機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件

第1章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

基本要求及重點(diǎn)、難點(diǎn)運(yùn)動(dòng)副及其分類平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算

第1章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析基本要求及重點(diǎn)、難點(diǎn)1基本要求和重點(diǎn)

了解研究機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的目的、機(jī)構(gòu)的組成，熟練掌握運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制和機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算，會(huì)進(jìn)行平面機(jī)構(gòu)組成原理和結(jié)構(gòu)分析基本要求和重點(diǎn)了解研究機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的目的、機(jī)構(gòu)的21.1研究機(jī)構(gòu)的目的1、探討機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可能性和確定性

2、對(duì)機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，并建立運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析的一般方法

3、了解機(jī)構(gòu)的組成原理

4、繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1.1研究機(jī)構(gòu)的目的1、探討機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可能性和確定性

231.2運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)鏈和機(jī)構(gòu)1、運(yùn)動(dòng)副：兩個(gè)構(gòu)件直接接觸形成的可動(dòng)聯(lián)接。2、運(yùn)動(dòng)副元素：兩構(gòu)件構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副時(shí)直接接觸的點(diǎn)、線、面部分。1.2運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)鏈和機(jī)構(gòu)1、運(yùn)動(dòng)副：兩個(gè)構(gòu)件直接接觸形4自由度和約束

自由度：構(gòu)件具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目（確定構(gòu)件位置的獨(dú)立參變量的數(shù)目約束：對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制

自由度和約束自由度：構(gòu)件具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)53、運(yùn)動(dòng)副分類：

（1）按運(yùn)動(dòng)副的接觸形式分為低幅和高副低幅：面與面接觸的運(yùn)動(dòng)副；接觸面壓強(qiáng)較低。高副：點(diǎn)或線接觸的運(yùn)動(dòng)副。接觸面壓強(qiáng)較高，易磨損。

常見(jiàn)低幅

常見(jiàn)高副3、運(yùn)動(dòng)副分類：

（1）按運(yùn)動(dòng)副的接觸形式分為低幅和高副低幅6（2）按相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分平面副和空間副平面副空間副（2）按相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分平面副和空間副平面7運(yùn)動(dòng)鏈由兩個(gè)或兩個(gè)以上構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。分兩類：閉式和開(kāi)式。運(yùn)動(dòng)鏈由兩個(gè)或兩個(gè)以上構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。分兩類8開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈9機(jī)構(gòu)原動(dòng)件：按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)力運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。

從動(dòng)件：其余的活動(dòng)構(gòu)件。

機(jī)架：固定不動(dòng)的構(gòu)件。機(jī)構(gòu)原動(dòng)件：按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)力運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。

10機(jī)構(gòu)分類：閉式鏈機(jī)構(gòu)和開(kāi)式鏈機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)分類：閉式鏈機(jī)構(gòu)和開(kāi)式鏈機(jī)構(gòu)。111.2平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

必須與原機(jī)構(gòu)具有完全相同的運(yùn)動(dòng)特性，它不僅可以用來(lái)表示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，而且還可以根據(jù)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和受力分析，它是一種用簡(jiǎn)單線條和符號(hào)表示機(jī)構(gòu)的工程圖形語(yǔ)言。應(yīng)表明：機(jī)構(gòu)的種類，構(gòu)件的數(shù)目及相互傳動(dòng)的路線，運(yùn)動(dòng)副的種類、數(shù)目。沒(méi)有嚴(yán)格按比例繪制的簡(jiǎn)圖稱為機(jī)構(gòu)示意圖。1.2.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及其用途機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖——用國(guó)標(biāo)規(guī)定的簡(jiǎn)單符號(hào)和線條表示運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件，并按一定的比例表示運(yùn)動(dòng)副的位置，這種用來(lái)說(shuō)明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的圖形，稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。1.2平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖必須與原機(jī)構(gòu)具有完全相12運(yùn)動(dòng)副與構(gòu)件的表示方法

2.運(yùn)動(dòng)副的表示方法

3.構(gòu)件的表示方法

轉(zhuǎn)動(dòng)副符號(hào)移動(dòng)副符號(hào)高副符號(hào)

