基本要求及重點、難點1.1運動副及其分類1.2平面機構運動簡圖1.3平面機構的自由度

第1章平面機構的自由度

計劃學時：6h制作人：向敬忠基本要求:1）運動副的概念及各類運動副特點。2）能夠讀懂機構運動簡圖。3）平面機構自由度的計算。難點：1）機構運動簡圖

重點：1）運動副的概念及各類運動副特點。2）平面機構自由度的計算。作業:

1-5~1-10；自由度、運動副、局部自由度、復合鉸鏈、虛約束的概念；運動副的分類及特點

機構——具有確定相對運動的構件組合

研究目的——探討機構運動的可能性及具有確定運動的條件研究對象——平面機構——所有構件的運動平面都相互平行的機構稱為平面機構。研究方法——機構運動簡圖——一種用簡單線條和符號來表示機構的工程語言。自由度——在任意時刻完全確定機械系統位置所需要的獨立的廣義坐標數。

機構自由度——使機構具有確定運動時所必須給定的獨立運動數目。1.1運動副及其分類

移動副——組成運動副的兩個構件只能沿某一軸線相對移動。運動副——兩構件之間直接接觸，又能作相對運動的連接，稱為運動副。低副——兩構件通過面接觸構成的運動副。實例移動導軌轉動副——組成運動副的兩個構件間的相對運動為轉動，則稱為轉動副或回轉副，又稱鉸鏈。實例光滑圓柱鉸鏈高副——兩構件通過點接觸或線接觸構成的運動副。實例齒輪機構凸輪機構1）低副為面接觸，而高副為點或線接觸。

2）低副因其兩構件接觸處的壓強小，故承載能力大，耐磨損，壽命長，且因形狀簡單，所以容易制造；而高副則相反。低副與高副的區別：3）低副的兩構件之間只能作相對滑動，而高副的兩構件之間則可作相對滑動或滾動，或二者并存。

注意運動副的三層含義1）兩個構件“副”——“成對”2）直接接觸“直接接觸”——“約束”——“副”3）相對運動“相對運動”——“運動”副運動副元素——構成運動副的點、線、面1.2平面機構的運動簡圖

機構運動簡圖——僅用簡單線條和規定的符號表示構件和運動副，并用一定的比例表示運動副的位置，這種用來說明機構各構件間相對運動關系的圖形，稱為機構運動簡圖。機構運動簡圖必須與原機構具有完全相同的運動特性，它不僅可以用來表示機構的運動情況，而且還可以根據機構簡圖對機構進行運動分析和受力分析。它是一種用簡單線條和符號表示機構的工程圖形語言。應表明：機構的種類，構件的數目及相互傳動的路線，運動副的種類、數目。1.2.1運動副與構件的表示方法

2.運動副的表示方法

1.構件的種類

1）固定件或機架；2）原動件；3）從動件*必須有一個機架，至少有一個原動件，其余為活動構件。

轉動副符號移動副符號3.構件的表示方法

高副符號

凸輪齒輪其他零部件的表示方法可參看GB4460—84“機構運動簡圖符號”。

1.2.2機構運動簡圖的繪制

一般步驟：①分析機構運動，找出機架、原動件與從動件。②從原動件開始，按照運動的傳遞順序，分析各構件之間相對運動的性質，確定活動構件數目、運動副的類型和數目。③合理選擇視圖平面，應選擇能較好表示運動關系的平面為視圖平面。④選擇合適的比例尺，長度比例尺用l表示：

l=圖示長度／實際長度⑤按比例定出各運動副之間的相對位置，用規定符號繪制機構運動簡圖。⑥各轉動中心標以大寫的英文字母，各構件標阿拉伯數字，機構的原動件以箭頭標明。A1234BCD例顎式破碎機例：繪制縫紉機腳踏板機構運動運動簡圖例：繪制牛頭刨床機構運動運動簡圖1.分析機構的組成情況、動作原理和運動情況1）組成情況

