3.1.1-2平面机构概述 1、教学目的 理解平面机构、构件、运动副等基本概念,了解平面机构机构运动简图的绘制方法 2、重点难点: 重点:运动副、机构简图等基本概念 难点:机构简图的绘制 3、教学方法与手段:多媒体 4、教学时间:2学时 机构和构件 1一曲柄2一连杆 滑块 4一机架 1、构件是组成机构和机器的独立运动单元 构件与零件的区别:(1)构件:运动单元(2)零件:制造单元 个构件可能由一个零件构成,也可能由几个零件组装而成,组成构件的各零件之间没 有相对运动,从运动学角度来看,他们是一个整体、一个单元、一个构件 2、机构是由若干个构件组合而成且具有确定的相对运动的组合体。若组成机构的所有构 件都在同一平面内或几个相互平行的平面内运动,则称这种机构为平面机构,否则称空间机 构。本节只讨论平面机构。 二、运动副 1.运动副 运动副两构件直接接触并能产生相对运动的活动联接称为运动副。注意:一是 接触,二是能相对运动。按接触类型分为低副(面接触)和髙副(点或线接触)。 2.常见的平面运动副 (1)转动副:轴孔连接、铰链
3.1.1-2 平面机构概述 1、教学目的： 理解平面机构、构件、运动副等基本概念，了解平面机构机构运动简图的绘制方法。 2、重点难点： 重点：运动副、机构简图等基本概念 难点：机构简图的绘制 3、教学方法与手段：多媒体 4、教学时间：2 学时 一、机构和构件 1－曲柄 2－连杆 3－滑块 4－机架 1、构件 是组成机构和机器的独立运动单元。 构件与零件的区别：（1）构件：运动单元（2）零件：制造单元 一个构件可能由一个零件构成，也可能由几个零件组装而成，组成构件的各零件之间没 有相对运动，从运动学角度来看，他们是一个整体、一个单元、一个构件。 2、机构 是由若干个构件组合而成且具有确定的相对运动的组合体。若组成机构的所有构 件都在同一平面内或几个相互平行的平面内运动，则称这种机构为平面机构，否则称空间机 构。本节只讨论平面机构。 二、运动副 1.运动副 运动副两构件直接接触并能产生相对运动的活动联接称为运动副。注意：一是 接触，二是能相对运动。按接触类型分为低副（面接触）和高副（点或线接触）。 2.常见的平面运动副 （1）转动副：轴孔连接、铰链
(2)移动副:滑块与滑道、滑块与导杆 (3)滚滑副 由于二构件可绕切点作相对滚动,又可沿公切线方向作相对滑动,因此称为滚滑副 3运动副元素 参加接触、构成运动副的表面。例如:转动副的圆柱面、滚滑副的曲面等等。 4.约束 约束是运动副对构件运动的限制。限制掉的自由度称为约束度。 表 符 号 运动副 转动副 滚滑副 相 运动副元素 圆柱面 面 点、线 力
（2）移动副：滑块与滑道、滑块与导杆 （3）滚滑副 由于二构件可绕切点作相对滚动，又可沿公切线方向作相对滑动，因此称为滚滑副 3.运动副元素 参加接触、构成运动副的表面。例如：转动副的圆柱面、滚滑副的曲面等等。 4.约束 约束是运动副对构件运动的限制。限制掉的自由度称为约束度。 表示符 号 运动副 转 动 副 移 动 副 滚滑副 约 束 度 2 2 1 相对自由 度 1 1 1 运 动 副 元 素 圆 柱 面 平 面 点、线 接触应 力 低 低 高
平面高副 5.空间运动副 约束度为1(沿过接触点法线运动受到限制) 约束度为5螺旋副(转动与移动不独立) V级副 三、平面机构运动简图的概念 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,仅用特定的简 单符号和线条表示机构,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 机构运动简图应与它所表达的实际机构具有完全相同的运动特性。从机构运动简图可以 了解机构的组成和类型,即机构中构件的数目、运动副的种类和数目、运动副的相对位置 机架和主动件。利用机构运动简图可以表达一部复杂机器的传动原理,还可进行机构的运动 和动力分析。 、构件的分类及带有运动副元素的构件的图示 1.构件的分类 机构中的构件按其运动性质可分为三类: (1)机架在机构简图中,将机架打上斜线表示 (2)原动件在机构简图中,将原动件标上箭头表示 (3)从动件有时也称其为执行件 二、带有运动副元素的构件的图示 运动副以及带有运动副元素的构件的画法见表3.1。 三、绘制机构运动简图的基本方法和一般步骤 (1)分析结构和运动情况 找出机架、主动件和从动件
