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1、1.平面机构的自由度,2.平面连杆机构,8.轴,6.联接,4.齿轮机构及其传动,5.轮系,9.滚动轴承,7.带传动,基本知识总结回顾,3.凸轮机构,0.绪论,机构用来传递运动和力、有一个构件为机架，用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统机构=构件0（机架）+构件1+构件2+机器执行机械运动的装置，用来变换和传递能量、物料、信息机器=机构+电气液压等装置构件运动单元零件制造单元,一 平面机构的自由度,1-1 运动副及其分类,1-2 平面机构的自由度,名词术语解释:1.构件-独立的运动单元,1-1 运动副及其分类,零件-独立的制造单元,2.运动副,a)两个构件、b)直接接触、c)有相对运动,
2、定义：运动副-两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。,三个条件，缺一不可,运动副元素-直接接触的部分（点、线、面）例如：凸轮 齿轮齿廓 活塞与缸套,按运动副元素分有：高副-点、线接触，应力高。,运动副的分类：,例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。,按运动副元素分有：高副-点、线接触，应力高。,低副-面接触，应力低,例如：转动副（回转副）、移动副。,运动副的分类：,例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。,常用运动副的符号 国标GB4460-84,运动副名称,运动副符号,两运动构件构成的运动副,转动副,移动副,两构件之一为固定时的运动副,平面运动副,左视图,左视图,平面高副,2,1,2.机构,定
3、义：具有确定运动的运动链称为机构。,机架-作为参考系的构件，如机床床身、车辆底盘、飞机机身。,机构的组成：机构机架原动件从动件,原（主）动件-按给定运动规律运动的构件。从动件-其余可动构件。,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。,原动件：能独立运动的构件。一个原动件只能提供一个独立参数,机构具有确定运动的条件为：,自由度原动件数,1-2 平面机构的自由度,一、平面机构自由度的计算公式,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,）才能唯一确定。,(x,y),运动副 自由度数 约束数回转副 1（）+2（x，y）=3,R=2,F=1,R=2,F=1,
4、R=1,F=2,结论：构件自由度自由构件的自由度数-约束数,移动副 1（x）+2（y，）=3,高 副 2（x,）+1（y）=3,经运动副相联后，构件自由度会有变化：,活动构件数 n,计算公式：F=3n-(2PL+Ph),要求：记住上述公式，并能熟练应用。,构件总自由度,低副约束数,高副约束数,3n,2 PL,1 Ph,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,F=3n-2PL-PH=33-24=1,高副数PH=,0,推广到一般：,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,F=3n-(2PL+PH)=34-(25+10)=2,高副数PH=,0
5、,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,F=3n-（2PL+PH）=32-（22+11）=1,高副数PH=,1,二、计算平面机构自由度的注意事项,计算图示圆盘锯机构的自由度。,解：活动构件数n=,7,低副数PL=,6,F=3n-（2PL-PH）,高副数PH=,=37-（26+10）,=9,计算结果肯定不对！为什么？,0,1.复合铰链-两个以上的构件在同一处以转动副相联。,计算：m个构件,有m-1转动副。,两个低副,上例：在B、C、D、E四处应各有 2 个运动副。,计算图示圆盘锯机构的自由度。,解：活动构件数n=7,低副数PL=,10,F=3n-2PL-PH=37
6、-210-0=1,可以证明：F点的轨迹为一直线。,圆盘锯机构,计算图示两种凸轮机构的自由度。,左边：n=,3，,PL=,3，,F=3n-2PL-PH=33-23-1=2,PH=1,对于右边的机构，有：F=32-22-1=1,事实上，两个机构的运动相同，且F=1,2.局部自由度,计算时去掉滚子和铰链：F=32-22-1=1,定义：构件局部运动所产生的自由度。,出现在加装滚子的场合。,滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。,解：n=,4，,PL=,6，,F=3n-2PL-PH=34-26=0,PH=0,3.虚约束-对机构的运动实际不起作用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。,FEAB CD 故增加构件4前、
