機(jī)械原理課件-第2章

本章教學(xué)內(nèi)容機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)

度的計(jì)算計(jì)算平面機(jī)構(gòu)

度應(yīng)注意事項(xiàng)機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析平面機(jī)構(gòu)中的高副低代§2-1

機(jī)構(gòu)的組成一、構(gòu)件機(jī)構(gòu)中獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單元體就叫構(gòu)件（自行車車輪）。從制造加工角度：機(jī)械由零件組成從運(yùn)動(dòng)和功能實(shí)現(xiàn)角度：機(jī)械由構(gòu)件組成，基本單元體叫構(gòu)件注意：構(gòu)件可以是單一零件，也可以是幾個(gè)零件的剛性聯(lián)接二、運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副：指兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接（軸和軸套）運(yùn)動(dòng)副元素：指兩個(gè)構(gòu)件直接接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面運(yùn)動(dòng)副元素不外乎為點(diǎn)、線、面。三、構(gòu)件度與約束構(gòu)件的度：指一個(gè)構(gòu)件相對(duì)另一個(gè)構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。一個(gè)自由構(gòu)件在空間具有6個(gè)度。（平面哪？）約束：指通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接的兩構(gòu)件之間的某些相對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所受到的限制。運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)等于兩構(gòu)件相對(duì)

度減少的數(shù)目。運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)：最多為5個(gè)。1.

按運(yùn)動(dòng)副相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分四、運(yùn)動(dòng)副分類轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副X級(jí)運(yùn)動(dòng)副：指引入X個(gè)約束的運(yùn)動(dòng)副。球面副2.

按運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)分：Ⅰ級(jí)副、Ⅱ級(jí)副、Ⅲ級(jí)副、Ⅳ級(jí)副、Ⅴ級(jí)副Ⅴ級(jí)副Ⅲ級(jí)副螺旋副Ⅴ級(jí)副Ⅴ級(jí)副轉(zhuǎn)動(dòng)副3.

按運(yùn)動(dòng)副接觸形式分★低副:兩構(gòu)件通過(guò)面接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副統(tǒng)稱為低副;★高副:凡兩構(gòu)件通過(guò)點(diǎn)或線接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副統(tǒng)稱為高副;低副和高副的確定必須熟練，在★空間運(yùn)動(dòng)副:指構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)。了解度計(jì)算中十分重要4.

按運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)空間分:★平面運(yùn)動(dòng)副:指構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副；重點(diǎn)掌握五、運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈:指兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)?！镩]鏈:運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)?！镩_(kāi)鏈:運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。★平面運(yùn)動(dòng)鏈:各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈。★空間運(yùn)動(dòng)鏈:各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈。機(jī)構(gòu):在運(yùn)動(dòng)鏈中將一構(gòu)件加以固定,而其余構(gòu)件都具有確定的運(yùn)動(dòng)，則運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)。機(jī)架：機(jī)構(gòu)中固定不動(dòng)構(gòu)件。平面機(jī)構(gòu):機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)。重點(diǎn)空間機(jī)構(gòu):機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)。了解機(jī)架原動(dòng)件原動(dòng)件:機(jī)構(gòu)中按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。位置從動(dòng)件:機(jī)構(gòu)其余活動(dòng)構(gòu)件。六、機(jī)構(gòu)§2-2

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)：與原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律、運(yùn)動(dòng)副類型、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸有關(guān)。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：指根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸,按一定的比例尺定出各運(yùn)動(dòng)副的位置,并用國(guó)標(biāo)規(guī)定的簡(jiǎn)單線條和符號(hào)代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，繪制出表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)明圖形。畫(huà)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的目的是為了簡(jiǎn)單方便地分析機(jī)械的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力有時(shí)只是為了表明機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況,而不需要要求嚴(yán)格地按比例繪制，這樣的簡(jiǎn)圖又叫機(jī)構(gòu)的示意圖。一、常用運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件的表示方法1.常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)（固定、高低）平面運(yùn)動(dòng)副最常用，必須會(huì)空間運(yùn)動(dòng)副不常用，了解就行2.一般構(gòu)件的表示方法這些構(gòu)件最常用，必須會(huì)3.常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)（要了解）1、搞清這個(gè)機(jī)械的實(shí)際構(gòu)造和運(yùn)動(dòng)傳遞情況2、機(jī)架、原動(dòng)件（已知條件）、執(zhí)行部分（與外界直接接觸部分或輸出部分、求解的結(jié)論）3、循著運(yùn)動(dòng)傳遞的路線（正解、反推）搞清各個(gè)構(gòu)件之間組成了何種運(yùn)動(dòng)副4、再選擇運(yùn)動(dòng)平面較多的平面為視圖平面，通常就是給定的面看懂

