機構組成的教案第1頁/共81頁CompanyLogo本章主要內容機構組成要素平面機構運動簡圖平面機構自由度計算速度瞬心及其在機構速度分析上的應用第2頁/共81頁本章學習要求1、了解機構的組成及運動副的分類2、熟悉機構運動簡圖的繪制3、掌握機構具有確定運動的條件及夠平面機構自由

度的計算4、能利用速度瞬心法進行平面機構的速度分析第3頁/共81頁本章重點1、機構運動簡圖的繪制

2、機構具有確定運動的條件及機構自由度的計算

機構自由度計算中有關虛約束概念、識別及處理本章重點本章難點第4頁/共81頁第一節機構組成要素一、構件和零件構件——獨立運動的最小單元零件——制造的最小單元機器＝構件

運動副——構件間的可動聯接（兩個構件直接接觸，產生一定的相對運動的聯接）

運動副的分類:

（1）低副：面接觸的運動副如轉動副、移動副。二、運動副及其分類轉動副移動副轉動副第5頁/共81頁螺旋副球面副二、運動副及其分類（2）高副：點、線接觸的運動副.如齒輪副、凸輪副。

凸輪副齒輪副齒輪副第6頁/共81頁

表2－1常用運動副的符號第7頁/共81頁第8頁/共81頁第9頁/共81頁兩個以上的構件，用運動副連接而成的相對可動的系統稱運動鏈。閉式運動鏈開式運動鏈三．運動鏈第10頁/共81頁四．機構機架：相對靜止的構件。原動件：按給定的已知運動規律獨立運動的構件。從動件：運動取決于原動件和其余活動構件。平面機構:各構件的運動平面相互平行的機構。空間機構：各構件的運動為空間運動的機構。從動件機架原動件第11頁/共81頁第二節平面機構運動簡圖一．機構運動簡圖

分析和設計機器時，需要根據機構的運動尺寸，按一定比例定出各運動副的位置，并用運動副和常用機構運動簡圖的符號和簡單線條，把機構的運動關系表示出來。常用運動副的符號：見表2－1機構運動簡圖常用符號：見表2－2

這種用簡單的線條和規定的符號，按一定比例關系表示機構運動關系的圖形稱機構運動簡圖。第12頁/共81頁二、機構運動簡圖繪制

繪制路線：原動件中間傳動件最終從動件（輸出構件）

重點觀察：各構件間構成的運動副類型；

符合規范：各種運動副和構件用規定的符號表達。注意事項：忽略構件外形。1、分析機構的構造和運動狀況；

2、確定原動件、從動件和機架；

3、沿著運動路線逐一分析每兩個構件間的相互運動性質及各運動副類型和數目；

4、選擇能表達構件運動關系的視圖平面，用規定的符號和簡單的線條，以適當的比例繪出機構運動簡圖，并標出各構件編號和運動副的代號。畫圖步驟：第13頁/共81頁例2－1解：顎式破碎機由曲軸1、構件2、3、4以及動顎板5和機架6共6個構件組成.其中曲軸為機構的原動力，動顎板為工作部分；傳動路線為曲軸1→構件2，3→構件4→動顎板5，各構件均以轉動副相聯接；選擇圖示平面為視圖平面，繪制顎式破碎機構運動簡圖如圖所示。

顎式破碎機如圖示，當曲軸1繞軸作連續回轉時，顎板5繞軸心F作往復擺動，從而將礦石粉碎。試繪制其機構運動簡圖．第14頁/共81頁例2－２試畫出圖示擺缸式液壓泵機構的運動簡圖。解液壓泵的原動件為曲柄2。曲柄2與機架3在A點構成轉動副，與構件1在B點也構成轉動副，構件1在構件4的槽中移動，因此形成移動副。構件4與構件（機架）3在C點形成轉動副。以圖示平面為視圖平面，并定出各轉動副的中心位置，繪制出擺缸式液壓泵機構運動簡圖如所示。第15頁/共81頁1）平面運動副：組成運動副兩構件間作相對平面運動

齒輪副轉動副2）空間運動副：組成運動副兩構件間作相對空間運動。螺旋副球面副1、根據組成運動副的兩個構件的相對運動形式分類第16頁/共81頁

根據運動副的接觸形式，運動副歸為兩類1）低副：面接觸的運動副。如

:

移動副轉動副

2）高副：點或線接觸的運動副。齒輪副凸輪副2按兩構件之間的接觸形式分類第17頁/共81頁3按兩構件之間的相對運動方式分類轉動副——兩構件之間的相對運動為轉動

移動副——兩構件之間的相對運動為移動螺旋副——兩構件之間的相對運動為螺旋運動球面副——兩構件之間的相對運動為球面運動第18頁/共81頁機構：在運動鏈中，如果將某一個構件加以固定，而讓另一個或幾個構件按給定運動規律相對固定構件運動時，如果運動鏈中其余各活動構件都有確定的相對運動，則此運動鏈稱為機構。機架原動件從動件請大家思考以下2種說法是否正確為什么？1運動鏈是機構2機構是運動鏈機構是具有確定運動的運動鏈。第19頁/共81頁機構運動簡圖和機構示意圖區別？