7、后E点的轨迹都是圆弧。增加的约束不起作用，应去掉构件4。,重新计算：n=3,PL=4,PH=0,F=3n-2PL-PH=33-24=1,特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,出现虚约束的场合：1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，,如平行四边形机构、火车轮、椭圆仪等。,出现虚约束的场合：1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，,2.两构件构成多个移动副，且导路平行。,3.两构件构成多个转动副，且同轴。,如平行四边形机构、火车轮、椭圆仪等。,4.运动时，两构件上的两点距离始终不变。,5.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。,6.两构件构成高副，两处接触
8、，且法线重合。,如等宽凸轮,注意：法线不重合时，变成实际约束！,虚约束的作用：改善构件的受力情况，如多个行星轮。,增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。,使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。,注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的!,设计：潘存云,计算图示大筛机构的自由度。,位置C，2个低副,复合铰链:,局部自由度,F,连接杆D,虚约束,E，去除E,n=,7,PL=,7+2=9,PH=,1,F=3n-2PL-PH=37-29-1=2,计算图1所示机构的自由度，图中画有箭头的构件为原动件。如果机构中有虚约束、局部自由度或复合铰链，在图中标出或用文字表述。,回顾总结,1、自由度：构件相对于参考
9、系的独立运动称为自由度。2、运动副：两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。构件组成运动副后，其运动受到约束，自由度减少。3、运动副按接触性质分：低副和高副。低副：两构件通过面接触组成的运动副称为低副。转动副：组成运动副的两构件只能在平面内相对转动，这种运动副称为转动副，或称铰链。移动副：组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动，这种运动副称为移动副。高副：两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。4、机构中构件的分类：固定构件（机架）用来支承活动构件（运动构件）的构件。原动件（主动件）运动规律已知的活动构件。从动件 机构中随原动件运动而运动的其余活动构件。5、平面自由度计算公式
10、F=3n-2PL-PH6、机构具有确定运动的条件：机构自由度F 0，且F等于原动件数7、自由度计算注意事项 复合铰链两个以上构件同时在一处用转动副相连接。K个构件汇交而成的复合铰链具有（K-1）个转动副。局部自由度与输出构件运动无关的自由度。虚约束重复而对机构不起限制作用的约束。,二 连 杆,2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性,2-2 铰链四杆机构有曲柄的条件,特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。,特点：采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。,改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。,连杆曲线丰富。可满足不同要求。,平面连杆机构定义：由低副（
11、转动、移动）连接组成的平面机构。,2-1 铰链四杆机构的基本型式和特性,缺点：构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。,产生动载荷（惯性力），不适合高速。,设计复杂，难以实现精确的轨迹。,分类:,平面连杆机构,空间连杆机构,常以构件数命名：四杆机构、多杆机构。,重点介绍四杆机构。,球面四连杆机构,平面四杆机构的基本型式:,基本型式-铰链四杆机构,名词解释：曲柄作整周定轴回转的构件；,连杆作平面运动的构件；,连架杆与机架相联的构件；,摇杆作定轴摆动的构件；,周转副能作360相对回转的运动副；,摆转副只能作有限角度摆动的运动副。,曲柄,连杆,摇杆,机架固定不同的杆件；,设计：潘存云,雷达天
12、线俯仰机构 曲柄主动,缝纫机踏板机构 摇杆主动,三种基本型式：,（1）曲柄摇杆机构,特征：曲柄摇杆,作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。,设计：潘存云,1.急回运动,在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。,此两处曲柄之间的夹角 称为极位夹角。,180,K为行程速比系数。,且越大，K值越大，急回性质越明显。,设计新机械时，往往先给定K值，于是:,在曲柄摇杆机构中，当“曲柄”为“原动件”时，“摇杆”的运动具有“急回特性”。,设计：潘存云,2.死点,摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：,此时机构不能运动.称此位置为：“死点”,0,0,0,避免措施：两
13、组机构错开排列，如火车轮机构;,靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。,2.死点,避免措施：两组机构错开排列，如火车轮机构;,靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。,设计：潘存云,飞机起落架,也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。,在曲柄摇杆机构中，当“摇杆”为原动件时，曲柄（摇杆）的运动具有“两”个“死点”。,设计：潘存云,钻孔夹具,也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。,在曲柄摇杆机构中，当“摇杆”为原动件时，曲柄（摇杆）的运动具有“两”个“死点”。,设计：潘存云,设计：潘存云,旋转式叶片泵,（2）双曲柄机构,特征：两个曲柄,作用：将等速回转转变为等速或变速回转。,应用实例：如
