机械原理四月第一周教案

第二章 平面机构的构造分析

基本要求 :

1. 熟练掌握机构运动简图的绘制方法。能够将本质机构或机构的构造图绘制成

机构运动简图；能看懂各样复杂机构的机构运动简图；能用机构运动简图表达自己的设计构想。

2. 掌握运动链成为机构的条件。

3. 熟练掌握机构自由度的计算方法。能自如地运用平面机构自由度计算公式计 算机构自由度。 能正确鉴别出机构中存在的复合铰链、 局部自由度和虚拘束，并作出正确办理。

4．认识机构的组成原理和构造分析的方法。认识高副低代的方法；学会依照机构组成原理，用基本杆组、原动件和机架创新构想新机构的方法。

授课内容 :

1 机构的组成； 2 机构运动简图；

3 机构的自由度的计算及机构拥有确定运动的条件； 4 机构的组成原理和构造分析。

2.1 机构的组成

1．构件与零件

构件：从运动的见解分析机械时，构件是参加运动的最小单元体。构件能够是一个零件，也能够是由多个零件组成的刚性系统。

零件：从制造的见解分析机械时，零件是组成机械的最小单元体。任何机械都由很多零件组合而成的。 2．运动副及其分类

运动副：两构件直接接触所形成的可动联接。

运动副元素 ：两构件直接接触而组成运动副的点、线、面部分。 构件的自由度 ：构件所拥有的运动的数目。

两个构件组成运动副后，构件的某些运动碰到，这种称为拘束。拘束：运动副对构件的运动所加的。运动副每引入一个拘束，构件就失去一个自由度。

运动副的分类：

1) 按运动副的接触形式分：

低副：构件与构件之间为面接触，其接触部分的压强较低。

高副：构件与构件之间为点、线接触，其接触部分的压强较高。 2) 按相对运动的形式分

平面运动副 ：两构件之间的相对运动为平面运动。 空间运动副 ：两构件之间的相对运动为空间运动。 3) 按运动副引入的拘束数分类

引入 1 个拘束的运动副称为 1 级副，引入 2 个拘束的运动副称为 2 级副，引入 3 个拘束的运动副称为 3 级副，引入 4 个拘束的运动副称为 4 级副， 引 入 5 个拘束的运动副称为 5 级副。4．按接触部分的几何形状分 3．运动链

运动链是指两个或两个以上的构件经过运动副联接而组成的系统。

闭式运动链（闭链）：运动链的各构件组成首末关闭的系统。

开式运动链（开链）：运动链的各构件未组成首末关闭的系统。

在运动链中，若是将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，若是运动链中其他各构件都有确定的相对运动，则此运动链成为机构。 机构：拥有确定运动的运动链。 机架：机构中固定不动的构件；

原动件：依照给定运动规律运动的构件 从动件：其他活动构件。

平面机构： 组成机构的各构件的相对运动均在同一平面内或在相互平行的平面内。

空间机构： 机构的各构件的相对运动不在同一平面内或平行的平面内。

2.2 运动简图

机器是由机构组成，因此，在对现有机构进行分析，仍是构想新机械的运动方案和对组成新机械的各样机构作进一步的运动及动力设计时，需要一种表示机构的简洁图形——机构运动简图。

机构运动简图 ：用国家标准规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按必然比率尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简洁图形。它与原机械拥有完好相同运动特点。

机构表示图 ：为了表示机械的组成情况和构造特点， 不严格按比率绘制的简图。

功用：

1. 现有机械分析

2. 新机械整体方案的设计 机构简图的绘制步骤：

1. 分析机械的动作原理、组成情况和运动情况；

2. 沿着运动传达路线，分析两构件间相对运动的性质，以确定运动副的种类和数目；

3. 适合地选择运动简图的视图平面； 4. 选择适合比率尺

( =本质尺寸 (m)/ 图示长度 (mm))，用机构简图符号，绘

制机构运动简图。并从运动件开始，按传动次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。

2.3 机构自由度的计算及拥有确定运动的条件

1. 机构自由度的见解： 机构的运动数称为 机构的自由度 。 2. 平面机构自由度的计算

机构的自由度取决于活动构件的数目、联接各构件的运动副的种类和数目。 （ 1〕平面机构自由度计算的一般公式

设一个平面机构有 n 个活动构件，在用运动副将所有构件联接起来前，这些活动构件拥有 3n 个自由度。

当用 ph 个高副、 pl 个低副联接成运动链后，这些运动副共引入了

2 pl

ph 个拘束。由于每引入一个拘束构件就失去了一个自由度，故整个机构

相关于机架的自由度数为

F 3n 2 pl ph

（1.1 ）

该式称为 平面机构的构造公式 。

3．计算平面机构自由度的注意事项 (1) 复合铰链

定义：两个以上构件在同一处以转动副相连结， 所组成的运动副称为 复合铰链 。解决问题的方法： 若有 K 个构件在同一处组成复合铰链，则其组成的转动副数 目应为（ K-1 ）个

(2) 局部自由度

定义：若机构中某些构件所拥有的自由度仅与其自己的局部运动相关，其实不影响其他构件的运动，则称这种自由度为局部自由度。

局部自由度经常发生的场合： 滑动摩擦变成转动摩擦时增加的滚子；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同，视为一个构件。 (3) 虚拘束

在特定几何条件或构造条件下， 某些运动副所引入的拘束可能与其他运动副所起的作用一致，这种不起作用的重复拘束称为虚拘束。 虚拘束经常发生的场合：

a. 两构件之间组成多个运动副时；

b. 两构件上某两点间的距离在运动过程中向来保持不变时； c. 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时； d. 机构中对运动不起作用的对称部分。

a) b) c) d)

机构中的虚拘束都是在必然的几何条件下出现的， 若是这些几何条件不满

足，则虚拘束将变成有效拘束，而使机构不能够运动。

采用虚拘束是为了改良构件的受力情况； 传达较大功率； 或知足某种特

殊需要。

4．机构拥有确定运动的条件 ：机构的自由度数等于机构的原动件数。

【学习指导】

本节的难点是正确鉴别机构中的虚拘束。 在学习时应第一搞清楚虚拘束的见解，掌握机构中存在虚拘束的特定几何条件，以便计算机构自由度时，能正确判断出机构中的虚拘束。同时应注意虚拘束在特定的几何条件损坏后将成为本质拘束。

复合铰链与局部自由度比较简单，学习时应在基本见解清楚的基础上，搞清复合铰链与局部自由度发生的场合，并采用相应的解决方法。