第2章 機構(gòu)的組成

1、第第2章章 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成 2.1 機構(gòu)的機構(gòu)的組成組成 2.2 平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖 2.3機構(gòu)自由度的計算機構(gòu)自由度的計算 西安工程大學(xué)機原機零教研室 2.1 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成 機構(gòu)是一個能傳遞運動和力的構(gòu)件系統(tǒng)。 構(gòu)件構(gòu)件及運動副運動副是機構(gòu)組成的兩個基本要素。 固定構(gòu)件機架1； 給定運動規(guī)律的構(gòu)件原動件？； 其余活動構(gòu)件從動件2。 平面機構(gòu)全部構(gòu)件都在同一或相互平行的平面內(nèi)運動。 空間機構(gòu)含有能在三維空間中運動的構(gòu)件。 學(xué)習(xí)重點學(xué)習(xí)重點結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用廣泛的平面機構(gòu)平面機構(gòu)。 西安工程大學(xué)機原機零教研室 構(gòu)件可能是一個獨立運動的零 件，由若干個零件剛性地聯(lián)接 在一起

2、的獨立運動的整體。 從運動的觀點來看，任何機器都是由若干個（兩個以上） 構(gòu)件組合而成的。 1.1.零件與構(gòu)件零件與構(gòu)件 機器中每一個獨立運動的單元體獨立運動的單元體構(gòu)件。 西安工程大學(xué)機原機零教研室 零件機器中每一個獨立制造的單元體獨立制造的單元體。 從制造的觀點來看，任何機器都是由若干個零件組合而成的。 西安工程大學(xué)機原機零教研室 構(gòu)件彼此聯(lián)接起來，不能是剛性，能產(chǎn)生某些確定相對 運動機構(gòu) 把兩構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運動副的表面運動副元素運動副元素 2.2.運動副及其分類運動副及其分類 由兩個構(gòu)件直接接觸而組成的可動的聯(lián)接運動副運動副 西安工程大學(xué)機原機零教研室 運動副允許允許被聯(lián)構(gòu)件做一

3、定的相對運動相對運動(存在自由度)；同 時也因接觸產(chǎn)生產(chǎn)生一定的幾何約束幾何約束(失去自由度)。一般每引 入一個約束，會失去一個自由度；同理，每取消一個約束， 就會增加一個自由度。 構(gòu)件具有的獨立運動數(shù)目為機構(gòu)自由度 平面運動構(gòu)件具有幾個獨立運動？ 平面運動構(gòu)件具有3個獨立運獨立運 動動即3個自由度自由度，要確定其空 間位置需3個獨立運動控制參獨立運動控制參 數(shù)數(shù)（x，y, ）。 西安工程大學(xué)機原機零教研室 常用結(jié)論： 自由度 = 獨立運動； 約 束 = 對運動的幾何限制； 運動副 = 構(gòu)件之間的動聯(lián)接； 固定構(gòu)件的自由度為零。 構(gòu)件1與2間用圓柱面聯(lián)接。 X和Y方向存在約束，失去自由度； 允

4、許繞Z軸的相對轉(zhuǎn)動。 西安工程大學(xué)機原機零教研室 1級副引入一個約束的運動副。 2級副引入兩個約束的運動副。 運動副分類運動副分類 引入的約束的數(shù)目1級副，2級副 接觸形式低副，高副 相對運動形式轉(zhuǎn)動副，移動副，螺旋副，球面副 西安工程大學(xué)機原機零教研室 低副：凡兩構(gòu)件通過面接觸而構(gòu)成的運動副。 面接觸的運動副。 高副：凡兩構(gòu)件通過點或線接觸而構(gòu)成的運動副。 點接觸或線接觸的運動副； 西安工程大學(xué)機原機零教研室 轉(zhuǎn)動副 兩構(gòu)件之間的相對運動為轉(zhuǎn)動的運動副。 又稱回轉(zhuǎn)副或鉸鏈 移動副 相對運動為移動的運動副。 螺旋副 相對運動為螺旋運動的運動副。 球面副 相對運動為球面運動的運動副。 西安工程大

5、學(xué)機原機零教研室 運動鏈常分為： 閉式運動鏈 組成運動鏈的各構(gòu)件構(gòu)成了首末封閉的系統(tǒng)。 開式運動鏈 組成運動鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成封閉的系統(tǒng)。 3.運動鏈運動鏈 多個構(gòu)件通過運動副的聯(lián)接而構(gòu)成的相對可動的系統(tǒng) 一般多采用平面閉鏈，空間開鏈多用在機械手等中。 運動鏈機構(gòu) 西安工程大學(xué)機原機零教研室 思考題思考題 什么是零件？什么是構(gòu)件？它們有何聯(lián)系？ 什么是運動副？ 在平面機構(gòu)中常見的運動副有哪些類型？ 什么是運動鏈？什么是機構(gòu)？它們有何異同點？ 西安工程大學(xué)機原機零教研室 2.2平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖 機構(gòu)運動簡圖表示機構(gòu)運動傳動情況的簡化圖形。 1.1.機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖 從運動變