為了便于研究機構的運動，可以撇開構件、運動副的外形和具體構造，而只用簡單的線條和符號代表構件和運動副，并按比例定出各運動副位置，表示機構的組成和傳動情況。這樣繪制出能夠準確表達機構運動特性的簡明圖形就稱為機構運動簡圖。

只是為了表明機構的運動狀態或各構件的相互關系，也可以不按比例來繪制運動簡圖，通常把這樣的簡圖稱為機構示意圖。第20頁/共81頁1212移動副轉動副第21頁/共81頁常用符號

凸輪機構齒輪機構第22頁/共81頁偏心輪BA12BA21第23頁/共81頁O2

D

B

C

O3

6

5

4

3

A

O1

2

例

圖示為顎式碎礦機。當曲軸2繞軸心O1連

續回轉，動顎板6繞軸心O3往復擺動，從而將礦石軋碎。試繪制此碎礦機的機構運動簡圖。

1

第24頁/共81頁

1.分析整個機構的工作原理2、沿著傳動路線，分析相鄰構件之間的相對運動關系，確定運動副的類型和數目3.選擇適當的視圖平面4.繪圖

1.選擇機架2、提取構件的運動尺寸3.定比例尺4.選擇機構運動中的一個狀態5.確定各運動副位置，繪圖6.AA、B、C…表示運動副1、2、3…表示構件O1、O2…表示固定轉軸7.原動件的運動方向繪圖分析O2

D

B

C

O3

6

5

4

3

A

O1

2

1

第25頁/共81頁鶴式起重機前輪轉向機構第26頁/共81頁擺動式油泵自動卸料汽車手搖唧筒HIGHEDUCATIONPRESS橢圓規第27頁/共81頁慣性篩機構戶外攝影平臺第28頁/共81頁雷達旋轉裝置和面機第29頁/共81頁1、分析

機構由轉臺1、動臂2、動臂缸筒3及活塞桿4、斗桿缸筒5及活塞桿6、斗桿7、轉斗缸筒8及活塞桿9、鏟斗10共10個構件組成。三個液壓缸為原動件，分別驅動動臂2繞A點轉動、斗桿7繞F點轉動、鏟斗10繞I點轉動；鏟斗10為工作構件。第30頁/共81頁2、確定運動副類型。有A、B、C、D、E、F、G、H、I共9個轉動副，三個液壓缸構成3個移動副。

3、測量主要尺寸，計算長度比例和圖示長度。經測量得LAC=1.8m、LAF=3.3m、LCF=1.7m、LFI=1.4m。設圖樣最大尺寸為60mm，則長度比例==(3.3+1.4)/60=0.08m/mm。計算各桿長度：AF＝3.3/0.08≈41（mm）AC＝1.8/0.08≈22.5（mm）CF＝1.7/0.08≈21（mm）FI＝1.4/0.08≈17.5（mm）第31頁/共81頁4、繪制機構運動簡圖。

①按各運動副間的圖示距離和相對位置，選擇適當的瞬時位置，用規定的符號表示各運動副；B、D、G、H等各點的位置對主體運動影響不大，其位置可適當選取；

②用直線將同一構件上的運動副連接起來，并標上件號、鉸點名和原動件的運動方向，即得所求的機構運動簡圖。第32頁/共81頁第33頁/共81頁第34頁/共81頁第35頁/共81頁圖所示是為高位截肢的人所設計的一種假肢膝關節機構，該機構能保持人行走的穩定性。若以頸骨1為機架，試繪制其機構運動簡圖和計算其自由度，并作出大腿彎曲90度時的機構運動簡圖。第36頁/共81頁

第37頁/共81頁xyＯ21第38頁/共81頁第三節平面機構自由度計算機構自由度

——機構具有獨立運動的數目約束

——對構件某個方向的運動限制平面運動副引入的約束：

平面低副引入2個約束平面高副引入1個約束如圖示一構件用運動副與其它構件連接后:運動副引入約束，原自由度減少。與其它構件未聯接之前：

有3個自由度xyＯ21一．平面機構的自由度及機構具有確定運動的條件第39頁/共81頁機構各構件未聯接前總自由度：3n聯接后引入的總約束數：2PL+PH機構自由度F計算公式：F=3n

－2PL－PH

活動構件數n設平面機構有低副數PL

高副數PH解：例：計算圖示機構的自由度。平面機構自由度的計算：∵n=3,PL=4,PH=0∴F=3n-2PL-PH=1第40頁/共81頁機構具有確定運動的條件：F＝機構原動件數若F

