机构的的结构构分析析二、平平面机机构运运动简简图的的绘制制1)确定构构件的的数目目。2)确确定定运动动副的的种类类和数数目。。3)选选择择与构构件运运动平平行的的平面面作为为视图图平面面。4)选择择适当的比比例尺，绘绘制机构运运动简图。。3-1绘制图3-9a所示的颚式式破碎机主主体机构的的运动简图图。平面机构的的结构分析析二、平面机机构运动简简图的绘制制1)确定构件的的数目。2)确定定运动副的的种类和数数目。3)选择择与构件运运动平行的的平面作为为视图平面面。4)选择择适当的比比例尺，绘绘制机构运运动简图。。3-2绘制图3-10所示牛头刨刨床主体运运动机构的的运动简图图。平面机构的的结构分析析3.3平面机构的的自由度和和机构具有有确定运动动的条件一、平面机机构的自由由度计算1.平面机机构的自由由度计算(1)约束束当两构件组组成运动副副后，它们们之间的某某些相对运运动受到限限制，这种种对相对运运动所施加加的限制称称为约束。。(每加上一个个约束，自自由构件便便失去一个个自由度)①平面低副副引入两个个约束，保保留一个自自由度；②平面高副副引入一个个约束，保保留两个自自由度。平面机构的的结构分析析3.3平面机构的的自由度和和机构具有有确定运动动的条件一、平面机机构的自由由度计算(2)机构构自由度的的计算机构所具有有的独立运运动数目，，称为机构构的自由度度。设有一个平平面机构由由N个构件组成成，1个构件为机架，活动构件数为：n=N-1在未组成运运动副前，，活动构件件的自由度度总数为：：3n当引入约束束后，自由由度减少。。若共有PL个低副、PH个高副平面面机构的的自由度F的计算公式式为：F=3n-2PL-PH平面机构的的结构分析析2.计算平平面机构自自由度时的的特殊情况况(1)复合合铰链两个以上的的构件在同同一处以同同轴线构成成的转动副副称为复合合铰链。如图3-12所示是三个个构件汇交交成的复合合铰链,图中构件1分别与构件件2、构件3构成两个转转动副。依依此类推，，m个构件在一一处以转动动副相连,应具有m-1个转动副。。因此在在统计转动动副数目时时应注意识识别复合铰铰链,避免遗漏。。图3-12复合铰链平面机构的的结构分析析计算如图3-13所示圆盘锯锯主体机构构的自由度度。图3-13圆盘锯锯机构机构中，A、B、C、D四点均为由由三个构件件组成的复复合铰链，，每处有两两个转动副副。因此，该机机构n=7,PL=10,PH=0，其自由度F=3×7-2×10-0=1。平面机构的的结构分析析(2)局局部自由度度机构中某些些构件产生生的与其他他运动无关关的独立运运动，称为为局部自由度度。在计算机构构自由度时时，局部自自由度应除去不计。图3-14局部自自由度1—凸轮2—从动动件3——滚子机构中n=2,PL=2,PH=1，其自由度F=3×2-2×2-1=1平面机构的的结构分析析(3)虚虚约束机构中与其其他约束重重复而对机机构运动不不起限制作作用的约束束，称为虚约束。1)两构件间形形成多个具具有相同作作用的运动动副，分别别有下列三三种情况：：①两构件形成成多个轴线线重合的转转动副，如图3-15a所示，轮轴轴1与机架架2在A、B两处组成了了两个转动动副，从运运动关系看看，只有一一个转动副副起约束作作用，其余余各处的引引入约束均均为虚约束束，计算机机构自由度度时应按一一个转动副副计算。②两构件组组成多个移移动方向一一致的移动动副，如图3-15b所示，构件件1与机架架组成了A、B、C三个导路平平行的移动动副，计算算机构自由由度时应按按一个移动动副计算。。平面机构的的结构分析析③两构件组组成多处接接触点公法线重合合的高副，如图3-15c所示，同样样应只考虑虑一处高副副，其余为为虚约束。。