第三章平面机构的结构分析.

第一讲

一、教学目标

(一）能力目标

能根据实物绘制机构运动简图

(二)知识目标

1.了解机构组成原理

2.理解自由度、运动副、约束的概念及三者的关系

二、教学内容

1.运动副及其分类

2.平面机构的运动简图

三、教学的重点与难点

(一）重点

平面机构的运动简图的绘制。

(二)难点

绘制简图时构件及运动副的准确表示。

四、教学方法与手段

多媒体教学，采用动画演示、实例分析、启发引导的教学方式。

3.1 机构的组成

3.1.1 运动副

运动副：两构件直接接触并能保持一定形式的相对运动的联接称为运动副。如图a)，轴承中的滚动体与内外圈的滚道、图b)啮合中的一对齿廓、图c)滑块与导槽，均保持直接接触，并产生一定的相对运动。因而它们都构成了运动副。构件上参与接触的点、线、面，称为运动副的元素。

根据运动副对构件运动形式的约束及两构件接触方式的不同，运动副可如下分类： 1、 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。

2、低副 两构件通过面接触组成的运动副称为低副。平面低副可分为转动副和移动副。 （1）转动副 若运动副只允许两构件作相对转动，则称该运动副为转动副，也称铰链。

如图所示各构件的联接就是转动副。如果转动副的两构件之一是固定不动的，则称该转动副为固定铰链。若转动副中两构件都是运动的，则称该转动副为活动铰链。

（2）移动副 若运动副只允许两构件沿接触面某一方向相对滑移，则称该运动副为移动副。如图所示。

3.1.2 自由度和运动副的约束

y

O 1

2

x

1、构件的自由度

在平面运动中，每一个独立的构件，其运动均可分为三个独立的运动，即沿x轴和y 轴的移动及在xoy平面内的转动。构件的这三种独立的运动称为其自由度，分别用x、y及α为三个独立参数表示。由上述可知：构件的自由度等于构件的独立运动参数。

平面内自由的构件，有3个自由度，而空间内自由的构件，有6个自由度。

2、运动副的约束

当两构件通过运动副联接，任一构件的运动将受到限制，从而使其自由度减少，这种限制就称为约束。每引入一个约束，构件就减少一个自由度。

（1）转动副

2——约束，1——自由度

（2）移动副

2——约束，1——自由度

（3）平面高副

1——约束，2——自由度

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。

闭链开链

3.2 平面机构的运动简图

机构的运动简图：撇开那些与运动无关的构件的外形和运动副的具体结构，仅用简单的线条和规定的符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的相对位置，表达机构的各

3

4子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。

3.2.2 机构运动简图的绘制步骤

机构简图的绘制步骤如下：

1、认真研究机构的结构及动作原理，分清固定件，确定主动件。

2、沿着运动传递路线，分析两构件间相对运动的性质，以确定运动副的类型和数目。

3、测量出运动副间的相对位置。

4、选择运动简图的视图平面和比例尺

μ (μ=实际尺寸(m)/图示长度(mm))，绘制机构

运动简图。并从运动件开始，按传动顺序标出各构件的编号和运动副的代号。在原动件上标出箭头以表示其运动方向。

以发动机配气机构为例，具体步骤如下：

1、明确机构的组成 从主动件开始(按运动传递的顺序依次进行)，即主动件(凸轮)1按顺时针方向转动，从动件(滚子)2绕转动副C 转动，从动件3绕转动副D 摆动，构件4作往复运动。故配气机构由5个构件，3个转动副A 、C 、D ，一个移动副F 和两个高副B 和E 组成。

2、选择视图平面 一般选择与各构件运动平面相互平行的平面作为绘制机构简图的视图平面。

3、绘制机构简图 选择适当的比例，从主动件开始依次绘图，则就可以得到配气机构的机构运动简图。

作图时，要选用一定的长度比例尺l ，它是机构中任一实际尺寸与代表该尺寸的图形

线段长度之比，单位m ／mm 。

小结：

1. 运动副及其分类

2. 平面机构的运动简图 作业与思考：

1、平面机构中若引入一个高副将带入( )个约束，而引入一个低副将带入( )个约束。约束数与自由度数的关系是( )。

2、两个做平面平行运动的构件之间为( )接触的运动副称为低副；而为( )或( )接触的运动副称为高副。

3、机构运动简图有什么作用？如何绘制机构运动简图？

4、何谓自由度和约束？

第二讲

一、教学目标

(一）能力目标

熟练掌握机构自由度计算，并能准确判断机构运动是否确定 (二)知识目标

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，并做出正确处理 二、教学内容

平面机构的自由度的计算

三、教学的重点与难点

(一）重点

平面机构的自由度的计算。

(二)难点

机构中复合铰链、局部自由度和虚约束的判断。

四、教学方法与手段

多媒体教学，注重举引典型实例进行分组讨论、归纳总结。

3.3 平面机构的自由度

3.3.1 平面机构的自由度

如图所示的曲柄滑块机构，如给定任一活动件一个确定的运动，例如给定滑块一个独立运动规律s = f（t），则其余构件的运动规律即可完全确定。

这说明曲柄滑块机构只有一个独立运动，或者说只有一个自由度。要使该机构具有确定的运动，必须给定该机构中一个构件的运动规律。

又如铰链四杆机构，如机构有两个独立运动，或者说有两个自由度，要使该机构具有确定的运动，必须同时给定两个独立运动规律。

机构的自由度：机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。

机构的自由度可能是一个、两个，甚至两个以上。

若某机构由N个构件组成，除去机架，机构中共有n=N－1个活动件。构件在连接之前，