机械原理课件第2章机构的组成原理和机构类型综合

双 副 构
件
三 副
构件和运动副的表示方法
两构 件为 活动 转 构件 动 副
有一 个构 件固 定
1 2
1 1
2
1 2
1 2
2
1
2
2
1
两构
件为
2
活动
2
移 构件
1
1
动
副
2 1
2 1
有一
个构
件固
2
定
1
2
2
2
1
1 1
齿轮
的轮
齿与
高
轮齿 接触
副
凸轮 与从 动件 的接 触
1
1
1
2
2
2
2
2 2
1
1
1
机构运动简图应满足的条件：
绘制机构运动简图的步骤：
①运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；
②测量各运动副之间的尺寸，选视图平面（通常选与运动平面平行的平
面），绘制示意图；
③按比例绘制运动简图；
④ 检验机构是否满足运动确定的条件。
举例：绘制破碎机的机构运动简图。
分析：该例题中各构件全部由转动副连接而成，其中O、E、F三处是与机架
相连的固定铰链，原动件为AC，作整周旋转。 难点：关键是搞清楚原动构件AC是一个作整周旋转的偏心轮，不容易看出。
F OA
BD E C
颚式破碎机
举例：绘制图示偏心泵的运动简图
分析：该例题中共有四个构件，三个转动副，一个移动副。原动件是 一个 偏心轮，其上有两个转动副。另外一个构件是摇块，其外形是圆柱，与机 架构成转动副，与深黄色构件（连杆）构成移动副 。
1（y） = 3
自由构 件的自 由度数
结论：构件自由度＝3－约束数＝自由构件的自由度数－约束数
推广到一般情况：
设一个平面机构，共有n个活动构件，用PL个低副和PH个高副连接。如上所述，
一个没有任何约束的构件作平面运动时具有3个自由度，一个低副有两个约 束条件，一个高副有一个约束条件。因此：
活动构件数 n
机械原理课件第2章机构的组成原 理和机构类型综合
2.1 内容提要及基本概念
2.1.1 内容提要
1. 掌握平面运动副的类型及其提供的约束条件、运动链成为机构的条件、 平面机构运动简图的绘制方法和步骤、平面机构自由度的计算方法。
2. 了解机构的组成原理。
2.1.2 基本概念复习 1. 机构的组成及运动简图 1）构件与运动副
面接触（应力低）的运动副称为低副，例如转动副（回转副）、移 动副 ；点、线接触的运动副（应力高）称为高副，例如滚动副、凸轮副、 齿轮副等。
2）运动链和机构 运动链——两个以上的构件通过运动副的连接而构成的系统。 分为闭式运动链和开式运动链两种。
作者：潘存云教授
机构——将运动链中某一构件固定，而其余构件相对于它有确定 运动，此种运动链称为机构 。
构件总自由度 3×n
低副约束数 2 × PL
高副约束数 1 × Ph
计算公式： F=3n－(2PL +Ph ) 要求：记住上述公式，并能熟练应用。
例题① 计算曲柄滑块机构的自由度。
解：活动构件数n = 3 低副数PL = 4 高副数PH = 0
F = 3n － 2PL － PH = 3×3 － 2×4 =1
构件(link) ——独立的运动单元；零件(part) ——独立的制造单元
内燃机 连杆 螺栓
套筒 连杆体
垫圈 螺母
轴瓦
作者：潘存云教
连杆盖
I级副
作者：潘存云教授
II级副
III级副
IV级副
V级副1
V级副2
两者关联
V级副3
②按相对运动范围分有 平面运动副——平面运动(plannar kinematic pair) 空间运动副——空间运动(spatial kinematic pair ) 例如球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。 平面机构——全部由平面运动副组成的机构。 空间机构——至少含有一个空间运动副的机构。 ③按运动副元素分有
1
2
3
例题② 计算五杆铰链机构的自由度。
解：活动构件数n = 4 低副数PL = 5 高副数PH = 0
2
3
1 θ1
4
F=3n － 2PL － PH =3×4 － 2×5 =2
例题③ 计算图示凸轮机构的自由度。
解：活动构件数n = 2 低副数PL = 2 高副数PH = 1
F=3n － 2PL － PH =3×2 －2×2－1 =1
难点：弄清原动构件为一个偏心轮以及摇块上运动副的特点。
3
作者：潘存云教授
2 1
4
偏心泵
2. 机构的自由度计算及机构运动确定的条件 1）平面机构的自由度 定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数称为机构 的自由度。
计算方法：
ห้องสมุดไป่ตู้
作平面运动的刚体在空间的位置需要三个独立的参数（x，y, θ）才能
①构件数目与实际相同;
②运动副的特点、数目与实际相符;
③运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。
绘制机构运动简图的思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线 路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符 号表示出来。
顺口溜：
先两头，后中间，从头至尾走一遍，
数数构件是多少， 再看它们怎相连。
3 2
1
2）机构具有确定运动的条件
1
2
作θ者1：潘存云教授 3
S’3 S3
给定S3＝S3(t)，一个独立参数 θ1＝θ1（t）唯一确定，该机
构仅需要一个独立参数。
2
3
1 θ1
4
θ4
若 仅 给 定 θ1 ＝ θ1 （ t ） , 则 θ2 θ3 θ4 均不能唯一确定。若同时给定θ1 和θ4 ，则θ3 θ2 能唯一确定，该机
机架——作为参考系的构件，如机床床身、车辆底盘、飞机机身。 主（原）动件——按给定运动规律相对于机架独立运动的构件。主
动件往往也是驱动力作用的构件，即原动件。 从动件——除主动件之外，其余相对于机架运动的构件。 机构的组成：机构＝机架＋原动件＋从动件
1个 1个或几个 若干
3）平面机构运动简图 机构运动简图——用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形。 作用： ①表示机构的结构和运动情况。 ②作为运动分析和动力分析的依据。 机构示意图——不按精确比例绘制的简图。 机构运动简图符号已经有国家标准，该标准对运动副、构件及各种机构的表示 符号作了规定，下表中构件和运动副的表示方法供参考。
唯一确定。 单个自由构件的自由度为 3
y
F=3
θ
(x , y)
o
x
经运动副相连后，由于有约束，构件自由度会有变化：
y
y
2
y x
θ1
x
R=2, F=1
12
x
S
R=2, F=1
1
2
R=1, F=2
运动副 回转副 移动副 高副
自由度数F
1（θ） +
1（x） +
2（x,θ） +
约束数R
2（x，y） = 3 2（y，θ）= 3