弄通

選面

畫(huà)圖

丷丷對(duì)于整個(gè)機(jī)械4.畫(huà)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的方法畫(huà)圖步驟分析機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)情況，確定機(jī)構(gòu)中的機(jī)架、原動(dòng)部分、從動(dòng)件（傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分）；循著運(yùn)動(dòng)傳遞的路線，逐一分析每?jī)蓚€(gè)構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目；恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面：一般選擇與機(jī)械的多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面相平行的平面作為投影面；選擇適當(dāng)?shù)谋壤?定出各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，用規(guī)定的簡(jiǎn)單線條和各種運(yùn)動(dòng)副符號(hào),將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖畫(huà)出來(lái)。例題一：繪制圖示顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖分析：該機(jī)構(gòu)有

6個(gè)構(gòu)件和7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。134256例題二：偏心輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制例題三、圖示為一沖床。繞固定中心A轉(zhuǎn)動(dòng)的菱形盤1為原動(dòng)件，與滑塊2在B點(diǎn)鉸接，滑塊2推動(dòng)撥叉3繞固定軸C轉(zhuǎn)動(dòng)，撥叉3與圓盤4為同一構(gòu)件，當(dāng)圓盤4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿5使沖頭6實(shí)現(xiàn)沖壓運(yùn)動(dòng)。試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。沖床動(dòng)畫(huà)ABCDE分析：繪制簡(jiǎn)圖：123456§2-3

機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件問(wèn)題：取運(yùn)動(dòng)鏈中某個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，其余構(gòu)件在什么條件下才具有確定運(yùn)動(dòng)？實(shí)例分析機(jī)構(gòu)中給定獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的構(gòu)件為原動(dòng)件。給定一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)：其余構(gòu)件有確定運(yùn)動(dòng)。四桿機(jī)構(gòu)動(dòng)畫(huà)結(jié)論機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為：機(jī)構(gòu)原動(dòng)件數(shù)=機(jī)構(gòu)

度數(shù)五桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的

度。給定一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)：機(jī)構(gòu)沒(méi)有確定運(yùn)動(dòng)。給定兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)：機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)?！?-4

機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的

度＝所有活動(dòng)構(gòu)件

度數(shù)－所有運(yùn)動(dòng)副的約束數(shù)平面

構(gòu)件：3個(gè)

度平面低副：引入2個(gè)約束平面高副：引入1個(gè)約束假設(shè)平面機(jī)構(gòu)有n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件：3n個(gè)

度有Pl個(gè)低副和Ph個(gè)高副：引入(2

Pl

+Ph)約束平面機(jī)構(gòu)的

度計(jì)算公式：F=3n-(2

pl

+

ph)=3n-2

pl

-

ph度的計(jì)算度的計(jì)算度計(jì)算實(shí)例分析四桿機(jī)構(gòu)F=3n-2

Pl

–

Ph=3×4

-

2×5-0=2F=3n-2

pl

–

ph=3×3

-

2×4-0=1五桿機(jī)構(gòu)再算前面的例子，平面單，有許多注意事項(xiàng)，度計(jì)算看上去挺簡(jiǎn)單，但實(shí)際上不簡(jiǎn)通過(guò)一些實(shí)例來(lái)介紹★復(fù)合鉸鏈實(shí)例分析1：計(jì)算圖示直線機(jī)構(gòu)度解：F=3n-2

pl

–ph=3×7

-

2×6-0=9§2-5

計(jì)算機(jī)構(gòu)

度應(yīng)注意的事項(xiàng)兩個(gè)以上構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接即構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。m個(gè)構(gòu)件以復(fù)合鉸鏈聯(lián)接所構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)為(m-1)個(gè)。解：F=3n-2pl–ph=3×7-2×10-0=1實(shí)例分析2：計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)

度解：F=3n-2

pl

–phF=3n-2

pl

–

ph=3×2

-

2×2-1=1★

局部

度機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運(yùn)動(dòng)并不影響其他構(gòu)件的運(yùn)動(dòng),

