机械设计基础第一章PPT

2 1 A B 4 2

3
1
5 4
3
F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 4 －0
F＝3n－2PL－PH ＝3 3 －2 4 －0 ＝1 对
＝1
F＝3n－2PL－PH ＝3 4 －2 6 －0 ＝0 错
机械设计基础 —— 平面连杆机构
5.机构中的运动器重复限制作用的对称部分引 入虚约束。
3
2 1
机械设计基础 —— 平面连杆机构
3.当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合 时，则只有一个转动副起作用，其余的转动副 都是虚约束。
机械设计基础 —— 平面连杆机构
4.机构运动过程中某两构件上两点之间的距离 始终保持不变，则将两点以构件连接，将会引 入一个虚约束。

在这两个例子中，加与不加红色构件AB效果完全一样， 为虚约束 计算时应将构件AB及其引入的约束去掉来计算
3
C(C2,C3) 2 1 B
动画
D

掉来计算

A
4
同理，也可将构件4当作虚约束，将 构件4及其引入的约束去掉来计算，
效果完全一样
F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 4 －0 ＝1
机械设计基础 —— 平面连杆机构
2.当两构件组成多个移动副，且导路互相平行 或重合时，则只有一个移动副起约束作用，其 余都是虚约束。
五、平面机构的自由度
1 平面机构自由度的计算
2 机构具有确定运动的条件
3 几种特殊结构的处理
复合铰链 局部自由度 虚约束
4 小结
机械设计基础 —— 平面连杆机构
1 平面机构自由度的计算
(1) 平面运动构件的自由度 (构件可能出现的独立运动) 与其它构件未连之前：3 用运动副与其它构件连接后, 运 动副引入约束, 原自由度减少 (2) 平面运动副引入的约束R (对独立的运动所加的限制)

步骤：
分析机构运动路线，定出其原动部分、工作部分、弄
清传动部分。 合理选择投影面及原动件适当的瞬时位置 选择适当的比例尺=实际长度m/图示长度mm 定出各运动副相对位置，用规定的符号和线条绘制出 简图，原动件上标上箭头 检验
机械设计基础 —— 平面连杆机构
4 运动简图的绘制方法


机械设计基础 —— 平面连杆机构
2-1 平面机构的运动简图和自由度
一、构件
二、运动副
三、机构
四、平面机构的运动简图
五、平面机构的自由度
机械设计基础 —— 平面连杆机构
一、构件
构件：独立影响机构功能并能独立运 动的单元体 （实物、刚体、运动的整体） 机架、原动构件、从动构件 零件：单独加工的制造单元体 通用零件、专用零件
机械设计基础 —— 平面连杆机构
例题3：
3
C234 C23 4
2
3 4
2
B12
1
B12
A14
4
1
A14
机械设计基础 —— 平面连杆机构
例题4：抽油泵
机械设计基础 —— 平面连杆机构
例题4：抽油泵
机械设计基础 —— 平面连杆机构
例题5：插齿机
机械设计基础 —— 平面连杆机构
例题5：插齿机
机械设计基础 —— 平面连杆机构
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－ 1 = 1
机械设计基础 —— 平面连杆机构
2 机构具有确定运动的条件
B C B
C
D
D
A
E
A
C
B A E
F =3n－2pl－ph = 3 2－2 3－0=0
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 5－0= -1
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－0= 2
错
F ＝ 3n－ 2pl－ph ＝ 3 5 －2 7 － 0 ＝1
对
(1) 复合铰链


—计算在内
3
2 5
m个构件(m>2)在同一处构成转动副 3 m-1个低副
2 5 1
m个构件, m-1个铰链
机械设计基础 —— 平面连杆机构
(2) 局部自由度

—排除
定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动, 不影响机 构输出运动的自由度 局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加 的滚子、轴承中的滚珠 解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的 构件固结在一起，视作一个构件 F＝3n－2pl－ph ＝3 3 －2 3 －1 ＝2 F＝3n－ 2pl－ph ＝3 2－2 2－ 1 ＝1