曲軸5（與大齒輪固連）、滑塊2和6、導桿7、刨頭8、床身1、小齒輪4、電動機3等2）動作原理和運動情況電動機3——帶傳動（圖中未畫）——小齒輪4——大齒輪5（曲軸與其一同連續轉動）——滑塊6（6一方面繞5上的銷軸轉動另一方面在7上的導槽中滑動）——導桿7擺動——刨頭8往復擺動

導桿7下部的導槽與滑塊2連接使8平動3）分析機構的原動件、傳動部分和執行部分

原動件——小齒輪4；執行部分——刨頭8；機架——床身；其余為活動構件2.分析各連結結構之間相對運動性質，確定運動副類型1）低副

轉動副：4——1、5——1、5——6、2——1、7——8；移動副：6——7、7——2、8——12）高副

4——53.選擇試圖投影面和比例尺，繪制機構運動簡圖，標出原動件轉向選取投影面垂直齒輪軸線，各運動副均在此平面或其平行平面內1.3平面機構的自由度

自由度——決定機構具有確定運動的獨立參數。即可能出現的獨立運動的個數稱為構件的自由度。

設平面機構共有N個構件，低副和高副數目分別為PL和PH，如將機構中某一構件固定為機架，則機構中的活動構件數為n=N－1。由于活動構件給機構帶進3n個自由度，而機構中全部運動副所引入的約束總數為2PL+PH。因此活動構件的自由度總數減去由運動副引入的約束總數就是該機構的自由度，用F表示，即1.3.1平面機構自由度及其計算公式

1.3.2機構具有確定相對運動的條件

例1：計算圖所示顎式破碎機主體機構的自由度。

解：

在顎式破碎機主體機構中，活動構件數n=3;低副數PL=4；高副

PH=0。所以由公式可得

此機構具有一個原動件(曲軸1)，故原動件數與機構自由度數相等，此機構具有確定的相對運動。

例2：1.3.3計算平面機構自由度的注意事項

1．復合鉸鏈

兩個以上的構件在同一軸線上用轉動副連接起來形成復合鉸鏈。由K個構件匯交成的復合鉸鏈應當包含(K－1)個回轉副。計算時不可漏算。

復合鉸鏈

m個構件(m3)在同一處構成共軸線的轉動副412356F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－

560＝

3F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－

570＝

1m-1個低副復—計算在內523要正確計算運動副數目

例3：F＝3n－2PL－PH

＝3－2－760＝

9F＝3n－2PL－PH

＝3－2－7100＝

1?復復復復例4：

圓盤鋸機構

F與機構原動件個數相等。因此，當原動件8轉動時，圓盤中心E將確定地沿直線EE’移動。

2．局部自由度

例5：

3．虛約束

F＝3n－2PL－PH

＝3－2－123F＝3n－2PL－PH

＝3－2－231＝-1兩構件間構成多個運動副錯221＝1對

例6：行星輪機構

例7：

例8：常見情況：1）組成高副的元素都是圓2）組成高副的元素分別為圓和點3）組成高副的元素分別為圓和直線

例9：

例題1.組成平面低副的兩個構件為____。

A.點接觸B.線接觸

C.點或線接觸D.面接觸2.平面高副的運動副元素是___。

A.點或面B.點或線

C.線或面D.面D.面接觸B.點或線

例題1概念題例題2

例題計算圖示機構自由度。并判斷該機構是否有確定的相對運動。

解：F=3n－２PL－ＰH

n=6，PL=8，ＰH=1F＝３＊６－２＊８－１＝１因原動件數目等于機構的自由度數，故該機構有確定的相對運動。計算圖示機構自由度。如有復合鉸鏈、局部自由度和虛約束應明確指出。并判斷該機構是否有確定的相對運動。例題3

例題解：F=3n－２PL－ＰH

n=8，PL=11，ＰH=1F＝３＊8－２＊11－１＝１A處為局部自由度

A因自由度大于零，且原動件數目等于機構的自由度數，故該機構有確定的相對運動。QVER計算圖示機構自由度。如有復合鉸鏈、局部自由度和虛約束應明確指出