举例 2 内燃机 F＝3n－(2pl＋ph) ＝3×6-2x7-3=1 【例3-1】绘制图0-1所示内燃机的机构运动简图。 解 内燃机是由活塞2、连杆5、曲轴6与气缸体1组成的曲柄滑块机构； 同曲轴固联的齿轮10，同凸轮轴7固联的齿轮9与气虹体组成的齿轮机构； 凸轮7、进气阀顶杆8与气缸体组成的凸轮机构。 气缸体1作为固定件，是机架； 燃气推动下的活塞2是原动件；其余构件都是从动件。 2 5 6 1 10 9 7 8 【例3-1】绘制图0-1所示内燃机的机构运动简图。 各构件之间的联接方式如下： 9和10齿轮啮合，构成高副； 推杆8和气缸体1之间构成移动副； 活塞2和气缸体1之间构成移动副。 凸轮7（齿轮9）和气缸体构成转动副； 凸轮7和推杆8之间构成高副； 曲轴（齿轮10）和气缸体1之间构成转动副； 2 5 6 1 10 9 7 8 自用盘编号JJ321002 气缸体1 活塞2 进气阀3 排气阀4 连杆5 曲轴6 凸轮7 顶杆8 齿轮10 解：1）分析运动，确定构件的类型和数量 2）确定运动副的类型和数目 3）选择视图平面 4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置 5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件 自用盘编号JJ321002 内燃机工作原理 活塞连杆组 气环 油环 活塞销 活塞 连杆体 连杆螺栓 连杆轴瓦 连杆盖 活塞2和连杆5小头， 连杆5和曲轴6，构成转动副。 2 5 6 1 10 9 7 8 一、构件的自由度 自由度?构件所具独立运动的个数（确定构件位置所需独立坐标数）。 一个完全自由的平面运动构件具有三个自由度。 x y 2 1 ? x y y x ● §3 平面机构的自由度 F=6 F=3 不论形成运动副的两个构件是不是其中有一个相对固定，运动副引入的约束数S均相同。 二、平面运动副的约束条件 约束— 限制 约束条件 — 约束数 运动副的形成引入了约束，使构件失去运动自由度。 1. 转动副 x0 y0 ? x y ? ? 约束数 S = 2 F=1 F=4 ● 2. 移动副 约束数 S = 2 3. 齿轮副 4. 凸轮副 n n 约束数 S = 1 n n 平面低副约束数 S = 2 平面高副约束数 S = 1 ● 三、平面机构的自由度 机构的自由度 F= 3?活动构件数 -2?低副数 -1?高副数 ● 计算公式 F ＝3n ? 2PL ? PH 1.机构自由度的计算公式 F＝3n?2PL ? PH ＝3? ? 2? ? 3 4 0 ＝ 1 F＝3n?2PL?PH ＝3? ? 2? ? 4 5 0 ＝ 2 F＝3n?2PL?PH ＝3? ? 2? ? 2 2 1 ＝ 1 例 F=3n-2PL-PH =3? 2 -2? 3 -0 =0 F=3n-2PL-PH =3? 3 -2? 5 -0 =-1 ● 三个构件通过三个转动副相连, 相当于一个构件。 2.机构(运动链)具有确定相对运动的条件 有一个机架 自由度大于零（F0） 原动件数 =自由度数 （通常，原动件为含低副构件且与机架相连, 只有一个自由度。） 3.需要注意的几点 （1）复合铰链 m个构件(m?3)在同一处构成共轴线? －2? － 5 6 0 ＝ 3 F ＝ 3n－2PL－PH ＝ 3? －2? － 5 7 0 ＝ 1 m-1个低副 复 ? ? —计算在内 5 2 3 要正确计算运动副数目 F＝3n－2PL－PH ＝3? －2? － 7 6 0 ＝ 9 F＝3n－2PL－PH ＝3? －2? － 7 10 0 ＝ 1 ? 复 复 复 复 例1 圆盘锯机构 缝纫机刺布机构 油泵 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的具体方案是不是合理 2 修改设计的具体方案 （1） F=0:增加一构件带进一平面低副 （2） F原动件数目：增加一构件带进两平面低副 增加原动件数目 3 判定机构运动简图是否正确 重 点 运动副和运动链的概念、机构运动简图的绘制、机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算。 平面机构的运动简图及自由度 内 容 构件及其运动副 机构运动简图的绘制 平面机构自由度的计算 机 械 工 程 基 础 运动副的作用 如图所示，构件1上任一点A沿x轴和y轴方向挪动以及绕A点转动；其瞬时位置由坐标xA，yA和转角值φ来确定。 构件的自由度是指确定构件位置的独立运动参数的数目。 一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。即：x，y和φ。 ● §1 构件及其运动副 一、构件 二、运动副 —— 两个构件非间接接触且具有确定相对运动的联接。 平面运动副分类: 转动副 移动副 特点：面接触、相对转动或相对移动 ? 