平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖

第一章

平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖及自由度4.平面機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件3.平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖及繪制畫法2.平面機(jī)構(gòu)自由度及其計(jì)算1.平面機(jī)構(gòu)的組成12/27/20241§1-1平面機(jī)構(gòu)的組成

一、機(jī)構(gòu)的組成與分類1、概念：

機(jī)構(gòu)：是具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件的組合

構(gòu)件：機(jī)構(gòu)中的（最小）運(yùn)動(dòng)單元

由一個(gè)或若干個(gè)零件剛性聯(lián)接而成

動(dòng)畫演示12/27/202422、組成：機(jī)架：固定不動(dòng)的構(gòu)件

原動(dòng)件：輸入運(yùn)動(dòng)規(guī)律的構(gòu)件

從動(dòng)件：其它的活動(dòng)構(gòu)件3、平面機(jī)構(gòu)：各構(gòu)件在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)

蝸桿傳動(dòng)

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)空間機(jī)構(gòu)：各構(gòu)件不完全在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)12/27/20243當(dāng)這些構(gòu)件之間以一定的方式聯(lián)接起來成為機(jī)構(gòu)時(shí)，各個(gè)構(gòu)件不再是自由構(gòu)件。兩相互接觸的構(gòu)件間只能作一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，自由度減少。這種對(duì)構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所施加的限制稱為約束。一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的可能性。構(gòu)件所具有的這種獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度。所以一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件有3個(gè)自由度,二、自由度6個(gè)作空間運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件有自由度。12/27/20244三、運(yùn)動(dòng)副及其分類（一）低副

兩構(gòu)件通過面接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副稱為低副。根據(jù)兩構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式，低副又可分為轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副。限制兩個(gè)自由度：（兩個(gè)移動(dòng)）保留一個(gè)自由度（轉(zhuǎn)動(dòng)）概念：兩構(gòu)件直接接觸又存在一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)聯(lián)接。類型：低副和高副1.轉(zhuǎn)動(dòng)副

（或鉸鏈）

兩構(gòu)件只能在一個(gè)平面內(nèi)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)12/27/202452.移動(dòng)副

兩構(gòu)件只能沿某一方向線作相對(duì)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副稱為移動(dòng)副。

限制兩個(gè)自由度：（一個(gè)移動(dòng)，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)）保留一個(gè)自由度（移動(dòng)）12/27/20246（二）高副

兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副稱為高副。限制一個(gè)自由度：（一個(gè)移動(dòng)）保留兩個(gè)自由度（一個(gè)移動(dòng)，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)）12/27/20247§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖

機(jī)構(gòu)示意圖：只需表明機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞情況和構(gòu)造特征，不必按嚴(yán)格比例所畫的圖形1、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖：簡明表示機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的圖形運(yùn)動(dòng)副的類型、數(shù)目、相對(duì)位置、構(gòu)件數(shù)目構(gòu)件外形、截面尺寸、組成構(gòu)件的零件數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的具體構(gòu)造和運(yùn)動(dòng)有關(guān)的：和運(yùn)動(dòng)無關(guān)的：用簡單線條表示構(gòu)件規(guī)定符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)副按比例定出運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置與原機(jī)械具有完全相同的運(yùn)動(dòng)特性12/27/202482、常用機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)副的表示方法：12/27/20249（1）運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)副：移動(dòng)副：12/27/202410凸輪副：齒輪副：12/27/202411桿、軸類構(gòu)件機(jī)架同一構(gòu)件兩副構(gòu)件三副構(gòu)件（2）構(gòu)件（桿）：12/27/2024123、繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的步驟1）分析機(jī)構(gòu)，觀察相對(duì)運(yùn)動(dòng)，數(shù)清所有構(gòu)件的數(shù)目；2）確定所有運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目，測(cè)量各運(yùn)動(dòng)副之間位置；3）選擇合理的位置（即能充分反映機(jī)構(gòu)的特性），確定視圖方向；4）確定比例；5）用規(guī)定的符號(hào)和線條繪制成簡圖。（從原動(dòng)件開始畫)）分清原動(dòng)件、機(jī)架和從動(dòng)件12/27/202413例：

試?yán)L制內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖12/27/202414例題1：內(nèi)燃機(jī)12/27/2024151234ABC141223A14B12C2343241412/27/202416ABCEFDG例題2：破碎機(jī)12/27/202417§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度

一、平面機(jī)構(gòu)的自由度的計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度：機(jī)構(gòu)中活動(dòng)構(gòu)件相對(duì)于機(jī)架所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。（與構(gòu)件數(shù)目，運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目有關(guān)）如果：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)：n

低副數(shù)：

pl

高副數(shù)：

ph連接前總自由度：3n連接后引入的總約束數(shù)：2pl+phF=3n-(2pl+ph)

=3n-2pl-ph機(jī)構(gòu)自由度F：12/27/202418機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算舉例：牛頭刨床12/27/202419F=3n-2PL-PH=3×6-2×8-1=1解：n=6,PL=8,PH=1機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算舉例：12/27/202420機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算舉例：1234F=3n－2pl－ph

=3

－2

－

340=

112345F=3n－2pl－ph

=3

－2

－

450=

2F=3n－2pl－ph

=3

－2

－

221=1BCAF=3n－2pl－ph

=3

－2

－

340=

1F=3n－2pl－ph

=3

－2

－

451=

112/27/202421二、平面機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件

機(jī)構(gòu)要能運(yùn)動(dòng)，它的自由度必須大于零。機(jī)構(gòu)的自由度表明機(jī)構(gòu)具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)。由于每一個(gè)原動(dòng)件只可從外界接受一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)規(guī)律（如內(nèi)燃機(jī)的活塞具有一個(gè)獨(dú)立的移動(dòng)）因此，當(dāng)機(jī)構(gòu)的自由度為1時(shí)，只需有一個(gè)原動(dòng)件；當(dāng)機(jī)構(gòu)的自由度為2時(shí)，則需有兩個(gè)原動(dòng)件。F=3n－2pl－ph

