平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

1、第二章第二章 平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析21 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的22 機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成23 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖24 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件25 平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算26 自由度計(jì)算中的特殊問(wèn)題自由度計(jì)算中的特殊問(wèn)題 27 機(jī)構(gòu)的組成原理及其結(jié)構(gòu)分類機(jī)構(gòu)的組成原理及其結(jié)構(gòu)分類21 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的1.研究機(jī)構(gòu)的組成及其具有確定運(yùn)動(dòng)的條件研究機(jī)構(gòu)的組成及其具有確定運(yùn)動(dòng)的條件目的是2.按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類 不同的機(jī)構(gòu)都有各自的特點(diǎn)，把各種機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)不

2、同的機(jī)構(gòu)都有各自的特點(diǎn)，把各種機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)加以分類，其目的是按其分類加以分類，其目的是按其分類建立運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力建立運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析的一般方法分析的一般方法。弄清機(jī)構(gòu)包含哪幾個(gè)部分弄清機(jī)構(gòu)包含哪幾個(gè)部分;各部分如何相聯(lián)？各部分如何相聯(lián)？ 以及怎樣的結(jié)構(gòu)才能保證具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)？以及怎樣的結(jié)構(gòu)才能保證具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)？ 這對(duì)于設(shè)計(jì)新的機(jī)構(gòu)顯得尤其重要。4.研究機(jī)構(gòu)的組成原理研究機(jī)構(gòu)的組成原理 目的是搞清楚按何種規(guī)律組成的機(jī)構(gòu)能滿足運(yùn)目的是搞清楚按何種規(guī)律組成的機(jī)構(gòu)能滿足運(yùn)動(dòng)確定性的要求。動(dòng)確定性的要求。3.繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 目的是為運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析作準(zhǔn)備。目的是為運(yùn)動(dòng)分析和

3、動(dòng)力分析作準(zhǔn)備。名詞術(shù)語(yǔ)解釋名詞術(shù)語(yǔ)解釋:1.構(gòu)件構(gòu)件(Link) 獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元 內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)中的連桿12 機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成作者：潘存云教授內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)連桿連桿套筒套筒連桿體連桿體螺栓螺栓墊圈墊圈螺母螺母軸瓦軸瓦連桿蓋連桿蓋零件零件(part) 獨(dú)立的制造單元獨(dú)立的制造單元作者：潘存云教授2.運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副a)兩個(gè)構(gòu)件、兩個(gè)構(gòu)件、b) 直接接觸、直接接觸、c) 有相對(duì)運(yùn)動(dòng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副元素直接接觸的部分（點(diǎn)、線、面）運(yùn)動(dòng)副元素直接接觸的部分（點(diǎn)、線、面）例如：例如：凸輪凸輪、齒輪齒廓齒輪齒廓、活塞與缸套活塞與缸套等。等。定義：定義：運(yùn)動(dòng)副兩個(gè)構(gòu)件直接接觸組成的仍能產(chǎn)運(yùn)動(dòng)副兩

4、個(gè)構(gòu)件直接接觸組成的仍能產(chǎn)生某些相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。生某些相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。三個(gè)條件，缺一不可三個(gè)條件，缺一不可作者：潘存云教授作者：潘存云教授運(yùn)動(dòng)副的分類：運(yùn)動(dòng)副的分類： 1)按引入的約束數(shù)分有：按引入的約束數(shù)分有： I級(jí)副級(jí)副II級(jí)副級(jí)副III級(jí)副級(jí)副I級(jí)副、級(jí)副、II級(jí)副、級(jí)副、III級(jí)副、級(jí)副、IV級(jí)副、級(jí)副、V級(jí)副。級(jí)副。 2)按相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍分有：按相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍分有： 平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)平面運(yùn)動(dòng)(Plannar kinematic pair)平面機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)全部由平面運(yùn)動(dòng)副組成的機(jī)構(gòu)。全部由平面運(yùn)動(dòng)副組成的機(jī)構(gòu)。IV級(jí)副級(jí)副例如：例如：球鉸鏈球鉸鏈、拉桿天線、拉桿天線、螺旋螺旋、

5、生物關(guān)節(jié)。、生物關(guān)節(jié)?？臻g運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)(Spatial kinematic pair )V級(jí)副級(jí)副1V級(jí)副級(jí)副2V級(jí)副級(jí)副3兩者關(guān)聯(lián)空間機(jī)構(gòu)空間機(jī)構(gòu)至少含有一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)副的機(jī)構(gòu)。至少含有一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)副的機(jī)構(gòu)。 3)按運(yùn)動(dòng)副元素分有：按運(yùn)動(dòng)副元素分有： 高副高副(high pair)點(diǎn)、線接觸，應(yīng)力高。點(diǎn)、線接觸，應(yīng)力高。低副低副(lower pair)面接觸，應(yīng)力低。面接觸，應(yīng)力低。例如：例如：滾動(dòng)滾動(dòng)副副、凸輪副凸輪副、齒輪副齒輪副等。等。例如：例如：轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副（回轉(zhuǎn)副）、（回轉(zhuǎn)副）、移動(dòng)副移動(dòng)副 。常見運(yùn)動(dòng)副符號(hào)的表示常見運(yùn)動(dòng)副符號(hào)的表示: 國(guó)標(biāo)國(guó)標(biāo)GB446084常

