1、机械设计基础,机构的组成及自由度的计算河南工业大学,第二章 机构的组成及其自由度的计算,2-1 机构的组成,2-2 机构运动简图,2-3 机构具有确定运动的条件,2-4 平面机构自由度的计算,2-5 计算平面机构自由度时应注意的事项,思考题与练习题,2-1 机构的组成,1.构件,2.运动副,3.运动链,4.机构,1.构件,从运动角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立运动单元体组合而成的，这些独立运动单元体称为构件。,从加工制造角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立制造单元体组合而成零件，这些独立制造单元体称为零件。,构件可以是一个零件；也可以是由一个以上的零件组成。图示内燃机中的连杆就
2、是由单独加工的连杆体、连杆头、轴瓦、螺杆、螺母、轴套等零件组成的。这些零件分别加工制造，但是当它们装配成连杆后则作为一个整体运动，相互之间不产生相对运动。,运动副元素是两构件参与接触而构成运动副的表面。,运动副是两构件直接接触而构成的可动联接；,2.运动副,机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构件的连接既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相对运动，这种直接接触的活动连接称为运动副。,转动副,移动副,齿轮副,1）运动副定义,4）按其相对运动形式分,转动副（回转副或铰链）,移动副,螺旋副,球面副,3）按其接触形式分,高副：,点线接触的运动副,低副：,面接触的运动副,2) 运动副的分类,
3、2）按其引入的约束数目分,级副、,级副、,级副,1）按两个构件运动关系分为平面运动副和空间运动副,凸轮高副（点接触）,齿轮高副（线接触）,低副（曲面接触）,低副（平面接触）,3) 运动副的表示（之一）,3) 运动副的表示（之二）,3.运动链,构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统。,闭式运动链,（简称闭链）,开式运动链,（简称开链）,平面闭式运动链,空间闭式运动链,平面开式运动链,空间开式运动链,平面运动链,空间运动链,按运动分,按结构分,运动链,但当机构安装在运动的机械上时则是运动的。,按给定已知运动规律独立运动的构件；,4.机构,具有固定构件的运动链称为机构。,机 架,原动件,从动件,机
4、构中的固定构件；,机构中其余活动构件。,平面铰链四杆机构,机构常分为平面机构和空间机构两类，,其中平面机构应用最为广泛。,空间铰链四杆机构,一般机架相对地面固定不动，,常以转向箭头表示。,其运动规律决定于原动件的运动规律和机构的结构和构件的尺寸。,不严格按比例绘出的，只表示机械结构状况的简图。,根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，,2-2 机构运动简图,在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘出其机构运动简图。,1. 机构运动简图的定义,内燃机机构运动简图,机构运动简图,采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形。,机构示意图,
5、举例：,（2）选定视图平面；,（3）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运动副和机构的符号，最后用简单线条连接即得机构运动简图。,2.机构运动简图的绘制,绘制方法及步骤：,（1）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，查明组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置；,内燃机机构运动简图绘制,颚式破碎机机构运动简图绘制,2-3 机构具有确定运动的条件,一个机构在什么条件下才能实现确定的运动呢？首先观察两个例子,例1 铰链四杆机构,例2 铰链五杆机构,若给定机构一个独立运动，,则机构的运动完全确定；,若给定机构两个独立运动，,则机构的最薄弱环节损坏。,若给定机构一个独立运动，,则机构的
6、运动不确定；,若给定机构两个独立运动，,则机构的运动完全确定。,机构的自由度 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目，其数目用F表示。,结论 机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数目应等于机构的自由度数目F。,2-4 平面机构自由度的计算,1 计算公式,F3n(2plph),式中：n为机构的活动构件数目；,pl 为机构的低副数目；,ph为机构的高副数目。,2 举例,1）铰链四杆机构,F3n(2plph),=33,24,0,1,2）铰链五杆机构,F3n(2plph),34,25,0,2,3）内燃机机构,F3n(2plph),36,27,3,1,2-5 计算平面机构自由度时应注意的事项,?,1.复合铰链,2.局部自由度,3.虚约束,例题,机构中虚约束常发生的几种情况,由m个构件组成的复合铰链，共有(m-1)个转动副。,复合铰链,内燃机及其机构运动简图,思考题练习题,局部自由度,复合铰链,虚约束,n=8,Pl=11,Ph=1,F=1,例题1,例题2,局部自由度,复合铰链,虚约束,n=9,Pl=12,Ph=2,F=1,