平面低 幅 平面高副 5.空间运动副 约束度为 1 （沿过接触点法线运动受到限制） 约束度为 5 螺旋副（转动与移动不独立） I 级 副 Ⅴ级副 三、平面机构运动简图的概念 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，仅用特定的简 单符号和线条表示机构，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。 机构运动简图应与它所表达的实际机构具有完全相同的运动特性。从机构运动简图可以 了解机构的组成和类型，即机构中构件的数目、运动副的种类和数目、运动副的相对位置、 机架和主动件。利用机构运动简图可以表达一部复杂机器的传动原理，还可进行机构的运动 和动力分析。 一、构件的分类及带有运动副元素的构件的图示 1.构件的分类 机构中的构件按其运动性质可分为三类： (1) 机架在机构简图中，将机架打上斜线表示。 (2) 原动件在机构简图中，将原动件标上箭头表示。 (3) 从动件有时也称其为执行件。 二、带有运动副元素的构件的图示 ： 运动副以及带有运动副元素的构件的画法见表 3.1。 三、绘制机构运动简图的基本方法和一般步骤 (1)分析结构和运动情况 找出机架、主动件和从动件
2)确定构件数目、运动副的类型和数目 (3)测量运动尺寸 4)选取视图平面 对于平面机构,取构件运动平面作为视图平面。 (5)绘制机构运动简图 选择适当的比例尺,定出各运动副之间的相对位置,并以简单的线条和规定的符号画出 机构运动简图。图中各运动副顺序标以大写英文字母,各构件标以阿拉伯数字,并将主动件 的运动方向用箭头标明。 绘制机构运动简图的比例尺μ为 运动尺寸的实际长度(m或 图上所画的长度(mm) 下面举例说明机构运动简图的绘制方法。 例3-1绘制图3.7a所示颚式破碎机的机构运动简图。 图3.7颚式破碎机 (a)破碎机(b)机构运动简图 作业:画出P3图0.1的机构简图
(2)确定构件数目、运动副的类型和数目 (3)测量运动尺寸 (4)选取视图平面 对于平面机构，取构件运动平面作为视图平面。 (5)绘制机构运动简图 选择适当的比例尺，定出各运动副之间的相对位置，并以简单的线条和规定的符号画出 机构运动简图。图中各运动副顺序标以大写英文字母，各构件标以阿拉伯数字，并将主动件 的运动方向用箭头标明。 绘制机构运动简图的比例尺μl 为 ( ) (mm) m mm l 图上所画的长度 运动尺寸的实际长度 或 = 下面举例说明机构运动简图的绘制方法。 例 3—1 绘制图 3.7a 所示颚式破碎机的机构运动简图。 (a) (b) 图 3.7 颚式破碎机 (a) 破碎机 (b) 机构运动简图 作业：画出 P3 图 0.1 的机构简图
3.1.3平面机构自由度 1、目的任务 掌握平面机构自由度的计算 2、重点难点 重点:自由度的计算方法、平面机构具有确定运动的条件 难点:平面机构自由计算应注意的几个问题:复合绞链、虚约束、局部自由度 3、教学手段与方法:多媒体及板书相结合 4、教学时间:4学时,(其中含自由度计算及平面机构运动简图的绘制习题课2学时) 3.1.3平面机构的自由度 、构件的自由度 在不受限制时,构件具有的独立运动数目,是确定构件的几何位置所需要的独立坐 标数。 (1)平面构件:自由度为3,即沿互相垂直的X、Y轴的移动、在XY平面内的转动 (2)空间(运动)构件:自由度为6: (3)两个互作相对平面运动的构件:其相对自由度也是3 自由度为完全确定机构的位置所必需的独立广义坐标数目,也是机构具有的独立运 动数,用F表示。 例如曲柄滑块机构 A 当运动尺寸完全确定之后,只要给定x,机构位置完全确定:或者给定四,机构 位置也完全确定。 二、平面机构自由度的计算 F=3
3.1.3 平面机构自由度 1、目的任务： 掌握平面机构自由度的计算 2、重点难点： 重点：自由度的计算方法、平面机构具有确定运动的条件 难点：平面机构自由计算应注意的几个问题：复合绞链、虚约束、局部自由度 3、教学手段与方法：多媒体及板书相结合 4、教学时间：4 学时，（其中含自由度计算及平面机构运动简图的绘制习题课 2 学时） 3．1．3 平面机构的自由度 一、构件的自由度 在不受限制时，构件具有的独立运动数目，是确定构件的几何位置所需要的独立坐 标数。 （1）平面构件：自由度为 3，即沿互相垂直的 X、Y 轴的移动、在 XY 平面内的转动； （2）空间（运动）构件：自由度为 6； （3）两个互作相对平面运动的构件：其相对自由度也是 3。 自由度为完全确定机构的位置所必需的独立广义坐标数目，也是机构具有的独立运 动数，用 F 表示。 例如 曲柄滑块机构 当运动尺寸完全确定之后，只要给定 ，机构位置完全确定；或者给定 ，机构 位置也完全确定。 二、平面机构自由度的计算 F＝3n－2PL－PH
