湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组第一章第一章 平面机构的自由度平面机构的自由度3-1 运动副及其分类运动副及其分类3-2 机构运动简图机构运动简图3-3 平面机构的自由度平面机构的自由度湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组运动副元素运动副元素是两构件参与接触而构成运动副的表面。是两构件参与接触而构成运动副的表面。运动副运动副是两构件直接接触而构成的可动联接；是两构件直接接触而构成的可动联接；一、运动副一、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。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1-1 运动副及其分类运动副及其分类1) 1) 运动副的类型运动副的类型湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组4 4）按其相对运动形式分）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 3）按其接触形式分）按其接触形式分高副： 点线接触的运动副点线接触的运动副低副： 面接触的运动副面接触的运动副2) 2) 运动副的分类运动副的分类2 2）按其引入的约束数目分）按其引入的约束数目分 级副、级副、级副1 1）按两个构件运动关系分为）按两个构件运动关系分为平面运动副平面运动副和和空间运动副空间运动副湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组凸轮高副（点接触）凸轮高副（点接触）齿轮高副（线接触）齿轮高副（线接触）湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组低副（曲面接触）低副（曲面接触）低副（平面接触）低副（平面接触）湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组 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，各运动副的位置，1-2 机构运动简图机构运动简图 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。运动简图。1. 1. 机构运动简图的定义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。表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形。机构示意图湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组2. 2. 运动副的表示（之一）运动副的表示（之一）湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组 运动副的表示（之二）运动副的表示（之二）湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组 但当机但当机构安装在运动的机械上时则是运动的。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；3.3.机构机构具有固定构件的运动链称为具有固定构件的运动链称为机构机构。机 架原动件从动件机构中的固定构件；机构中的固定构件；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，一般机架相对地面固定不动，常以转向箭头表示。常以转向箭头表示。 其运动规律决定于原动件的运动规律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。和机构的结构和构件的尺寸。机架原动件从动件机架从动件原动件湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组举例：（2）选定视图平面；）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）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。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。3.3.机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制绘制方法及步骤：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）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；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湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组内燃机及其机构运动简图内燃机及其机构运动简图湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组1-3 1-3 平面机构的自由度平面机构的自由度 机构的自由度 机构具有确定的相对运动的条件 几种特殊自由度情况的处理湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组自由度是构件可能出现的独立运动。任何一个构件在空间自由运动时皆有六个自由度六个自由度。它可表达为在直角坐标系内沿着三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动。一、构件的自由度1、空间构件的自由度、空间构件的自由度湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组而对于一个作而对于一个作平面运动平面运动的构件，则只有的构件，则只有三个三个自由度，自由度，如图所示。即沿如图所示。即沿x x轴和轴和y y轴移动，以及在轴移动，以及在OxyOxy平面内的转动。平面内的转动。2、平面构件的自由度、平面构件的自由度湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组平面机构的自由度平面机构的自由度: :平面内一个独立的构件具有三个自由度；其自由度应等于全部可动构件在自由状态下的全部自由度减去各运动副限制的自由度。例 铰链四杆机构铰链四杆机构二、机构的自由度二、机构的自由度指机构具有独立运动的数目 用 F表示含有n个可动构件的机构：湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组 机构自由度计算公式机构自由度计算公式F3n2pl ph式中：n-机构的活动构件数目Pl-机构的低副数目Ph-机构的高副数目例. 计算图示活塞泵自由度解解：除机架外，活塞泵有四个活动构件，n=4；四个回转副和一个移动副共5个低副，PL=5；一个高副，PH=1。F=3n-2PL-PH =34-25-11=1湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组三、机构具有确定运动的条件三、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？请观察下面几个系统的运动情况：当给定 1 1个个 原动构件1的位置时，其它构件的位置亦被确定，即运动是确定的运动是确定的。 原动件数原动件数 = = 机构自由度数机构自由度数 湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组 当给定1 1个个原动件1的位置1时，其它构件位置不唯一（所示实线和虚线位置），机构运动不确定运动不确定。 原动件数原动件数 0时 原动件数W=FW=F，机构运动确定 原动件数WFWFWF，机构破坏 （请自行思考） F0时 机构不能运动 观察牛头刨床滑枕运动机构湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组 机构的原动件数目应等于机构的自由度数目机构的原动件数目应等于机构的自由度数目且大于零。且大于零。即：即： W=F W=F 且且 F0F0 结结 论论机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件: :湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组四、几种特殊自由度情况的处理四、几种特殊自由度情况的处理?湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组由由m个构件组成的复合铰链，共有个构件组成的复合铰链，共有(m-1)个转动副。个转动副。复合铰链复合铰链 B处转动副数：3?1=2湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组局部自由度局部自由度 与输出件运动无关的自由度局部自由度 滚子本身的转动自由度不影响其它构件的运动，故称其为局部自由度。计算时的处理： 把滚子看成与从动件固接一体，消除局部自由度后，再计算机构自由度。湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组虚约束虚约束对机构的运动起不到独立限制作用的约束称为虚约束。在计算自由度时应先去除虚约束。 虚约束常出现于下列情况： （1）不同构件上两点间的距离保持恒定 （2）两构件构成多个移动副且导路互相平行 湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组（3）两构件构成各个转动副且轴线互相重合 （4）在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链来传递运动 湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组局部自由度复合铰链虚约束n=8Pl=11Ph=1F=38 - 211 1=1例1 试作图示系统的自由度分析计算计算举例：计算举例：解：(1)分析特殊自由度情况(2)自由度计算：湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组例例2 2 计算如图所示大筛机构的自由度计算如图所示大筛机构的自由度 解：(1)分析特殊自由度情况复合铰链局部自由度虚约束(2)自由度计算：湖北三峡学院湖北三峡学院机械设计基础机械设计基础机械制造系机械制造系机械设计基础机械设计基础课题组课题组内容小结：内容小结：1、机构的自由度自由度计算公式：指机构具有独立运动的数目2、机构具有确定运动的条件：F 0 且 W=F 3、几种特殊自由度情况的处理：复合铰链局部自由度虚约束