机械原理

内容：
①机构组成及具有确定性运动的条件； ②机构的结构分类；
③机构的组成原理。
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第2章 平面机构的结构分析
机构：
用构件间能够相对运动的连接方式 组成的构件系统。
平面机构：
各运动构件都在同一平面或相互平行 的平面内运动的机构。（常见的机构 大多数为平面机构）。
空间机构：
至少有两个构件在三维空间中 存在着相对运动。
C第2章 平面机构的结构分析 D 3 C’ 4
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第2章 平面机构的结构分析
内燃机运动简图：
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第2章 平面机构的结构分析
例2-6：小型压力机机构运动简图的绘制
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第2章 平面机构的结构分析
小型压力机的组成
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第2章 平面机构的结构分析
小型压力机运动简图
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第2章 平面机构的结构分析
注意事项：
绘制机构运动简图时应该注意合理的构件位置， 使所绘制的运动间图最为清楚。
机构就是带有机架和原动件，具有确定相对运动的运动链。
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第2章 平面机构的结构分析
机构中各构件的名称： 机架 ——机构中的固定构件； 一般机架相对地面固定不动，但当机 构安装在运动的机械上时则是运动的。 原动件 ——按给定已知运动规律独立 运动的构件； 常以转向箭头表示。 从动件 ——机构中其余活动构件。 其运动规律决定于原动件的运动规律 和机构的结构和构件的尺寸。
在支架上的电机
带传动
链传动
凸轮机构
外啮合圆柱齿轮 机构
内啮合圆柱齿轮 机构
齿轮齿条机构
圆锥齿轮机构
蜗杆机构
棘轮机构
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第2章 平面机构的结构分析
4、机构运动简图绘制的步骤
（1）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，查明 组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置；
（2）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性的视图平面）；
1 4 3
2
2 1 3 4 1
2
3 4
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第2章 平面机构的结构分析
当原动件2回转时，连杆3在滑块4中往 复运动； 连杆3与偏心轮2是转动的面接触，两 者可以相对转动； 滑块4与机架1也是转动的面接触，两 者可以相对转动。 偏心轮机构运动简图：
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第2章 平面机构的结构分析
例2-5 内燃机运动简图
= ３ 4－ 2 5 － 0 = 2
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第2章 平面机构的结构分析
2）当运动链的F=0时，说明活动构件在自由状态下的自由度总 数与由于运动副所限制的自由度相等，构件之间不存在相对运 动，形成一个刚性桁架。 若认为三角形是一个运动链，则： n=2，PL=3，PH=0，故 F=３n－ 2PL － PH =３2－ 2 3－ 0= 0 这是一个静定的桁架。从运动的观 点来看，相当于焊成一体的三角架， 是一个构件。
第2章 平面机构的结构分析
例2-3
偏心泵机构运动简图
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第2章 平面机构的结构分析
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第2章 平面机构的结构分析
例2-4
偏心轮机构运动简图
1 4 3
2
2 2套在滑块 2 圆盘 3 1 1 3孔内，滑块 3 3 4 在圆盘 4的槽中 4 滑动，圆盘4相 对于机架1转动。
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第2章 平面机构的结构分析
移动副：
导路必须与相对移动方向一致。
若组成运动副的两构件中有一个为机架，则在代表机架的 构件上加阴影线。
1 2 1 2 1
1 2
1 2 1 2 2
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第2章 平面机构的结构分析
高副：
画出两构件接触处的曲线轮廓。
齿轮副： 以点划线画出一对 节圆表示齿轮副。
凸轮副： 用完整的轮廓曲线 表示凸轮。
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x y y x
齿轮副
凸轮副
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第2章 平面机构的结构分析
低副： 引入2个约束
高副： 引入1个约束
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第2章 平面机构的结构分析
二、平面机构自由度及其计算公式
机构自由度： 机构相对于机架的独立运动的数目
从动件运动是不独立的，只有原动件才能独立运动，通常 每个原动件具有一个独立的运动，一个机构的自由度和原 动件的数目相同。
