第二章 机构的组成及自由度计算

若基本杆组的运动副全部为低副，则n/2=Pl/3,n=2，Pl=3； n=4，Pl=6……
Ⅱ级杆组——最简单的基本杆组由2个构件，3个低副组成。
Ⅱ级杆组应用最广，前例颚式破碎机构分解为Ⅱ级杆组，为 Ⅱ级机构。
Ⅲ级杆组——4个构件，6个低副组成
颚式破碎机机构如果以构件5为原动件，为分解为Ⅲ级杆
组，为Ⅲ级机构。
§2-2 平面机构运动简图
1、机构运动简图：简明表示机构各构件之间相对运动关系的图形 （按比例，用特定的符号和线条） 和运动有关的：运动副的类型和数目，构件相对位置和数目 和运动无关的：构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、 运动副的具体构造
2、机构示意图：只需表明机构运动传递情况和构造特征， 不必按严格比例所画的图形
三、运动副及其分类
概念：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接。 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。 类型： （一） 低副 两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。根据两构件间 的相对运动形式，低副又可分为转动副和移动副。 1.转动副 （或铰链） 两构件只能在一个平面内作相对转动
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2、常用机构和运动 副的表示方法：
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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： 总目录 上一页 下一页 结 束
凸轮副：
2 2
1
1
2、构件（杆）：
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3、绘机构运动简图的步骤 1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目； 2）确定所有运动副的类型和数目； 3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）； 4）确定比例尺； l
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2、组成： 机架：固定不动的构件 原动件：输入运动规律的构件 从动件：其它的活动构件 3、平面机构：各构件的相对运动在同一平面或互相平行 空间机构：各构件相对运动不完全在同一平面或相互 平行，即平面空间交错
曲柄滑块机构
蜗杆传动
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二、自由度
一个作平面运动的自由构件有三个独立运动的可能性。构 件所具有的这种独立运动的数目称为构件的自由度。所以一个 作平面运动的自由构件有三个自由度。 但当这些构件之 间以一定的方式联接 起来成为构件系统时， 各个构件不再是自由 构件。两相互接触的 构件间只能作一定的 相对运动，自由度减 少。这种对构件独立 运动所施加的限制称 为约束。 总目录 总目录 下一页 下一页 结 束 结束 束 上一页 上一页 下一页 结
F=3n- 2PL-PH =3*5-2*5-4=1 总目录
F=3n- 2PL-PH =3*4-2*4-2=2 上一页 下一页 结 束
4、轨迹重合：在机构中，若被联接到机构上的构件，在联接 点处的运动轨迹与机构上的该点的运动轨迹重 合时，该联接引入的约束是虚约束，
F=3n- 2PL-PH =3*4-2*6-0 =0 F=3n- 2PL-PH =3*3-2*4-0 =1
多媒体教学课件
吉林化工学院
机械设计教研室
高 路
前 言
该课件由西北工业大学出版的《机械原理教程》及《机
械设计教程》两部分组成。增添了一些插图、动画和工程
应用等素材，有利于增强感性认识和提高学习兴趣。
第第 一二 章章 绪机 论构 组 成 及 其 自 由 度 的 计 算
第 三 章 平 面 机 构 的 速 度 分 析
限制两个自由度（两个移动）保留一个自由度（转动）
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2.移动副 两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。
限制两个自由度（一个移动，一个转动） 保留一个自由度（移动 ）
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3.高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。
限制一个自由度（一个移动） 保留两个自由度（一个移动，一个转动） 总目录 上一页 下一页 结 束
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第二章 机构的组成及自由度的计算
§2-1 平面机构的组成
一、机构的组成与分类
链接8
1、概念：机构是具有确定相对运动的构件的组合，是由构件和运 动副组成。用来运动和动力的可动装置。 构件：机构中的（最小）运动单元，是组成机构的基本要素之 一，一个或若干个零件刚性联接而成 （1）、实际的构件可以是一个独运动的零件，也可以是若干个零 件而连在一起的一个独立运动的整体 （2）、构件是机构中的刚性系统，构件中各零件间不能相对运动 （3）、构件的图形在表达上是用最简单的线条或几何图形来表达。
1.4.1 平面机构的组成原理
原理：机构原动件数=机构自由度数——机构-（机架+原动
件）——构件组的F=0——构件组再拆分更简单的F=0的构件组 杆组（基本杆组）：不能再拆的自由度为零的构件组。 组成原理=若干个基本杆组+（原动件+机架） 例：颚式破碎机机构
1.4.2 平面机构的结构分类
F=3n-2Pl-Ph=0
第 五 章 机 械 的 平 衡
第 六 章 机 械 运 转 及 速 度 波 动 调 整
第 七 章 平 面 连 杆 机 构 及 其 设 计
第 八 章 凸 轮 机 构 及 设 计
第 九 章
齿 轮 机 构 及 设 计 1 7
第 九 章
齿 轮 机 构 及 设 计 8
第 十 章 轮 系
பைடு நூலகம்( ~ )
( ~ 10 )
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单缸内燃机
颚式破碎机 总目录 上一页 下一页 结 束
关系：
组成
零件
构件
组成
组成
机构 机械
机器
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§1—2 机械设计基础课程的内容、性质和任务
