1、兩構件直接接觸而構成運動副的兩構件直接接觸而構成運動副的點、線、面部分。點、線、面部分。 例如：軸與軸承間構成運動副，軸的外圓柱例如：軸與軸承間構成運動副，軸的外圓柱面與軸承內孔為運動副元素。凸輪與滾子間構成面與軸承內孔為運動副元素。凸輪與滾子間構成運動副，凸輪與滾子接觸部分為運動副元素。運動副，凸輪與滾子接觸部分為運動副元素。 運動副元素運動副元素第2頁/共58頁第1頁/共58頁二、自由度和約束：二、自由度和約束： 1.1.自由度：自由度：構件所具有的這種獨立運動的數目稱構件所具有的這種獨立運動的數目稱為構件的自由度。為構件的自由度。 一個作平面運動的構件可以做沿軸一個作平面運動的構件可以做

2、沿軸x x、軸、軸y y和繞垂和繞垂直于直于xoyxoy平面的軸的轉動。這個自由構件有三個獨立平面的軸的轉動。這個自由構件有三個獨立運動的可能性。所以一個作平面運動的自由構件有運動的可能性。所以一個作平面運動的自由構件有三個自由度。三個自由度。第3頁/共58頁第2頁/共58頁 但當這些構件之間以一定的方式聯接起來成但當這些構件之間以一定的方式聯接起來成為構件系統時，各個構件不再是自由構件。兩相為構件系統時，各個構件不再是自由構件。兩相互接觸的構件間只能作一定的相對運動，自由度互接觸的構件間只能作一定的相對運動，自由度減少。減少。 這種這種對構件獨立運動所施加的限制對構件獨立運動所施加的限制稱為

3、稱為約束約束。 運動副每引入一個約束，構件就失去一個運動副每引入一個約束，構件就失去一個自由度。自由度。 運動副既限制了兩構件的某些相對運動，又運動副既限制了兩構件的某些相對運動，又允許構件間有一定的相對運動。允許構件間有一定的相對運動。 第4頁/共58頁第3頁/共58頁按兩構件按兩構件接觸特性接觸特性，常分為，常分為低副、高副低副、高副兩大類。兩大類。 兩構件以兩構件以面接觸面接觸而形成的運動副。按運動而形成的運動副。按運動特性可分為特性可分為轉動副和移動副轉動副和移動副只允許兩構件作相對轉動，又稱只允許兩構件作相對轉動，又稱作鉸鏈。作鉸鏈。 a)固定鉸鏈固定鉸鏈第5頁/共58頁第4頁/共5

4、8頁b)活動鉸鏈轉動副活動鉸鏈轉動副第6頁/共58頁第5頁/共58頁固定鉸鏈和活動鉸鏈模型固定鉸鏈和活動鉸鏈模型第7頁/共58頁第6頁/共58頁(2) (2) 移動副：移動副：只允許兩構件作相對移動。只允許兩構件作相對移動。第8頁/共58頁第7頁/共58頁移動副模型移動副模型結論結論: :兩構件用低副聯接，失去兩個兩構件用低副聯接，失去兩個自由度；壓力小。自由度；壓力小。第9頁/共58頁第8頁/共58頁2.2.高副高副兩構件以點或線接觸而構成的運動副。兩構件以點或線接觸而構成的運動副。第10頁/共58頁第9頁/共58頁第11頁/共58頁第10頁/共58頁高副模型兩構件用高副聯接，失去一個自由度

5、；壓兩構件用高副聯接，失去一個自由度；壓力大。力大。 結論結論: :第12頁/共58頁第11頁/共58頁 若兩構件之間的相對運動均為空間運動，則若兩構件之間的相對運動均為空間運動，則稱為空間運動副。稱為空間運動副。第13頁/共58頁第12頁/共58頁2.2 2.2 平面機構的運動簡圖平面機構的運動簡圖 1 1、機構運動簡圖：用簡單的線條和規定符號表、機構運動簡圖：用簡單的線條和規定符號表示構件和運動副，并按一定的比例確定運動副示構件和運動副，并按一定的比例確定運動副的相對位置及與運動有關的尺寸，這種表明機的相對位置及與運動有關的尺寸，這種表明機構組成和各構件間真實運動關系的簡單的圖形。構組成和

