1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式* 1机器 都具有的 三个特征 ：（ 1） 是一种人为的实物的组合；（ 2） 各部分之间形成各个运动单元，且各单元之间具有确定的相对运动；（ 3） 在生产过程中能完成有用的机械功或转换机械能。机器 机构 构件 零件运动单元 制造单元机械刚性联结刚性联结确定的相对运动一个或多个做功或实现能量转换总称单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式* 21 平面机构及其自由度1.1 运动副及其分类 1.2 平面机构运动简图1.3 平面机构的自由度及其计算1.4 速度瞬心及其在机构速度分析上的应用 单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式
2、* 3本章的重点是运动副的概念，机构运动简图的绘制、机构具有确定运动的条件及平面机构自由度的计算。1.1 运动副及其分类1.1.1 自由度1.1.2 运动副1.1.1 自由度 构件的自由度 ：构件所具有的独立运动的数目（或确定构件位置的独立参变量的数目）。一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动数。如图所示，在 Oxy坐标系中，构件 S可随其上任一点 A沿 x轴、 y轴方向移动和绕 A点转动。即一个作平面运动的自由构件具有 三个自由度 。约 束 ：是对独立运动所加的限制。每加上一个约束，构件便 失去一个自由度。 1.1.2 运动副 运动副 ：在机构中由两构件直接接触形成的一种可动联接。构件之间
3、接触部分的点、线、面称为运动副元素。运动副对构件产生约束，约束的多少和特点取决于运动副型式。运动副分类： 按照运动副元素可分为 低副 和 高副 。面接触的运动副称为低副；点接触或线接触的运动副称为高副； 按照组成运动副两构件的相对运动是平面运动还是空间运动，可以把运动副分为 平面运动副 和 空间运动副 。1 低副 （转动副、移动副）转动副 ： 是使两个构件的相对移动受到约束，而只有一个独立相对转动自由度的运动副。也称为回转副或铰链。如铰链、轴与轴承等。移动副 ： 是使构件的一个相对移动和相对转动受到约束，而只有一个方向独立相对移动自由度的运动副。也称为棱柱副。如汽缸与活塞、滑块与导轨等。单击此
4、处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式* 82 高副 （平面高副） 平面高副 ：构件间沿公法线方向的移动受到约束，但可以沿接触点切线的方向独立移动，还可以同时绕点独立转动，是具有一个约束而相对自由度等于的平面运动副。如齿轮副、凸轮副等，如图 1-4所示。 3 空间副 如图 1-5 a)所示的 球面副 和图 1-5 b)所示的 螺旋副 。这些运动副两构件之间的相对运动是空间运动，所以这些运动副称为 空间运动副 。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式* 10运动副分类转动副移动副平面运动副平面运动副空间运动副空间运动副低副 面接触 引入两个约束，一个独立运动高副 点接触或线接触
5、 引入一个约束，两个独立运动 1.2 平面机构运动简图n 1.2.1 机构运动简图及作用n 1.2.2 构件的分类n 1.2.3 绘制机构运动简图的步骤1.2.1 机构运动简图及作用 机构运动简图 :用简单线条和规定的符号来表示构件和运动副，并 按比例 表示各运动副的 相对位置 。这种能准确表达机构 运动特性 的简单图形称为 机构运动简图 。 机构示意图 ：仅以构件和运动副的符号表示机构而不按精确比例 绘制的简图称为机构示意图。机构运动简图可以对机构进行结构、运动和动力等的分析，是研究机构的重要工具。 常用运动副运动简图符号的有转动副符号、移动副符号、 平面高副（图 1-6)。 常用构件运动简
