机械设计基础-朱龙英-01平面机构运动简图

➢ 机构自由度F： F=3n - ( 2pl + ph ) =3n - 2pl - ph
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机构自由度计算举例：
2 1
2 3
1
3 4
4
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0
=1
B
5
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－0
=2
F =3n－2pl－ph = 3 2－2 2－1
三、机械零件设计的一般步骤
1）根据零件的使用要求，选择零件类型、结构形式和材料； 2）根据机器的工作要求，计算作用在零件上的载荷； 3）根据零件的工作条件，选择零件的材料及热处理方法； 4）按可能的失效形式，确定零件的计算准则，并确定零件
的基本尺寸，并加于标准化和圆整； 5）按工艺及标准化要求，进行零件的结构设计； 6）校核计算； 7）绘制零件的工作图，并编写计算说明书。
同理，也可将构件4的D点当作虚约束， 将构件4及其引入的约束去掉，效果完 全一样
3
C(C2,C3)
2B
1
D
A 4
F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 －4 0 ＝1
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D、 机构中对运动不起作用的对称部分
在该机构中，齿轮2、3、4圆周对称，为虚约束 目的：为了改善构件的受力情况 解决方法：计算时应将齿轮２和3及其引入的约束去掉 同理，将齿轮2和４当作虚约束去掉，完全一样
1.转动副 （或铰链）
两构件只能在一个平面内作相对转动
限制两个自由度：（两个移动） 保留一个自由度（转动）
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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。
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限制两个自由度：（一个移动，一个转动） 保留一个自由度（移动 ）
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（二）高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。
（2）低副改高副，减少一个约束
n=2,PL=3 F=0
a
b
c
d
b,c: n=3,PL=4, d: n=2 , PL=2, PH=1
F=1
F=1
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F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 －3 2 ＝1
4
1
5
2
3
６
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01机械原理动画素材\周转轮系-虚约束.rm34轮系
虚约束——结论
3
机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，
2
如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效
约束，而使机构不能运动
1
采用虚约束是为了:改善构件的受力情况；传递较大功率；或满 足某种特殊需要
F=3n- 2PL-Ph =3*3-2*3-1
F=3n- 2PL-Ph =3*2-2*2-1
=2
=1
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3、虚约束 —排除 重复而不起独立限制作用的约束称为虚约束。
计算机构的自由度时，虚约束应除去不计。
目的：为了改善构件的受力情况
虚约束经常发生的场合:
A 两构件之间构成多个运动副 B 两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变 C 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合 D 机构中对运动不起作用的对称部分
同一构件
两副构件
三副构件
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（2）运动副的符号
转动副： 移动副：
2
2
2
1
1
1
1 1
2
2
1
1
2
2
2
2 1
1 2
1 2
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齿轮副：
凸轮副：
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2
2
1
1
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常用构件和运动副的表示方法
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3、绘制机构运动简图的步骤
1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；
1
A
5
D' D
4 4
E
原动件数>F，机构破坏
故机构具有确定相对运动的必要条件是：
原动件数目应等于机构的自由度数目。
结论：机构具有确定相对运动的充要条件： 1. 机构自由度 >0 2. 原动件数 ＝ 机构自由度数
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缝纫机刺布机构
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油泵
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三、 注意事项
1.复合铰链：两个以上个构件在同一条轴线上形成的转动副。 由K个构件组成的复合铰链包含的转动副数目应为（K-1）个。
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限制一个自由度：（一个移动） 保留两个自由度（一个移动，一个转动）
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§1-2 平面机构运动简图
和运动无关的： 构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、 运动副的具体构造
和运动有关的： 运动副的类型、数目、相对位置、构件数目
1、机构运动简图：简明表示机构中各构件之间相对运动关系 的图形。
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2.圆弧形滑块
绘制移动副时，导路的方向和位置是关键。必须注意：代
表移动副的滑块，其导路的方向必须与相对移动的方向一致；转动 副到移动副导路间的距离要精确。
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小结：
:1. 分析机构的组成及运动情况，确定机构中的机架、原动部 分、传动部分和执行部分Baidu Nhomakorabea以确定构件的数目。 2. 循着运动传递的路线，逐一分析每两个构件间相对运动的性 质，确定运动副的类型和数目; 3. 恰当地选择投影面：一般选择与机械的多数构件的运动平面 相平行的平面作为投影面。 4. 选择适当的比例尺, 定出各运动副之间的相对位置，用规定 的简单线条和各种运动副符号, 将机构运动简图画出来。
F=3n- 2PL-Ph =3*5-2*6-0 =3
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F=3n- 2PL-Ph =3*5-2*7-0 =1
2 1
3 2 1
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2、局部自由度 —排除
在机构中，某些构件具有不影响其它构件运动的自由度
局部自由度经常发生的场合： 滑动摩擦变为滚动摩擦时添加 的滚子、轴承中的滚珠 解决的方法： 计算机构自由度时，设想将滚 子与安装滚子的构件固结在一 起，视作一个构件
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B C D
C处为复合铰链,计算时为（3-1)=2个铰链； D处为虚约束应去掉； B处为局部自由度应去掉。 2和3为一个构件。
F=3n-2PL-PH
=39-2 12-2
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=1
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F =3n－2pl－ph = 3 5－2 7－0=1
F =3n－2pl－ph = 33－2 4－0=1
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B