低副 —— 运动的单元. 运动副元素——两构件相互接触的点、线、面。 转动副：形成运动副的两个构件只能在一个平面内相对转动，约束掉两个移动自由度。如铰链联接、轴和轴承联接。 移动副：形成运动副的两个构件只能沿某一直线作相对移动，约束掉一个移动和一个转动自由度。如滑动件与导轨、活塞与气缸的联接。 ● 齿轮副 凸轮副 特点：点或线接触、沿接触点切线方向相对移动 或绕接触点的转动? 高副 螺旋副 球面副 凸轮高副（点接触） 齿轮高副（线接触） 若干构件通过运动副联接而成的可动系统称运动链 若将运动链中的一个构件相对固定，运动链则成为机构。 机构中构件的分类： 1、机架（描述运动的参考系） 2、原动件（运动规律已知的构件） 3、从动件 §2 平面机构运动简图的绘制 机构运动简图 ?表示机构运动特征的一种工程用图 表达方式： 用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置 与运动有关的因素： 构件数目 运动副数目及类型 运动副之间的相对位置 转动副 一、运动副符号 移动副 齿轮副 凸轮副 1 2 2 1 2 2 螺旋副 球面副 机构运动简图表 空间副 二、构件 不管构件形状如何，简单线条表示，带短剖面线表示机架。 带运动副元素的构件 7.偏心轮机构简图 8.带传动和链传动机构简图 9.机械中常用机构及其构件还可直接按GB/T4460-1984规定的简图形式绘制。 机构运动简图的绘制 1.根据机械的功能分析其组成和运动情况。 2.选择机械的多数构件的运动平面为投影面。 （以正确表达清楚为原则） 3.按适当的比例定出各运动副间的相对位置，用规定的简单线条和符号画出机构运动简图。 有时仅为了表示机械的组成和运动情况，可以不严格按比例绘图。即机构简图（示意图）。 4.构件编号（小写阿拉伯数字），运动副的字母（大写英文字母）和主动件运动方向的标注。 标注作回转运动的主动件运动方向时应注意：单箭头一般表示可作整周回转运动，双箭头表示作摆动回转运动。 需要注意的几点 1．熟记各类常用平面机构与运动副的符号表示法。 2．构件的表达力求简明，一般不必考虑构件本身的形状和大小，而机构简图中，构件图形的差异并不可能影响构件的运动性质。 3.选取适当的投影面和比例尺，这是属于表达技巧的问题。 三、机构运动简图的绘制 方法与步骤： 1.确定构件数目及原动件、输出构件； 2.根据各构件间的相对运动确定运动副的种类和数目； 3.选定比例尺，按规定符号绘制运动简图； 4.标明机架、原动件和作图比例尺； 5.验算自由度。 机架 A B C A B C 1 2 3 4 A B C 14 12 23 A14 B12 C234 3 2 4 1 4 （移动导杆机构） 曲柄移动导杆机构 ● A 1 2 3 4 B C D 例1 颚式破碎机 例题 绘制图示的颚式破碎机的机构简图。 项目2：绘制颚式破碎机的机构运动简图。 当曲轴2绕其轴心O连续转动时，动颚板3作往复摆动，从而将处于动颚板3和固定颚板6之间的矿石轧碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图。 解：（1）运动分析 此碎矿机由原动件曲轴3、 动颚板4、摆杆5、 机架7等4个构件组成， 固定颚板6 是固定安装在机架上的。 （2）曲轴3于机架7在A点构成转动副（即飞轮的回转中心）； 曲轴3与动颚板4也构成转动副，其轴心在B点（即动颚板绕曲轴的回转几何中心）； 摆杆5分别与动颚板4和机架7在C、D两点构成转动副。 （3）其运动传递为：电机、皮带、曲轴、动颚板、摆杆。所以，其机构原动件为曲轴，从动件为摆杆、构件3、机架5共同构成曲柄摇杆机构。 （4）按图量取尺寸，选取合适的比例尺，确定A、B、C、D四个转动副的位置，即可绘制出机构运动简图。最后标出原动件的转动方向。 由图量取 AB=3mm，BC=25mm，CD=14mm，AD=22mm. 四杆机构的自由度计算 n=3 pL=4 ph=0 F=3n-(2pL+ph) =1 原动件数=机构自由度 例2 活塞泵 运动副？ 抽水筒机构及其机构运动简图 例题 绘制手动冲床机构的机构运动简图。 作业 8-2、8-3、8-5 举例 1 小型压力机 第一章 平面机构的运动简图及自由度 4.机构自由度的计算 3.机构运动简图的画法 2.机构具有确定相对运动的条件 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 §1-1 平面机构的组成 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 一个或若干个零件刚性联接而成 动画演示 2、机架：固定不动的构件 原动件：输入运动规律的构件 从动件：其它的活动构件 3、平面机构：各构件的相对运动平面互相平行 空间机构： 蜗杆传动 曲柄滑块机构 二、自由度 一个作平面运动的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。 