机械设计基础项目四 平面机构运动的基本知识

• （1）低副 两构件通过面接触组成的运动 副称为低副。低副又可分为转动副和移动 副。
• 1）转动副。组成运动副的两构件只能绕某 一轴线在某一平面内做相对转动的运动副 称为转动副，又称为铰链。如图4-1（a） 所示。
• 2）移动副。组成运动副的两个构件只能沿 某一方向做相对直线运动，这种运动副称 为移动副。如图4-1（b）所示
作用的约束称为虚约束。在计算自由度应先去除 虚约束。
二、平面机构具有确定运动的条件
• 机构是具有确定的相对运动的构件组合体， 无相对运动的构件组合或无规则乱动的构 件组合都不能实现预期的运动传递和变换。 当机构中一个或几个主动件位置确定时， 其余从动件的位置也随之确定，则称机构 具有确定的相对运动。平面机构具有确定 的相对运动。平面机构具有确定运动的充 分必要条件为：机构自由度大于0，且主动 件数目等于机构的自由度。
从动件。
• 2、机构运动简图的符号 • 见附录1。 • 3、平面机构运动简图的绘制 • 绘制平面机构运动简图按下述步骤进行： • 1）分析机构的结构和运动情况。 • 2）确定构件、运动副的类型和数目。 • 3）选择视图平面。 • 4）选定适当的比例尺。 • 5）绘制机构运动简图。
情景二 计算平面机构的自由度
情景一 平面机构
• 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。
一、运动副
• 1、运动副的概念 • 两构件直接接触并能产生一定相对运动的
联接方式称为运动副。 • 2、运动副的分类 • 两个构件组成的运动副，通常用3种接触形
式联接起来，即点接触、线接触、和面接 触。按照接触的特性，通常把平面运动副 分为低副和高副两大类。
• ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ4-4 平面运动构件的自由度
一、平面机构自由度的计算
• 设一个平面机构中共有N个构件，其中一个构件 是机架，故活动构件件数n =N-2，再假设该机构 中共有P1个低副和P2个高副。由于一个活动构件 有三个3个自由度，在没有用运动副相连之前，n 个活动构件共有3n个自由度。每一个低副引入2 个约束，使构件失去2个自由度；每一个高副引入 1个约束，使构件失去1个自由度。当用P1个低副 和P2个高副连接起来后，共引入（2P1 +P2 ）个 约束，也就失去了（2P1 +P2 ）个自由度。所以 该机构的自由度为:
• F = 3n - 2P1 - P2
• 计算平面机构自由度时，要注意三种特种情况。 • 1、复合铰链 • 两个以上的构件共用同一个转动轴线所构成的转
动副称复合铰链。 • 2、局部自由度 • 在机构中不影响运动输出与输入关系的个别构件
的独立运动自由度称为局部自由度。 • 3、虚约束 • 在机构中与其他约束重复而对运动不起独立限制
• 1、机构运动简图及分类 • 表示机构各构件之间相对运动关系的简单图形，
称为机构运动简图。 • 机构中的构件可分为以下3类： • （1）机架 机构中的固定构架称为机架，它的作
用是支撑运动构件。 • （2）主动件 由外界给定运动规律的构件称为主
动件，一般主动件与机架相连。 • （3）从动件 除主动件以外的全部活动构件称为
• （2）平面高副
• 如图4-1（c）所示的齿轮副和如图4-1(d)所 示的凸轮副都是高副。
• 除上述常见的平面运动副外，常用的运动 副还有螺旋副（如图4-1(e)所示）和球面副， 称为空间运动副。
• 图4-1 平面运动副 • a）转动副 b）移动副 c）平面高副 d）平面高副 e) 螺旋副
二、平面机构运动简图
• 一个作平面运动的自由构件可以产生三个独立运 动，即构件随任一点A沿x轴方向和y轴方向的两 个位移以及绕A点的转动。构件的这种独立运动 称为自由度，所以作平面运动的构件具有三个自 由度。当构件2与固连在坐标轴上的构件1在A点 铰链而形成运动副时，构件2沿x轴方向和y轴方向 的独立运动将受到限制。这种将连接对独立运动 的限制称为约束。由此可见，平面机构中低副引 入两个约束，仅保留一个自由度；高副引入一个 约束，而保留两个自由度。如图4-4所示。