1、 機 械 設 計 與 應 用機械工程學院工程3平面機構的構造分析目 錄 運動副及其分類1 平面機構運動簡圖2 平面機構的自在度和機構具 有確定運動的條件3顎式破碎機 平面機構的構造分析顎式破碎機 平面機構的構造分析圖3-1顎式破碎機1機架2偏心軸3動顎4肘板5帶輪機構中各構件怎樣聯接在一同？機構具備什么條件才干具有確定的相對運動？本工程主要討論運動簡圖的繪制方法；機構自在度的計算；對已有構件進展任務分析、判別機構能否具有確定相對運動，為機構的創新設計提供條件。平面機構中構件是靠運動副聯接的，所以討論平面機構首先要研討運動副。 平面機構的構造分析3.1運動副及其分類一、構件的自在度圖3-2平面運

2、動剛體的自在度 一個做平面運動的自在構件有三個獨立運動的能夠性。 如圖3 - 2所示, 在xOy坐標系中, 構件可隨其上任一點沿x軸、 y軸方向挪動， 也可在xOy平面(繞垂直于xOy平面的軸線z)轉動, 這三個獨立的運動稱為該構件的自在度。 因此，一個作平面運動的自在構件有三個自在度。 平面機構的構造分析運動副 機構是由多個構件組成，機構的每個構件都是以一定的方式與其他構件相互聯接。這種使構件直接接觸并能產生一定相對運動的聯接稱為運動副。 如：軸與軸承的聯接、活塞與氣缸的聯接、車輪與鋼軌以及一對傳動齒輪兩個輪齒間的嚙合等都構成運動副。當兩個構件直接接觸組成運動副之后, 它們的相對運動就遭到限

3、制, 自在度隨之減少。 運動副是經過點、線或面的接觸來實現的。按兩構件間的接觸特性，平面運動副通常分為低副和高副兩類。 平面機構的構造分析二、低副 兩構件經過面接觸組成的運動副稱為低副。 平面機構中的低副有轉動副和挪動副兩種。 (1)轉動副 組成運動副的兩構件只能在一個平面內相對轉動，這種運動副稱為轉動副，如圖3-3a所示。(2)挪動副 組成運動副的兩個構件只能沿某一軸線相對挪動，這種運動副稱為挪動副，如圖3-3b所示。圖3-3平面低副a)轉動副b)挪動副圖3-3平面低副a)轉動副b)挪動副 平面機構的構造分析三、高副 兩構件經過點或線接觸組成的運動副稱為高副。 如圖34a中的輪齒1與輪齒2在

4、接觸處A組成高副，圖34b中的凸輪3與從動件4、圖34c中車輪6與鋼軌5等，分別組成高副。 組成平面高副兩構件間的相對運動是沿接觸處切線tt方向的相對挪動和在平面內的相對轉動。圖3-4平面高副a)齒輪副b)凸輪副c)高副1、2輪齒3凸輪4從動件5鋼軌6車輪 平面機構的構造分析四、空間運動副 機械中常用的運動副還有球面副，如圖3-5a所示；螺旋副，如圖3-5b所示,這些運動副的兩構件間的相對運動是空間運動，屬于空間運動副。圖3-5空間運動副 平面機構的構造分析3.2平面機構運動簡圖 一、運動副和構件的表示 為了便于研討機構運動，可不思索構件和運動副的實踐構造，只思索與運動有關的構件數目、運動副類

5、型及相對位置。 用簡單線條和規定的符號表示構件和運動副，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，這種可以表達機構的組成和各構件間相對真實運動關系的簡單圖形，稱為機構運動簡圖。 平面機構的構造分析 一、運動副和構件的表示 實踐中，有時不要求嚴厲按比例尺繪制簡圖，只定性地表示機構的組成和運動原理的簡圖，稱為機構表示圖。 機構運動簡圖中運動副及構件的表示方法如圖3-6、圖3-7、圖3-8所示。圖3-6轉動副的表示方法 平面機構的構造分析 一、運動副和構件的表示圖3-7挪動副的表示方法 平面機構的構造分析 一、運動副和構件的表示3-8平面高副的表示方法 平面機構的構造分析二、平面機構運動

