機械設(shè)計基礎(chǔ) 第五版 課件 CH01 平面機構(gòu)的運動簡圖及自由度

第1章平面機構(gòu)的運動簡圖及自由度——機械設(shè)計基礎(chǔ)§1-1平面機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成要素是構(gòu)件和運動副。(一)構(gòu)件：機構(gòu)中的運動單元體構(gòu)件機架（固定構(gòu)件）活動構(gòu)件主動件(原動件或輸入件)從動件(包括輸出件)運動規(guī)律已知的活動構(gòu)件稱為主動件或原動件，輸出運動或動力的從動件稱為輸出件?！?-1平面機構(gòu)的組成（二）運動副運動副：機構(gòu)中兩構(gòu)件直接接觸的可動聯(lián)接。運動副根據(jù)運動副的接觸形式，運動副歸為兩類：1）低副：面接觸的運動副。如轉(zhuǎn)動副、移動副。運動副2）高副：點或線接觸的運動副。如齒輪副、凸輪副?！?-2平面機構(gòu)運動簡圖一、機構(gòu)運動簡圖與機構(gòu)簡圖機構(gòu)運動簡圖：用規(guī)定的運動副符號及代表構(gòu)件的線條來表示構(gòu)件的運動特性，并根據(jù)運動學(xué)尺寸，按一定的比例畫成的簡單圖形。機構(gòu)簡圖：有時只需要表明機構(gòu)運動的傳遞情況和構(gòu)造特征，而不需要機構(gòu)的真實運動情況，因此不必嚴格地按比例確定機構(gòu)中各運動副的相對位置及其運動學(xué)尺寸，這樣的簡圖就是機構(gòu)簡圖。(1)構(gòu)件均用直線或小方塊表示，畫有斜線的表示機架包含兩個運動副的構(gòu)件包含三個運動副的構(gòu)件包含四個運動副的構(gòu)件(2)兩構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動副時

圖面垂直于回轉(zhuǎn)軸線時用(a)；圖面不垂直于回轉(zhuǎn)軸線時用(b)表示，此時表示回轉(zhuǎn)副的圓圈，其圓心與回轉(zhuǎn)軸線重合。轉(zhuǎn)動副的表達方法(3)兩構(gòu)件組成移動副時

導(dǎo)路必須與移動方向相一致移動副的表達方法(4)兩構(gòu)件組成平面高副時

運動簡圖中應(yīng)畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓，齒輪常用點畫線畫出其節(jié)圓；凸輪、滾子常畫出其全部輪廓。平面高副的表達方法二、平面機構(gòu)運動簡圖的繪制1.內(nèi)燃機組成：汽缸體1、活塞2、進氣閥3、排氣閥4、連桿5、曲軸6、凸輪7、頂桿8、齒輪9、10其中：活塞的往復(fù)直線運動通過連桿轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的連續(xù)轉(zhuǎn)動，該組合體稱為：曲柄滑塊機構(gòu)【例】繪制內(nèi)燃機的運動簡圖。二、平面機構(gòu)運動簡圖的繪制（1）分析機構(gòu)的組成和運動。（2）確定運動副的類型和數(shù)目。連桿與活塞、曲軸分別組成轉(zhuǎn)動副，活塞與機架組成移動副，曲軸與機架組成轉(zhuǎn)動副。（3）選擇視圖平面。選擇與各構(gòu)件運動平面相平行的平面為視圖平面，此處選與曲軸軸線相垂直的平面。（4）選擇比例尺。繪制曲柄滑塊機構(gòu)的運動簡圖，并標注主動件的運動方式。內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖：§1-3平面機構(gòu)的自由度機構(gòu)的構(gòu)件之間應(yīng)具有確定的相對運動，不能產(chǎn)生相對運動或無規(guī)則亂動的一堆構(gòu)件是不能成為機構(gòu)的。要判斷構(gòu)件系統(tǒng)是否為機構(gòu)，就必須研究平面機構(gòu)自由度的計算。一、平面機構(gòu)的自由度構(gòu)件未用運動副與其他構(gòu)件聯(lián)接前，有3個自由度低副使構(gòu)件失去2個自由度高副使構(gòu)件失去1個自由度平面機構(gòu)自由度的計算公式平面機構(gòu)的自由度：指機構(gòu)中各活動構(gòu)件相對機架的可能獨立運動數(shù)目；＝活動構(gòu)件的自由度總數(shù)減去運動副引入的約束總數(shù)就是該機構(gòu)的自由度。機構(gòu)自由度:活動構(gòu)件數(shù)高副(齒輪副、凸輪副)數(shù)目低副(轉(zhuǎn)動副、移動副)數(shù)目一、平面機構(gòu)的自由度例n=5,Pl=7,Ph=0F=3n–2Pl–Ph

