机构运动简图

R21 F21
而摩擦力矩:
Mf = R21 S=P S ； Mf = F21r = fv R21 r = fv P r；
故：S= fv r
2 .转动副 总反力方位确定：

根据力的平衡条件得， P=R21； 总反力应与摩擦圆相切； 总反力RR21对轴颈中心之矩的方向必 的方向相反。
与轴颈1相对于轴承2的相对角速度ω12
三、 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：
(5) 机构中对运动起重复限制作用的对称部分引入 虚约束。
2 O 2' 1 2"
3
F=3 3 - 2 3 – 2 = 1
三、 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：
(6 ) 如果两构件在多处 接触而构成平面高副，且各 接触点处的公法线彼此重合， 则只能算一个平 面高副，其 余为虚约束。
（2）合理选择投影面及原动件适当的投影瞬
时位置。 （3）选择适当的比例尺。 （4）用简单的线条和规定的符号绘图。
（5）检验。
二、 机构运动简图
例题：插齿机（avi)
二、 机构运动简图
例题：破碎机机构（avi)
§1-3 机构自由度的计算
一 平面机构自由度的一般公式
作空间运动的自由构件有6个独立运动（自由度）， 作平面运动的自由构件有3个独立运动（自由度） 。 若平面机构中有n个活动构件，各构件之间共构成了 Pl个低副和Ph个高副，则它们共引入(2Pl+Ph)个约束。
连
杆
曲 轴
2．运动副(kinetic pair) 两个构件组成的可动的联接称为运动副。 而把两构件上能够参加接触而构成运动副的表 面称为运动副元素。
特点：
(１) 运动副是一种联接； (２) 运动副由两个构件组成； (３) 组成运动副的两个构件之间有相对运动。
例：轴1与轴承2的配合（avi)
运动副元素：圆柱面、圆孔面
二、自锁
1、移动副 如图所示：当α 时，若 滑块A原来静止，则无论外力P 增止多大，均不能使滑块A运动， 即称之谓移动副的自锁。 vAB RBA A
3 4 D
且等于主动件数。
5 n=4, P5=5,F=2
n=3, P5=4,F=1
三、 计算平面自由度时应注意的事项
1. 复合铰链
由两个以上构件在 同一处构成的重合转动
1 2 3 1 3 2
如图所示F、B、D、C
副称为复合铰链。
由m个构件在一处组
处是复合铰链
（avi)
成轴线重合的转动副。实
际上有(m-1)个转动副。
6 C 2 D
B 1 A
K
L E 4 F 5
3
n 8 ; PL 11 ; PH 1 F 3n 2 PL PH 3 8 2 11 1 1
例 2 如图所示，已知： DE=FG=HI，且相互平行；DF=EG，且相互
平行；DH=EI，且相互平行。计算此机构的自由度 (若存在局部自由度、 复合铰链、虚约束请标出）。
零件
构件
机构
机器
机器是由机构组成的。
连杆机构
凸轮机构
齿轮机构
常用的机构
间歇运动机构
带传动和链传动机构
螺旋机构
组合机构
常用的机构
连杆机构
齿轮机构
常用的机构
凸轮机构
常用的机构
槽轮机构
凸轮机构
常用的机构
组合机构
螺旋机构
二、本课程研究的内容
1．机构结构分析的基本知识 2．机构的运动分析
3．机器动力学
A 1
三、 计算平面自由度时应注意的事项 3. 虚约束
虚约束——机构中那些对构件间的相对运动不起独 立限制作用的重复约束。或称消极约束。 常见的虚约束： （1）机构中联结构件与被联结构件的轨迹重合。 B 4 2 D 1 A AD=BD=DC C3
F = 3*4 - 2*6 = 0？
F = 3*3 - 2*4= 1
例：滑块1与导轨2的接触（avi)
运动副元素：棱柱面、棱孔面
例：两齿轮轮齿的啮合（avi)
运动副元素：两齿廓曲面
运动副分类：
（1）按引入约束的数目分。 I级副、Ⅱ级副、Ⅲ级副、Ⅳ级副、Ⅴ级副。
1
2
球面副（
级副）
球销副（Ⅳ副）
（avi)
转动副（副Ⅴ）
（avi)
运动副分类：
（2）按两构件的接触情况进行分。 高副：点或线接触而构成的运动副； 低副：面接触而构成的运动副。
F = 3*7 - 2*10 = 1
三、 计算平面自由度时应注意的事项 2. 局部自由度
局部自由度——机构中个别构件所具有的不影响 其它构件运动，即与整个机构运动无关的自由度。
在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计。
C 3 B 2 A 1 C 3 B 2
4
F = 3*3 - 2*3 – 1 = 2？ F = 3*2 - 2*2 – 1 = 1
4．常用机构的分析与设计
5．机构的选型及机械传动系统的设计
三、 学习本课程的目的
本课程所学的内容乃是研究现
