第2章平面機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)機(jī)械·譚劍鋒《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》之機(jī)構(gòu)的兩個(gè)特征：人為的實(shí)物組合確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)前章基礎(chǔ)知識(shí)：本章兩個(gè)問題：如何確定所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)？給定驅(qū)動(dòng)原件，如何計(jì)算機(jī)構(gòu)各部件運(yùn)動(dòng)速度？本章知識(shí)構(gòu)成：√√目的：便于在設(shè)計(jì)中描述和分析各種常用機(jī)構(gòu)內(nèi)容：了解運(yùn)動(dòng)副、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度等作用：確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的前提

2.1平面機(jī)構(gòu)組成１、運(yùn)動(dòng)副元素——兩個(gè)構(gòu)件直接接觸組成的可動(dòng)聯(lián)接。２、自由度F——構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目oxy二、運(yùn)動(dòng)副例如：——直接接觸的部分（點(diǎn)、線、面）?

作空間運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件oxyZ6個(gè)自由度F

機(jī)構(gòu)是一個(gè)構(gòu)件系統(tǒng)，為了傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，各構(gòu)件之間必須通過一定的聯(lián)接而產(chǎn)生確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)副oxy３、約束——對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制。A?一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件3個(gè)自由度BA(xA,yA)oxy４、運(yùn)動(dòng)副的分類：空間運(yùn)動(dòng)副——空間運(yùn)動(dòng)按相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍分：平面運(yùn)動(dòng)副——平面運(yùn)動(dòng)√空間運(yùn)動(dòng)副球面副螺旋副

平面運(yùn)動(dòng)副類型

轉(zhuǎn)動(dòng)副（回轉(zhuǎn)副、鉸鏈）

移動(dòng)副面接觸，平面低副應(yīng)力低產(chǎn)生約束數(shù)：2自由度：1

滾滑副點(diǎn)、線接觸，應(yīng)力高平面高副ttnnnntt產(chǎn)生約束數(shù)：1自由度：22.2平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖條件：作用：機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力分析與機(jī)構(gòu)的外形、斷面尺寸、構(gòu)件的零件數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的具體構(gòu)造等這些與運(yùn)動(dòng)無關(guān)的因素沒有關(guān)系，用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖對(duì)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力進(jìn)行分析。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：用簡(jiǎn)單的線條和符號(hào)來代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副,并按一定的比例表示運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置和表明機(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。

機(jī)構(gòu)示意圖：定性表明機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀況，不嚴(yán)格按比例來繪制機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)運(yùn)動(dòng)副名稱運(yùn)動(dòng)副符號(hào)兩運(yùn)動(dòng)構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副12121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時(shí)的運(yùn)動(dòng)副122121平面運(yùn)動(dòng)副平面高副螺旋副2112121212球面副球銷副121212空間運(yùn)動(dòng)副12121221nntt21nntt一般構(gòu)件的表示方法桿、軸構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件三副構(gòu)件兩副構(gòu)件一般構(gòu)件的表示方法四副構(gòu)件常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)在機(jī)架上的電機(jī)齒輪齒條傳動(dòng)帶傳動(dòng)圓錐齒輪傳動(dòng)鏈傳動(dòng)圓柱蝸桿蝸輪傳動(dòng)凸輪傳動(dòng)外嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制1分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)找出機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件、機(jī)架和從動(dòng)件，搞清運(yùn)動(dòng)傳遞的具體過程，從而確定出該機(jī)構(gòu)的數(shù)目及各運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目。2選擇視圖，具有一般性。3選擇適當(dāng)?shù)谋壤呃L圖。

內(nèi)燃機(jī)21569107834152610974活動(dòng)構(gòu)件數(shù)：通過運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接后，低副產(chǎn)生的約束數(shù)：高副產(chǎn)生的約束數(shù)：設(shè)一平面機(jī)構(gòu)有K個(gè)構(gòu)件，通過Pl個(gè)低副，Ph個(gè)高副聯(lián)接，則：運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接前自由度：一、自由度的計(jì)算公式2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算例1：計(jì)算鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的自由度解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=低副數(shù)Pl=高副數(shù)Ph=

問題：原動(dòng)件數(shù)與自由度有什么關(guān)系，才能使機(jī)構(gòu)具有確定

的運(yùn)動(dòng)呢？當(dāng)原動(dòng)件數(shù)>F

卡死不能動(dòng)或破壞原動(dòng)件數(shù)=F機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定1234二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算例2:計(jì)算鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)的自由度解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=低副數(shù)Pl=高副數(shù)Ph=12345當(dāng)原動(dòng)件數(shù)<F，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)不確定原動(dòng)件數(shù)=F機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算例3:計(jì)算自由度123123解：123例4:計(jì)算自由度解：F≤0，機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)。12342.3平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算F>0（必要條件）原動(dòng)件數(shù)=機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F（充分條件）機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：分隔0222.3平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算沖壓機(jī)機(jī)構(gòu)?√2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算復(fù)合鉸鏈

常見情況：1231231231231:復(fù)合鉸鏈——兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)。兩個(gè)低副m個(gè)構(gòu)件在同一處鉸接,構(gòu)成m-1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副三計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算12345678ABCDEF解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)Pl