三、运动副及其分类 概念：使两构件非间接接触并能产生一定相对运动的可动联接 类型： （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? （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） 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。?????? 限制两个自由度： （一个移动，一个转动） 保留一个自由度 （移动 ） 3.高副 ?? 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。 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） §7-2 平面机构运动简图 1、机构运动简图：简明表示机构各构件之间相对运动关系的图形 （按比例，用特定的符号和线条） 和运动有关的：运动副的类型、数目、相对位置、构件数目 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 2、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 2、常用机构和运动副的表示方法： 1、运动副的符号 转动副： 移动副： 齿轮副： 凸轮副： 2、构件（杆）： 3、绘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； 2）确定所有运动副的类型和数目； 3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）； 4）确定比例尺； 5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)） 例 试绘制内燃机的机构运动简图 动画演示 §7-3 平面机构的自由度 一、平面机构的自由度的计算 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） ??? n个活动构件：自由度为3n。 PL个低副： 限制 2PL个自由度 PH个高副： 限制 PH 个自由度 因此，该机构相对于固定构件的自由度数应为活动构件的自由度数与引入运动副减少的自由度数之差，该差值称为机构的自由度，并以F表示， ?????????? F=3n- 2PL-PH F=3n- 2PL-PH =3*7-2*8-4 =1 F=3n- 2PL-PH =3*5-2*6-0 =3 F=3n- 2PL-PH =3*5-2*7-0 =1 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 ? 二 需要注意的几点 F=3n- 2PL-PH =3*3-2*3-1 =2 F=3n- 2PL-PH =3*2-2*2-1 =1 多余的自由度是滚子2绕其中心转动带来的局部自由度，它并不影响整个机构的运动，在计算机构的自由度时，应该除掉。 2、局部自由度 ?? 在机构中，某些构件具有不影响其它构件运动的自由度 3、虚约束 ??? 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。 (1)、两构件构成多个导路平行的移动副， F=3n- 2PL-PH =3*3-2*5-0 =-1 (2)、两构件组成多个轴线)、机构中存在对传递运动不起独立作用的对称部分 F=3n- 2PL-PH =3*5-2*5-4 =1 F=3n- 2PL-PH =3*4-2*4-2 =2 4、轨迹重合：在机构中，若被联接到机构上的构件，在联接点处的运动轨迹与机构上的该点的运动轨迹重合时，该联接引入的约束是虚约束， F=3n- 2PL-PH =3*4-2*6-0 =0 F=3n- 2PL-PH =3*3-2*4-0 =1 虚约束作用：对机构的运动无关，但能改善机构的受力情况，增强机构工作的稳定性 图示为一简易冲床的设计图。试分析设计的具体方案是不是合理。如不合理，则绘出修改后的机构运动简图。 三、平面机构具有确定相对运动的条件? F≤0，构件间无相对运动，不成为机构。 F0, 原动件数=F，运动确定 原动件数F，运动不确定 原动件数F，机构破坏 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，则需有两个原动件。故机构具有确定运动的条件是：原动件数目应等于机构的自由度数目。 试计算图示挖土机的自由度，并说明为何需要配置三个油缸。
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