项目二 平面连杆机构 (2)

所以，只要曲柄AB转动，机构就能破碎矿石。
三、平面机构的自由度计算
求曲柄滑块机构的自由度F
解：活动构件总数n=3，PL为4个（其中转动副3个，移 动副1个）高副PH=0
由公式，F=3n-2PL-PH=3×3-2×4=1 所以，曲柄滑块机构中，只要由曲柄AB转动，滑块就 能达到往复移动而做功。
图： 压力机中的曲柄滑块机构 a）机构示意 b）机构简图 1－工件 2－滑块 3－连杆 4－曲轴 5－齿轮
实例一：内燃机
齿轮机构
6 5'
凸轮机构
1 2
6
1
6
3
+
+
= 5'
5' 4 4'
5
练习
3
C23 4
2
C234
3 4 2
B12
1
A14
B12
1
4
A14
第二节 平面机构自由度计算
一、平面机构概述
根据组成机构的各构件之间的相对运动为平面运动还是空间运动，分： • 平面机构：所有构件都在同一平面或平行平面内运动； • 空间机构：各构件不在同一平面或平行平面内运动，如机械手。
2
3
1
4
平面闭式运动链
2 3
1 4
空间闭式运动链
23
1
4
平面开式运动链
4
3
5
2 1
空间开式运动链
一、机构简介
3.构件分类
运动单元：构件
机构是怎样组成的？
连接：运动副
运动单元+连接 运动链
机构中的构件按其运动性质可分为三类：
运动链+机架 机构
机架（固定构件）：每个机构必有，常用作参考坐标系。用来支承活动构件的的构件。如各种机床的床身是机架。
平面机构
空间机构
二、自由度与约束
自由度
运动构件相对于参考系所具有的独立运动的数目，称为构件的自由度。或者说确定构件位置所需的独 立运动的参数。 任何一个构件在空间自由运动时皆有六个自由度。沿着三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动； 一个作平面运动的自由构件有三个自由度（在直角坐标系中），即沿x、y轴方向的移动以及在xoy平 面内的转动。
一、机构简介
1.运动副
两个构件直接接触又能产生一定相对运动的连接称为运动副。运动副中构件间的接触形式有点、线和面三种形式。
按照构件间的接触特性，一般运动副可分为低副和高副两类。
低副 两构件通过面接触而组成的运动副称为低副。如活塞与气缸、活塞与连杆。 根据组成低副的两构件之间的相对运动性质分： 转动副：若组成运动副的两构件之间只能绕着同一轴线作相对转动。如：内燃机的曲轴与连杆。由圆柱销和销孔及 其端面所构成的转动副称为铰链，有一个构件是固定的，称为固定铰链；没有构件是固定的，称为活动铰链。 移动副：若组成运动副的两构件之间只能沿着某一轴线方向作相对移动。 螺旋副：两构件间只能产生相对螺旋传动的运动副。
运动副的表示方法（代号）
1）转动副：一般用小圆圈“○”表示B，其圆心表示两构件相对转动的中心。 2
2）移动副：一般用“ ”和“ ”表示，矩形框的长边和直线表示移动导路或其中心线的位置。
1
3）高副：画出两构件接触处的曲线轮廓（齿轮除外：可用两节圆表示）
2
转
B
2
2
3 2
动
1
副1
1
1
移
(a)
动 副
1
2
(c)
间歇运动机构
• 能够将原动件的连续转动转变为从动件周期性运动和停歇的机构。
带、链传动机构
• 通过带传动或链传动把动力从机器的一部分传递到另一部分，使机器或机器部件 运动或运转。
螺旋机构
• 靠螺旋与螺纹牙面旋合实现回转运动与直线运动转换的机械传动。
一、机构简介
齿轮机构
凸轮机构
连杆机构
间歇机构
带传动
链传动
定出运动副的个数，各运动副的类型（移动副、 转动副、高副）
2）选择视图平面：一般选择多数构件的运动平面作为视图平面。 3）选择适当的比例尺，绘制机构运动简图 选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动副之间的相对位置，用构件和运动副的规定 符号绘制机构的运动简图。
4）标出原动件，给各构件标上代号：原动件标号为1，机架为最后标号。
一、机构简介
1.运动副
高副
两构件通过点接触或线接触而组成的运动副称为高副。如凸轮与从动件、齿轮与齿轮、车轮与钢轨。
高副中两构件之间是点或线接触，其接触部分的压强较高，故容易磨损。
一、机构简介
1.运动副
低副
运动副
高副
转动副 移动副 螺旋副 点接触 线接触