6、簡圖的繪制 1.機構中構件的分類 (1) 固定件(機架) 機架是指機構中固定不動的、用來支承活動構件(運動構件)的構件。 (2) 原動件(自動件) 原動件是指機構中作用有驅動力或知運動規律的構件，它的運動是由外界輸入的，普通與機架相連。 (3) 從動件 從動件是指機構中除原動件以外的一切活動構件。 平面機構的構造分析二、平面機構運動簡圖的繪制 2.運動簡圖的繪制步驟 1) 分析研討機構的組成及運動原理，確定機架、原動件和從動件。 2) 由原動件開場，按照各構件之間運動傳送道路，依次分析構件間的相對運動方式，確定運動副的類型和數目。 3) 選擇適當的視圖平面，以便清楚地表達各構件間的運動關系。

7、4) 選擇適當的比例尺1=構件實踐尺寸/構件圖樣尺寸(單位：m/mm或mm/mm)，按照各運動副間的間隔和相對位置，以規定的線條和符號繪出運動簡圖。 平面機構的構造分析二、平面機構運動簡圖的繪制1) 確定構件的數目。2) 確定運動副的種類和數目。3) 選擇與構件運動平行的平面作為視圖平面。4) 選擇適當的比例尺，繪制機構運動簡圖。3-1繪制圖3-9a所示的顎式破碎機主體機構的運動簡圖。 平面機構的構造分析二、平面機構運動簡圖的繪制1) 確定構件的數目。2) 確定運動副的種類和數目。3) 選擇與構件運動平行的平面作為視圖平面。4) 選擇適當的比例尺，繪制機構運動簡圖。3-2繪制圖3-10所示牛頭

8、刨床主體運動機構的運動簡圖。 平面機構的構造分析3.3 平面機構的自在度和機構具有確定運動的條件 一、平面機構的自在度計算 1.平面機構的自在度計算 (1)約束 當兩構件組成運動副后，它們之間的某些相對運動遭到限制，這種對相對運動所施加的限制稱為約束。 (每加上一個約束，自在構件便失去一個自在度) 平面低副引入兩個約束，保管一個自在度； 平面高副引入一個約束，保管兩個自在度。 平面機構的構造分析3.3 平面機構的自在度和機構具有確定運動的條件 一、平面機構的自在度計算 (2)機構自在度的計算 機構所具有的獨立運動數目，稱為機構的自在度。 設有一個平面機構由N個構件組成， 1個構件為機架， 活動

9、構件數為：n=N-1 在未組成運動副前，活動構件的自在度總數為：3n 當引入約束后，自在度減少。假設共有PL個低副、PH個高副平面機構 的自在度F的計算公式為： F=3n- 2PL- PH 平面機構的構造分析 2.計算平面機構自在度時的特殊情況 (1)復合鉸鏈 兩個以上的構件在同一處以同軸線構成的轉動副稱為復合鉸鏈。如圖3-12所示是三個構件匯交成的復合鉸鏈,圖中構件1分別與構件2、構件3構成兩個轉動副。依此類推，m個構件在一處以轉動副相連, 應具有m-1個轉動副。 因此在統計轉動副數目時應留認識別復合鉸鏈, 防止脫漏。圖3-12復合鉸鏈 平面機構的構造分析計算如圖3-13所示圓盤鋸主體機構的

10、自在度。圖3-13 圓盤鋸機構 機構中，A、B、C、D四點均為由三個構件組成的復合鉸鏈，每處有兩個轉動副。 因此，該機構n=7,PL=10,PH=0， 其自在度 F=37-210-0=1。 平面機構的構造分析(2) 部分自在度 機構中某些構件產生的與其他運動無關的獨立運動，稱為部分自在度。 在計算機構自在度時，部分自在度應除去不計。圖3-14部分自在度1凸輪2從動件3滾子機構中n=2,PL=2,PH=1， 其自在度 F=32-22-1=1 平面機構的構造分析 (3) 虛約束 機構中與其他約束反復而對機構運動不起限制造用的約束，稱為虛約束。 1) 兩構件間構成多個具有一樣作用的運動副，分別有以下