6、換與傳遞的角度分析，機構(gòu)可實現(xiàn)的運動功能 與原動件的運動規(guī)律，連接各構(gòu)件的運動副類型及運動 尺寸密切相關(guān)，它對機械運動結(jié)構(gòu)，運動及動力分析就 變得十分簡便。 注意問題 (1)忽略構(gòu)件和運動副的具體結(jié)構(gòu)、外觀、材料、顏色等 與截面尺寸，組成零件及固聯(lián)方式等無關(guān)。 西安工程大學(xué)機原機零教研室 (2)要正確描述機構(gòu)的運動特征，用標準符號表示運動副， 用規(guī)定線條表示構(gòu)件，用簡單線條連接構(gòu)件； (3) 選合適位置并按一定比例繪制機構(gòu)。所繪制的圖形被稱 為機構(gòu)運動簡圖，它能正確反映機構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對 運動關(guān)系。 機構(gòu)運動簡圖的作用機構(gòu)運動簡圖的作用 (1)簡單、通用、標準的工程技術(shù)語言工程技術(shù)語言。

7、(2)表示機構(gòu)的工作原理工作原理及運動特征運動特征。 (3)機構(gòu)分析分析和設(shè)計設(shè)計的基礎(chǔ)； 。 機構(gòu)示意圖是只能表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)狀況的簡化圖形。 西安工程大學(xué)機原機零教研室 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副 運動副及構(gòu)件的表示方法運動副及構(gòu)件的表示方法 構(gòu)件均用直線或小方塊等來表示， 畫有斜線的表示機架。 構(gòu)件構(gòu)件 圖垂直于回轉(zhuǎn)軸線時用圖a表示； 圖面不垂直于回轉(zhuǎn)軸線時用圖b表示。 西安工程大學(xué)機原機零教研室 表示轉(zhuǎn)動副的圓圈，其圓心必須與回轉(zhuǎn)軸線重合。 一個構(gòu)件具有多個轉(zhuǎn)動副時，則應(yīng)在兩條交叉處涂黑，或 在其內(nèi)畫上斜線。 西安工程大學(xué)機原機零教研室 移動副移動副 兩構(gòu)件組成移動副，其導(dǎo)路必須與相對移動方向一致。

8、西安工程大學(xué)機原機零教研室 平面高副平面高副 兩構(gòu)件組成平面高副時，其運動簡圖中應(yīng)畫出兩構(gòu)件接觸處 的曲線輪廓 對于凸輪、滾子，習(xí)慣劃出其全部輪廓； 對于齒輪，常用點劃線劃出其節(jié)圓。 西安工程大學(xué)機原機零教研室 步驟具體操作與任務(wù) 1分析機構(gòu)的組成構(gòu)件確定構(gòu)件數(shù)目、運動尺寸； 2觀察構(gòu)件間的相對運動確定運動副的類型和數(shù)目； 3選擇合適的平面視圖和位置充分反映機構(gòu)的運動特征； 4定比例尺使簡圖與機構(gòu)具有完全相同的運動特征； 5用規(guī)定符號與線條繪制機構(gòu)的運動簡圖。 先定原動件原動件(運動輸入)和工作件工作件(運動輸出)； 由傳動線路識別構(gòu)件構(gòu)件及運動副類型運動副類型； 由傳動線路識別構(gòu)件構(gòu)件及運動

9、副類型運動副類型； 注注：比例尺比例尺uL = 實際尺寸m/圖上尺寸mm 建議建議： 2.平面機構(gòu)運動簡圖的繪制平面機構(gòu)運動簡圖的繪制 西安工程大學(xué)機原機零教研室 機構(gòu)運動簡圖繪制實例機構(gòu)運動簡圖繪制實例 該機構(gòu)有哪些構(gòu)件所組成？ 各活動構(gòu)件作何種形式的運動？ 有幾個何種類型的運動副？ 偏心輪同連桿組成何種運動副？ 偏心輪偏心輪 西安工程大學(xué)機原機零教研室 組成構(gòu)件 1原動件原動件OA；2從動滑塊；從動滑塊； 3移動輸出；移動輸出；4機架。機架。 聯(lián)接運動副 O轉(zhuǎn)動副；轉(zhuǎn)動副； A轉(zhuǎn)動副；轉(zhuǎn)動副； 2、4移動副；移動副； 3、4移動副移動副。 表示符號 機 架4 轉(zhuǎn)動副O(jiān) 構(gòu) 件1 轉(zhuǎn)動副O(jiān)和