有机械的运动及工作性能和设计新
机械的知识基础。所以它成为机械
类各专业必修的一门重要的技术基 础课程。并为专业课程打下基础。
在学习本课程的过程中， 要着重注意搞清楚基本概念， 理解基本原理，掌握机构分析 和综合的基本方法。
§2—2 平面机构的组成原理及其
具有确定运动的条件
一、机构的组成要素 1. 构件(Component，Link) 定义：机器中每个独立的运动单元体。 特点：一个构件，可以是一个零件，也可能是由 若干个不同零件组装起来的刚性体。
从运动角度看：任何机器都是由若干个构件组合
而成。
例连杆、曲轴
内 燃 机 中
一 运动副中的摩擦 1 .移动副
（2）总反力 我们把运动副中的法向反力和摩擦力的合力， 称为运动副中的总反力(如图)，以FR21表示。 总反力与法向反力之间的夹角φ 为摩擦角 Φ = arctanf 总反力方向的确定： 总反力FR21的方向总是逆着相对运动V12， 且与相对运动方向成钝角（90º + ）。
机 工作机器 器 信息机器
机器与其它装置的主要区别是：
机器（machine）：一定要作机械运动，并
通过运动来实 现能量、物料和信息的变换。
机构(mechanism)：是用来传递运动和力或 改变运动形式的机械装置
构件((link )：机器中每一个独立的运动单元体； 零件 (part) ：制造单元体。
D
虚约束
5 F 6 G H
局部自由 度
B 1 2
4 C
n 6 ; PL 8 ; PH 1 F 3n 2 PL PH 3 6 2 8 1 1
3 E
7
I A
§1—5 机构中的摩擦、效率和自锁
一 运动副中的摩擦 1 .移动副
(1) 摩擦力
Ff f FN 21 f v G
式中 f 为摩擦系数，而 fv 称为当量摩擦系数。
(1) 摩擦力
平面接触时，其当量摩擦系数为： fv ＝ f ；
槽面接触时，其当量摩擦系数为： fv＝ f G/sinθ；
半圆柱面接触时, 其当量摩擦系数为： fv＝k f 。 由此可见，在计算运动副中的摩擦力时，不论 移动副的两运动副元素的几何形状如何，均可将两 构件不同几何形状的接触当量成沿单一平面的接触 的移动副，只需引入相应的当量摩擦系数，均可按 上式公式计算。
普通车床——加工机械，机器
轿车——运输机械，机器
内燃机(avi)
百度文库
内燃机示意图
如图1-1所示，它包含： 汽缸11 活塞10 连杆3 曲柄4
连杆(linkage) 机构:
齿轮(gear) 齿轮1和18 机构： 凸轮(cam) 机构: 凸轮轴7 阀门推杆8 阀门推杆9
机器的特征：
1 它们都是由零件人为装配组合而成
只有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
（avi)
三、 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：
（4）机构运动过程中，其中某两构件上两点之间的距离始
终不变，则将两点以构件联接，则将会引入一个虚约束。
B 2
1 5 A D
C
E
4
AB=CD， BC=EF， 3 BE=CF， AE=DF。 F
F=3n-2p-p=3*4-2*6=0 ??? F=3n-2p-p=3*3-2*4=1
机构的自由度F为：
F=3n－(2Pl+Ph)=3n－2Pl－Ph
二 机构具有确定运动的条件
1 2 B 1 A
3 n=2, P5=3,F=0 C B2 1 A 3 4 E
2 C 3 D 4
E
结论：
机构具有确定 运动的条件是：
n=3, P5=5, F= 1 B 1 1 A 2 C
D
机构自由度数F1
动力机器
是能量变换的装置，即可将某种形式 的能量变换成机械能，或者把机械能 变换成其他形式的能量。例如，内燃 机、涡轮机、电动机、发电机等。 是完成有用的机械功或者是搬运物品。 例金属切削机床、轧钢机、织布机、包 装机、汽车、飞机、起重机输送机等。 是用来获得和变换信息。例如，复印机、 打印机、绘图机、传真机、照相机等。
2
C 3 D
（avi)
4
二、 机构运动简图
用简单的线条和规定的符号
表示组成机构的构件和运动副，
并按一定的比例尺表示运动副的
相对位置的简单图形称为机构运
动简图(Kinematical Diagrams) 。
二、 机构运动简图
步骤：
（1）分析机构的运动情况，定出其原动部
分、工作部分，搞清楚传动部分。
2 .转动副
（1）总反力
P 轴颈 1 2 摩擦圆 r
以轴颈中心O为圆心，以S为半径所 作的圆称其为摩擦圆，S为摩擦圆半径。 因此，只要轴颈相对于轴承滑动，轴承 对轴颈的总反力R21将始终切于摩擦圆。
径向力P和总反力R21 形成阻力 偶矩，且Mf =Md 。
由平衡条件得：P=R21
O Md N21
s
使用虚约束时要注意什么问题?