6、用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副名稱名稱運(yùn)動(dòng)副符號(hào)運(yùn)動(dòng)副符號(hào)兩運(yùn)動(dòng)構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副兩運(yùn)動(dòng)構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)副副移移動(dòng)動(dòng)副副12121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時(shí)的運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件之一為固定時(shí)的運(yùn)動(dòng)副122121平平面面運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)副副平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球球銷銷副副121212空空間間運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)副副121212構(gòu)件的表示方法構(gòu)件的表示方法:一般構(gòu)件的表示方法一般構(gòu)件的表示方法 桿、軸構(gòu)件桿、軸構(gòu)件固定構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件同一構(gòu)件三副構(gòu)件三副構(gòu)件 兩副構(gòu)件兩副構(gòu)件 一般構(gòu)件的表示方法一般構(gòu)件的表示方法 運(yùn)動(dòng)鏈兩

7、個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)鏈兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副的聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。的聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。注意事項(xiàng)注意事項(xiàng):作者：潘存云教授 畫構(gòu)件時(shí)應(yīng)撇開構(gòu)件的實(shí)際外形，而只考慮運(yùn)動(dòng)畫構(gòu)件時(shí)應(yīng)撇開構(gòu)件的實(shí)際外形，而只考慮運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)副的性質(zhì)。閉式鏈閉式鏈(Close chain) 3. 運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈 (Kinematic chain) 作者：潘存云教授開式鏈開式鏈(Open chain)若干若干1個(gè)或幾個(gè)個(gè)或幾個(gè)1個(gè)個(gè)4. 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)定義定義：具有確定運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈稱為機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈稱為機(jī)構(gòu) 。機(jī)架機(jī)架作為參考系的構(gòu)件作為參考系的構(gòu)件，如機(jī)床床身、車輛如機(jī)床床身、車輛底盤、飛機(jī)機(jī)身。底盤、飛機(jī)機(jī)身。

8、機(jī)構(gòu)的組成：機(jī)構(gòu)的組成：機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件經(jīng)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而成的，很顯然，機(jī)構(gòu)歸屬于運(yùn)動(dòng)鏈，那么，運(yùn)動(dòng)鏈在什么條件下就能稱為機(jī)構(gòu)呢？即各部分運(yùn)動(dòng)確定。分別用四桿機(jī)構(gòu)和五桿機(jī)構(gòu)模型演示得出如下結(jié)論：在運(yùn)動(dòng)鏈中，如果以某一個(gè)構(gòu)件作為參考坐標(biāo)系，當(dāng)其中另一個(gè)（或少數(shù)幾個(gè)）構(gòu)件相對(duì)于該坐標(biāo)系按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，其余所有的構(gòu)件都能得到確定的運(yùn)動(dòng)，那么，該運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)。 原（主）動(dòng)件原（主）動(dòng)件按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。從動(dòng)件從動(dòng)件其余可動(dòng)構(gòu)件。其余可動(dòng)構(gòu)件。12 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖用以說(shuō)明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件

9、之間的相對(duì)用以說(shuō)明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對(duì) 運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形。運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形。作用：作用： 1.表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況。表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況。機(jī)動(dòng)示意圖不按比例繪制的簡(jiǎn)圖機(jī)動(dòng)示意圖不按比例繪制的簡(jiǎn)圖現(xiàn)摘錄了部分現(xiàn)摘錄了部分GB446084機(jī)構(gòu)示意圖如下表機(jī)構(gòu)示意圖如下表。2.作為運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析的依據(jù)。作為運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析的依據(jù)。常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào) 在在機(jī)機(jī)架架上上的的電電機(jī)機(jī)齒齒輪輪齒齒條條傳傳動(dòng)動(dòng)帶帶傳傳動(dòng)動(dòng)圓圓錐錐齒齒輪輪傳傳動(dòng)動(dòng)鏈鏈傳傳動(dòng)動(dòng)圓柱圓柱蝸桿蝸桿蝸輪蝸輪傳動(dòng)傳動(dòng)凸凸輪輪傳傳動(dòng)動(dòng)外嚙外嚙合圓合圓柱齒柱齒輪傳輪傳動(dòng)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖應(yīng)滿