机械设计基础 —— 平面连杆机构
平面副
y y x
n n
o
x
o
t
t n
t
低副：转动副、移动副 (面接触)
高副：齿轮副、凸轮副(点、 线接触)
机械设计基础 —— 平面连杆机构
空间副
了解
高副：点、线接触
球面副
螺旋副
机械设计基础 —— 平面连杆机构
三、机构
机构是由构件通过运动副连接而成的
原动件：按给定运动规律独立运动的构件 从动件：其余的活动构件 机
二、运动副

运动副: 两构件直接接触而形成的可动联接 运动副元素：构成运动副时直接接触的点、线、面部分

接触形式: 点、线、面
y
o
x
机械设计基础 —— 平面连杆机构
运动副分类

按接触形式分类
按相对运动分类
机械设计基础 —— 平面连杆机构
按接触形式分类：

接触形式: 点、线、面 低副：面接触 高副：点、线接触
机械设计基础 —— 平面连杆机构
一、铰链四杆机构
1 基本型式
二杆
铰链四杆机构
三杆, 不可能.

平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构 其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的
机械设计基础 —— 平面连杆机构
基本型式（续）
C
结构特点：四个运动副均为转动副 组成： 机架、连杆、连架杆
F=0,刚性桁架，构件之间无相对运动 原动件数小于F,各构件无确定的相对运动 原动件数大于F,在机构的薄弱处遭到破坏 结论：机构具有确定运动的条件： 1 机构自由度 >0 2 原动件数 ＝ 机构自由度数
机械设计基础 —— 平面连杆机构
3 几种特殊结构的处理
2 3 1 4
②
2
3 5 6 4 1
5
6
F ＝ 3n－2pl－ph ＝ 3 5 －2 6 － 0 ＝3
2

构件可以由一个零件组成 也可以由几个零件组成
从动件 1 原动件
3
机架 4
机械设计基础 —— 平面连杆机构
机器的组成
(从运动观点看)由构件组成 (从制造观点看)由零件组成
机器
机械
机构
构件

原动构件
从动构件
零件

通用零件 专用零件
机
架
零件
静联接
构件
动联接
(运动副)
机构
与动力 源组合
机器
机械设计基础 —— 平面连杆机构
绘制路线：原动件中间传动件 输出构件 观察重点：各构件间构成的运动副类型 良好习惯：各种运动副和构件用规定符号表达 误 区：构件外形
机械设计基础 —— 平面连杆机构
例题1：破碎机
A B E
F D C
G
机械设计基础 —— 平面连杆机构
例题2：内燃机
机械设计基础 —— 平面连杆机构
例题2：内燃机
机械设计基础 —— 平面连杆机构
第2章 平面连杆机构
2-1 平面机构的运动简图和自由度
2-2 平面四杆机构的基本类型
2-3 平面四杆机构的特点及设计
基本要求: 掌握基本概念 熟练掌握机构运动简图的绘制 熟练掌握机构自由度的计算方法 掌握平面连杆机构的类型、特点、演化方法 掌握平面四杆机构的工作特性
机械设计基础 —— 平面连杆机构
4 自由度计算小结

自由度计算公式:
F＝3n－2pl－ph 机构自由度＝3×活动构件数－(2×低副数+1×高副数)

计算步骤:
确定活动构件数目 确定运动副种类和数目
确定特殊结构: 局部自由度、虚约束、复合铰链
计算、验证自由度

几种特殊结构的处理:
机械设计基础 —— 平面连杆机构
机构自由度举例：
2 3 1 4 1 5 2 3 4
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0 =1
B
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－ 0 =2
F =3n－2pl－ph = 3 2－2 2－1 =1
C A
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0 = 1
y
y
1
Ｏ 2 x
R=2
y
R=2
x
R=1
o
x
o
结论： 平面低副引入 2个约束 平面高副引入 1个约束
机械设计基础 —— 平面连杆机构
(3) 平面机构自由度计算公式
如果：活动构件数：n 低副数： pl 高副数： ph 未连接前总自由度： 3n 连接后引入的总约束数： 2pl+ph

y 1
Ｏ 2 x
机构自由度F： F=3n - ( 2pl + ph ) F=3n - 2pl - ph
动画
错
对
机械设计基础 —— 平面连杆机构
(3) 虚约束

—排除



不影响机构运动传递的重复约束 在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束 可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限 制作用的运动副叫虚约束 虚约束经常发生的场合 处理方法：计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其 3 所带入的运动副）去掉 之一为 结论