图3-15两构件件组成多个个运动副a)轴线重重合引入的的虚约束b)移动动方向一致致引入的虚虚约束c)接触点点公法线重重合引入的的虚约束平面机构的的结构分析析2)两构件构上上联接点的的运动轨迹迹互相重合合。图a自由度F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1图b，若用一附附加构件5在E和F两点铰接，，EF平行AB及CD，则构件5上的E点的轨迹与与杆3上的E点的轨迹重重合。构件件5对机构的运运动并不产产生影响，，为虚约束束。计算其其自由度可可按图a计算。图c不满足上述述几何条件件，EF杆的约束为为有效约束束，此时计计算其自由由度F=0，机构不能能运动。平面机构的的结构分析析3)机构中存在在不起作用用的对称部部分。如图所示，，为使受力力均匀，安安装三个相相同的行星星轮对称布布置，从运运动关系看看，只需一一个行星轮轮2就能满足要要求，如图图a所示。其余余行星引入入的约束均均为虚约束束，应除去去不计。该机构的自自由度为：：F=3n-2PL-PH=3×3-2×3-2=1平面机构的的结构分析析机构中滚子子有一个局局部自由度度；顶杆DF与机架组成成两个导路路平行的移移动副，故故其中一个个为虚约束束；C处为复合铰铰链。去除除局部自由由度和虚约约束，按图图b所示机构计计算自由度度。F=3n-2PL-PH=3×7-2×9-1=2此机构中的的自由度等于2，有两个原原动件。3-4计算图3-18a所示筛料机机构的自由由度。平面机构的的结构分析析机构中刨头头6与机架7组成两个导导路平行的的移动副，，故其中一一个为虚约约束；去除除虚约束，，机构自由由度为：F=3n-2PL-PH=3×6-2×8-1=1此机构中的的自由度等于1，有1个原动件。3-5计算图3-11所示牛头刨刨床主机构构的自由度度。平面机构的的结构分析析二、平面机机构具有确确定运动的的条件在机构分析析中，都要要求机构有有确定运动动，显然，，不能产生生相对运动动或作无规规则运动的的一些构件件难以用来来传递运动动。为了使组合合起来的构构件能产生生相对运动动并具有运运动确定性性，有必要要探讨机构构具有确定定运动的条条件。平面机构的的结构分析析图3-19原动件件数大于自由度度数图3-19所示，图中中原动件数数等于2，机构构自由由度F=3n-2PL-PH=3××3-2××4-0=1，原动件件数大大于机机构的的自由由度。。若机机构同同时要要满足足原动动件1和原动动件3的给定定运动动，则则势必必将杆杆2拉断。。平面机机构的的结构构分析析图3-20原动件件数小小于自自由度度数的的构件件组合合图3-20所示，，图中中原动动件数数等于于1，机构构自由由度F=3n-2PL-PH=3××4-2××5-0=2，原动件件数小小于机机构的的自由由度。。当只只给定定原动动件1的位置置ψ1时，从动件件2、3、4的位置置可以处处于实实现位位置，，也可可以处处于图图中双双点画画线位位置或或其他他位置置，说说明从从动件件的运运动是是不确确定的的。因因此，，只有有给出出两个个原动动件，，使构构件1、4处于给给定位位置，，才能能使从从动件件获得得确定定运动动。平面机机构的的结构构分析析图3-21自自由度度数等等于零零的构构件组组合图3-21所示，，机构构自由由度F=3n-2PL-PH=3××4-2××6-0=0，即机构构自由由度为为零的的构件件组合合，各各构件件之间间不能能产生生相对对运动动。由此得得到机机构具具有确确定运运动的的条件件为：：自由度度F＞0，且机机构的的自由由度数数F等于机机构的的原动动件数数目。。平面机机构的的结构构分析析实践中中常见