1平面机构的运动简图及自由度解析

电子工程系
空间机构： 至少有两个构件能在三维空间中相对运动。
组成机构的各构件都在相互平行的平 平面机构： 面内运动的机构。即，各构件的相对 运动平面互相平行（常用的机构大多 数为平面机构）。
本节结束
§1-2 运动副及其分类
1.机构是由构件和构件间的运动副组成的。
第 二 节 平 面 机 构 的 运 动 幅 及 其 分 类
5学时课程 电子工程系
章节分布：
§1-1 §1-2 §1-3 §1-4 概述 运动副及其分类 平面机构运动简图 平面机构的自由度
§1-1 概述
电子工程系
机构定义，机构分类，机构的运动简图。
第 一 节 平 面 机 构 概 述
机 构： 由若干构件组成，各构件之间有确定
的相对运动关系的组合。作用：传递和变 换运动
用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和 一、定义： 运动副的相对位置，并能完全反映机构特征的 简图。
第 三 节 平 面 机 构 的 运 动 简 图
二、绘制：
1、运动副的符号
2 2 2 2 2 1 1 1 1
转动副：
1
1 2 2 1 2 2
1 2 1 2
移动副：
1
齿轮副： 凸轮副：
第 三 节 平 面 机 构 的 运 动 简 图
（3）虚约束：
电子工程系
在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是 重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
O1 A M B
1 A 2 O1 4 N O3 M B 3
N
O3
W 3 3 2 4 0 1
W 3 4 2 6 0 0
原动件数<机构自由度数，机构运动不确定
电子工程系
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
W 3 4 2 6 0 0
构件间没有相对运动 机构→刚性桁架
W 3 3 2 5 0 1
多一个约束）超静定桁架
自由度和原动件的关系
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
习题2、3、4：计算自由度
电子工程系
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
综合例题：计算自由度
电子工程系
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
局部自由度 复合铰链
复合铰链
1个虚约束
电子工程系
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
本节结束
一、平面机构的自由度
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
电子工程系
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。 构件 的空 间自 由度 构件 的平 面自 由度
电子工程系
平面机构自由度的计算
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
设n个活动构件，PL个低副，PH个高副
低副： 2个约束，1个自由度
平面机构的运动副分为：低副和高副 a低副：
面接触
电子工程系
①转动副： 两个构件间只能作相对旋转运动的运动副。
第 二 节 平 面 机 构 的 运 动 幅 及 其 分 类
②移动副：两个构件间只能作相对
移动运动的运动副。
b高副： 点、线接触
①齿轮副；②凸轮副。
本 节 结 束
§1-3 平面机构运动简图
电子工程系
高副： 1个约束，2个自由度 机构的自由度：
W 3n 2PL PH
电子工程系
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
铰链四杆机构
电子工程系
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
差动式真空压力计
电子工程系
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
铰链五杆机构
二、机构具有确定运动的条件
轨迹重合形成的虚约束
导路平行形成的虚约束
电子工程系
对称结构虚约束
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
联动平行四边形机构
平面机构的虚约束常出现于下列情况：
电子工程系
（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
第 四 节 面 机 构 的 自 由 度
（3）两构件构成多个转动副且轴线互相重合……
独立的运动单元（有 若干零件刚性组合）
机器
机构
构件 运动副
零件 独立的制造 单元
应用举例： 内燃机
仪表机构
构件－连杆
第 一 节 平 面 机 构 概 述
电子工程系
零件－连杆体1、连杆头2、轴套3、轴瓦4和5、螺杆6、螺母7、开口销8
机构的分类：空间机构和平面机构。
第 一 节 平 面 机 构 概 述
电子工程系
机 架： 固定构件；一般相对地面 固定不动。 原动件：按给定已知运动规律独 3 立运动的构件；常以转向箭 头表示。 从动件：其余活动构件；其运动规律 决定于原动件的运动规律和 机构结构和构件尺寸
2 从动件 1原动件
机架
4
2.运动副：构件间的可动联接。两构件直接接触而又能产 生一定形式的相对运动的连接（既保持直接接 触，又能产生一定的相对运动）。 运动副中的接触面称为运动副元素。
4学时课程 电子工程系
第一章 平面机构的运动简图及自由度
6 4
3
A
1 B
2 5
本章重点：
构件、运动副、机构、自由度、约束等概念。 机构具有确定运动的条件。 平面机构自由度的计算。 注：本章只研究平面机构的结构分析。

电子工程系
本章难点：


机构自由度计算中有关虚约束的识别。 首先要正确掌握虚约束的概念。 掌握机构中虚约束常出现的几种情况。
3 2 1
3
m
m-1
W 3 7 2 10 0 1
注意：复合铰链只存在于转动副中！
（2）局部自由度 （与输出件运动无关的自由度称局部自由度）
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
4 2 C B 1 A A 3 B 1 D 4 D 2
电子工程系
错误：W 3 3 2 3 1 2 正确：W 3 2 2 2 1 1
2 2
电子工程系
1
1
2、构件（杆）：
3、机构运动简图的绘制步骤（模型）
电子工程系
1）分析机构的结构，观察构件间的相对运动，数清所有 构件的数目；
第 三 节 平 面 机 构 的 运 动 简 图
2）找到运动件，循着运动传递的路线，分析其传动部分，即 分清机械运动部分的运动是怎样传到执行部分的，从而搞清楚 该机械是由多少构件组成，各构件之间组成了何种运动副，以 便正确地绘制机构运动简图； 3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）， 选择合理的投影面（多数机构的运动面的平行面）； 4）确定比例尺；
电子工程系
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
内燃机中的曲柄滑块机构
W 3 3 2 4 0 1
原动件数=机构自由度 W
铰链五杆机构：
C 3
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
电子工程系
D' D 4 4 E
2 B 1 A 1
C'
5
W 3 4 2 5 0 2
电子工程系
W≤0，构件间无相对运动，不成为机构。
W>0, 原动件数<W，运动不确定
原动件数>W，机构破坏
原动件数=W，运动确定 ------机构具有确定运动的条件
三、计算Байду номын сангаас构自由度时注意事项
电子工程系
（1）复合铰链
在同一轴线上，有两个以上构件转动副连接
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
2 1
（4）在输入件与输出件之间用多组完全 平 相同的运动链来传递运动
2
4 1 2'
3
2''
习题1：计算自由度
（先看有无注意事项，复合铰链……，再看有 几个构件）
第 四 节 平 面 机 构 的 自 由 度
电子工程系
B 4 2 A D 6 1 3 5 C
齿轮
转动副：1和6，1和2，2和3，3和4，4和5，5和6 齿轮副：1和3，3和5 活动构件：1，2，3，4，5
l
图上尺寸(mm) 实际尺寸m
5）用规定的符号和线条把所有机构绘制成简图。
注意：机构运动简图与原机构具有完全相同的运动特性！
例：油泵机构 1圆盘 2柱塞 3 构件 4机架
B 第 三 节 平 面 机 构 的 运 动 简 图 2 1 A
电子工程系
3
C 4
例题一
例题二
本节结束
§1-4 平面机构的自由度