11、三種情況： 兩構件構成多個軸線重合的轉動副，如圖3-15a所示，輪軸1與機架2在A、B兩處組成了兩個轉動副，從運動關系看，只需一個轉動副起約束作用，其他各處的引入約束均為虛約束，計算機構自在度時應按一個轉動副計算。 兩構件組成多個挪動方向一致的挪動副，如圖3-15b所示，構件1與機架組成了A、B、C三個導路平行的挪動副，計算機構自在度時應按一個挪動副計算。 平面機構的構造分析兩構件組成多處接觸點公法線重合的高副，如圖3-15c所示，同樣應只思索一處高副，其他為虛約束。圖3-15兩構件組成多個運動副a)軸線重合引入的虛約束b)挪動方向一致引入的虛約束c)接觸點公法線重合引入的虛約束 平面機構的構

12、造分析2) 兩構件構上聯接點的運動軌跡相互重合。圖a自在度 F=3n-2PL-PH=33-24-0=1 圖b，假設用一附加構件5在E和F兩點鉸接，EF平行AB及CD，那么構件5上的E點的軌跡與桿3上的E點的軌跡重合。構件5對機構的運動并不產生影響，為虛約束。計算其自在度可按圖a計算。 圖c不滿足上述幾何條件，EF桿的約束為有效約束，此時計算其自在度F=0，機構不能運動。 平面機構的構造分析3) 機構中存在不起作用的對稱部分。 如下圖，為使受力均勻，安裝三個一樣的行星輪對稱布置，從運動關系看，只需一個行星輪2就能滿足要求，如圖a所示。其他行星引入的約束均為虛約束，應除去不計。 該機構的自在度為：

13、F=3n-2PL-PH=33-23-2=1 平面機構的構造分析 機構中滾子有一個部分自在度；頂桿DF與機架組成兩個導路平行的挪動副，故其中一個為虛約束；C處為復合鉸鏈。去除部分自在度和虛約束，按圖b所示機構計算自在度。F=3n-2PL-PH=37-29-1=2此機構中的自在度等于2，有兩個原動件。3-4計算圖3-18a所示篩料機構的自在度。 平面機構的構造分析 機構中刨頭6與機架7組成兩個導路平行的挪動副，故其中一個為虛約束；去除虛約束，機構自在度為：F=3n-2PL-PH=36-28-1=1此機構中的自在度等于1，有1個原動件。3-5計算圖3-11所示牛頭刨床主機構的自在度。 平面機構的構造

14、分析二、平面機構具有確定運動的條件在機構分析中，都要求機構有確定運動，顯然，不能產生相對運動或作無規那么運動的一些構件難以用來傳送運動。為了使組合起來的構件能產生相對運動并具有運動確定性，有必要討論機構具有確定運動的條件。 平面機構的構造分析圖3-19原動件數大于自在度數 圖3-19所示，圖中原動件數等于2，機構自在度 F=3n-2PL-PH=33-24-0=1， 原動件數大于機構的自在度。假設機構同時要滿足原動件1和原動件3的給定運動，那么勢必將桿2拉斷。 平面機構的構造分析圖3-20 原動件數小于自在度數的構件組合 圖3-20所示，圖中原動件數等于1，機構自在度 F=3n-2PL-PH=3

15、4-25-0=2， 原動件數小于機構的自在度。當只給定原動件1的位置1時，從動件2、3、4的位置可以處于實現位置，也可以處于圖中雙點畫線位置或其他位置，闡明從動件的運動是不確定的。因此，只需給出兩個原動件，使構件1、4處于給定位置，才干使從動件獲得確定運動。 平面機構的構造分析圖3-21自在度數等于零的構件組合 圖3-21所示，機構自在度F=3n-2PL-PH=34-26-0=0， 即機構自在度為零的構件組合，各構件之間不能產生相對運動。 由此得到機構具有確定運動的條件為： 自在度F0，且機構的自在度數F等于機構的原動件數目。 平面機構的構造分析實際中常見問題解析 1)要使機構可以運動，應使機構自在度F0；假設F0，闡明機構不能運動。 2)計算機構自在度時，應先判別能否有復合鉸鏈、部分自在度和虛約束三種特殊情況，假設有，那么應處置后再計算機構自在度。 3)運用機