如图所示，颚式破碎机俗称鄂破，又名老虎口，是一种工程机械设备。颚式破碎机由动颚和静颚两块颚板组成破碎腔，模拟动物的两颚运动而完成物料破碎作业，大范围的应用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化工等行业中各种矿石与大块物料的中等粒度破碎。常常通过绘制颚式破碎机的运动简图来分析其工作原理、运动特性及受力情况。

  通过本项目的学习，可以掌握机器的组成、分类以及平面机构运动简图相关知识；具备分析机器的结构和运动、绘制机构运动简图以及判断机构有没有确定相对运动的能力。

  人类在生产活动中创造和发明了各种机械，机械是衡量社会生产力发展水平的重要标志。机器种类非常之多，虽然它们的结构及形式和用途各不相同，但从其组成、运动和功能角度看，却具有共同的特征。

  图所示为单缸内燃机的结构和工作原理图。工作时，汽缸体内燃烧的气体推动活塞做往复直线运动，通过连杆使曲轴做连续转动，从而使燃料燃烧释放的化学能和热能转换为曲轴的机械能。

  要装配出一台内燃机，首先要制造出如图1-3所示的汽缸体、活塞、销、连杆体、连杆瓦、连杆盖、螺栓、螺母、曲轴等，它们统称为零件。因此，零件是机器的最小单元，是机器的制造单元，是组成机器的不可拆卸的基本单元。

  机械中的零件按照功能和结构特点可分为通用零件和专用零件。如图所示，通用零件是各种机械中广泛使用的零件，如螺栓、螺母、齿轮、轴承等。如图1-5所示，专用零件是仅在某些专门机械中才用到的零件，如内燃机活塞、减速器箱体、汽轮机叶片等。

  机器中相互之间能做相对运动的部分称为构件，一个构件可以由一个或多个零件组成，构件是机器的运动单元。如单缸内燃机工作时其内部结构有四种不同形式的运动，我们就称单缸内燃机由汽缸体、活塞、连杆、曲轴四个构件组成。

  机构中，相对于地面固定不动的构件，称为机架。照外界给定运动规律运动的构件，称为主动件。动力输出的构件，称为从动件。如单缸内燃机中汽缸体是机架；活塞是主动件；曲轴是从动件。

  机器中具有确定相对运动的多构件的组合称为机构，其主要功用在于传递运动、动力或实现运动形式的转换。

  如图所示，单缸内燃机中的汽缸体、活塞、连杆、曲轴这四个构件组成了一个曲柄滑块机构，用来实现活塞、连杆、曲轴之间运动和动力的传递，同时将汽缸内活塞（滑块）的往复直线运动转换为曲轴(曲柄)的连续转动。

  机器是由一个或几个机构组成的系统。机器与机构的不同之处在于功用的不同，机器的主要功用是利用机械能做功或实现能量的转换；机构的主要功用是传递运动和动力或转换运动形式。单缸内燃机就是由多构件组成的、能够将燃料燃烧释放的化学能和热能转换为机械能的机器。

  机器的结构及形式和用途各不相同，机器的功能需要多部分配合才能完成。图所示的摇臂钻床适用于在大型工件上进行单孔或多孔加工。能够准确的看出，电动机、主轴箱、主轴、工作台、按钮、手轮在摇臂钻床中起着不同的作用。

  动力部分也称原动部分，是机器的动力来源。其作用是将别的形式的能量转换成机械能，以驱动机器其他各部分运动、工作。

  执行部分也称工作部分，是机器中直接完成工作任务的部分，一般位于传动的终端。

  传动部分是在动力部分和执行部分之间进行运动和动力的传递和转换的中间部分。传动部分能轻松实现减速、增速、调速，改变转矩以及运动形式等，从而满足工作机的各种要求。

  操纵和控制部分可以显示和反映机器运行位置和状态，控制机器的正常运行和工作，常采用机械、电子、电气、光波等技术。

  动力机械用来实现机械能与别的形式能量之间的转换，如电动机、内燃机、液压泵等。

  加工机械用来改变物料的状态、性质、结构和形状等，如金属切削机床、粉碎机、压力机等。

  两构件非间接接触并能产生确定相对运动的活动连接称为运动副。机构就是由构件和构件连接时所形成的运动副组成的。如图所示，单缸内燃机中，汽缸体与活塞、活塞与连杆、连杆与曲轴、曲轴与轴承之间分别形成了运动副。

