【機(jī)械設(shè)計(jì)】平面機(jī)構(gòu)自由度及簡圖

1、（一）教學(xué)要求,運(yùn)動(dòng)副、自由度基本概念，機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。,（二）教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn),（三）教學(xué)內(nèi)容,3-2 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,3-3 平面機(jī)構(gòu)的自由度及其具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,3-1 運(yùn)動(dòng)副及其分類,小結(jié):,第三章 平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖,理解平面機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)副、自由度等基本概念，掌握機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，繪制的基本方法和自由度的計(jì)算，掌握機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,2、運(yùn)動(dòng)副的類型 (1)低副 (2)高副,3-1運(yùn)動(dòng)副及其分類,一、運(yùn)動(dòng)副及其分類 1、運(yùn)動(dòng)副 使兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接，稱為運(yùn)動(dòng)副。軸承中的滾動(dòng)體與內(nèi)、外圈的滾道、嚙合中的一對(duì)齒廓、滑塊與導(dǎo)槽，均保持直接接觸，

2、并能產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而它們都構(gòu)成了運(yùn)動(dòng)副。,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。 1）轉(zhuǎn)動(dòng)副 兩構(gòu)件只能組成在一個(gè)平面內(nèi)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副稱為轉(zhuǎn)動(dòng)副（或鉸鏈）。 2）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。,齒輪副,運(yùn)動(dòng)副用符號(hào)小結(jié),在研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了便于分析，常常瞥開它們因強(qiáng)度等原因形成的復(fù)雜外形及具體構(gòu)造，僅用簡單的符號(hào)和線條表示，并按一定的比例定出各運(yùn)動(dòng)副及構(gòu)件的位置，這種簡明表示機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，常用的運(yùn)動(dòng)副代表符號(hào)見下表。,機(jī)構(gòu)分為：空間機(jī)構(gòu)和平面機(jī)構(gòu)。 如

3、果組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件都在同一平面或在彼此相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，該機(jī)構(gòu)稱為平面機(jī)構(gòu)，否則稱為空間機(jī)構(gòu)。工程中大多數(shù)常用機(jī)構(gòu)屬于平面機(jī)構(gòu)。,3-2 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件通過若干運(yùn)動(dòng)副組合在一起的。 機(jī)構(gòu)是用來傳遞或變換運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件系統(tǒng)，條件是：既要保證構(gòu)件組合能夠運(yùn)動(dòng)，又要能夠保證運(yùn)動(dòng)是確定的。,構(gòu)件：獨(dú)立影響機(jī)構(gòu)功能并能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單元體 （實(shí)物、剛體、運(yùn)動(dòng)的整體） 機(jī)架、原動(dòng)構(gòu)件、從動(dòng)構(gòu)件 零件：單獨(dú)加工的制造單元體 通用零件、專用零件,構(gòu)件可以由一個(gè)零件組成 也可以由幾個(gè)零件組成,原動(dòng)件,機(jī)架,（一）構(gòu)件,平面低副: 轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副 （面接觸） 平面高副: 齒輪副、凸輪副 （點(diǎn)、

4、線接觸） 空間低副: 螺旋副、球面副、圓柱副 （面接觸） 空間高副: 球和圓柱與平面、球與圓柱副 (點(diǎn)、線接觸) 運(yùn)動(dòng)副特性:運(yùn)動(dòng)副一經(jīng)形成, 組成它的兩個(gè)構(gòu)件間的可能的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就確定。而且這種可能的相對(duì)運(yùn)動(dòng), 只與運(yùn)動(dòng)副類型有關(guān), 而與運(yùn)動(dòng)副的具體結(jié)構(gòu)無關(guān)。 工程上常用一些規(guī)定的符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)副,（二）運(yùn)動(dòng)副類型小結(jié),機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副連接而成的 原動(dòng)件：按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(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),（三）機(jī)構(gòu),二、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制,步驟： 1）分析機(jī)構(gòu)，觀察相對(duì)運(yùn)動(dòng)； 2）找出所有的構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副； 3）選擇合理的位置，即能充分反映機(jī)構(gòu)的特性； 4）

5、確定比例尺， 5）用規(guī)定的符號(hào)和線條繪制成間圖。（從原動(dòng)件開始畫）,例5,例3-2： 試求右圖平面四桿機(jī)構(gòu)的自由度。 解：機(jī)構(gòu)中共有3個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，4個(gè)低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副）， 即n=3，PL=4，PH=0，根據(jù)式（3-1）求得機(jī)構(gòu)的自由度 F=3n-2PL-PH =33-24-0=1 原動(dòng)件數(shù)=機(jī)構(gòu)自由度,一、 平面機(jī)構(gòu)的自由度的計(jì)算,當(dāng)原動(dòng)件的數(shù)目機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng) (F=0不動(dòng)；多于不確定;少于破壞）,計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度（設(shè)n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，PL個(gè)低副，PH個(gè)高副）： F=3n-2PL-PH （3-1） 說明：n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件（不包括機(jī)架）共有3n個(gè)自由度，當(dāng)用PL個(gè)低副和機(jī)架相聯(lián)組成機(jī)構(gòu)后，便受到2PL個(gè)約束（

6、每個(gè)低副提供兩個(gè)約束，1個(gè)自由度）； PH個(gè)高副受到PH個(gè)約束（提供一個(gè)約束，2個(gè)自由度）。,3-3 平面機(jī)構(gòu)的自由度及其具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,試求右圖平面五桿機(jī)構(gòu)的自由度。 解：鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)： F=34250=2 原動(dòng)件數(shù)0, 原動(dòng)件數(shù)=F，運(yùn)動(dòng)確定。 原動(dòng)件數(shù)F，機(jī)構(gòu)破壞。,n=2,PL=3 F=0,n=3,PL=4, F=1,減少一個(gè)約束 增加一個(gè)自由度,例:修改手動(dòng)沖床的設(shè)計(jì),三、計(jì)算自由度F時(shí)應(yīng)注意的問題,（1）復(fù)合鉸鏈 （2）局部自由度 （3）虛約束,兩個(gè)以上構(gòu)件同時(shí)在一處用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接 就構(gòu)成了復(fù)合鉸鏈。 由右圖可知，三個(gè)構(gòu)件共組成了兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，依次類推，m個(gè)構(gòu)件組合而成的復(fù)合鉸鏈

7、共有（m-1）個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。,例3-5： 試求右圖圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。 解：,（1）復(fù)合鉸鏈,F= 33231=2 F= 32221=1,與輸出件運(yùn)動(dòng)無關(guān)的自由度稱局部自由度。 （無論“滾子3”轉(zhuǎn)與不轉(zhuǎn)，都不影響“推桿2”的運(yùn)動(dòng)）。,（2）局部自由度,例3-7：試求下圖大篩子機(jī)構(gòu)的自由度。 （分析：活動(dòng)構(gòu)件n=7，7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和兩個(gè)移動(dòng)副，一個(gè)高副） 解： F=37-29-1=2此機(jī)構(gòu)的自由度為2，有兩個(gè)原動(dòng)件。,在特殊的幾何條件下，有些約束所起的限制作用是重復(fù)的，這種不起獨(dú)立限制作用的約束稱為虛約束。 (虛約束雖然對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用，但可以增加構(gòu)件的剛性),（3）虛約束：,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1,2,3,4,5,6,7,8,9,一、基本