6、各構件間真實運動關系的簡單的圖形。 和運動有關的：運動副的類型、數目、相對和運動有關的：運動副的類型、數目、相對位置、構件數目；位置、構件數目； 和運動無關的：構件外形、截面尺寸、組成和運動無關的：構件外形、截面尺寸、組成構件的零件數目、運動副的具體構造。構件的零件數目、運動副的具體構造。一、機構運動簡圖的概念一、機構運動簡圖的概念第14頁/共58頁第13頁/共58頁二、平面機構運動簡圖的繪制二、平面機構運動簡圖的繪制（一）構件的表示方法（一）構件的表示方法1.1.構件構件構件均用直線或小方塊等來表示，畫有斜線的構件均用直線或小方塊等來表示，畫有斜線的表示機架。表示機架。2 2、機構示意圖：只

7、需表明機構運動傳遞情況和、機構示意圖：只需表明機構運動傳遞情況和構造特征，不必按嚴格比例所畫的圖形構造特征，不必按嚴格比例所畫的圖形第15頁/共58頁第14頁/共58頁2.2.轉動副轉動副構件組成轉動副時，如下圖表示。構件組成轉動副時，如下圖表示。圖垂直于回轉軸線用圖圖垂直于回轉軸線用圖a a表示；表示；圖不垂直于回轉軸線時用圖圖不垂直于回轉軸線時用圖b b表示。表示。表示轉動副的圓圈，圓心須與回轉軸線重合。表示轉動副的圓圈，圓心須與回轉軸線重合。一個構件具有多個轉動副時，則應在兩條交一個構件具有多個轉動副時，則應在兩條交叉處涂黑，或在其內畫上斜線。叉處涂黑，或在其內畫上斜線。第16頁/共58

8、頁第15頁/共58頁3. 3. 移動副移動副兩構件組成移動副，其導路必須與相對移動兩構件組成移動副，其導路必須與相對移動方向一致。方向一致。第17頁/共58頁第16頁/共58頁4. 4. 平面高副平面高副 兩構件組成平面高副時，其運動簡圖中應畫出兩兩構件組成平面高副時，其運動簡圖中應畫出兩構件接觸處的曲線輪廓，對于凸輪、滾子，習慣劃出構件接觸處的曲線輪廓，對于凸輪、滾子，習慣劃出其全部輪廓；對于齒輪，常用點劃線劃出其節圓。其全部輪廓；對于齒輪，常用點劃線劃出其節圓。第18頁/共58頁第17頁/共58頁第19頁/共58頁第18頁/共58頁（二）繪機構運動簡圖的步驟（二）繪機構運動簡圖的步驟 圖上

9、尺寸(mm)mm實際尺寸l1 1）分析機構，觀察相對運動，數清所有構件）分析機構，觀察相對運動，數清所有構件的數目；的數目；2 2）確定所有運動副的類型和數目；）確定所有運動副的類型和數目；3 3）選擇合理的位置（即能充分反映機構的特性）；）選擇合理的位置（即能充分反映機構的特性）；4 4）確定比例尺：）確定比例尺：5 5）用規定的符號和線條繪制成簡圖。（從原）用規定的符號和線條繪制成簡圖。（從原動件開始畫動件開始畫) )第20頁/共58頁第19頁/共58頁注意：要明確三類構件注意：要明確三類構件 固定件（機架）：機架中只有一個為機架。固定件（機架）：機架中只有一個為機架。 原動件：機構中有驅

10、動力或已知運動規律的構件。原動件：機構中有驅動力或已知運動規律的構件。 從動件：除原動件以外的所有活動構件。從動件：除原動件以外的所有活動構件。第21頁/共58頁第20頁/共58頁例例2-1 2-1 試繪制內燃機的機構運動簡圖試繪制內燃機的機構運動簡圖第22頁/共58頁第21頁/共58頁氣缸體氣缸體1活塞活塞2進氣閥進氣閥3排氣閥排氣閥4連桿連桿5曲軸曲軸6凸輪凸輪7頂桿頂桿8齒輪齒輪10解：解：1 1）分析運動，確）分析運動，確定構件的類型和數量定構件的類型和數量 2 2）確定運動副的類型）確定運動副的類型和數目和數目 3 3）選擇視圖平面）選擇視圖平面 4 4）選取比例尺，根）選取比例尺，

11、根據機構運動尺寸，定出據機構運動尺寸，定出各運動副間的相對位置各運動副間的相對位置 5 5）畫出各運動副和）畫出各運動副和機構符號，并表示出各機構符號，并表示出各構件構件第23頁/共58頁第22頁/共58頁內燃機工作原理第24頁/共58頁第23頁/共58頁第25頁/共58頁第24頁/共58頁例例2-2 2-2 試繪制顎式破碎機的機構運動簡圖試繪制顎式破碎機的機構運動簡圖解：顎式破碎機的機構運動簡圖繪制步驟解：顎式破碎機的機構運動簡圖繪制步驟第26頁/共58頁第25頁/共58頁一、平面機構自由度計算一、平面機構自由度計算 1.1.構件自由度（復習）構件自由度（復習） 一個自由的平面構件有一個自由