=6F=3n－2Pl－Ph

高副數(shù)Ph=0=3×7－2×6－0=9計(jì)算結(jié)果肯定不對(duì)！10110B、C、D、E四處各含有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副計(jì)算結(jié)果正確﹗例：計(jì)算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算沖壓機(jī)機(jī)構(gòu)+12.3平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算例：計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。圖a)圖b)

F=3×2－2×2－1=1問題：運(yùn)動(dòng)相同，自由度不同？12123解：n=Pl=2123Ph=1a)b)計(jì)算前先將小滾輪焊接在推桿上處理的方法：2：局部自由度?2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算動(dòng)畫沖壓機(jī)機(jī)構(gòu)-1-12.3平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算3：虛約束：對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不起實(shí)際約束作用的約束。AB＝

CD例：平行四邊形機(jī)構(gòu)，連桿2作平動(dòng)，BC線上各點(diǎn)軌跡均為圓EF5若加上桿5，使AB＝CD＝EF桿5上E點(diǎn)的軌跡與桿2上E點(diǎn)的軌跡重合，不影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，但加上一個(gè)構(gòu)件兩個(gè)低副引入3個(gè)自由度4個(gè)約束多出一個(gè)約束-----虛約束A1234BCD2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算A1234BCD若加上桿5，使AB＝CD＝EF則桿5上E點(diǎn)的軌跡與桿2上E點(diǎn)的軌跡不重合，其真實(shí)的約束作用。EF5虛約束是在特定的幾何條件下產(chǎn)生的若制造誤差太大，“虛”“實(shí)”，機(jī)構(gòu)卡死。2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算123ABCDE4F計(jì)算前，先去掉產(chǎn)生虛約束部分。處理方法：2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算若兩構(gòu)件上的點(diǎn)，鉸接前后運(yùn)動(dòng)軌跡相重合如：平行四邊形機(jī)構(gòu)、火車輪、橢圓儀等。機(jī)構(gòu)中的虛約束常發(fā)生在下列情況：則該聯(lián)接將帶入1個(gè)虛約束。2.2平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算1）兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成移動(dòng)副，且移動(dòng)方向彼此平行或重合，則只能算一個(gè)移動(dòng)副。ABCDD2）兩構(gòu)件在多處相配合而構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，且轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合，則只能算一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成性質(zhì)相同的運(yùn)動(dòng)副2.2平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算兩構(gòu)件在多處接觸構(gòu)成平面高副，且各接觸點(diǎn)處的公法線彼此重合，則只能算一個(gè)平面高副。如：等寬凸輪注意：法線不重合時(shí)，變成實(shí)際約束！2.2平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算若兩構(gòu)件上距離始終保持不變的點(diǎn)之間，用一桿將其鉸接對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分或結(jié)構(gòu)重復(fù)部分。EF如：多個(gè)中間齒輪。將帶入一個(gè)虛約束帶入虛約束。2.2平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算沖壓機(jī)機(jī)構(gòu)-12.2平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算CDABGFoEE’例：計(jì)算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度。n=7Pl=9Ph=1復(fù)合鉸鏈局部自由度虛約束推土機(jī)機(jī)構(gòu)鋸木機(jī)機(jī)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)送紙機(jī)機(jī)構(gòu)沖壓機(jī)機(jī)構(gòu)F=3*3-2*3-2*1=1F=3*4-2*4-2*1=2定義：速度瞬心-兩個(gè)剛體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的重合點(diǎn)為瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心，簡(jiǎn)稱瞬心。數(shù)目：機(jī)構(gòu)中速度瞬心的數(shù)目：任意兩構(gòu)件之間都存在一個(gè)瞬心。若機(jī)構(gòu)有N個(gè)構(gòu)件則有:2.3速度瞬心及應(yīng)用位置：直接接觸：通過運(yùn)動(dòng)副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心

a.以回轉(zhuǎn)副相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心。

b.以移動(dòng)副相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心。

c.以平面高副相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心。間接接觸：三心定理不通過運(yùn)動(dòng)副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心

3個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件共有三個(gè)瞬心，且三個(gè)

瞬心共線2.3速度瞬心及應(yīng)用確定該機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)其全部瞬心的位置確定該機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)其全部瞬心的位置2.3速度瞬心及應(yīng)用確定該機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)其全部瞬心的位置2.3速度瞬心及應(yīng)用利用速度瞬心進(jìn)行平面機(jī)構(gòu)的速度分析1.平面低副機(jī)構(gòu)為求Vc，可先根據(jù)三心定理求構(gòu)件2、4的相對(duì)速度瞬心P24?；瑝KC作直線移動(dòng)，其上各點(diǎn)速度相等，將P24看成是滑塊上的一點(diǎn)已知各構(gòu)件的長(zhǎng)度、位置及構(gòu)件2的角速度ω2，求滑塊C的速度。2.3速度瞬心及應(yīng)用

已知鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件尺寸，原動(dòng)件2以角速度ω2順時(shí)針方向等速回轉(zhuǎn)