把這種局部運(yùn)動(dòng)的

度稱為局部

度。數(shù)目用F′表示.度時(shí),應(yīng)將局=3×3

-

2×3-1=2注意：計(jì)算機(jī)構(gòu)部

度除去不計(jì)。方法一：F=3n-2

pl

–ph

-F′=3×3

-

2×3-1-1=1方法二：假想構(gòu)件2和3焊成一體指機(jī)構(gòu)在某些特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，有些運(yùn)動(dòng)副帶入的約束對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)際上起不到獨(dú)立的約束作用,這些對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)際上不起約束作用的約束稱為虛約束，用P′表示。注意：在計(jì)算

度時(shí)，應(yīng)將虛約束除去不計(jì)。去除虛約束的方法：將因虛約束而減少的

度再加上。

即：F=3n-2

pl

–

ph+

P′不計(jì)引起虛約束的附加構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副數(shù)。F=3n-2

pl

–

ph★虛約束虛約束常在如下情況出現(xiàn)：1.

機(jī)構(gòu)中兩構(gòu)件未聯(lián)接前的聯(lián)接點(diǎn)軌跡重合,則該聯(lián)接引入1個(gè)虛約束;正確計(jì)算：度●將因虛約束而減少的再加上。F=3n-2pl

–ph

+P′=3×4

-

2×6-0+1=1不計(jì)引起虛約束的附加構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副數(shù)。F=3n-2

pl

–

ph=3×3

-

2×4-0=1F=3n-2

pl

–

ph=3×3

-

2×4-0=1F=3n-2

pl

–

ph=3×4

-

2×6-0=0分析：E3和E5點(diǎn)的軌跡重合，引入一個(gè)虛約束正確計(jì)算：F=3n-2

pl

–ph+P′=3×4-2×6-0+1=13.某些不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱部分或重復(fù)部分所帶入的約束為虛約束。2.

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,某兩構(gòu)件上的兩點(diǎn)之間的距離始終保持不變,將此兩點(diǎn)以構(gòu)件相聯(lián),則將帶入1個(gè)虛約束?！鴥蓸?gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成移動(dòng)副且導(dǎo)路互相平行或重合。還需要注意的：1.

兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副▲兩個(gè)構(gòu)件組成在幾處構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副且各轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線是重合的。只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)副起約束作用,只算一個(gè)運(yùn)動(dòng)副;2.若兩構(gòu)件在多處相接觸構(gòu)成平面高副，且各接觸點(diǎn)處的公法線重合,則只能算一個(gè)平面高副。若公法線方向不重合，將提供兩個(gè)約束，看作一個(gè)平面低副。只提供一個(gè)約束，看作一個(gè)平面高副此兩種情況有兩個(gè)約束小結(jié)存在于轉(zhuǎn)動(dòng)副處正確處理方法：復(fù)合鉸鏈處有m個(gè)構(gòu)件則有(m-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副復(fù)合鉸鏈局部度常發(fā)生在為減小高副磨損而將滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦所增加的滾子處。正確處理方法：計(jì)算

度時(shí)將局部自由度減去。存在于特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下。虛約束正確處理方法：將引起虛約束的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副除去不計(jì)。度，復(fù)合鉸鏈：D包含2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副局部

度：F’=2典型例題一：計(jì)算圖示某包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的并判斷該機(jī)構(gòu)是否有確定運(yùn)動(dòng)。解法1：動(dòng)畫(huà)演示解法2：虛約束：桿8及轉(zhuǎn)動(dòng)副F、I引入1個(gè)虛約束。計(jì)算束和局部度前直接去除虛約度：計(jì)算機(jī)構(gòu)

度典型例題分析n=6

pl=7

ph=3F=3n-2pl-ph=1典型例題二：計(jì)

算

圖

示

機(jī)

構(gòu)的

度，

如有

復(fù)

合鉸

鏈、

局

部 度

和

虛

約

束，需明

確 。

畫(huà)

箭

頭

的

構(gòu)

件

為

原

動(dòng)

件。復(fù)合鉸鏈解：分析1個(gè)虛約束局部

度

復(fù)合鉸鏈機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：度數(shù)=原動(dòng)件數(shù)基本桿組：把機(jī)構(gòu)中最后不能再拆的 度為零的構(gòu)件組稱為機(jī)構(gòu)的基本桿組?！?-6

機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類一、機(jī)構(gòu)的組成原理1.

