机械设计基础常用机构概述

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3、机构 机构是具有确定相对运动的构件的组合， 机构是具有确定相对运动的构件的组合，组 成机构的目的是为了使机构按照预定的要求 进行有规律的运动。 所谓平面机构，是指组成机构的所有构 件均在同一平面或相互平行的平面内运动的 机构；否则就称为空间机构。
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机械设计基础
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第10章 常用机构概述 10章
本章要点： 本章要点：
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各种常用机构 运动副的概念 机构自由度的概念
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应掌握内容： 应掌握内容：
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平面机构的运动简图绘制 自由度计算
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机构的概念
1. 零件： 零件： 机器中单独加工不可再分的单元体。 机器中单独加工不可再分的单元体。 2．构件 ．构件: 凡彼此之间没有相对运动， 凡彼此之间没有相对运动，而与其它零件之间可以有相对 运动的零件或零件组合，称为构件。 运动的零件或零件组合，称为构件。 构件可以由一个零件组成。 构件可以由一个零件组成。 也可以由几个零件组成，但应是一个刚性整体， 也可以由几个零件组成，但应是一个刚性整体，只构成一 个运动单元。 个运动单元。
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m=3n－2NL－NH =3n
长 沙 职 院 举例说明： 举例说明：
3 1 2 4
机 械 系 解：活动构件数： n=4 活动构件数： 低副数： NL=5 低副数： 高副数： NH=1 高副数：
F = 3n − 2 pL − pH = 3× 4 − 2 × 5 −1
=1
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计算平面机构自由度的注意事项
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机 械 系 转动副
约 束 数：2 自由度数： 自由度数：1
移动副
约 束 数：2 自由度数： 自由度数：1
凸轮副
约 束 数：1 自由度数： 自由度数：2
低副
高副
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机构自由度的计算
机构相对机架（固定构件）所具有的独立运动 机构相对机架（固定构件） 数目，称为机构的自由度 自由度。 数目，称为机构的自由度。 活动构件数： 活动构件数： n 低副数： NL 低副数： 高副数： 高副数： NH
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常用构件和运动副的表达方法
构件的表示方法
杆、轴类构件 机架
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同一构件
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两副构件
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三副构件
长 沙 职 院 1、转动副 机 械 系
2、移动副
3、高
副
２
（齿轮副、凸轮副） 齿轮副、凸轮副）
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平面机构运动简图的绘制
（1）分析机构的结构和运动情况 ） 找出原动部分、 找出原动部分、传动部分和工作部分 （2）确定构件、运动副的类型和数目 ）确定构件、运动副的类型和数目 （3）选择视图平面 ）
机器
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运动副的概念
两构件通过直接接触，既保持联系又能相对运 两构件通过直接接触，既保持联系又能相对运 通过直接接触 动的联接，称为运动副 运动副。 动的联接，称为运动副。
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运动副的分类
根据接触方式的不同，把运动副分为低副 高副 低副和高副 低副 高副两种。 1.低副 1.低副 两构件间为面接触 面接触的运动副为低副 两构件间为面接触的运动副为低副 （1）转动副 （2）移动副 2.高副 2.高副 两构件为点 线接触的运动副为高副 的运动副为高副。 两构件为点、线接触的运动副为高副。
F = 3n − 2 pL − pH = 3× 5 − 2 × 7 − 0 =1
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2、局部自由度 —排除 定义： 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。 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： 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。 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， 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， 滚子与安装滚子的构件固结在一起，视作 一个构件。 一个构件。
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齿轮副、 例如 齿轮副、凸轮副
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平面机构的运动简图
撇开实际机构中与运动关系无关的因素， 撇开实际机构中与运动关系无关的因素，并
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按一定比例及规定的简化画法表示各构件间相 对运动关系的工程图形称为机构运动简图 对运动关系的工程图形称为机构运动简图。 机构运动简图。
用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置 与原机械具有完全相同的运动特性