运动链
按结构分
开式运动链 （简称开链）
2 3 4 1
1
2 3 4
2 1
3 4
3 2
4 5 1
平面闭式运动链
空间闭式运动链
平面开式运动链
空间开式运动链
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第2章 平面机构的结构分析
运动链与机构的联系： （1）一个闭式运动链； （2）将一构件固定不动（机架）； （3）1个或数个构件具有确定的运动（原动件）； （4）原动件运动时，其他构件就有确定的运动。 运动链 机构
C
D
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b）凸轮机构
解：该机构具有 3个构件，活动构件数 n 为 2 ；低副数 PL=2 ；高副数 PH=1 。根 据机构自由度计算公式，该机构的自 由度F为 F=３n－ 2PL － PH =３2－ 2 2 － 1 1 = 1
c）铰链五杆机构 解：该机构具有5个构件，活 动构件数n为4；低副数PL=5； 高副数PH=0。根据机构自由 度计算公式，该机构的自由 度F为 F=３n－ 2PL － PH
第2章 平面机构的结构分析
2.1 平面机构的组成 2.2 平面机构运动简图 2.3 平面机构的自由度计算 2.4 平面机构的组成原理及结构分析
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第2章 平面机构的结构分析
结构分析—运动分析和动力分析以及机构综合的前提。 目的：
①探讨机构运动的可能性及运动确定性条件； ②机构分类，建立运动分析和动力分析的方法； ③绘制机构运动简图。
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第2章 平面机构的结构分析
3）当运动链的F0时，说明活动构件在自由状态下的自由度 总数小于由于运动副所限制的自由度，构件之间不存在相对 运动，形成一个超静定桁架。
若认为右图是一个运动链，则： n=3，PL=5，PH=0，故 F=３n－ 2PL － PH =３3－ 2 5－ 0 = － 1
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第2章 平面机构的结构分析
在平面四杆机构中：
汽缸1为机架，活塞2为原动件，连杆3和曲轴4为从动件。 活塞2在汽缸1作往复运动，2与1组成移动副，活塞2与连 杆3，连杆3和曲轴4 ，曲轴4和机架1之间均组成转动副。
在齿轮机构中： 齿轮5固定在曲轴4上，齿轮5为原动件，齿轮6为从动件， 齿轮5、6均与机架组成转动副。 在凸轮机构中： 凸轮7为原动件，与齿轮6处于同一轴上，进气阀顶杆8为从 动件；凸轮7与顶杆8组成高副；顶杆8相对于机架作往复运 动；凸轮7与机架1组成转动副。
平面机构运动简图是什么？
用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动 副的相对位置，并能完全反映机构特征的简图。
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第2章 平面机构的结构分析
如何绘制平面机构运动简图？
1、运动副的表示
转动副： 以圆圈表示，圆心代表转动轴线。
2 2 2 2 2 1 1 1 1
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第2章 平面机构的结构分析
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第2章 平面机构的结构分析
转动副（铰链）： 组成运动副的两构件只能在一个平面内相对 转动。每个构件只剩1个转动自由度。
移动副：
组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对 移动。每个构件只剩1个平动自由度。
y
y x
x
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第2章 平面机构的结构分析
高副：
组成高副的两构件间的相对运动是沿接触处切线 方向的相对移动和在平面内的相对转动。每个构 件有2个自由度。
（3）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。
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第2章 平面机构的结构分析
1-原动；4-机架。
1-4在A处组成回转副；
例2-1：
1-2在B处组成回转副； 2-3组成移动副； 3-4组成移动副。

B
3 2 1
A 4
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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C B
A
D
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第2章 平面机构的结构分析
如果给定两个运动，如构件1和构件3的转动，则构件3必须具 有两个运动，这是不可能的，还会导致机构破坏。
C
B
A
D
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2
b) 铰链五杆机构：F=2，有2 个独立运动，如果给定一个 B 运动（构件1的转动），其它 1 构件的运动是不能确定的， 机构的运动则是不确定的。 A
3 4 1原动件 2
从动件
机架 平面铰链四杆机构
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第2章 平面机构的结构分析
机构常分为平面机构和空间机构两类，Planar and spatial 其中平面机构应用最为广泛。
原动件
2 3
从动件
1
机架
4
空间铰链四杆机构