桿組機(jī)架和原動(dòng)件與從動(dòng)件組分開(kāi)：從動(dòng)構(gòu)件組 度為零?？梢栽俨鸪筛?jiǎn)單的度為零的構(gòu)件組對(duì)于全低副的桿組：n個(gè)構(gòu)件、pl個(gè)低副根據(jù)n的取值基本桿組分為以下幾種情況：（1）n=2,pl=3的雙桿組：又叫Ⅱ級(jí)桿組常見(jiàn)Ⅱ級(jí)桿組的形式為n和pl為整數(shù)n=2,4,6…3n

2

pl

02n

p3

l（2）n=4,pl=6的多桿組，又叫Ⅲ級(jí)桿組特征為桿組中具有一個(gè)三副構(gòu)件。常見(jiàn)的三種形式為（3）更高級(jí)別的桿組，不再贅述機(jī)構(gòu)組成原理指把若干個(gè)基本桿組依次聯(lián)接到原動(dòng)件和機(jī)架上，就可以組成

度數(shù)與原動(dòng)件數(shù)相等的新機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)組成過(guò)程動(dòng)畫(huà)演示機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則利用機(jī)構(gòu)組成原理進(jìn)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新時(shí)，在滿足相同工作要求的條件下，機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單、桿組的級(jí)別越低、構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)越少越好。2.

機(jī)構(gòu)的組成原理二、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分類的依據(jù)：根據(jù)機(jī)構(gòu)中基本桿組的級(jí)別進(jìn)行分類。別為II級(jí)的機(jī)構(gòu)。別為III級(jí)組的機(jī)構(gòu)。II級(jí)機(jī)構(gòu)指機(jī)構(gòu)中基本桿組的III級(jí)機(jī)構(gòu)指機(jī)構(gòu)中基本桿組的Ⅰ級(jí)機(jī)構(gòu)只由機(jī)架和原動(dòng)件組成的機(jī)構(gòu)稱為Ⅰ級(jí)的機(jī)構(gòu)。（如杠桿機(jī)構(gòu)等）結(jié)構(gòu)分析目的了解機(jī)構(gòu)的組成，確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別。重點(diǎn)結(jié)構(gòu)分析的過(guò)程把機(jī)構(gòu)分解為基本桿組、機(jī)架和原動(dòng)件。三、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析拆桿組，針對(duì)全低副機(jī)構(gòu)從離原動(dòng)件最遠(yuǎn)的構(gòu)件開(kāi)始試拆，先拆II級(jí)組，若不成，再拆III級(jí)組，每拆出一個(gè)桿組后，機(jī)構(gòu)的剩余部分仍應(yīng)是一個(gè)與原機(jī)構(gòu)有相同

度的機(jī)構(gòu)，直到只剩原動(dòng)件為止。桿組拆分示例桿組拆分原則機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析步驟1、正確計(jì)算機(jī)構(gòu)的

度；2、根據(jù)機(jī)構(gòu)拆分原則進(jìn)行拆分3、最后定出機(jī)構(gòu)的級(jí)別。典型例題1試確定圖示機(jī)構(gòu)級(jí)。平面機(jī)構(gòu)中高副低代的目的為了使平面低副機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動(dòng)分析的方法適用于所有平面機(jī)構(gòu)，需要進(jìn)行平面機(jī)構(gòu)的高副低代。高副低代的含義根據(jù)一定條件對(duì)平面高副機(jī)構(gòu)的中高副虛擬地用低副來(lái)代替的方法。高副低代的條件：①代替前后機(jī)構(gòu)的

度不變；②代替前后機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度不變?！?-7

平面機(jī)構(gòu)的高副低代高副低代方法高副兩元素均為圓弧動(dòng)畫(huà)演示

動(dòng)畫(huà)演示結(jié)論：用一個(gè)含有兩個(gè)低副的虛擬構(gòu)件來(lái)瞬時(shí)代替高副，且兩低副位置分別在兩高副元素接觸點(diǎn)處的曲率中心。高副元素為非圓曲線高副元

一為直線高副元

一為一點(diǎn)因其曲率半徑為零，其中一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副就在該點(diǎn)處。因其曲率中