=3

4－2

5－0=2

F=3n－2pl－ph

=3

3－2

5－0=-1

F=3n－2pl－ph

=3

2－2

3－0=0

BCABCADEAEBCD12/27/202422F≤0，構(gòu)件間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不成為機(jī)構(gòu)。(F=0,剛性桁架)F>0,原動(dòng)件數(shù)=F，運(yùn)動(dòng)確定原動(dòng)件數(shù)<F，運(yùn)動(dòng)不確定原動(dòng)件數(shù)>F，機(jī)構(gòu)破壞故機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目。結(jié)論：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：1機(jī)構(gòu)自由度>02原動(dòng)件數(shù)＝機(jī)構(gòu)自由度數(shù)12/27/202423試計(jì)算圖示挖土機(jī)的自由度，并說明為什么要配置三個(gè)油缸。

12/27/202424縫紉機(jī)刺布機(jī)構(gòu)

油泵12/27/202425F=3n-2PL-PH=3*5-2*6-0=3F=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=11.復(fù)合鉸鏈：兩個(gè)以上個(gè)構(gòu)件在同一條軸線上形成的轉(zhuǎn)動(dòng)副。由K個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈包含的轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)目應(yīng)為（K-1）個(gè)。

三、注意事項(xiàng)

12/27/202426F=3n-2PL-PH=3*3-2*3-1=2F=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=12、局部自由度

在機(jī)構(gòu)中，某些構(gòu)件具有不影響其它構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的自由度局部自由度經(jīng)常發(fā)生的場(chǎng)合：滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦?xí)r添加的滾子、軸承中的滾珠解決的方法：計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，設(shè)想將滾子與安裝滾子的構(gòu)件固結(jié)在一起，視作一個(gè)構(gòu)件—排除12/27/2024273、虛約束

重復(fù)而不起獨(dú)立限制作用的約束稱為虛約束。計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)，虛約束應(yīng)除去不計(jì)?！懦摷s束經(jīng)常發(fā)生的場(chǎng)合:A兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí)B兩構(gòu)件某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持不變時(shí)C聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合時(shí)D機(jī)構(gòu)中對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分12/27/202428A、兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí)兩構(gòu)件組合成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且其軸線重合兩構(gòu)件組合成多個(gè)移動(dòng)副，其導(dǎo)路平行或重合兩構(gòu)件組合成若干個(gè)高副，但接觸點(diǎn)之間的距離為常數(shù)123123目的：為了改善構(gòu)件的受力情況F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－221＝112/27/202429討論：兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)導(dǎo)路平行的移動(dòng)副F=3n-2PL-PH=3*3-2*5-0=-1F=3n-2PL-PH=3*3-2*4-0=1例子分析：12/27/202430B、兩構(gòu)件某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動(dòng)中保持不變時(shí)在這兩個(gè)例子中，加與不加紅色構(gòu)件MN效果完全一樣，為虛約束解決方法：計(jì)算時(shí)應(yīng)將構(gòu)件MN及其引入的約束去掉F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－

460＝

0NM錯(cuò)對(duì)＝

1F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝112/27/202431C、兩構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合在該機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件2上的C點(diǎn)C2與構(gòu)件3上的C點(diǎn)C3軌跡重合，為虛約束解決方法：計(jì)算時(shí)應(yīng)將構(gòu)件3及其引入的約束去掉來計(jì)算同理，也可將構(gòu)件4當(dāng)作虛約束，將構(gòu)件4及其引入的約束去掉來計(jì)算，效果完全一樣BAC(C2,C3)D1234F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝112/27/202432D、機(jī)構(gòu)中對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分在該機(jī)構(gòu)中，齒輪3是齒輪2的對(duì)稱部分，為虛約束解決方法：計(jì)算時(shí)應(yīng)將齒輪3及其引入的約束去掉同理，將齒輪2當(dāng)作虛約束去掉，完全一樣目的：為了改善構(gòu)件的受力情況F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－332＝112345行星輪系12/27/202433虛約束——結(jié)論機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn)的，如果這些幾何條件不滿足，則虛約束將變成有效約束，而使機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)采用虛約束是為了:改善構(gòu)件的受力情況；傳遞較大功率；或滿足某種特殊需要在設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，若為了某種需要而必須使用虛約束時(shí)，則必須嚴(yán)格保證設(shè)計(jì)、加工、裝配的精度，以滿足虛約束所需要的幾何條件12312/27/202434C處為復(fù)合鉸鏈,計(jì)算時(shí)為（3-1)=2個(gè)鉸鏈；E、E'為虛約束應(yīng)去掉一個(gè)；F處為局部自由度應(yīng)去掉。例子分析：=37-29-1=2F=3n-2PL-PH12/27/202435C處為復(fù)合鉸鏈,計(jì)算時(shí)為（3-1)=2個(gè)鉸鏈；D處為虛約束應(yīng)去掉；B處為局部自由度應(yīng)去掉。2和3為一個(gè)構(gòu)件。F=3n-2PL-PHCBD=39-212-2=112/27/202436F=3n－2pl－ph

=3

5－2

7－0=1

F=3n－2pl－ph

=3

3－2

4－0=1

12/27/202437n=2,PL=3F=0n=3,PL=4,F