10、A 滑 塊2 移動副 2、4 轉(zhuǎn)動副A 機 架4 構(gòu) 件3 移動副 3、4 O O 1 1 2 2 A A 4 4 3 3 西安工程大學(xué)機原機零教研室 組成構(gòu)件 11原動件原動件OAOA；22從動連桿從動連桿ABAB； 33移動導(dǎo)桿；移動導(dǎo)桿；44機架。機架。 運動副 O O轉(zhuǎn)動副；轉(zhuǎn)動副；A A轉(zhuǎn)動副；轉(zhuǎn)動副； B B轉(zhuǎn)動副；轉(zhuǎn)動副；3 3、4 4移動副。移動副。 表示符號 擺動手柄擺動手柄1 1 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副O(jiān) O和和A A 機機 架架4 4 移動副移動副 3 3、4 4 連連 桿桿2 2 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副A A和和B B 導(dǎo)導(dǎo) 桿桿3 3 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副B B 西安工程大學(xué)機原機零教研室 內(nèi)燃

11、機 注注：1、非比例繪制非比例繪制為機構(gòu)示意圖； 2 2、機構(gòu)位置、機構(gòu)位置影響表達效果但運動特征相同。 2-9 西安工程大學(xué)機原機零教研室 內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖繪制內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖繪制 西安工程大學(xué)機原機零教研室 鱷式破碎機（含偏心輪）機構(gòu)運動簡圖 西安工程大學(xué)機原機零教研室 差值就是機構(gòu)的自由度機構(gòu)的自由度。 研究目的 判定給定機構(gòu)能否運動； 機構(gòu)需多少獨立驅(qū)動才能具有確定運動。 實現(xiàn)方法 重點內(nèi)容平面機構(gòu)自由度的分析計算分析計算。 用活動構(gòu)件數(shù)活動構(gòu)件數(shù)計算機構(gòu)的總自由度機構(gòu)的總自由度；為 由各類運動副數(shù)各類運動副數(shù)計算引入機構(gòu)的總約束；為引入機構(gòu)的總約束；為（ （3 3n n ） （2

12、 2P PL L + + P PH H）； 1.機構(gòu)自由度的計算公式機構(gòu)自由度的計算公式 機構(gòu)的自由度數(shù)F F：F F = 3= 3n - n - （2 2P PL L + + P PH H） 2.3平面機構(gòu)自由度的計算平面機構(gòu)自由度的計算 西安工程大學(xué)機原機零教研室 n活動構(gòu)件數(shù)3n 機構(gòu)總自由度數(shù) PL平面低副數(shù)平面低副數(shù)2PL低副總約束數(shù)低副總約束數(shù) PH平面高副數(shù)平面高副數(shù)PH高副總約束數(shù)高副總約束數(shù) 注：公式適合多數(shù)多數(shù)平面機構(gòu)，對特殊情況需進行必要修正修正。 F F = 3= 3n - n - （2 2P PL L + + P PH H） 西安工程大學(xué)機原機零教研室 活動構(gòu)件數(shù)n

13、低副數(shù)PL 高副數(shù)PH 機構(gòu)自由度數(shù)F 活動構(gòu)件數(shù)n 低副數(shù)PL 高副數(shù)PH 機構(gòu)自由度數(shù)F 1 23 4 五桿鉸鏈機構(gòu) 3 4 0 1 4 5 0 2 簡單應(yīng)用實例簡單應(yīng)用實例 西安工程大學(xué)機原機零教研室 F = 3n - 2Pl - Ph 活動構(gòu)件數(shù)n 低副數(shù)PL 高副數(shù)PH 機構(gòu)自由度數(shù)F 3 4 0 1 6個活動構(gòu)件，個活動構(gòu)件，4個轉(zhuǎn)動副，個轉(zhuǎn)動副， 3個移動副，個移動副，1個齒輪高副個齒輪高副 和和2個凸輪高副組成。個凸輪高副組成。 西安工程大學(xué)機原機零教研室 2.機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件 西安工程大學(xué)機原機零教研室 原動件數(shù) F，機構(gòu)運動確定運動確定； 當機構(gòu)

14、自由度F0時，構(gòu)件間無相對運動成為 剛性剛性或超靜定桁架。 當機構(gòu)自由度F0時，存在關(guān)系： 西安工程大學(xué)機原機零教研室 原動件數(shù) F，導(dǎo)致機構(gòu)最薄弱處損壞破壞破壞。 原動件數(shù) F， 機構(gòu)運動不確定運動不確定； 機構(gòu)自由度機構(gòu)自由度F F 0 0 和 原動件數(shù)原動件數(shù) F F。 機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件 西安工程大學(xué)機原機零教研室 判斷圖示運動鏈是否有確定運動判斷圖示運動鏈是否有確定運動 西安工程大學(xué)機原機零教研室 思考題 1計算運動鏈自由度的目的何在？ 2計算平面機構(gòu)自由度公式 ？ 3機構(gòu)具有確定運動的條件是什么？ 4如果不滿足該條件可能會出現(xiàn)哪些情況？ 西安工程大學(xué)機原機