10、足的應(yīng)滿足的條件條件： 1.構(gòu)件數(shù)目與實(shí)際相同構(gòu)件數(shù)目與實(shí)際相同 2.運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目與實(shí)際相符運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目與實(shí)際相符 3.運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置以及構(gòu)件尺寸與實(shí)際機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置以及構(gòu)件尺寸與實(shí)際機(jī)構(gòu) 成比例。成比例。棘棘輪輪機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)內(nèi)嚙內(nèi)嚙合圓合圓柱齒柱齒輪傳輪傳動(dòng)動(dòng)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖順口溜：順口溜：先兩頭，后中間，先兩頭，后中間， 從頭至尾走一遍，從頭至尾走一遍， 數(shù)數(shù)構(gòu)件是多少，數(shù)數(shù)構(gòu)件是多少， 再看它們?cè)跸嗦?lián)。再看它們?cè)跸嗦?lián)。步驟：步驟：1.運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，搞清楚運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目；運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，搞清楚運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目；4.檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是否滿足運(yùn)動(dòng)

11、確定的條件。檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是否滿足運(yùn)動(dòng)確定的條件。2.測(cè)量各運(yùn)動(dòng)副之間的尺寸，選投影面（運(yùn)動(dòng)平面），測(cè)量各運(yùn)動(dòng)副之間的尺寸，選投影面（運(yùn)動(dòng)平面）， 繪制示意圖。繪制示意圖。3.按比例繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。按比例繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 簡(jiǎn)圖比例尺：簡(jiǎn)圖比例尺： l = =實(shí)際尺寸實(shí)際尺寸 m / m / 圖上長(zhǎng)度圖上長(zhǎng)度mmmm思路：思路：先定原動(dòng)部分和工作部分（一般位于傳動(dòng)線先定原動(dòng)部分和工作部分（一般位于傳動(dòng)線路末端），弄清運(yùn)動(dòng)傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運(yùn)路末端），弄清運(yùn)動(dòng)傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運(yùn)動(dòng)副的類型，并用符號(hào)表示出來(lái)。動(dòng)副的類型，并用符號(hào)表示出來(lái)。舉例：舉例：繪制繪制破碎機(jī)破碎機(jī)和和偏心泵偏心泵的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)

12、簡(jiǎn)圖。的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。鱷式破碎機(jī)鱷式破碎機(jī)作者：潘存云教授1234繪制圖示繪制圖示偏心泵偏心泵的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖偏心泵偏心泵作者：潘存云教授24 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件4 412341 1如果自由度與原動(dòng)件數(shù)不相等，會(huì)有以下3種情況：第一種情況：原動(dòng)件數(shù)小于自由度，如圖。F342x 52 原動(dòng)件數(shù)(1)當(dāng)只給定原動(dòng)件1的位置角&1時(shí)，從動(dòng)件2、3、4的位置不能確定，不具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。只有給出兩個(gè)原動(dòng)件，使構(gòu)件1、4都處于給定位置，才能使從動(dòng)件獲得確定運(yùn)動(dòng)。自由度原動(dòng)件數(shù)自由度原動(dòng)件數(shù)第二種情況：原動(dòng)件數(shù)大于自由度，如圖111。 F=332X 41 42 4 n4 已

13、無(wú)實(shí)例了已無(wú)實(shí)例了! ! PL 3 6 n=2 的桿組稱為的桿組稱為級(jí)組應(yīng)用最廣而又最簡(jiǎn)單級(jí)組應(yīng)用最廣而又最簡(jiǎn)單的基本桿組。共有的基本桿組。共有 5 5 種類型種類型 n=4 （PL6 6）的桿組有以下四種類型的桿組有以下四種類型: :以上三種形式稱為以上三種形式稱為級(jí)組級(jí)組。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：其中一個(gè)構(gòu)件。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：其中一個(gè)構(gòu)件有三個(gè)運(yùn)動(dòng)副。有三個(gè)運(yùn)動(dòng)副。典型典型級(jí)組：級(jí)組：第四種形式稱為第四種形式稱為IVIV級(jí)組級(jí)組。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 有兩個(gè)三副桿，且有兩個(gè)三副桿，且4個(gè)構(gòu)件構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)。個(gè)構(gòu)件構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)。內(nèi)端副內(nèi)端副桿組內(nèi)部相聯(lián)。桿組內(nèi)部相聯(lián)。外端副外端副與組外構(gòu)件相聯(lián)。與組外構(gòu)件相聯(lián)。機(jī)構(gòu)命名方式：機(jī)構(gòu)命名方式：按所含最高桿組級(jí)別命名，如按所含最高桿組級(jí)別命名，如級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu)，級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu)等。等。必須強(qiáng)調(diào)指出：必須強(qiáng)調(diào)指出： 1.桿組的各個(gè)外端副不可以同時(shí)加在同一個(gè)構(gòu)件上，桿組的各個(gè)外端副不可以同時(shí)加在