第三章平面机构的结构分析

第3章平面机构的结构分析

（一）基本要求:

1、熟练掌握机构运动简图的绘制方法。能够将实际机构或机构的结构图绘制

成机构运动简图；能看懂各种复杂机构的机构运动简图；能用机构运动简图表达自己的设计构思。

2、掌握运动链成为机构的条件。

3、熟练掌握机构自由度的计算方法。能自如地运用自由度计算公式计算机构自由度，尤其是平面机构的自由度。

4、能准确识别出机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约束，并作出正确处理。

（二）教学的重点与难点:

机构运动简图的绘制、机构自由度的计算、判断运动链能否成为机构和机构的组成原理是本章学习的重点。前面两个重点又是学习中的难点和必须正确熟练掌握的内容。

（三）教具

挂图

（四）教学内容

3.1 机构的组成

3.2 平面机构的运动简图

3.3 平面机构的自由度

3.1 机构的组成

3.1.1 运动副

所有构件都在同一平面内或平行平面内运动的机构称为平面机构，否则称为空间机构。由于机械中常见的机构多为平面机构，故本章仅讨论平面机构。

使两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接，称为运动副。轴承中的

滚动体与内、外圈的滚道、啮合中的一对齿廓、滑块与导槽，均保持直接接触，并能产生一定的相对运动，因而它们都构成了运动副。

运动副：两构件直接接触所形成的可动联接。

运动副元素：两构件直接接触而构成运动副的点、线、面部分。

轴与轴承间构成运动副，轴的外圆凸轮与滚子间构成运动副，凸轮

柱面与轴承内孔为运动副元素。与滚子接触部分为运动副元素。

3.1.2 自由度和运动副约束

一个作平面运动的构件有3个独立运动的参数：沿轴x、轴y和绕垂直于xoy 平面的轴的转动。这个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。运动副每引入一个约束，构件就失去一个自由度。

运动副的类型

一、按运动副的接触形式分：

低副：构件与构件之间为面接触，其接触部分的压强较低。

高副：构件与构件之间为点、线接触，其接触部分的压强较高。

（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

两构件只能组成在一个平面内作相对转动的运动副称为转动副（或铰链），如下图片。

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。

3.高副

两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。如图所示，凸轮与从动杆及两齿轮分别在其接触处组成高副。

低副接触高副接触

二、按相对运动的形式分：

平面运动副：两构件之间的相对运动为平面运动。

空间运动副：两构件之间的相对运动为空间运动。

平面运动副空间运动副

三、按接触部分的几何形状分

圆柱副球面副球面与圆柱副螺旋副圆柱与平面副【表1.1 运动副所属类型、代号及表示符号】

3.1.3 运动链和机构

两个以上的构件以运动副联接而构成的系统称为运动链。未构成首末相连的封闭环的运动链称为开链，否则称为闭链。在运动链中选取一个构件固定（称为机架），当另一构件（或少数几个构件）按给定的规律独立运动时，其余构件也随之作一定的运动，这种运动链就成为机构。机构中输入运动的构件称为主动件，其余的可动构件称为从动件。由此可见，机构是由主动件、从动件和机架三部分组成的。

运动链是指两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统。

闭式运动链（闭链）：运动链的各构件构成首末封闭的系统。

开式运动链（开链）：运动链的各构件未构成首末封闭的系统。

闭链开链

在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按给定运

动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各构件都有确定的相对运动，则此运动链成为机构。

机构：具有确定运动的运动链。

机架：机构中固定不动的构件；

原动件：按照给定运动规律独立运动的构件

从动件：其余活动构件。

平面机构：组成机构的各构件的相对运动均在同一平面内或在相互平行的平面内。

空间机构：机构的各构件的相对运动不在同一平面内或平行的平面内。

平面机构空间机构

3.2 平面机构的运动简图

机器是由机构组成，因此，在对现有机构进行分析，还是构思新机械的运动方案和对组成新机械的构作进一步的运动及动力设计时，需要一种表示机构的简明图形——机构运动简图。

机构运动简图：用国家标准规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图形。它与原机械具有完全相同运动特性。

机构示意图：为了表明机械的组成状况和结构特征，不严格按比例绘制的简图。

功用：

1. 现有机械分析

2. 新机械总体方案的设计

3.2.1 运动副及构件的表示方法

机构是由若干构件通过若干运动副组合在一起的。在研究机构运动时，为了便于分析，常常瞥开它们因强度等原因形成的复杂外形及具体构造，仅用简单的符号和线条表示，并按一定的比例定出各运动副及构件的位置，这种简明表示机

构各构件之间相对运动关系的图形称为机构运动简图，常用的运动副代表符号见下表

表1.2 构件及其运动副相联接的表达法

【表1.2 构件及其运动副相联接的表达法】