6、图符号。（图 1-7)单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式* 141.2.2 构件的分类机构中的构件可分为三类： 固定件 （机架） 研究机构运动时作为参考坐标系的构件； 原动件 是运动规律已知的活动构件。它的运动是由外界输入的，所以又称为 输入件 ； 从动件 是机构中随着原动件运动而运动的其余活动构件。其中输出机构预期运动的从动件称为 输出件 。1.2.3 绘制机构运动简图的步骤1 分析清楚所要绘制机械的结构和动作原理。2 从原动件开始，按照运动传递的顺序，仔细分析各构件相对运动的性质，确定运动副的类型和数目。3 合理选择视图平面，通常选择与大多数构件的运动平面相平行的平面为视图
7、平面。4 选取适当的长度比例尺，按一定的顺序进行绘图，并将比例尺标注图上。 绘制机构示意图的方法与上述类似，但不需要按比例绘制。例题 1-1 颚式破碎机及其机构运动简图绘制 3例题 1-2 活塞泵及其机构运动简图绘制1.3 平面机构的自由度及其计算 1.3.1 平面机构的自由度1.3.2 机构具有确定运动的条件1.3.3 计算机构自由度时应注意的事项例题 1 计算机构的自由度1.3.1 平面机构的自由度 机构的自由度 : 机构中各构件相对于机架所能有的独立运 动的数目称为机构的自由度。一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。因此，平面机构中的每个活动构件，在未用运动副联结之前，都有三个自由度。
8、 每个 低副 引入两个约束，使构件失去两个自由度； 每个 高副 引入一个约束，使构件失去一个自由度。1）转动副： 转动副的约束，使构件失去了沿、两个方向的移动自由度，构件仅剩下绕垂直于平面的轴转动这一个自由度。2）移动副 ：由于移动副限制了构件沿方向的移动和绕垂直于平面的轴转动，构件仅剩下了沿方向的移动这一个自由度。3）平面高副： 平面高副仅限制了两构件沿其接触点公法线 -方向的移动，构件还有沿其接触点公切线 -方向的移动和绕接触点转动这两个自由度。若一个平面机构共有 K 个构件。除去固定件，机构中的活动构件数为 n =（ K - 1 ）在未用运动副联结之前，活动构件的自由度总数为 3n。 当
9、用运动副将构件联结起来组成机构后，构件的自由度总数就减少了。若机构中低副的数目为 PL个，高副的数目为 PH个，则机构中全部运动副所引入的约束总数为 2PL + PH 。因此，活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数就 是该机构的自由度，以 F 表示，即 :平面机构的 自由度计算公式 ：F = 3 n - 2 PL - PH 例 : 牛头刨床转动副 : 1,2 1,3 1,6 3,4 5,7移动副 : 5,6 4,5 1,7齿轮副 : 2,3活动 构件数 : n = 6低副数 : PL = 8高副数 : PH = 1自由度 : F = 3 n - 2 PL - PH = 36 28 1 =
10、 11. 3. 2 机构具有确定运动的条件 一、举例与讨论 1 、由于机构的自由度是机构的独立运动的数目，因此要使机构能够运动，其自由度 F 0。a）铰链四杆机构该机构具有 4个构件，活动构件数 n为 3；低副数 PL=4；高副数 PH=0。根据机构自由度计算公式，该机构的自由度 F 为：F = n 2PL PH= 3 2 4 0 =1b）凸轮机构该机构具有 3个构件，活动构件数 n为 2；低副数 PL=2；高副数 PH=1。根据机构自由度计算公式，该机构的自由度 F 为：F= n 2PL PH= 2 2 2 1 1= 1c）铰链五杆机构该机构具有 5个构件，活动构件数 n为 4；低副数 PL
11、=5；高副数 PH=0。根据机构自由度计算公式，该机构的自由度 F 为：F = n 2PL PH= 4 2 5 0 = 22 、 当机构的 F = 0时，说明活动构件在自由状态下的自由度总数与由于运动副所失去的自由度相等，构件之间不存在相对运动，形成一个刚性桁架。 若认为三角形是一个运动链，则： n=2， PL=3， PH=0，故 F = n 2PL PH = 2 2 3 0 =0这是一个静定的桁架。从运动的观点来看，相当于焊成一体的三角架，是一个构件。3 、当机构的 F 0 时，说明活动构件在自由状态下的自由度总数小于由于运动副所失去的自由度，构件之间不存在相对运动，形成一个超静定桁架。若认为右图是一个运动链，则： n=3， PL=5， PH=0，故F= n 2PL PH= 3 2 5 0 = 1这是一个超静定的桁架。从运动的观点来看，这相当于是一个构件。