式中,n一活动构件数:P1一低幅的数目:P一高副的数目;注意:当引入一个低副 自由度就减少两个:当引入一个高副,自由度就减少一个。 、机构运动确定的条件 机构原动件数与自由度数相等,且F≥1(F>0) 例 所以是刚架结构,而不能作为机构。对上述情况,为了使机构有确定的运动,常采 取的办法:在远离原动件处 1.加一杆(F=3)和一个低幅(P1=2) F=3n-2P1-P=3×1-2×1-0=1 2.将一个低幅变为一个高副,即减去了一个约束。 四、计算机构自由度时的注意事项 1.复合铰链 2、3、4三个构件在C点形成了二个转动副,而不是一个 若m个构件在一点组成一个复合铰链时,其转动副数目:m-1个 2.局部自由度 改善接触情况 减小摩擦 F=3×2-2×2-1=1 F=3×3-3×2-1= 称小滚子处的滚动副为局部自由度。当把它焊死在从动构件上,再计算自由度时不 予考虑。 3虚约束:在运动副引入的约束中,重复的不起独立限制作用的约束称为虚约束。 加入虚约束的目的是为了改善受力状况,增加刚度等。在计算机构自由度时,应将虚约束除
式中，n－活动构件数；PL－低幅的数目；PH－高副的数目；注意：当引入一个低副， 自由度就减少两个；当引入一个高副，自由度就减少一个。 三、机构运动确定的条件 机构原动件数与自由度数相等，且 F≥1（F>0） 例 F＝3n－2PL－PH＝3×2－2×3－0 ＝0 所以是刚架结构，而不能作为机构。对上述情况，为了使机构有确定的运动，常采 取的办法：在远离原动件处 1.加一杆（F＝3）和一个低幅（PL＝2） F＝3n－2PL－PH＝3×1－2×1－0＝1 2.将一个低幅变为一个高副，即减去了一个约束。 四、计算机构自由度时的注意事项 1.复合铰链 2、3、4 三个构件在 C 点形成了二个转动副，而不是一个： 若 m 个构件在一点组成一个复合铰链时，其转动副数目：m－1 个 2.局部自由度 F＝3×2－2×2－1＝1 F＝3×3－3×2－1＝ 2 ？ 称小滚子处的滚动副为局部自由度。当把它焊死在从动构件上，再计算自由度时不 予考虑。 3.虚约束：在运动副引入的约束中，重复的不起独立限制作用的约束称为虚约束。 加入虚约束的目的是为了改善受力状况，增加刚度等。在计算机构自由度时，应将虚约束除
去不计 虚约束是在特定的几何条件下出现的。平面机构中的虚约束常出现在下列场合 1)重复移动副 两构件之间组成几个导路互相平行或重合的移动副,只有一个移动副起约束作用,其他 处则为虚约束,如图3.14所示。计算自由度时,只按一个移动副计算 压板 2E2 孔E 图3.13运动轨迹重合引入虚约束 3.14移动方向一致引入的虚约束 2)重复转动副 两构件之间组成几个轴线互相平行或重合的转动副,只有一个转动副起约束作用,其他 处则为虚约束,如图3.15所示。计算自由度时,只按一个转动副计算 图3.15轴线重合引入的虚约束 3)重复轨迹 机构中两构件相连,连接前被连接件上连接点的轨迹和连接件上连接点的轨迹重合,则 此连接引入的约束为虚约束,如图3.13b所示 4)重复高副 机构中对传递运动不起独立作用的对称部分称为虚约束。如图3.16所示的行星轮系 为了受力均衡,采用了三个行星轮对称布置,从运动的角度来看,只需要一个行星轮即可满 足要求。因此其中只有一个行星轮所组成的运动副为有效约束
去不计。 虚约束是在特定的几何条件下出现的。平面机构中的虚约束常出现在下列场合： 1）重复移动副 两构件之间组成几个导路互相平行或重合的移动副，只有一个移动副起约束作用，其他 处则为虚约束，如图 3.14 所示。计算自由度时，只按一个移动副计算。 (a) (b) 图 3.13 运动轨迹重合引入虚约束 图 3.14 移动方向一致引入的虚约束 2) 重复转动副 两构件之间组成几个轴线互相平行或重合的转动副，只有一个转动副起约束作用，其他 处则为虚约束，如图 3.15 所示。计算自由度时，只按一个转动副计算。 图 3.15 轴线重合引入的虚约束 3) 重复轨迹 机构中两构件相连，连接前被连接件上连接点的轨迹和连接件上连接点的轨迹重合，则 此连接引入的约束为虚约束，如图 3.13b 所示。 4）重复高副 机构中对传递运动不起独立作用的对称部分称为虚约束。如图 3.16 所示的行星轮系， 为了受力均衡，采用了三个行星轮对称布置，从运动的角度来看，只需要一个行星轮即可满 足要求。因此其中只有一个行星轮所组成的运动副为有效约束
