第3章平面機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析培訓(xùn)課件

第三章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析各部分機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)配合工作，便能把燃?xì)馊紵龝r(shí)產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榍S轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能。曲柄滑快機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)包含下列機(jī)構(gòu)：第一節(jié)平面機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)是一個(gè)構(gòu)件系統(tǒng)機(jī)構(gòu)是機(jī)器的重要組成部分機(jī)構(gòu)只用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和力。①人為的實(shí)物組合（不是天然形成的）②各實(shí)物單元具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)③能完成有用的機(jī)械功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能由若干構(gòu)件（包括機(jī)架）以運(yùn)動(dòng)副相聯(lián)接并具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的組合體。一、機(jī)構(gòu)的組成：組成機(jī)構(gòu)的兩大基本要素平面機(jī)構(gòu)Vs空間機(jī)構(gòu)組成機(jī)構(gòu)的兩大基本要素注意！在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中，原動(dòng)件上通常畫有箭頭，用以表示其運(yùn)動(dòng)方向。從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和機(jī)構(gòu)的組成情況。在活動(dòng)構(gòu)件中至少有一個(gè)構(gòu)件為原動(dòng)件，其余的活動(dòng)構(gòu)件都是從動(dòng)件。

原動(dòng)件（主動(dòng)件）機(jī)架任何一個(gè)機(jī)構(gòu)中，必有且只有一個(gè)構(gòu)件被相對(duì)地看作機(jī)架從動(dòng)件ABCD輸出構(gòu)件輸入構(gòu)件從動(dòng)件機(jī)構(gòu)中兩構(gòu)件直接接觸的可動(dòng)聯(lián)接（既保持直接接觸，又能產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)）二、運(yùn)動(dòng)副活塞與氣缸的聯(lián)結(jié)兩個(gè)傳動(dòng)齒輪間的聯(lián)結(jié)連桿與曲柄的聯(lián)結(jié)兩構(gòu)件通過(guò)點(diǎn)或線接觸的運(yùn)動(dòng)副。如齒輪副、凸輪副。根據(jù)運(yùn)動(dòng)副的接觸形式，運(yùn)動(dòng)副分為兩類：1）低副：2）高副：兩構(gòu)件通過(guò)面接觸組成的運(yùn)動(dòng)副。如轉(zhuǎn)動(dòng)副（鉸鏈）、移動(dòng)副。除平面副之外，機(jī)構(gòu)中還存在空間運(yùn)動(dòng)副。如球面副、螺旋副。轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副低副（面接觸）轉(zhuǎn)動(dòng)副：組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能在一個(gè)平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)副：組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能沿某一軸線相對(duì)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)副元素：圓柱面、圓孔面例：軸與軸承的配合例：滑塊與導(dǎo)軌的接觸運(yùn)動(dòng)副元素：棱柱面、棱孔面齒輪副凸輪副高副兩構(gòu)件通過(guò)點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副例：兩齒輪輪齒的嚙合運(yùn)動(dòng)副元素：兩齒廓曲面空間：線高副空間：點(diǎn)高副空間：球副空間：球銷副空間：螺旋副第二節(jié)平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為使問(wèn)題簡(jiǎn)化而用簡(jiǎn)單的線條和規(guī)定的符號(hào)來(lái)表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按一定比例定出各運(yùn)動(dòng)副的位置。這種表示機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形，稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。

1、轉(zhuǎn)動(dòng)副：一般用小圓圈“”表示，其圓心表示兩構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的中心。1211221122一、運(yùn)動(dòng)副的表示方法2、移動(dòng)副：一般用“”和“”表示，矩形框的長(zhǎng)邊和直線表示移動(dòng)導(dǎo)路或其中心線的位置。3、高副

：畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓（齒輪除外：可用兩節(jié)圓表示）。齒輪機(jī)構(gòu)二、構(gòu)件的表示與分類1、構(gòu)件的表示桿、軸類構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件一桿兩副一桿三副三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制步驟1、分析機(jī)構(gòu)（1）找出構(gòu)件總數(shù)，定出原動(dòng)件,判斷各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)

(移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng))（2）定出運(yùn)動(dòng)副的個(gè)數(shù)，各運(yùn)動(dòng)副的類型（移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副、高副）2、適當(dāng)選擇投影面一般選擇與多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面相平行的面作為投影面。3、選擇適當(dāng)?shù)谋壤?，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖選擇適當(dāng)?shù)谋壤?，根?jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸定出各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，用構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的規(guī)定符號(hào)繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。4、標(biāo)出原動(dòng)件，給各構(gòu)件標(biāo)上代號(hào)一般原動(dòng)件標(biāo)號(hào)為1，機(jī)架為最后標(biāo)號(hào)。構(gòu)件：1，2，3，……運(yùn)動(dòng)副：A，B，C，……注意以下簡(jiǎn)圖的區(qū)別：內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖第三節(jié)平面機(jī)構(gòu)的自由度自由度

構(gòu)件間的獨(dú)立相對(duì)運(yùn)動(dòng)約束

運(yùn)動(dòng)副對(duì)構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的限制作用一、自由度與約束OxySASASA自由度一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件具有三個(gè)自由度QYXF=312F=3×2=6自由度：構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副的約束約束：兩構(gòu)件用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接后，彼此的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到某些限制。12轉(zhuǎn)動(dòng)副組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能在一個(gè)平面內(nèi)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。低副引入兩個(gè)約束！12兩構(gòu)件：其中一個(gè)固定約束了三個(gè)自由度，另一個(gè)未固定，F(xiàn)=312兩構(gòu)件：一個(gè)固定另一與之鉸接。X、Y固定，1件可轉(zhuǎn)動(dòng)。F=1，S=2。兩構(gòu)件活動(dòng)鉸接：F=4

S=2Q1Q2XY112移動(dòng)副組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能沿某一軸線相對(duì)移動(dòng)。低副引入兩個(gè)約束！12兩移動(dòng)副：一個(gè)固定一個(gè)活動(dòng)。F=312兩移動(dòng)副其中一個(gè)固定，另一個(gè)放置于之上。其約束S=2（Y與Q）F=1齒輪副高副引入一個(gè)約束！沿接觸處切線t-t方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和在平面內(nèi)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪副只限制n-n方向的切入，不限制t-t方向的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。F=2，S=1。凸輪副高副引入一個(gè)約束！只限制n-n方向切入，而不限制t-t方向的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。F=2，S=1。綜合上述四種情況：1低副：（轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副）其約束數(shù)為S=22高副：（齒輪副和凸輪副）其約束數(shù)為S=1二、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式轉(zhuǎn)動(dòng)副1、運(yùn)動(dòng)副和約束運(yùn)動(dòng)副低副高副移動(dòng)副約束兩個(gè)移動(dòng)自由度約束一個(gè)移動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)自由度每個(gè)低副引入兩個(gè)約束，失去兩個(gè)自由度。只約束沿接觸處法線方向移動(dòng)自由度每個(gè)高副引入1個(gè)約束，失去1個(gè)自由度。2、自由度的計(jì)算公式（設(shè)N個(gè)構(gòu)件，PL個(gè)低副，PH個(gè)高副）活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n為:機(jī)構(gòu)自由度F為:未加運(yùn)動(dòng)副之前加運(yùn)動(dòng)副之后n=N-1自由度總數(shù)為:3nF=3n－2PL－PH1234F=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=

1例：計(jì)算如圖所示雙曲線畫規(guī)機(jī)構(gòu)和牛頭刨床機(jī)構(gòu)的自由度(a)雙曲線畫規(guī)機(jī)構(gòu)(b)牛頭刨床機(jī)構(gòu)

解：(a)