一、机构简介
2.运动链
两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统。 闭式运动链（简称闭链）：运动链的各构件构成首末封闭的系统。 开式运动链（简称开链）：运动链的各构件未构成首末封闭的系统。
螺旋传动
【举例】
4
如图所示为一典型的凸轮机构，试分析该机构由哪几个构件组成，各构
件间是怎样连接的，其工作原理如何。
该凸轮机构主要由凸轮1 、从动件2和机架3组成。滚子5的作用是为
了减少从动件2和凸轮1之间的摩擦力。弹簧4的作用是使滚子5与凸轮
1在机构运动时始终保持接触。
5
凸轮1与机架3通过转动副相连；凸轮1与滚子5通过凸轮副（高副）相 连；滚子5与从动件2通过转动副连接；从动件2与机架通过移动副连 接。
构件（杆）
常用机构运动简图符号
在
机
架
凸
上
轮
的
传
电
动
机
带
外啮合
传
圆柱齿
动
轮传动
绘制运动简图的步骤
1）分析机构
分析机构实际构造和运 循着原动件和从动件
动情况；定出机架、原
动件、从动件
之间的传动路线
找出构件总数，各构件的运动性质(移动、转动还是其它 的平面运动？)
根据各构件之间的相对运动和接 触情况(点、线、面)
自由构件的自由度
二、自由度与约束
约束
当两构件组成运动副后，它们之间的某些相对运动受到限制，对于相对运动所加的限制称为 约束。
运动副的约束数目和约束特点取决于运动副是低副还是高副。 3个自由度因该运动副引入的约束而减少，其减少的数目就等于该运动副所引入的约束的数目，
即每加上一个约束，自由构件便失去一个自由度。 又因两构Βιβλιοθήκη Baidu构成运动副后，仍需保证能产生一定的相对运动，所以对于平面机构来说，每个
目 录 Contents
1 汽车机械构造总体认识 2 平面连杆机构分析与应用 3 汽车传动系统结构认识与分析 4 汽车轮系传动应用 5 机械连接 6 汽车轴系零件应用 7 液压传动分析与应用 8 互换性与技术测量
教学目标
1、知识目标：掌握机构及运动副的概念；掌握平面连杆机构基础知识；会平面机构自由度的计 算；了解铰链四杆机构的概念；掌握铰链四杆机构的基本类型；掌握平面四杆机构曲柄存在的 条件及其特性；掌握铰链四杆机构的演化。 2、能力目标：能绘制平面机构运动简图；能对平面机构运动特性进行分析。 3、教育目标：从平面机构的应用和分析中感受平面机构的重要作用，激发学生自我学习的能力 和热情，让学生在合作学习中学会交流、相互评价，提高学生的合作意识与能力。
原动件（输入构件）：运动规律已知的构件。必有一个或几个，其运动规律由外界给定。如内燃机中的活塞。
从动件：随原动件运动而运动的其它活动构件。其中输出预期运动的从动件称为输出构件。
一、机构简介
3.构件分类
注：任何一个机构中，必有一个构件相对的看作固定件。即在任一机构中有且只有一个固定件。
机构的组成： 机构=机架＋原动件＋从动件
(b)
齿轮机构
凸轮机构
转动副：
2
1
2
2
2
2
1
1
1
移动副： 1
1
齿轮副：
1 2
2
1
2
2
1 2
1 2
凸轮副：
2 1
2 1
一、机构简介
构件的表示
① 先将构件上所有运动副按位置用符号画出；
② 用简单线条将该构件上各运动副连成一体。
一 般 构 件 的 表 示 方 法
杆、轴类构件 机架 同一构件 两副构件 三副构件
B
3 2
1
4
5
F =3n－2pl－ph = 34－25－0 =2
F =3n－2pl－ph = 32－22－1 =1
C A
F =3n－2pl－ph = 33 －24－0= 1
F =3n－2pl－ph = 3 4－25－1= 1
三、平面机构的自由度计算
破碎机构自由度
解（分析）：活动构件数n=3，转动副PL=4，高副PH=0 由公式: F=3n-2 PL- PH=3×3-2×4=1
（ μL >1时，表示缩小）
注意：机构运动简图必定与原机构具有完全相同的运动特征，因而可以根据该图对机构进行运动分析 和力分析。
（2）机构示意图：如只是为了表明机构的组成状况和结构特征，也可以不严格按比例来绘制简图。 注意：不能根据机构示意图对机构进行运动分析和力分析。 作用：表示机构的组成和运动情况；作为运动分析和动力分析的依据。
第一节 机构组成及运动简图