  两构件以面接触所形成的运动副称为低副。形成低副的两构件接触表面一般为平面或圆柱面，容易制造和维修；承受载荷时单位面积压力较低，因而低副承载能力大。但低副属于滑动摩擦，摩擦损失大，因而效率较低；且低副不能传递较复杂的运动。根据组成低副的两构件的相对运动形式，低副可分为转动副、移动副和螺旋副三种。

  组成运动副的两构件只能做相对转动，也称铰链，可分为两构件都可运动的活动转动副和只有一个构件可以运动的固定转动副两种，如图所示。

  组成运动副的两构件只能做相对直线移动，也称滑块，可分为两构件都可运动的活动移动副和只有一个构件可以运动的固定移动副两种，如图所示。

  两构件以点或线接触所形成的运动副称为高副。形成高副的两构件接触面积小，在承受载荷时单位面积压力较大，构件易磨损，寿命短；制造维修困难；但高副能传递较复杂的运动。如图1-14所示，车轮与钢轨、凸轮与从动件以及齿轮啮合等均为高副。

  组成机构的各构件都在同一平面或相互平行的平面内运动的机构称为平面机构。对平面机构做多元化的分析，目的是了解组成机构的各构件是如何工作的。此时，只需考虑与运动有关的构件的数目、运动副的数目、类型及相对位置，而无需考虑机构的真实外形和具体结构。

  用线条表示构件，用简单符号表示运动副的类型，按特殊的比例及规定的简化画法表示各构件间相对位置及运动关系的工程图形，称为平面机构运动简图。利用平面机构运动简图可方便地分析机构的原理、运动特性及受力情况。只为了表示机构的结构及运动情况，而不严格按照比例绘制的简图，称为机构的示意图。

  观察机构的运动传递情况，找出机架、主动件和从动件。从主动件开始，沿传动线路分析构件数目及各构件的相对运动情况，确定运动关系。

  单缸内燃机中，汽缸体、轴承是机架，活塞是主动件，连杆、曲轴是从动件。从活塞开始，机构的传动路线如下：活塞—连杆—曲轴，共由四个构件组成。

  单缸内燃机中，构件汽缸体与活塞、活塞与连杆、连杆与曲轴、曲轴与轴承外圈之间形成了4个运动副。其中，汽缸体与活塞形成移动副，活塞与连杆、连杆与曲轴、曲轴与轴承形成转动副。

  选取能够全面反映机构运动特征的平面作为视图平面。平面机构一般取构件的运动平面作为视图平面。

  选择适当的比例尺 μl=实际长度(m)/图示长度(mm)。按照各运动副间的距离和相对位置，以规定的符号将各运动副表示出来。用直线或曲线将同一构件上的运动副连接起来，画出机构运动简图。图中各运动副标以大写英文字母，各构件标以阿拉伯数字，并将主动件的运动方向用箭头标明。单缸内燃机运动简图的绘制如图所示。

  为了保证机构按照预期的结果进行工作，要求各构件以不同的方式连接形成运动副后，各构件间具有确定的相对运动。

  构件的独立运动称为自由度。没有用运动副连接的，做平面运动的构件称为自由构件。如图1-16左所示，自由构件2在xOy平面上具有三个独立的运动，即沿x轴方向和y轴方向的两个移动以及在xOy平面上绕任意点的转动，即具有三个自由度。

  当两构件连接形成运动副后，构件的独立运动受到限制。这种限制构件独立运动的作用称为约束。不一样的运动副引入的约束数目是不同的。如图所示，转动副限制了构件2沿z轴方向和y轴方向的两个移动，只允许绕x轴转动，即转动副引入了两个约束，保留了一个自由度。移动副限制了构件2沿y轴方向的移动和绕z轴的转动，只允许沿x轴方向挪动，即移动副引入了两个约束，保留了一个自由度。齿轮副与凸轮副中，构件2相对于构件1既可沿接触点A处切线t-t方向挪动，又可绕接触点A转动，只是沿公法线n-n方向的运动被限制，即平面高副引入一个约束，保留了两个自由度。