≤0，機構無運動.1234ABCDF<機構原動件數，機構可能發生破壞；

F>機構原動件數，機構的運動規律將不確定。無規律運動不能運動F=0F=-1F=2第41頁/共81頁第42頁/共81頁二、計算平面機構自由度應注意的問題

（一）復合鉸鏈兩個以上構件在同一處以轉動副相聯接,構成復合鉸鏈。m個構件,m-1個鉸鏈

若m個構件在某處形成復合鉸鏈，則轉動副數目應是m-1.第43頁/共81頁第44頁/共81頁作者：潘存云教授12345678ABCDEF例計算圖示圓盤鋸機構的自由度。解：活動構件數n=7低副數PL=6F=3n－2PL－PH高副數PH=0=3×7－2×6－0=9計算結果肯定不對！第45頁/共81頁上例：在B、C、D、E四處應各有2

個運動副。重新計算圖示圓盤鋸機構的自由度。解：活動構件數n=7低副數PL=10F=3n－2PL－PH

=3×7－2×10－0=112345678ABCDEF作者：潘存云教授圓盤鋸機構第46頁/共81頁例2－3解圖中表明，在C處兩滑塊與桿BC構成復合鉸鏈，故C處有2個轉動副和2個移動副。

E處只有兩滑塊構成鉸鏈，不是復合鉸鏈，故E處有1個轉動副和2個移動副。根據分析可知，該機構中：活動構件數n＝7，低副數高副數故其自由度為：第47頁/共81頁

（二）局部自由度解：有局部自由度,應去除不計。與輸出構件運動無關的自由度稱為局部自由度。計算機構自由度時，應將局部自由度除去不計。例2－4計算所示滾子從動件凸輪機構的自由度第48頁/共81頁（三）虛約束對機構的運動起重復約束作用的約束，稱為虛約束。計算機構自由度時，應除去不計。紅桿為虛桿！1桿＋2低副，引入１個虛約束。正確！?第49頁/共81頁常見虛約束：2)二構件同時在幾處接觸構成多個移動副（轉動副），且各移動副（轉動副）導路中心線平行（軸線重合），則僅一個移動副（轉動副）起作用，其余移動副（轉動副）引入的約束為虛約束；兩滑塊只有一個起約束的作用，另一個為虛約束1)二構件用轉動副聯接連，且運動軌跡重合，連接點帶入一個虛約束；第50頁/共81頁注意虛約束的特定條件，若特定條件不滿足，虛約束變實約束。齒輪2和齒輪2‘，有一個為虛約束。4)機構運動過程中，二構件上兩點距離保持不變，用一個構件和雙轉動副聯接該兩點，引入虛約束。3）機構中的對稱重復部位引入虛約束第51頁/共81頁歸納機構自由度計算的步驟：1、判斷:判斷有無復合鉸鏈（不能數少）判斷有無局部自由度（應去除）判斷有無虛約束（應去除）2、確定：確定活動構件數n＝？確定運動副數PL＝？;PH＝？3、按下式計算自由度：

第52頁/共81頁DAFCBE主動件12345礦石判斷破碎機是否有確定運動。鱷式破碎機第53頁/共81頁DAFCBE主動件12345礦石判斷破碎機是否有確定運動。F=3n-（2pL+ph）n=5;pL=7;ph=0;F=35-(27+0)=1.F=主動件數，故有確定運動。第54頁/共81頁ABCDEE'FHOG123456789求大篩機構的自由度F=？第55頁/共81頁ABCDEE'FHOG123456789求大篩機構的自由度F=？主動件1，8局部自由度兩者之一為虛約束復合鉸鏈第56頁/共81頁CABDEE'FHOG123456789ABDEE'FHOG123456789第57頁/共81頁ABDEE'FHOG123456789n=?Ph=?PL=?n=7Ph=1PL=9F=37-(29+1)=2第58頁/共81頁兩構件構成高副，兩處接觸，且法線重合。如等寬凸輪W注意：法線不重合時，變成實際約束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A第59頁/共81頁虛約束的作用：①改善構件的受力情況，如多個行星輪。②增加機構的剛度，如軸與軸承、機床導軌。③使機構運動順利，避免運動不確定，如車輪。第60頁/共81頁B2I9C3A1J6H87DE4FG5計算圖示包裝機送紙機構的自由度。分析：活動構件數n：A1B2I9C3J6H87DE4FG592個低副復合鉸鏈:局部自由度2個虛約束:1處I8去掉局部自由度和虛約束后：

n=6PL=7F=3n－2PL－PH

=3×6－2×7－3=1PH=3第61頁/共81頁第四節速度瞬心及其在機構速度分析上的應用一、速度瞬心機構速度分析的圖解法有：速度瞬心法、相對運動法、線圖法。瞬心法尤其適合于簡單機構的運動分析。

二構件均運動，其瞬心稱相對速度瞬心.

