课时一 平面机构的自由度与速度分析（上）

1、机器、机构与机械的关系

1）基本概念

（1）机械：机械式机器和机构的总成

（2）机构：机构是用来传递与变换运动和力的可动装置

（3）机器：机器是根据某种要求设计的执行机械运动的装置，可用来变换或传递能量、物料和信息

2）机器和机构的区别和联系

      机器与机构都是多个实物的组合体、按照给定连接方式与运动规律作相对运动。此外，机械还可以用来变换或传递能量、物料和信息。

2、机构的基本概念

1）零件和构件

（1）概念：零件是制造的单元；构件是运动的单元，是一或多个零件组成的刚性连接体--不可动

（2）示例：齿轮既可以是一个零件也可以是一个构件；连杆是一个构件但不是一个零件，由多零件组合在一起。

2）运动副和运动链

（1）运动副

①概念：两构件直接接触而组成的可动连接

②分类：a、按照相对运动方式：平面副--平面运动；空间副  空间运动--构件1和构件2不在一个平                面

              b、按接触方式：低副--面接触；高副--点或线接触

              c、按运动形式：转动副、滑动副、齿轮副、凸轮副、球面副

              d、按引入约束数：Ⅰ级副   引入一个约束；Ⅱ级副  引入两个约束；Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级约束依                次类推；由空间机构的6个自由度可知，Ⅵ级副是固定死的不可动，因此不存在Ⅵ级副。

空间机构的自由度一共有6个，X、Y、Z轴向的移动和绕X、Y、Z轴的旋转。

如图：1、转动副：平面低副--面接触，Ⅴ级副--只有一个方向的转动，相对运动是一个面--面接触

           2、滑动副：平面低副--面接触，Ⅴ级副--只有一个方向的滑动

           3、齿轮副：平面高副--线接触，Ⅳ级副--转动和滑动，滚滑运动

           4、凸轮副：平面高副--点线接触，Ⅳ级副

           5、球面副：空间低副--面接触，Ⅲ级副--三个方向的转动，构件1和构件2的运动不在一个             平面--空间副

（2）运动链：

①概念：构建通过运动副连接而构成的可动系统

②分类：a、闭链：组成运动链的各个构件构成首尾封闭的系统；

                    开链：组成运动链的个构件未首尾封闭的系统

               b、平面运动链：构件的相对运动为平面运动

                     空间运动链：构件的相对运动为空间运动

3）机构

（1）概念：机构是具有确定相对运动的构件组合体

机构组成：a、机架：必有且唯一的固定构件

                  b、原动件：具有独立运动规律的构件---活动构件

                  c、从动件：其余活动构件-------------------活动构件

零件：制造单元；构件：运动单元；

平面自由度F=3，最多有两个约束的运动副是平面低副----移动副、转动副

3、机构具有确定运动的条件

1）机构的自由度

（1）概念：机构具有确定运动需要添加独立运动规律的构件的数量称为自由度

（2）机构具有确定运动的条件：机构原动件的数量等于机构自由度时，机构具有确定的运动

2）平面机构自由度的计算

     平面运动的活动构件n都有三个自由度F--XOY平面，X和Y轴的移动以及绕Z轴的转动。

     单个平面低副（转动副、滑动副）PL引入两个约束--F=3n-2PL；

     单个平面高副（齿轮副、凸轮副）PH引入一个约束--F=3n-PH；

     因此：F=3n-2PL-PH            N代表所有构件的数量（活动构建和机架）N=n+1 

注：运动件个数等于自由度数目==》具有确定运动，在构件1有W1，因此构件1是原动件且只有这一个