15、零教研室 3.平面機構(gòu)自由度計算時應(yīng)注意的事項平面機構(gòu)自由度計算時應(yīng)注意的事項 計算自由度計算自由度 西安工程大學(xué)機原機零教研室 修正關(guān)系：轉(zhuǎn)動副數(shù) = 構(gòu)件數(shù)m 1。 1）復(fù)合鉸鏈）復(fù)合鉸鏈 識別特征：一處轉(zhuǎn)動副聯(lián)多個構(gòu)件； 分析模型： 存在問題：少轉(zhuǎn)動副，多自由度； 兩個以上構(gòu)件在同一軸線處用轉(zhuǎn)動副連接，就形成了復(fù)合鉸鏈。 三個構(gòu)件在同一軸線處，兩個轉(zhuǎn)動副。 推理：m個構(gòu)件時，有m 1個轉(zhuǎn)動副。 2-11 西安工程大學(xué)機原機零教研室 慣性篩機構(gòu) C處為復(fù)合鉸鏈 計算中注意觀察是否有復(fù)合鉸鏈，以免漏算轉(zhuǎn)動副數(shù)目，出現(xiàn) 計算錯誤。 n = 5, Pl = 7, Ph = 0 = 35 -27

16、0 = 1 F = 3n - 2Pl Ph 西安工程大學(xué)機原機零教研室 具體功能：減磨(滑動變滾 動摩擦)和降低接觸應(yīng)力。 2）局部自由度）局部自由度 識別特征：加裝滾子； 產(chǎn)生問題：自由度多1； 處理方法：滾子剛化; 2 3 11 2 活動構(gòu)件數(shù)n 低副數(shù)PL 高副數(shù)PH 機構(gòu)自由度數(shù)F 3 3 1 2 2 2 1 1 個別構(gòu)件所具有的， 不影響整個機構(gòu)運 動的自由度稱為局 部自由度。 2-12 西安工程大學(xué)機原機零教研室 功能：改善受力、增大剛度 或消除機構(gòu)的運動不確定性。 3 3）虛約束）虛約束 識別特征：特殊幾何關(guān)系； 產(chǎn)生問題：自由度少1； 處理方法：去除虛約束; 原因：機構(gòu)運動約束

17、重復(fù)； 活動構(gòu)件數(shù)n 低副數(shù)PL 高副數(shù)PH 機構(gòu)自由度數(shù)F 4 6 0 0 3 4 0 1 重復(fù)出現(xiàn)的，對機構(gòu)運動不起獨立限 制作用的約束稱為虛約束。 2-13 西安工程大學(xué)機原機零教研室 （1）兩構(gòu)件未組成運動副前，連接點處的軌跡已重 合為一，組成的運動副存在虛約束。 計算中應(yīng)將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件及運動副一起除去不計。 2-14 西安工程大學(xué)機原機零教研室 （2）兩構(gòu)件組成多個移動副，且導(dǎo)路相互平行或重 合時，只有一個移動副起約束作用，其余為虛約束。 計算中只計入一個移動副。 2-14 西安工程大學(xué)機原機零教研室 （3）兩構(gòu)件組成多個轉(zhuǎn)動副，且軸線重合，只有一個轉(zhuǎn)動 副起約束作用，其余為約束

18、。 計算中只計入一個轉(zhuǎn)動副。 2-14 西安工程大學(xué)機原機零教研室 （4）兩構(gòu)件兩點間未組成運動副前距離保持不變，兩點 間用另一構(gòu)件連接時，將產(chǎn)生虛約束。 計算中應(yīng)將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件 及運動副一起除去不計。 （5）機構(gòu)中對運動不起獨立作用的對稱部分，將產(chǎn)生虛約束。 計算中應(yīng)將對稱部分除去不計。 2-14 西安工程大學(xué)機原機零教研室 2-14 （6）兩處接觸的高副 (法線重合) 計算中應(yīng)除去一個高副不計。 西安工程大學(xué)機原機零教研室 虛約束對機構(gòu)的影響 機構(gòu)中虛約束是實際存在的，計算中所謂“除去不計” 是從運動觀點分析做的假想處理，并非實際拆除。 虛約束是在一些特定的幾何條件下引入的，如“平行”、 “重合”、“距離不變”等