EBD 图3.16重复高副引入的虚约束 例3-4计算图3.17所示大筛机构的自由度。 网e2=~am 图3.17大筛机构 解由图可知,机构中的滚子具有局部自由度。顶杆3与机架8在E和E′处组成两个 导路平行的移动副其中之一是虚约束。C处是复合铰链。在计算自由度时,将滚子F与顶杆 3看成是连接在一起的一个整体,消除局部自由度,再去掉移动副E和E′中的一个虚约束 E′,复合铰链C含有二个转动副。因此,该机构的可动构件数为n=7,低副P=9,高副P=1, 由式(3-1)得 F=3n-P-P=3×7-2×9-1=2 此机构的自由度等于2。 作业:P15习题9
图 3.16 重复高副引入的虚约束 例 3—4 计算图 3.17 所示大筛机构的自由度。 图 3.17 大筛机构 解 由图可知，机构中的滚子具有局部自由度。顶杆 3 与机架 8 在 E 和 E′处组成两个 导路平行的移动副其中之一是虚约束。C 处是复合铰链。在计算自由度时，将滚子 F 与顶杆 3 看成是连接在一起的一个整体，消除局部自由度，再去掉移动副 E 和 E′中的一个虚约束 E′，复合铰链 C 含有二个转动副。因此，该机构的可动构件数为 n=7，低副 PL=9，高副 PH=1， 由式（3—1）得 F=3n-PL-PH=3×7-2×9-1=2 此机构的自由度等于 2。 作业： P158 习题 9
3.2.1-2铰链四杆机构的基本类型及演化 l、教学目的: 理解平面四杆机构的各种类型 2、重点与难点: 重点:铰链四杆机构类型 难点:铰链机构的演化 教学手段与方法:多媒体 4、教学时间:2学时 平面连杆机构的特点 平面连杆机构是由若干个构件用低副(转动副、移动副)连接,且各构件均在相互平行平 面内运动的机构,又称为平面低副构。平面连杆机构的优点是:构件间均为面接触,承载能 力强,耐磨损;构件间的接触表面是圆柱面和平面,易于制造和获得较高的制造精度:能实 现多种运动规律和运动轨迹。其缺点是:传动效率低;当构件数目多时,累计运动误差较大 高速运转时不平衡动载荷较大,且难于消除。 二、平面四杆机构及铰链四杆机构: 平面连杆机构中,以四个构件呈杆状组成的为平面四杆机构。全部用转动副连接的平面四杆 机构称为铰链四杆机构。 三、平面四杆机构可分为两类: 1.全转动副的平面四杆机构,称为铰链四杆机构 连杆 B 连架杆 连架杆 机架 D A
3.2.1-2 铰链四杆机构的基本类型及演化 1、教学目的： 理解平面四杆机构的各种类型 2、重点与难点： 重点：铰链四杆机构类型 难点：铰链机构的演化 3、教学手段与方法：多媒体 4、教学时间：2 学时 一、平面连杆机构的特点： 平面连杆机构是由若干个构件用低副(转动副、移动副)连接，且各构件均在相互平行平 面内运动的机构，又称为平面低副构。平面连杆机构的优点是：构件间均为面接触，承载能 力强，耐磨损；构件间的接触表面是圆柱面和平面，易于制造和获得较高的制造精度；能实 现多种运动规律和运动轨迹。其缺点是：传动效率低；当构件数目多时，累计运动误差较大； 高速运转时不平衡动载荷较大，且难于消除。 二、平面四杆机构及铰链四杆机构： 平面连杆机构中，以四个构件呈杆状组成的为平面四杆机构。全部用转动副连接的平面四杆 机构称为铰链四杆机构。 三、平面四杆机构可分为两类： 1.全转动副的平面四杆机构，称为铰链四杆机构；
2.含有移动副的平面四杆机构,如曲柄滑块机构。 四、铰链四杆机构的基本类型 1、基本类型: (1)曲柄摇杆机构 (2)双曲柄机构 3)双摇杆机构 五、铰链四杆机构的演化: 铰链四杆机构的演化方法有以下几种 1.扩大转动副,使转动副变成移动副: 图3.34曲柄滑块机构的演化
2.含有移动副的平面四杆机构，如曲柄滑块机构。 四、铰链四杆机构的基本类型 1、基本类型： （1）曲柄摇杆机构 （2）双曲柄机构 （3）双摇杆机构 五、铰链四杆机构的演化： 铰链四杆机构的演化方法有以下几种 1.扩大转动副，使转动副变成移动副： 图3.34 曲柄滑块机构的演化