二構件中一個靜止，其瞬心稱絕對速度瞬心.速度瞬心：互作平面運動的二構件上瞬時速度相等的重合點。（圖示點P12）特點：①該點涉及兩個構件。②絕對速度相同，相對速度為零。③相對回轉中心。第62頁/共81頁二.速度瞬心位置的確定

（一）按速度瞬心的定義來確定直接相聯的二構件之瞬心位置（顯瞬心）

機構有k個構件，∵每兩個構件就有一個瞬心∴根據排列組合,瞬心數N為轉動副移動副滾＋滑純滾動第63頁/共81頁123P21P31E3D3VE3VD3A2VA2VB2A’2E’3P32結論：P21、P31、P32

位于同一條直線上。B2第64頁/共81頁

（二）按三心定理確定不相鄰構件間的瞬心位置（隱含的瞬心）三心定理：作平面相對運動的三構件,其三個速度瞬心必位于同一直線上。例2-5求圖2－20所示鉸鏈四桿機構各速度瞬心的位置。解：該機構的速度瞬心數目為A、B、C、D分別是瞬心P14、

P12、P23、

P34。

根據三心定理，P14、P34、P13應在同一條線上，而P12、P23、P13也應在同一條線上，故這兩條的交點即為瞬心P13

。同理，P14、P12、P24

應在同一條線上，而P34、P23、P24也應在同一條線上，兩條線的交點即為瞬心P24，如圖所示。第65頁/共81頁三、利用速度瞬心進行平面機構的速度分析

例2－６已知曲柄滑塊機構各桿的長度和1。求滑塊速度v3。解：

1.由瞬心位置的確定方法，求瞬心P132.由于滑塊僅作平動，故

運動方向向左1234第66頁/共81頁三、利用速度瞬心進行平面機構的速度分析

例２－７圖示平底從動件凸輪機構的各構件尺寸已知，凸輪轉動角速度為，試求圖示位置時從動件2的速度。此時，平底從動件向上運動。

解：根據瞬心位置的確定方法，求得凸輪和平底從動件兩構件在圖示瞬時的速度瞬心為。由于平底從動件只作平動，故有第67頁/共81頁例：求鉸鏈四桿機構的瞬心。已知ω1，求ω3。ADBC1234P14P12P23P34相對瞬心的數目：瞬心P14

P12

P23

P34分別位于轉動副A、B、C、D的中心。瞬心P13，P24為不直接接觸的兩構件的瞬心，應用三心定理求解。四、速度瞬心法在平面機構速度分析中的應用速度瞬心法在平面機構速度分析中的應用第68頁/共81頁24求P24

構件4，1，2的三個瞬心P14，P12，P24應位于同一直線上；

構件4，3，2的三個瞬心P34，P23，P24應位于同一直線上。

這兩條直線的交點即為P24。同理可求出P13。13注意觀察規律性：絕對速度瞬心：P14，P24，P34相對速度瞬心：P13，P12，P23瞬心多邊形ABCDP34P14P244123P13P12P23例：求鉸鏈四桿機構的瞬心例1第69頁/共81頁該式表明：兩構件的角速度與其絕對速度瞬心

至相對速度瞬心的距離成反比。P13在P14和P34的同一側時，ω1和ω3的方向相同；P13在P14和P34之間時，

ω1和ω3的方向相反。ABCDP34P14P244123P13P12P23VP13例：求鉸鏈四桿機構的瞬心已知ω1，求ω3。第70頁/共81頁已知：凸輪的角速度1，凸輪輪廓為圓試求：從動件2的線速度v2。231AO解：滾子繞自身軸線的轉動為局部自由度，計算瞬心數目時可不考慮。可看成將滾子焊接到從動件2上。例：直動滾子從動件凸輪機構例2第71頁/共81頁例2：直動滾子從動件凸輪機構

V2=VB2

=VB1n

直線P23P13

和接觸點C的法線n-n的交點B是瞬心P12。=1

·LABAOB（P12）C23（P13）2＝B11P23∞23113P12P23Pn第72頁/共81頁

例：齒輪－連桿組合機構齒輪3繞固定齒條4作純滾動，已知滑塊1的速度V1，求齒輪3中心點D的速度VD。1234ABCDGFV1例3第73頁/共81頁首先標出相互接觸兩構件的瞬心：P12、P23、P34、andP14123ABCDGF12P()P()P23P14∞V1()

例：齒輪－連桿組合機構第74頁/共81頁123ABCEDGF12P()13P()P()P23P14∞V1()P13位于直線

P12P23上P13