1.構(gòu)件的種類

1）固定件或機(jī)架；2）原動(dòng)件；3）從動(dòng)件*必須有一個(gè)機(jī)架，至少有一個(gè)原動(dòng)件，其余為活動(dòng)構(gòu)件。用途：分析現(xiàn)有機(jī)械，構(gòu)思設(shè)計(jì)新機(jī)械。運(yùn)動(dòng)副與構(gòu)件的表示方法2.運(yùn)動(dòng)副的表示方法3.構(gòu)件的13機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件14機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件15機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件16機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件17機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件18機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件19機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件20機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件21機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件22機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件23機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件24其他零部件的表示方法可參看GB4460—84“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)”。

其他零部件的表示方法可參看GB4460—84“機(jī)構(gòu)運(yùn)25繪制小型壓力機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制小型壓力機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖26機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件27機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件28機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件29機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件301.3平面機(jī)構(gòu)的自由度

自由度——可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)稱為構(gòu)件的自由度。

設(shè)平面機(jī)構(gòu)共有N個(gè)構(gòu)件，低副和高副數(shù)目分別為PL和PH，如將機(jī)構(gòu)中某一構(gòu)件固定為機(jī)架，則機(jī)構(gòu)中的活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為n=N－1。由于活動(dòng)構(gòu)件給機(jī)構(gòu)帶進(jìn)3n個(gè)自由度，而機(jī)構(gòu)中全部運(yùn)動(dòng)副所引入的約束總數(shù)為2PL+PH。因此活動(dòng)構(gòu)件的自由度總數(shù)減去由運(yùn)動(dòng)副引入的約束總數(shù)就是該機(jī)構(gòu)的自由度，用F表示，即1.3.1平面機(jī)構(gòu)自由度及其計(jì)算公式

1.3平面機(jī)構(gòu)的自由度自由度——可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)稱為311.3.2機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件

1.3.2機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件32機(jī)械原理之平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析課件33機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件:

機(jī)構(gòu)的自由度等于原動(dòng)件個(gè)數(shù)。原動(dòng)件活塞，自由度為1。將直線運(yùn)動(dòng)變位往復(fù)擺動(dòng)。機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件:

機(jī)構(gòu)的自由度等于原341.3.3計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng)

1．復(fù)合鉸鏈

兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一軸線上用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接起來(lái)形成復(fù)合鉸鏈。由K個(gè)構(gòu)件匯交成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當(dāng)包含(K－1)個(gè)回轉(zhuǎn)副。計(jì)算時(shí)不可漏算。

計(jì)算自由度A為復(fù)合鉸鏈1.3.3計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng)1．復(fù)合鉸鏈35例：計(jì)算圖所示圓盤鋸主體機(jī)構(gòu)的自由度。

解

機(jī)構(gòu)中有7個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，n=7，E，B，C，D4處都是3個(gè)構(gòu)件匯交成的復(fù)合鉸鏈，各有二個(gè)回轉(zhuǎn)副，故PL=10。F與機(jī)構(gòu)原動(dòng)件個(gè)數(shù)相等。因此，當(dāng)原動(dòng)件8轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤中心E將確定地沿直線EE’移動(dòng)。

例：計(jì)算圖所示圓盤鋸主體機(jī)構(gòu)的自由度。解機(jī)構(gòu)中有7個(gè)活362．局部自由度

機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的自由度僅與其自身的局部運(yùn)動(dòng)有關(guān)，并不影響其它構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，則稱該自由度為局部自由度。發(fā)生場(chǎng)合：有滾子的地方，就一定有局部自由度解決方法：將滾子與安裝滾子的構(gòu)件固結(jié)在一起，將二者視為一個(gè)構(gòu)件。2．局部自由度機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的自由度僅與373．虛約束

在特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運(yùn)動(dòng)副所引入的約束可能與其它運(yùn)動(dòng)副所起的限制作用一致，這種不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束為序約束，計(jì)算自由度時(shí)去掉。