1、复合铰链 m个构件 个构件(m>2)在同一处构成转动副 在同一处构成转动副 个构件 在同一处构成 m-1个低副 2 3
3
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5
2
5
m个构件, m-1个低副
长 沙 职 院 举例说明： 举例说明： 机 械 系 解：活动构件数： n=5 活动构件数： 低副数： pL=7 低副数： 高副数： pH=0 高副数：
通常选用平行于构件的平面作为投影面
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（4）选定适当的比例尺µl，绘制机构 ） ， 运动简图
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发动机机构运动简图
1
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8
D
3 2
7
C B
4
5
6
A
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平面机构的自由度计算
1. 自由度
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构件的独立运动的数目称为构件的自由度。 构件的独立运动的数目称为构件的自由度。 一个作平面运动的自由构件有三种独立运动的 一个作平面运动的自由构件有三种独立运动的 平面运动 可能性。即有3个自由度 个自由度。 可能性。即有 个自由度。 y
b）
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修改方案
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请认真复习本节及预习下节内容 ！
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F＝3n－2pl－ph ＝3× 3－2× 3－ 1 ＝2
F＝3n－ 2pl－ph ＝3× 2－2× 2 1 － ＝1
错
对
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3、虚约束 —排除 虚约束 不影响机构运动传递的重复约束 重复约束。 不影响机构运动传递的重复约束。 特定几何条件或结构条件下 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， 限制作用一致，这种不起独立限制作用的 运动副叫虚约束。 运动副叫虚约束。 虚约束 处理方法：计算自由度时，将虚约束（ 处理方法：计算自由度时，将虚约束（或 虚约束构件及其所带入的运动副）去掉。 虚约束构件及其所带入的运动副）去掉。
2 1 A B 4 5 3
F = 3n − 2 pL − pH = 3× 3 − 2 × 3 − 2
=1
F＝3n－2PL －PH ＝3× 3－2× 4 0 － ＝1
F＝3n－2PL －PH ＝3× 4 2× 6 0 － － ＝0
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解：活动构件数： n=7 活动构件数： 低副数： pL=9 低副数： 高副数： pH=1 高副数：
b） a）
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解： 图b中，有3个活动构件，3个转动副、1个移动 个活动构件， 个转动副、
副、1个高副，即n＝3，PL＝4，PH＝1，则其自由度 个高副， M＝3n－2NL－NH＝3×3－2×4－1＝0， 机构不能运动，故设计不合理。 机构不能运动，故设计不合理。 分析要点：注意联接两构件的运动 分析要点： 副的运动轨迹能否同时满足两构件 的运动轨迹。 的运动轨迹。
机构的组成
原动件： 原动件：按给定运动规律独立运动的构件 从动件： 从动件：其余的活动构件 机 架：固定不动的构件
2 从动件 原动件 1 4 3
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机架
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机器、机构、构件、 机器、机构、构件、零件之间的关系
机 械 系 静联接 动联接 (运动副) 运动副) 与动力 源组合
零件
构件
机构
F = 3n − 2 pL − pH = 3× 7 − 2 × 9 −1 =2
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机构具有确定运动的条件
机构的主动件数等于机构的自由度数， 机构的主动件数等于机构的自由度数，且大于 0。
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如图所示为一简易冲床机 构，原动件凸轮2作逆时针匀 原动件凸轮2 速转动，经过摆杆3带动导杆4 速转动，经过摆杆3带动导杆4 实现冲头的上下冲压动作。图 实现冲头的上下冲压动作。 b为其机构运动简图。试分析 为其机构运动简图。 该机构设计方案有无错误。若 该机构设计方案有无错误。 有，应该如何修改？试绘出正 应该如何修改？ 确的机构运动简图。 确的机构运动简图。
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虚约束经常发生的场合： 虚约束经常发生的场合：
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（1）两构件组成多个移动方向一致的运动副 时； 3
3 2
F = 3n − 2 pL − pH = 3× 2 − 2 × 2 −1 =1
2 1 1
长 沙 职 院 两构件组成轴线重合的转动副时； （2）两构件组成轴线重合的转动副时； （3）机构中对传递运动不起独立作用的对称 部分所引入的约束； 部分所引入的约束； 机 械 系 （4）两构件某两点之间的距离在运动过程中 始终保持不变时。 始终保持不变时。
Ｏ
x
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2. 约束
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限制称为约束 对构件独立运动所加的限制称为约束。 对构件独立运动所加的限制称为约束。 自由度减少的个数等于约束的数目。 自由度减少的个数等于约束的数目。 运动副所引入的约束的数目与其类型有关。 运动副所引入的约束的数目与其类型有关。 在平面机构中，每个低副引入两个约束， 在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构 件失去两个自由度；每个高副引入一个约束， 件失去两个自由度；每个高副引入一个约束， 使构件失去一个自由度。 使构件失去一个自由度。