D
E
C
A
A
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 5－0= -1
C D
B
E
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－0= 2
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F≤0，构件间无相对运动，不成为机构。
(F=0,刚性桁架) 2
原动件数=F，运动确定
1 1
3 4
F>0,
原动件数<F，运动不确定
C 3
2
C'
B 1
基本要求：➢ 用简单线条表示构件
➢ 作规定符号代表运动副 ➢ 按比例定出运动副的相对位置 ➢ 与原机械具有完全相同的运动特性
（机构示意图：只需表明机构运动传递情况和构造特征，不必 按严格比例所画的图形）
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2、常用构件和运动副的表示方法： （1）构件（杆）：
杆、轴类构件 机架
分清原动件、机架和从动件
2）确定所有运动副的类型和数目，测量各运动副之间位置；
3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性），确定视图方向；
实际尺寸
4）确定比例； l 作图尺寸(m/mm) (或者mm/mm) 5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)）
原动件用箭头标出运动方向
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四、计算平面机构自由度的实用意义
1 判定机构的运动设计方案是否合理 2 判定机构运动简图是否正确
修改设计方案 （1） F=0:增加一构件带进1个低副或者低副 改高副 （2） F>原动件数目：增加一构件带进2个 低副或增加原动件数目
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例：图示为一简易冲床的设计图。修试改分设计析方设案计方案是否合理。 如不合理，则绘出修改后的机构运（动1）简增图加。一构件带进1个低副
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1
第一章 平面机构的运动简图及自由度
1.平面机构的组成 2.平面机构自由度及其计算 3.平面机构运动简图及绘制画法 4.平面机构具有确定相对运动的条件
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2
§1-1 平面机构的组成
平面机构：各构件在同一平面或相互平行的平面内运动 空间机构：各构件不完全在同一平面或相互平行的平面内运动
在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则必须严 格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所需要的几何条 件
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例子分析：
C
E
E'
F
C处为复合铰链,计算时为（3-1)=2个铰链； E或E'为虚约束应去掉一个； F处为局部自由度应去掉。
F=3n-2PL-PH
=37-2 9-1 =2
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F ＝ 3n － 2PL － PH 4 6 0 ＝＝30 －2 － F＝3n－2PL－PH ＝3 －3 2 4－ 0
＝1
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C、两构件用转动副联接,联接前后其联接点的运动轨迹重合
在该机构中，构件3与构件2上的点C2 轨迹重合，C点为虚约束
解决方法：计算时应将构件3及其引入 的约束去掉
蜗杆传动
曲柄滑块机构
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3
一、机构的组成与分类
1、概念： 机构：是具有确定相对运动的构件的组合
构件：机构中的（最小）运动单元;
由一个或多个零件刚性联接而成
动画演示
2、组成：机架： 固定不动的构件
原动件：输入运动规律的构件
03.08.2020 从动件：其它的活动构件
4
二、自由度
一个作平面运动的自由构件有 3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 自3个由度, 作空间运动的自由构件有 6个 自由度。
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当这些构件之间 以一定的方式联接起 来成为机构时，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。
5
三、运动副及其分类
概念：两构件直接接触又存在一定相对运动的可动联接。 类型：低副和高副 （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。
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A、 两构件之间构成多个运动副时
两构件组合成多个转动副，且其轴线重合
两构件组合成多个移动副，其导路平行或重合
两构件组合成若干个高副，但接触点之间的距离为
常数
3
3
2
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2 1
1
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 －2 1 ＝1
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例子分析：
F=3n- 2PL-Ph =3*3-2*5-0 =-1
=1
C A
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0 = 1
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F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－ 1 = 1
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机构自由度计算举例：
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解：n=6,PL=8,Ph=1 F=3n- 2PL-Ph=3×6-2×8-1=1
牛头刨床
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二、平面机构具有确定相对运动的条件
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例题1：内燃机
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例题2：破碎机
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A B
E
DC
FG
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绘制运动副时注意事项
偏心轮和圆弧形滑块是转动副的特殊形式。它们的绘制是易错点。绘
制时关键是要找出相对转动中心。
1.偏心轮机构
绘制转动副时，转动副的位置是关键：代表转动副小圆的圆心必须
与回转中心重合；两个转动副中心连线的长度一定要精确。
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§1-3 平面机构的自由度
一、平面机构的自由度计算
机构的自由度：机构中活动构件相对于机架所具有的独立运 动的数目。（与构件数目、运动副的类型和数目有关）
如果：活动构件数：n 低副数： pl 高副数： ph
联接前，总自由度：3n 联接后，引入的总约束数：2pl+ph
F=3n- 2PL-Ph =3*3-2*4-0 =1
讨论： 两构件构成多个导路平行的移动副
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B、 两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时
在这两个例子中，加与不加红色构件MN效果完全一样，为虚 约束
解决方法：计算时应将构件MN及其引入的约束去掉
M
N
F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 －4 0 ＝1
机构要能运动，它的自由度必须大于零。机构的自由度表明机 构具有的独立运动数。由于每一个原动件只可从外界接受一个独立 运动规律（如内燃机的活塞具有一个独立的移动）因此：
当机构的自由度为1时，只需有一个原动件； 当机构的自由度为2时，则需有2个原动件。
B C
A
F =3n－2pl－ph = 3 2－2 3－0=0