虛約束經(jīng)常出現(xiàn)場(chǎng)合：（1）兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí)兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，但其軸線相重合：為了改善構(gòu)件受力情況。3．虛約束在特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些38兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí)，但其導(dǎo)路相互平行或重合：為了改善構(gòu)件受力情況。兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí)，但其導(dǎo)路相互平行或重合：為了改善構(gòu)件39兩構(gòu)件組成多個(gè)平面高副，但接觸點(diǎn)之間的距離為常數(shù)兩構(gòu)件組成多個(gè)平面高副，但接觸點(diǎn)之間的距離為常數(shù)40（2）兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)間的距離在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持不變。（2）兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)間的距離在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持不變。41（3）聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合（3）聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合42（4）機(jī)構(gòu)中對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分（4）機(jī)構(gòu)中對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分43計(jì)算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度復(fù)合鉸鏈：C點(diǎn)；局部自由度：滾在9與活塞4視為一體；虛約束：Ｅ與Ｅ１兩處移動(dòng)副，去掉一個(gè)虛約束；彈簧10不影響機(jī)構(gòu)自由度，去掉。計(jì)算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度復(fù)合鉸鏈：C點(diǎn)；局部自由度：滾在9與44得機(jī)構(gòu)得機(jī)構(gòu)451.4機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析1.4.1平面機(jī)構(gòu)的高副低代根據(jù)一定條件對(duì)機(jī)構(gòu)中的高副以低副代替，稱為高副低代。代替條件：代替前后機(jī)構(gòu)自由度不變；瞬時(shí)度和瞬時(shí)加速度不變。方法：一個(gè)構(gòu)件加兩個(gè)低幅。構(gòu)件：過(guò)接觸點(diǎn)法線，兩個(gè)低幅：即為接觸點(diǎn)圓弧曲率中心。

高副接觸有三種：圓弧和圓弧接觸；點(diǎn)和圓弧接觸；線和圓弧接觸。1.4機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析1.4.1平面機(jī)構(gòu)的高461、圓弧和圓弧接觸

（1）圓形曲線：圖示，兩構(gòu)件在c點(diǎn)構(gòu)成高副，機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，AO1、BO、O1O長(zhǎng)度不變，用一桿O1O加兩副O(jiān)1和O代替了原高副C。1、圓弧和圓弧接觸

（1）圓形曲線：圖示，兩構(gòu)件在c點(diǎn)構(gòu)成高47（2）非圓形曲線由于曲線各處曲率中心的位置不同，故在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中隨著接觸點(diǎn)的改變，曲率中心OO1相對(duì)于構(gòu)件1、2的位置及OO1間的距離也會(huì)隨之改變。因此對(duì)于一般的高副機(jī)構(gòu)，在不同的位置有不同的瞬時(shí)替代機(jī)構(gòu)。實(shí)例

如果是一對(duì)齒輪，如何替代？（2）非圓形曲線由于曲線各處曲率中心的位置不同，故在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)482、點(diǎn)和圓弧接觸2、點(diǎn)和圓弧接觸492、直線和圓弧接觸2、直線和圓弧接觸501.4.2機(jī)構(gòu)的組成原理（低副機(jī)構(gòu)）任何機(jī)構(gòu)中都包含原動(dòng)件、機(jī)架和從動(dòng)件系統(tǒng)三部分，而原動(dòng)件的個(gè)數(shù)與自由度相等，所以去掉原動(dòng)件，從動(dòng)件系統(tǒng)的自由度為零。

桿組：從動(dòng)件系統(tǒng)可分解成若干個(gè)不可再分的自由度為零的構(gòu)件組合，稱為基本桿組。簡(jiǎn)稱桿組。

分類：從動(dòng)件系統(tǒng)的自由度F=3n-2PL=01）n=2，PL=3-------二類桿組（二桿三副）2）n=4，PL=6-------多類桿組（四桿六副）更高級(jí)別的基本桿組在實(shí)際機(jī)構(gòu)中很少遇到。1.4.2機(jī)構(gòu)的組成原理（低副機(jī)構(gòu)）任51常見(jiàn)二級(jí)桿組：常見(jiàn)二級(jí)桿組：52常見(jiàn)多級(jí)桿組：最常見(jiàn)的是如左圖所示的三級(jí)桿組。其特征是具有一個(gè)三副構(gòu)件，而每個(gè)內(nèi)副所聯(lián)接的分支機(jī)構(gòu)是雙福機(jī)構(gòu)。常見(jiàn)多級(jí)桿組：最常見(jiàn)的是如左圖所示的三級(jí)桿組。其特征是具有一53機(jī)構(gòu)的組成原理：把若干個(gè)自由度為零的基本桿組依次聯(lián)接到原動(dòng)件和機(jī)架上，就可組成一個(gè)新的機(jī)構(gòu)，其自由度數(shù)與原動(dòng)件數(shù)目相等。設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)則