  机构具有的独立运动数目称为机构的自由度。在平面机构中，每个活动构件有3个自由度。构件用运动副连接后引入了约束，并失去了自由度，一个低副失去两个自由度，一个高副失去一个自由度。

  如单缸内燃机由活塞、连杆、曲轴3个活动构件、4个低副（其中1个移动副、3个转动副）、0个高副组成，其自由度为：

  但是在计算平面机构自由度时，应注意复合铰链、局部自由度、虚约束三种特殊情况。

  三个或三个以上的构件共用同一转动轴线所构成的转动副，称为复合铰链。图1-18所示三个构件实际上构成了轴线重合的两个转动副，故转动副的数目为2个。以此类推，由m个构件在同一轴线上形成的复合铰链，转动副的数目应该是（m-1）个。

  与机构整体运动无关的构件的独立运动，称为局部自由度。在计算机构自由度时，局部自由度应略去不计。

  在图所示凸轮机构中，滚子绕其自身轴线的转动完全不影响从动件的运动，因而滚子转动的自由度属于局部自由度。在计算该机构的自由度时，应将滚子与从动件看成一个构件。该机构的自由度为：

  局部自由度虽不影响机构的运动关系，但可以变滑动摩擦为滚动摩擦，从而减轻了由于高副接触而引起的摩擦和磨损。因此，在机械中常见具有局部自由度的结构，如滚动轴承、滚轮等。

  机构中不产生独立限制作用的约束称为虚约束。在计算自由度时，应先去除虚约束。虚约束常在以下几种情况中发生：

  2)机构运动时，如果两构件上两点间的距离从始至终保持不变，将此两点用构件和运动副连接，则会引入虚约束。

  3) 两个构件组成多个轴线重合的转动副；或两个构件组成多个移动方向一致的移动副时，只需考虑其中一处的约束，其余各处引入的约束均为虚约束。

  虚约束虽不影响机构的运动，但能增加机构的刚性，改善机构的受力情况，因此在机构设计中被广泛采用。但是虚约束对机构的几何条件要求比较高，因此对机构的加工和装配都提出了较高的要求。

  机构是由构件和运动副组成的，机构要实现预期的运动，必须使其运动具有可能性和确定性。所示的由3个构件通过3个转动副连接而成的衍架机构就没有运动的可能性。图所示的五杆机构，若取构件1为主动件，当给定其转角φ1时，从动件2、3、4既可处在实线位置，也可处在虚线或其他的位置，即从动件的运动是不确定的；若同时给定构件1和4的位置参数φ1和φ2，则其余构件的位置就能确定下来。

  机构的自由度是机构具有的独立运动数目，如果通过1个主动件对此独立运动加以限制，则机构的运动就完全确定了。由此可见，机构具有确定运动的条件为：机构的主动件数目W等于机构的自由度数目F，即

  在分析机构或设计新机构时，通常能通过计算机构的自由度来检验所作的运动简图是不是满足具有确定运动的条件，以避免所设计的机构出现原理性错误。

  项目工单：参照图所示颚式破碎机工作原理图，进行结构和运动分析，绘制机构的运动简图，并判断机构的运动是否确定。

  如图所示，颚式破碎机主机体机构由机架、偏心轴、动颚板和肘板四个构件组成。

  颚式破碎机的主动件是偏心轴，工作构件是动颚板，其运动传动路线是：偏心轴→动颚板→肘板。

  该机构中，偏心轴与机架、偏心轴与动颚板、肘板与动颚板和肘板与机架分别组成运动副。其中，主动件偏心轴与机架组成转动副A，偏心轴与动颚板组成转动副B，肘板与动颚板组成转动副C，肘板与机架组成转动副D。

  该机构中各运动副的轴线互相平行，即所有的活动构件在同一平面内运动，所以选定构件的运动平面为视图平面。

  按照各运动副间的距离和相对位置，以规定的符号将各运动副表示出来。用直线将同一构件上的运动副连接起来，画出机构运动简图。图中各运动副标以大写英文字母，各构件标以阿拉伯数字，并将主动件的运动方向用箭头标明。

  颚式破碎机由偏心轴、动颚板和肘板3个活动构件、4个低副（4个转动副）、0个高副组成，其自由度为：

  机构以偏心轴为主动件，机构的主动件数目W=1，等于机构的自由度数目F=1，所以，该机构具有确定的运动。