12、的平面構件有三個自由度三個自由度。構件間構件間 低副聯接低副聯接 減少減少2 2個自由度個自由度 高副聯接高副聯接 減少減少1 1個自由度個自由度 2.3 2.3 平面機構的自由度平面機構的自由度第27頁/共58頁第26頁/共58頁2.2.自由度計算公式自由度計算公式n n：機構中活動構件數，：機構中活動構件數，n=N-1; n=N-1; P Pl l ：機構中低副數；：機構中低副數； P Ph h ：機構中高副數；：機構中高副數；F F ：機構的自由度數；：機構的自由度數；則則F = 3n - 2PF = 3n - 2Pl l - P- Ph h 計算實例計算實例 n = 3, Pl = 4

13、, Ph = 0 F = 3n - 2Pl - Ph =33 - 24 - 0= 1 第28頁/共58頁第27頁/共58頁1 1）四桿機構：）四桿機構：n=3 Pn=3 PL L=4 P=4 PH H=0=0F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=3=33-23-24-0=1 4-0=1 2 2）五桿機構：）五桿機構： n=4 P n=4 PL L=5 P=5 PH H=0 =0 F=3n-2P F=3n-2PL L-P-PH H=3=34-24-25-0=2 5-0=2 3 3）凸輪機構：）凸輪機構： n=2 P n=2 PL L=2 P=2 PH H=1 =1 F=3n-2P F

14、=3n-2PL L-P-PH H=1 =1 3.3.常見機構的自由度計算常見機構的自由度計算第29頁/共58頁第28頁/共58頁320lhFnpp 要使所設計的運動鏈成為機構，組成運動鏈的各構件之要使所設計的運動鏈成為機構，組成運動鏈的各構件之間必須具有確定的相對運動。不能產生運動或作無規則運動間必須具有確定的相對運動。不能產生運動或作無規則運動的運動鏈均不能成為機構。的運動鏈均不能成為機構。 如圖如圖(a)(a)所示的平面三構件運動鏈，其自由度所示的平面三構件運動鏈，其自由度。 表明該運動鏈中各構件間已無相對運動，只構成了一個表明該運動鏈中各構件間已無相對運動，只構成了一個剛性桁架，因而不能

15、成為機構。剛性桁架，因而不能成為機構。4 4）剛性桁架）剛性桁架第30頁/共58頁第29頁/共58頁321lhFnpp F=-1圖圖(b)(b)所示的平面所示的平面四構件運動鏈，其自四構件運動鏈，其自由度由度，表明該運動鏈由于約束過多，已表明該運動鏈由于約束過多，已成為超靜定桁架了，也不能成為機成為超靜定桁架了，也不能成為機構。構。5 5）超靜定桁架）超靜定桁架第31頁/共58頁第30頁/共58頁v計算實例計算實例 n =5, Pl = 7, Ph = 0 F = 3n 2Pl Ph = 35 27 0= 1解：第32頁/共58頁第31頁/共58頁二、自由度計算時應注意的幾種情況二、自由度計算

16、時應注意的幾種情況 1.1.復合鉸鏈復合鉸鏈 兩個以上構件在同一軸線處用轉動副連兩個以上構件在同一軸線處用轉動副連接，就形成了復合鉸鏈。接，就形成了復合鉸鏈。 第33頁/共58頁第32頁/共58頁慣性篩機構慣性篩機構C C處為復合鉸鏈處為復合鉸鏈n = 5, Pl = 7, Ph = 0= 35 -27 0 = 1F = 3n - 2Pl Ph三個構件在同一軸線處，兩個轉動副。三個構件在同一軸線處，兩個轉動副。推理推理：m m個構件時，有個構件時，有m m1 1個轉動副。個轉動副。 第34頁/共58頁第33頁/共58頁 典型例子：典型例子：滾子滾子的轉動自由度并不影響整個的轉動自由度并不影響整

17、個機構的運動，屬局部自由度。機構的運動，屬局部自由度。 計入局部自由度時計入局部自由度時 n = 3, Pl = 3, Ph = 1 F =33 - 2- 1 = 2 與實際不符與實際不符DCBADBA42314212.2.局部自由度局部自由度 個別構件所具有的，不影響整個機構運動的個別構件所具有的，不影響整個機構運動的自由度稱為局部自由度。自由度稱為局部自由度。 第35頁/共58頁第34頁/共58頁除去局部自由度，把滾子和從動件看作一個構件。除去局部自由度，把滾子和從動件看作一個構件。處理方法：處理方法： 注意：注意：實際結構上為減小摩擦采用局部自由度，實際結構上為減小摩擦采用局部自由度，“