14、叶片泵、惯性筛等。,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,（3）双摇杆机构,特征：两个摇杆,应用举例：铸造翻箱机构,特例：等腰梯形机构-汽车转向机构,、风扇摇头机构,设计：潘存云,2.压力角和传动角,压力角：从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。,设计时要求:min50,切向分力:F=Fcos,法向分力:F”=Fcos,F对传动有利。,=Fsin,称为传动角。,此位置一定是：主动件与机架共线两处之一。,可用的大小来表示机构传动力性能的好坏,当BCD最小或最大时，都有可能出现min,为了保证机构良好的传力性能,设计：潘存云,平面四杆机构具有整转副可能存在曲柄。,杆1为曲柄，作整周回转
15、，必有两次与机架共线,l2(l4 l1)+l3,则由BCD可得：三角形任意两边之和大于第三边,则由B”C”D可得：,l1+l4 l2+l3,l3(l4 l1)+l2,2-2 铰链四杆机构有曲柄的条件,l1+l2 l3+l4,l5-l1,将以上三式两两相加得：+可得 l1 l2+可得 l1 l3+可得 l1 l4,l1+l3 l2+l4,AB为最短杆,2.连架杆或机架之一为最短杆。,可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是整转副。,曲柄存在的件：,1.最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长度之和,此时，铰链A为整转副。,若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是整转副。,称为杆长条件。
16、,最短杆相邻杆DC为机架，最短杆AD为连架杆：D为整转副，C为摆转副，曲柄摇杆AB为机架，最短杆AD为连架杆：A为整转副，B为摆转副，曲柄摇杆,最短杆AD为机架：A/D为整转副，双曲柄,最短杆对杆BC位机架，最短杆AD为连杆：B,C为摆转副，双摇杆,设计：潘存云,当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。双曲柄 双摇杆 曲柄摇杆,（1）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和，则：取最短杆为连架杆时，构成曲柄摇杆机构。取最短杆为机架时，构成双曲柄机构取最短杆为连杆时，构成双摇杆机构（2）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长
17、度之和，则无曲柄存在，只能构成双摇杆机构。,（1）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和，则：取最短杆为连架杆时，构成曲柄摇杆机构。取最短杆为机架时，构成双曲柄机构取最短杆为连杆时，构成双摇杆机构（2）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则无曲柄存在，只能构成双摇杆机构。,（1）最长杆与最短杆和：50+20=70，另外两杆和：35+3065因最长杆加最短的长度大于其它两杆的长度之和，故该机构为双摇杆机构。,思考：1.当AD为机架，求BC杆长度为多少时，机构为曲柄摇杆机构?(分类讨论),（2）CD杆为机架时，该机构仍为双摇杆机构。,2.当AD为机架，
18、是否存在BC杆，使得机构成为双曲柄机构?,回顾总结,1、定义：平面连杆机构是由若干构件用低副（转动副、移动副）连接组成的平面机构。2、铰链四杆机构 全部用转动副相连的平面四杆机构称为平面铰链四杆机构。机构的固定构件称为机架；与机架用转动副相连接的构件称为连架杆；不与机架直接连接的构件称为连杆；与机架组成整转副的连架杆称为曲柄；与机架组成摆动副的连架杆称为摇杆 铰链四杆机构的三种基本型式：曲柄摇杆机构；双曲柄机构；双摇杆机构3、铰链四杆机构有曲柄的条件最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和 整转副是由最短杆与其邻边组成的选择哪一个杆为机架判断是否存在曲柄：取最短杆为机架时，机架上由两个整转副，故得双曲柄机构；取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，故得曲柄摇杆机构；取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副故得双摇杆机构,4、急回特性行程速度变化系数K、极位夹角越大，K越大，急回运动的性质也越显著。5、压力角与传动角作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度Vc 之间所夹的锐角称为压力角；压力角的余角 称为传动角。压力角越小则传动角越大，有效分力越大，机构传力性能越好。传动角 的下限：min 40。用来衡量机构的传力性能。6、死点位置：机构的传动角为零的位置称为死点位置。,