驾驶员转动方向盘时车轮为什么也会随着旋转？想让汽车静止不动为什么要使用手刹（驻车制动 系统）才能将车锁住？发动机气门如何开启和闭合的？要回答这些问题就要了解汽车常用机构。 汽车是一台由多种机构组成的、能进行能量转换和做有效机械功的机器。机构在机器中起着运动、 动力传递和运动形式转换的作用，如汽车发动机是将化学能转变为机械能并对外输出动力的机器， 通过底盘驱动汽车行驶。发动机由曲柄连杆机构、配气机构和燃料供给系、润滑系、冷却系、启 动系、点火系组成；底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系组成。汽车中存在大量的常用机构， 这些机构一旦出现故障，将极大地影响行车安全。 常用机构主要有平面四杆机构和凸轮机构等。发动机的正常运转、车轮的转向、气门的启闭等功 能都是由这些典型机构来实现的。汽车车轮的转向是通过平面四杆机构实现的；发动机气门的启 闭是通过凸轮机构实现的。
（1）复合铰链——两个以上构件同时在一处用转动副相联接。
有k个构件在同一处构成复合铰链时，就构成k-1个共线转动副；计算机构自由度时，应注意是否有复合铰链。
四、特殊自由度计算
1 复合铰链自由度
案例
如图所示为直线机构，其构件的长为AF=FE，AD=AB， BC=CD=DE=EB，当构件FE摇动时，C点的轨迹为垂直 于AF的直线。该机构在A、B、D、E四点均为由三个构 件组成轴线重合的两个转动副，即复合铰链。
一个
一个或几个
若干
一、机构简介
常用的机构
齿轮机构
• 机件形状特点是具有轮齿，运动特点是把高速转动变为低速转动或反之。
凸轮机构 连杆机构
• 主要机件是具有特定轮廓曲线的凸轮，利用其轮廓曲线使从动件（推杆）按指定 的运动规律作周期性的往复移动或摆动。
• 机件的基本形状是杆状或块状，运动特点是能实现转动、摆动、移动等运动形式 的相互转换。
F=3n-2PL-PH 注：由公式可知，机构自由度F取决于活动构件的数目以及运动副的性质和数目。
机构的自由度数必须大于0，机构才能运动，否则成为桁架。 机构的自由度数也即是机构所具有的独立运动的数目。（从动件不能独立运动）
三、平面机构的自由度计算 机构自由度举例
2 3
1
4
F =3n－2pl－ph = 3 3－24－0 =1
想一想：汽车发动机的曲轴-连杆-活塞运动机构的自 由度为多少才能保证其作有用功？
四、特殊自由度计算
①
2 1
3
5
4
F ＝ 3n－2pＬ－pＨ ＝ 3 5－2 6－ 0
＝3 错
②
2
3
5
6
1
6
4
F ＝ 3n－ 2pＬ－pＨ ＝ 3 5 －2 7 － 0
＝1 对
四、特殊自由度计算
计算机构自由度时应注意的问题
1
工作原理：当凸轮1绕回转轴以角速度ω1逆时针回转时，从动件2沿机 架导轨作往复移动。
3 2
1
e
一、机构简介
4.机构运动简图
（1）机构运动简图：不考虑与运动无关的因素而仅用简单线条和符号来表示构件和运动副，并按一 定的比例定出各运动副的相对位置，把这种图形称为机构运动简图。
比例尺μL=
实际长度(mm或m) 图上长度(mm)
运动副引入的约束数目最多为2个，而剩下的自由度最少为1个。
二、自由度与约束
约束
低副-转动副 约束了沿x、y轴移动的自由度，只保留一个转动的自由度。
y1 2
o x
z
y
o 2
1
2 n
t 1
t
n
低副-移动副
约束了沿y轴方向的移动和在平面内转动两个自由度，只保留沿x轴方向移动 的自由度。
高副
只约束了沿接触处公法线n-n方向移动的自由度，保留绕接触处的转动和沿接 触处公切线t-t方向移动的两个自由度。
二、自由度与约束
运动副的约束特点
名称 表示方法
转动副
A
移动副 高副
t n
A n
t
约束 x 、y （2个）
相对运动（自由度） A （1个）
y 、 （2个）
x （1个）
n n （1个）
t t A（2个）
∴ 每个低副 引入2个约束；每个高副 引入1个约束。
三、平面机构的自由度计算
设：平面机构有n个活动构件，联接前，活动构件自由度总数为3n；用运动副将活动构件与机架联 接组成机构后，活动构件具有的自由度受到约束； 机构中有PL个低副 、PH个高副，全部运动副引入的约束为为2 PL+ PH；因此活动构件的自由度总 数减去运动副引入的约束总数，就是该机构的自由度数，用F表示，有