(b)例：畫出如圖所示機(jī)構(gòu)的平面運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖并計(jì)算其自由度原動(dòng)件數(shù)<機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定（任意亂動(dòng)）12345AEBCD1j4j機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)是由外界給定的。若給出的原動(dòng)件數(shù)不等于機(jī)構(gòu)的自由度，則將產(chǎn)生如下影響：3、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件原動(dòng)件數(shù)>機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，將桿2拉斷。1234ABCD104233=--X=FX機(jī)構(gòu)自由度等于零時(shí)，各構(gòu)件間不可能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。12345機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：（1）機(jī)構(gòu)自由度F>0，（2）機(jī)構(gòu)自由度F=原動(dòng)件數(shù)。F=3×3-2×5=-1超靜定結(jié)構(gòu)F=3×2-2×3-0=0剛性桁架平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的自由度一定大于零？三、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)件同時(shí)在一處用轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)結(jié)就構(gòu)成復(fù)合鉸鏈（在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖上顯現(xiàn)為1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副）。由K個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)含有(K-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。412356F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－560＝

3F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－570＝

1412356錯(cuò)對(duì)5232351K個(gè)構(gòu)件,K-1個(gè)鉸鏈復(fù)合鉸鏈的識(shí)別例計(jì)算原盤鋸主體機(jī)構(gòu)的自由度12345678解機(jī)構(gòu)中活動(dòng)構(gòu)件有n＝7低副有PL＝②④⑥⑧⑨1⑩10F=3n–2PL–PH=3×–2×=7101定義：機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的獨(dú)立的局部運(yùn)動(dòng),不影響機(jī)構(gòu)輸出運(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2、局部自由度（或多余自由度)存在與否都不影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律！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F＝3n－2pl－ph

＝3

－2

－331＝

2F＝3n－2pl－ph＝3

－2

－221＝

1錯(cuò)對(duì)3、虛約束在機(jī)構(gòu)中與其他運(yùn)動(dòng)副作用重復(fù)，而對(duì)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立限制作用的約束。AMBN1O3OAMB2314NO3O1MN實(shí)際上不起限制作用計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)處理辦法：將具有虛約束運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件連同它所帶入的與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的運(yùn)動(dòng)副一并不計(jì)。AMBN1O3O12345F=3n–2PL–PH=3×–2×=341例計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的虛約束常出現(xiàn)于下列情況：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(guò)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A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＝1B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AB效果完全一樣，為虛約束計(jì)算時(shí)應(yīng)將構(gòu)件AB及其引入的約束去掉來(lái)計(jì)算412351234F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－460＝

0BA錯(cuò)對(duì)＝

1F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝1C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，為虛約束計(jì)算時(shí)應(yīng)將構(gòu)件3及其引入的約束去掉來(lái)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(lái)計(jì)算，效果完全一樣BAC(C2,C3)D1234F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝1D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，為虛約束計(jì)算時(shí)應(yīng)將齒輪3及其引入的約束去掉來(lái)計(jì)算同理，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＝1123454、自由度計(jì)算小結(jié)自由度計(jì)算公式:F＝3n－2pl－ph機(jī)構(gòu)自由度＝3×活動(dòng)構(gòu)件數(shù)－2×低副數(shù)－1×高副數(shù)計(jì)算步驟:確定活動(dòng)構(gòu)件數(shù)目確定運(yùn)動(dòng)副種類和數(shù)目確定特殊結(jié)構(gòu):局部自由度、虛約束、復(fù)合鉸鏈計(jì)算、驗(yàn)證自由度幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理:1、復(fù)合鉸鏈—計(jì)算在內(nèi)2、局部自由度—排除3、虛約束--重復(fù)約束—排除例計(jì)算圖所示發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的自由度(若存在局部自由度、復(fù)合鉸鏈、虛約束請(qǐng)標(biāo)出）。局部自由度虛約束=37-29-1=2F=3n-2PL-PH345688887121234