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2.2 平面机构运动简图
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第2章 平面机构的结构分析
这是一个超静定的桁架。从运动的观点来看，这相当于是一个 构件。
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三、机构具有确定运动的条件
1）给定运动与自由度的关系 自由度F0的运动链是可以运动的，但在什么条件下具有确 定的运动？机构是在原动件的作用下才运动的。 a) 铰链四杆机构： F=1，有一个独立运动，如果给定一个运 动（构件1的转动），其它构件的运动都有确定的运动。
低副（平面接触，移动副）
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高副
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3) 运动副的 表示（之一）
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3) 运动 副的表示 （之二）
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二、运动链
构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统。 按运动分 平面运动链 空间运动链 闭式运动链 （简称闭链）
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2.1 平面机构的组成
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一、运动副 1）运动副定义
运动副：两构件直接接触而构成的可动联接。
运动副元素是两构件参与接触而构成运动副的表面。
转动副
移动副
齿轮副
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2) 运动副的分类
1）按两个构件运动关系分为：平面运动副和空间运动副 2）按其引入的约束数目分 Ⅰ级副、 Ⅱ级副、 ……Ⅴ级副 3）按其接触形式分 高副(higher pair)： 点、线接触的运动副 面接触的运动副 低副(lower pair)：
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第2章 平面机构的结构分析
1、基本公式
每个作平面运动的自由构件有3个自由度； 每个低副引入2个约束，即所限制的自由度为2。 每个高副引入1个约束，即所限制的自由度为1； 所以，若某机构含有 n 个活动构件， PL 个低副， PH 个高 副，则该机构的自由度(degrees of Freedom)：
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第2章 平面机构的结构分析
2.3
平面机构的自由度计算
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第2章 平面机构的结构分析
一、构件的自由度和运动副的约束
构件的自由度： 构件所具有的独立运动的数目。
一个作平面运动的自由构件具有3个自由度
约束：运动副对构件运动的限制作用。
限制1个独立运动=构件上加1个约束=失去1个自由度 限制独立运动的数目=约束数=自由度减少的数目 构件组成运动副后，构件间的直接接触使某些独立运动受到 限制，即引入了约束，自由度因而随之减少。 运动副不同，引入了约束的数目也不尽相同。
4）按其相对运动形式分
转动副(fixed pivot)（回转副或铰链） 移动副(sliding pair) 螺旋副(helical joint) 球面副(spherical joint)
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第2章 平面机构的结构分析
凸轮高副（点接触）
齿轮高副（线接触）
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低副（曲面接触，转动副）
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2、构件（杆）的表示－用最简单的线条直线表示
构件和两个运动副联接时的表示方法:
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第2章 平面机构的结构分析
一般来说，参与组成3个转动副的构件可用三角形表示。
通常在三角形内加剖面线或在三个角上分别涂以焊缝的标记， 表明三角形是一刚性整体。
3．常用机构的专门符号（有国家标准） 机械原理 第2章 平面机构的结构分析
F 3n 2 PL PH
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2、举例与讨论
1) 由于机构的自由度是机构的独立运动的数目，因此要使 机构能够运动，其自由度F0。
a）铰链四杆机构 解：该机构具有 4 个构件，活动构件 数n为3；低副数PL=4；高副数PH=0。 根据机构自由度计算公式，该机构的 自由度F为 F=３n－ 2PL － PH =３3－ 2 4 － 0 = 1 A B
第2章 平面机构的结构分析
例2-2：颚式破碎机机构运动简图的绘制
1－机架；2－偏心轴；3－动颚；4－肘板
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第2章 平面机构的结构分析
偏心轴2与机架1绕轴线A相对转动； 动颚3与偏心轴2绕轴线B相对转动； 肘板4与动颚3绕轴线C相对转动； 板4与机架1绕轴线D相对转动。
颚式破碎机运动简图：
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