一、课程的内容 搞清基本概念，理解常用机构和通用零部件的工作原理、运动特点、结构 特点、基本的设计理论和设计方法（不考虑零件的材料、强度、结构及工艺性 的机构运动尺寸的设计）。 二、课程的性质 性质：技术基础课 作用：承上启下 特点：科学性，综合性，实践性 三、课程的任务 1.了解常用机构的结构，运动特性，初步具有分析和设计常用机构的能力。 2.掌握通用零件的工作原理、结构特点、设计计算和维护等知识。并初步具有 设计简单机械传动装置的能力。 3. 具有运用标准，规范，手册，查阅相关技术资料能力。 4.获得本学科实验技能的初步训练。 5.通过本课程的学习为后续专业课程打好基础。
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第一章 绪
论
§1—1 本课程研究的对象与内容
机 器 组 成 辅助系统 原动机 传动装置 控制系统 执行部件
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原动部分——驱动机器的动力源 。 如：电动机、内
燃机等 执行部分——完成机器预定功能的组成部分。如：机 床的刀具加工部分、进给装置等。 传动部分——连接原动部分和执行部分的中间部分， 用以改变原动机的运动形式、运动及动 力参数，以满足执行部分的需要。如： 减速器、变速器、增速器等。
C 3
2 3 1 4
D' D 4 4 E
1
F>0
原动件数<F，运动不确定
2 B 1 A 1
C'
5
原动件数>F，机构破坏 总目录 上一页 下一页 结 束
试计算图示挖土机的自由度，并说明为什么要配置三个油 缸。
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缝纫机刺布机构 总目录 上一页
油泵 下一页 结 束
雷达天线
2 1
3 2 1
F=3n- 2PL-PH =3*5-2*6-0 =3
F=3n-2PL-PH =3*5-2*7-0 =1
3
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2、局部自由度 在机构中，某些构件具有不影响其它构件运动的自由度。 多余的自 由度是滚子2 绕其中心转动 带来的局部自 由度，它并不 影响整个机构 的运动，在计 算机构的自由 度时，应该除 掉。 F=3n- 2PL-PH =3*3-2*3-1=2 总目录 F=3n- 2PL-PH =3*2-2*2-1=1 上一页 下一页 结 束
缝纫机踏 板
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四、计算平面机构自由度的实用意义
1 判定机构的运动设计方案是否合理
2 修改设计方案 （1） F=0:增加一构件带进一平面低副 （2） F<>原动件数目：增加一构件带进两平面低副 增加原动件数目 3 判定机构运动简图是否正确
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1.4、平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
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5、两构件在几处接触构成高副，其接触处的公法线重合。
F=3n- 2PL-PH =3*4-2*4-4 =0 F=3n- 2PL-PH =3*4-2*4-2 =2
虚约束作用：对机构的运动无关，但可以改善机构的受力情况， 增强机构工作的稳定性
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一、基本术语
机械：机构和机器的总称。 机构：由若干构件组成，用以传 递运动和动力， 构件间有确定 相对运动。 构件：由若干个零件组成，各零件间无相对运动的组合体。 指刚体构件（弹性构件——弹簧；柔性构件——带、链；气 液体构件——气压与液压传动的气体、液压油等） 机器：根据某种运动要求设计的机械运动装置。 零件：机器中不可再分的单元。是组成机器的基本要素。 零件分为 通用零件——齿轮，轴 专用零件——曲轴，活塞 标准零件——螺栓，滚动轴承。
由此可知，同 一机构以不同构件 为原动件，杆组级 别不同 1.4.3 平面机构的结构分析 1、计算机构自由度，确定原动件 2、从远离原动件的构件开始拆分基本杆组 3、先试拆Ⅱ级杆组，若不成再拆分Ⅲ级杆组 4、每拆一个基本杆组，留下的部分应与原机构自由度相同， 至拆出全部杆组，余下原动件和机架为止 平面机构的结构分析了解平面机构的组成，确定平面机构 的级别。
3、虚约束 重复而不起独立限制作用的约束称为虚约束。计算机构的自 由度时，虚约束应除去不计。 (1)、两构件构成多个导路平行的移动副
F=3n- 2PL-PH =3*3-2*5-0 =-1
(2)、两构件组成多个轴线互相重合的转动副 总目录 上一页 下一页 结 束
(3)、机构中存在对传递运动不起独立作用的对称部分
PL个低副： 限制 2PL个自由度
PH个高副： 限制 PH 个自由度
机构的自由度以F表示：
F=3n- 2PL-PH
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F=3n- 2PL-PH =3*7-2*8-4 =1
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二 注意事项
1.复合铰链 两个以上个构件在同一条轴线上形成的转动副.由K个构件组 成的复合铰链包含的转动副数目应为（K-1）个。
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图示为一简易冲床的设计图。试分析设计方案是否合理。 如不合理，则绘出修改后的机构运动简图。
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三、平面机构具有确定相对运动的条件
机构要能运动，它的自由度必须大于零。机构的自由度表明 机构具有的独立运动数。由于每一个原动件只可从外界接受一个 独立运动规律（如内燃机的活塞具有一个独立的移动）因此，当 机构的自由度为1时，只需有一个原动件；当机构的自由度为2时， 则需有两个原动件。故机构具有确定运动的条件是：原动件数目 应等于机构的自由度数目。 F≤0，构件间无相对运动，不成为机构。 原动件数=F，运动确定
实际尺寸m 图上尺寸(mm)
5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)）
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例 试绘制内燃机的机构运动简图
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§2-3 平面机构的自由度
一、平面机构的自由度的计算
机构自由度：机构中活动构件相对于机架所具有的独立运动的数 目（与构件数目，运动副的类型和数目有关）。 n个活动构件：自由度为3n。