保证满足虚约束存在的几何条件，在机
械设计中使用虚约束时，机械制造的精度要
提高。
例1 如图所示, 已知HG=IJ,且相互平行；GL=JK，且相互平行。计 算此机构的自由度 (若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。
虚约束
I 8 J 9 11 10 H 7 G
复合铰链
局部自由度
虚约束对机构工作性能的影响
有虚约束的机构，其相关尺寸的制造精度要求高，
增大 了制造成本。 机构中的虚约束数越多，要求精度高的尺寸参数就
越多， 制造难度也就越大。

虚约束的多少也是机构性能的一个重要指标。 改善构件的受力情况； 保证机械顺利通过某些特殊位置 等。
机构中为什么要使用虚约束? a. 使受力状态更合理 b. 使机构平衡 c. 考虑机构在特殊位置的运动
第一章 机构设计基础
提示：本章讨论组成机构的基本要素，机构
运动简图，机构运动的确定性,机构的 组成原理和分类。 重点：运动副及其分类，平面机构运动简图
的画法，运动链自由度的计算及其具
有确定运动的条件。 难点：虚约束的识别及其在自由度计算时的处理。
第一章 机构设计基础
§1-1 机械设计概述 一、研究对象： 机械（ mechanism ）。 机械是机器与机构的总称。
三、 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：
（2）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合 时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。
（avi)
F=3 2 -2 2 – 1=1
F=3 3-2 4 =1
三、 计算平面自由度时应注意的事项
常见的虚约束：
（3）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则
球面高副
转动副（avi)
齿轮副（avi)
运动副分类：
（3）按两构件之间的相对运动的不同分。
转动副或回转副、移动副、螺旋副、球面副、
平面运动副、空间运动副。
球销副
螺旋副
移动副
（avi)
转动副
（avi)
3、运动链
把两个以上的构件通过运动副的联接而构成 的相对可动的系统称为运动链。
开式运动链 闭式运动链
局部自由 度
1
D B 3 5 2 F
4
E 7 G I
复合铰 链 虚约 8束
K 9
6
A C H
n 8 ; PL 11 ; PH 1 F 3n 2 PL PH 3 8 2 11 1 1
例 3 计算图所示机构的自由度 (若存在局部自由
度、复合铰链、虚约束请标出）。
的实物体；
2 各构件之间具有确定的相对运动； 3 能完成有用的机械功或转换机械能。
现代机器通常由四个部分组成：原动 机、传动机构、执行机构和控制系统。 机器是一种人为实物组合的具有确定 机械运动的装置，它用来完成有用功、转 换能量或处理信息，以代替或减轻人类的 劳动。
根据工作类型的不同，机器分为：
单闭环运动链 多闭环运动链 平面运动链 空间运动链
闭式运动链 简单运动链
开式运动链 复杂运动链
空间运动链
4、机构
运动链中，若固定某一构件（机架），并给 另一个或数个构件以确定的独立的运动（原动 件），使其余构件（从动件）的运动随之确定 的这种运动链(kinetic chain)称为机构。
B 1 A