机械设计基础平面机构的运动简图及自由度.PPTVIP

2.1 运动副及分类 一、运动副：这种使两构件直接接触并能产生一运动的联接，称为运动副。两构组成运动副后，就限制了构件的独立运动，两构件组成运动副时构件上参加接触的点、线、面称为运动副元素，显然运动副也是组成机构的主要要素。 二、约束：两构件组成运动副后，就限制了两构件间的相对运动，对于相对运动的这种限制称为约束。 2.1 运动副及其分类 机构具有确定运动的条件 1)若机构自由度Ｆ≤0，则机构不能动； 2)若Ｆ0且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是确定的；这就是机构具有确定运动的条件。 3)若Ｆ0，而原动件数F，则构件间的运动是不确定的； 4）若Ｆ0，而原动件数F，则构件间不能运动或产生破坏。 综上所述，运动链成为机构的条件为：取运动链中一个构件作为机架，运动链相对机架的自由度必须大于零，且原动件数目等于运动链的自由度数。 3. 虚约束 虚约束是指机构运动分析中不产生约束效果的重复约束， 在计算机构的自由度时，应将虚约束去除。图2-15为一四杆机构，如以n＝3，pL=5，pH=0代入式(2-1)，则其自由度为 F=3n-2pL-pH=3×3-2×5-0=-1 此结果为F＜0，说明该机构根本不能动。但稍加分析便知，若取1为主动件，则机构不但可动而且还具有完全的确定运动。其所以与计算结果不符，是因为构件3与机架在C和D处组成两个移动副，且杆3的运动与两移动副的导路中心线重合。因此，这两个移动副之一实际上并未起到约束作用，即从运动角度来看， 去掉一个移动副(C或D)，并不影响杆3作水平方向移动。 因此， 在计算机构自由度时，应将其中之一(C或D)作为虚约束处理， 即除去不计。 这样， 机构的自由度为 F=3n-2pL-pH=3×3-2×4-0=1 此结果与实际情况一致。 图2-15 机构中的虚约束（两构件同时在几处接触 而构成多个移动副，且各移动副的导路互相平行） 图2-16(a)、(b)所示为机车车轮联动装置和机构运动简图。图中的构件长度为lAB=lCD=lEF, lBC=lAD, lCE=lDF。该机构的自由度为 F=3n-2pL-pH=3×4-2×6-0=0 图2-16 机车车轮联动机构中的虚约束（运动轨迹重合） * * 第2章 平面机构的运动简图及自由度 2.1 运动副及其分类 2.2 平面机构运动简图 2.3 平面机构的自由度 习 题 2.1 运动副及其分类 2.1.1 低副 两构件以面接触的运动副称之为低副。分为回转副和移动副。 1. 回转副 若组成运动副的两个构件只能在一个平面内作相对转动， 这种运动副称为回转副，或称铰链。如图2-2(a)所示的轴承1与轴2组成的回转副，它有一个构件是固定的，故称为固定铰链。图2-2(b)所示构件1与构件2也组成了回转副，它的两个构件都未固定，故称为活动铰链。例如图1-1中曲轴与气缸体所组成的回转副是固定铰链，活塞与连杆、连杆与曲轴所组成的回转副是活动铰链。 图2-2 回转副 2. 移动副  若组成运动副的两个构件只能沿某一轴线相对移动，这种运动副称为移动副。图2-3中构件1与构件2组成的是移动副。例如图1-1所示活塞和气缸体所组成的运动副就是移动副。 图2-3 移动副 2.1.2 高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。 它们的相对运动是转动和沿切线t-t方向的移动。图2-4(a)中的车轮1与钢轨2，(b)中的凸轮1与从动件2，(c)中的轮齿1与轮齿2，分别在其接触处A组成高副。 由以上分析可知，对于平面低副（不论是转动副还是移动副），两构件之间的相对运动只能是转动或移动， 故它是具有一个自由度和两个约束条件的移动副。对于平面高副其相对运动为转动兼移动，所以，它是具有两个自由度和一个约束条件的移动副。 2.2 平面机构运动简图 图2-7 低副构件的表示方法 图2-8 可以组成三个回转副的构件 一般机构中的构件可分为三类：  (1) 固定件(机架)：用来支承活动构件的构件。例如图1-1中的气缸体就是固定件，用以支承活塞和曲轴等。在研究机构中活动构件的运动时，常以固定件作为参考坐标系。  (2) 原动件：运动规律已知的活动构件，它的运动规律是由外界给定的。比如内燃机中的活塞就是原动件。  (3) 从动件：机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件。比如内燃机的连杆和曲轴都是从动件。从动件的运动规律取决于原动件的运动规律和机构的组成情况。任何一个机构中， 必有一个构件被相对当作固定件。例如：气缸体虽然随