=3×5–2×7–0=1解：二、計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的問題（一）復(fù)合鉸鏈由三個或者三個以上的構(gòu)件組成的軸線重合的轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)合鉸鏈。由m個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)含有（m－1）個轉(zhuǎn)動副。慣性篩機構(gòu)C處為復(fù)合鉸鏈n=5,Pl=7,Ph=0=3×5-2×7–0=1F=3n-2Pl–Ph例46532172個移動副2個移動副1個轉(zhuǎn)動副2個轉(zhuǎn)動副（二）局部自由度1、局部自由度：機構(gòu)中個別構(gòu)件不影響其他構(gòu)件的運動，即對整個機構(gòu)運動無關(guān)的自由度。2、處理方法：在計算自由度時，拿掉這個局部自由度，即可將滾子與裝滾子的構(gòu)件固接在一起。計入局部自由度時

n=3,Pl=3,Ph=1F=3×3-2×-1=2

與實際不符應(yīng)除去局部自由度，即把滾子和從動件看作一個構(gòu)件。處理方法：

N=2,Pl=2,Ph=1,F=3×2-2×2–1=1與實際相符（三）虛約束1、虛約束：在機構(gòu)中與其他運動副作用重復(fù)，而對構(gòu)件間的相對運動不起獨立限制作用的約束。2、處理方法：將具有虛約束運動副的構(gòu)件連同它所帶入的與機構(gòu)運動無關(guān)的運動副一并不計。拿掉一個F＝－1的自由度，即去掉一個約束。1）機構(gòu)中某兩構(gòu)件用轉(zhuǎn)動副相聯(lián)的聯(lián)結(jié)點，在未組成運動副之前，其各自的軌跡已重合為一，則此聯(lián)結(jié)帶入的約束為虛約束。2）兩構(gòu)件組成的若干個導(dǎo)路中心線互相平行或重合的移動副，只有一個移動副起約束作用，其它為虛約束?！粲嬎阒兄挥嬋胍粋€移動副。

3）兩構(gòu)件組成若干個軸線互相重合的轉(zhuǎn)動副，只有一個轉(zhuǎn)動副起約束作用，其它為虛約束?！粲嬎阒兄挥嬋胍粋€轉(zhuǎn)動副。4）機構(gòu)中對運動不起獨立作用的自由度F＝－1的對稱部分，將產(chǎn)生虛約束?！粲嬎阒袘?yīng)將對稱部分除去不計。三、構(gòu)件系統(tǒng)具有確定運動的條件不能產(chǎn)生運動

給定構(gòu)件1運動參數(shù)=(t)

構(gòu)件2、3的運動是確定的

三、構(gòu)件系統(tǒng)具有確定運動的條件給定構(gòu)件1運動參數(shù)=(t)，構(gòu)件2、3、4的運動是不確定的

再給定構(gòu)件4運動參數(shù)=(t)，構(gòu)件2、3的運動是確定的三、構(gòu)件系統(tǒng)具有確定運動的條件結(jié)論：

構(gòu)件系統(tǒng)具有確定運動的條件為