18、除去除去”指計算中不計入，并非實際拆除。指計算中不計入，并非實際拆除。n = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 32 - 22 1 = 1與實際相符與實際相符第36頁/共58頁第35頁/共58頁n = 4, Pn = 4, Pl l =6, =6, P Ph h = 0 = 0 與實際不符與實際不符 F=3F=34-24-26 60=00=0AMBN1O3O 在特殊的幾何條件下，有些約束所起的限在特殊的幾何條件下，有些約束所起的限制作用是重復的，這種不起獨立限制作用的約制作用是重復的，這種不起獨立限制作用的約束稱為虛約束。束稱為虛約束。3.3.虛約束虛約束 第37頁/共58頁第36

19、頁/共58頁虛約束常見情況及處理虛約束常見情況及處理1 1）兩構件上聯接點的運動軌跡互相重合，將產生）兩構件上聯接點的運動軌跡互相重合，將產生虛約束。虛約束。AMB2314NO3O1n = 3, Pl =4, Ph =0F = 33 - 24 0 = 1與實際相符與實際相符第38頁/共58頁第37頁/共58頁n = 3, Pl =4, Ph =0F = 33 - 24 0 = 1第39頁/共58頁第38頁/共58頁2 2）兩構件形成多個具有相同作用的運動副。）兩構件形成多個具有相同作用的運動副。 處理方法：處理方法：計算中只計入一計算中只計入一 個移動副。個移動副。 (1) (1)兩構件組成多

20、個移動副，且導路相互平行兩構件組成多個移動副，且導路相互平行或重合時，只有一個移動副起約束作用，其余為或重合時，只有一個移動副起約束作用，其余為虛約束。虛約束。F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=3x3-2x4=1=3x3-2x4=1第40頁/共58頁第39頁/共58頁F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=3x1-2x1=1=3x1-2x1=1第41頁/共58頁第40頁/共58頁 (2) (2) 兩構件組成多個轉動副，且軸線重合，兩構件組成多個轉動副，且軸線重合，只有一個轉動副起約束作用，其余為約束。只有一個轉動副起約束作用，其余為約束。 處理方法：處理方法：計算中只

21、計入一個轉動副。計算中只計入一個轉動副。第42頁/共58頁第41頁/共58頁 (3) (3)兩構件組成多處接觸點公法線重合的高副，兩構件組成多處接觸點公法線重合的高副，只考慮一處高副。只考慮一處高副。 12處理方法：處理方法：計算中只計入一處高副。計算中只計入一處高副。第43頁/共58頁第42頁/共58頁F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=3x2-2x2-1=1=3x2-2x2-1=1第44頁/共58頁第43頁/共58頁處理方法：處理方法：計算中應將對稱部分除去不計。計算中應將對稱部分除去不計。 3 3、機構中對運動不起獨立作用的對稱部分，、機構中對運動不起獨立作用的對稱部分，將

22、產生虛約束。將產生虛約束。第45頁/共58頁第44頁/共58頁F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=3x3-2x3-2=1=3x3-2x3-2=1第46頁/共58頁第45頁/共58頁虛約束對機構的影響虛約束對機構的影響 虛約束是在一些特定的幾何條件下引入的，如虛約束是在一些特定的幾何條件下引入的，如“平行平行”、“重合重合”、“距離不變距離不變”等。如果幾何等。如果幾何條件不滿足，虛約束會轉化為有效約束。條件不滿足，虛約束會轉化為有效約束。 機構中引入虛約束是為了受力均衡，增大剛機構中引入虛約束是為了受力均衡，增大剛度等，同時也提高了對制造和裝配精度的要求。度等，同時也提高了對制造和裝配精度的要求。第47頁/共58頁第46頁/共58頁 注意：注意：機構中虛約束是實際存在的，計算機構中虛約束是實際存在的，計算中所謂中所謂“除去不計除去不計”是從運動觀點分析做的假是從運動觀點分析做的假想處理，并非實際拆除。想處理，并非實際拆除。 例題：計算篩料機構的自由度例題：計算篩料機構的自由度F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H=3x7-2x9-2=2=3x7-2x9-2=2第48頁/共58頁第47頁/共58頁三三、平面機構