機(jī)械基礎(chǔ)—

平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析案例導(dǎo)入汽車與我們每天的出行息息相關(guān)，它既是一種交通運(yùn)輸工具也是一種典型的交通運(yùn)輸機(jī)械，正是因?yàn)樗拇嬖诟淖兞宋覀兊纳?，使我們能夠隨時隨地前往想去的地方。本單元將以汽車發(fā)動機(jī)作為載體，學(xué)習(xí)正確分析平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、繪制平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖及判斷平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動確定性，課程還將通過大量的工程實(shí)際案例進(jìn)行相關(guān)能力訓(xùn)練。

機(jī)械工業(yè)出版社平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析構(gòu)件和運(yùn)動副1平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖2機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件3綜合案例分析4項(xiàng)目訓(xùn)練5機(jī)械工業(yè)出版社學(xué)習(xí)目標(biāo)1掌握構(gòu)件、運(yùn)動副的概念，能識別并掌握代表常用構(gòu)件及運(yùn)動副的簡圖符號2熟練掌握平面機(jī)構(gòu)和簡單機(jī)械裝置運(yùn)動簡圖的繪制3熟練掌握平面機(jī)構(gòu)自由的計(jì)算，并判斷機(jī)構(gòu)是否具有確定的相對運(yùn)動機(jī)械工業(yè)出版社學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)

1平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制

2平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算及幾種特殊情況處理機(jī)械工業(yè)出版社5.1構(gòu)件和運(yùn)動副

機(jī)械一般由若干常用機(jī)構(gòu)組成，而機(jī)構(gòu)是由兩個以上且具有確定相對運(yùn)動的構(gòu)件組成的.

平面機(jī)構(gòu)：若組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面中運(yùn)動，則該機(jī)構(gòu)稱為平面機(jī)構(gòu)。

汽車發(fā)動機(jī)測量儀表機(jī)構(gòu)機(jī)械工業(yè)出版社5.1構(gòu)件和運(yùn)動副

5.1.1構(gòu)件的自由度

構(gòu)件的自由度：構(gòu)件作獨(dú)立運(yùn)動的可能性，稱為構(gòu)件的自由度。

一個在平面內(nèi)自由運(yùn)動的構(gòu)件有三個自由度，可用x、y、φ表示。

機(jī)械工業(yè)出版社5.1構(gòu)件和運(yùn)動副5.1.2運(yùn)動副和約束

1.運(yùn)動副：由兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運(yùn)動的聯(lián)接，稱為運(yùn)動副。

2.約束：運(yùn)動副限制了兩個構(gòu)件間的某些獨(dú)立運(yùn)動的可能性，這種限制就稱為約束。測量儀表機(jī)構(gòu)汽車發(fā)動機(jī)機(jī)械工業(yè)出版社5.1構(gòu)件和運(yùn)動副5.1.3運(yùn)動副的分類

根據(jù)組成運(yùn)動副兩構(gòu)件之間的接觸幾何特征，運(yùn)動副可分為低副和高副。

1.低副：兩構(gòu)件通過面接觸構(gòu)成的運(yùn)動副稱為低副。每個低副有兩個約束。按兩構(gòu)件間的相對運(yùn)動形式，低副又分為移動副和轉(zhuǎn)動副。

移動副轉(zhuǎn)動副機(jī)械工業(yè)出版社5.1構(gòu)件和運(yùn)動副（1）轉(zhuǎn)動副：兩構(gòu)件只能做相對轉(zhuǎn)動的運(yùn)動副。

轉(zhuǎn)動副的符號：用小圓表示，小圓中心代表轉(zhuǎn)動軸線的位置。若構(gòu)件代表機(jī)架則在構(gòu)件上畫上斜線。轉(zhuǎn)動副的符號表示機(jī)械工業(yè)出版社5.1構(gòu)件和運(yùn)動副（2）移動副：兩構(gòu)件只能做相對移動的運(yùn)動副。

移動副符號：用直線表示移動導(dǎo)路或其中心線的位置。移動副符號表示機(jī)械工業(yè)出版社5.1構(gòu)件和運(yùn)動副2.高副

概念：兩構(gòu)件呈現(xiàn)點(diǎn)、線接觸的運(yùn)動副稱為高副。高副用兩構(gòu)件在直接接觸處的輪廓表示，每個高副有一個約束。

注意：畫高副時，對于凸輪、滾子，習(xí)慣上畫出全部的輪廓；對于齒輪，常畫點(diǎn)畫線畫出其節(jié)圓。齒輪副汽車配汽機(jī)構(gòu)高副符號表示機(jī)械工業(yè)出版社5.1構(gòu)件和運(yùn)動副5.1.4構(gòu)件的分類

1.機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件可分為三類：（1）固定件（機(jī)架）：是用來支承著活動構(gòu)件的構(gòu)件。（如縫紉機(jī)腳踏機(jī)構(gòu)中的AD構(gòu)件）

機(jī)械工業(yè)出版社5.1構(gòu)件和運(yùn)動副

（2）原動件：是運(yùn)動規(guī)律已知的活動構(gòu)件，它的運(yùn)動是由外界輸入的，故又稱為輸入構(gòu)件。（如縫紉機(jī)腳踏機(jī)構(gòu)中的CD構(gòu)件）（3）從動件：是機(jī)構(gòu)中隨原動件運(yùn)動而運(yùn)動的其余活動構(gòu)件。（如縫紉機(jī)腳踏機(jī)構(gòu)中的CB、BA構(gòu)件））

機(jī)械工業(yè)出版社5.1構(gòu)件和運(yùn)動副

2.機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖中構(gòu)件的表示法（機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號見表5-1）二運(yùn)動副構(gòu)件

三運(yùn)動副構(gòu)件

機(jī)械工業(yè)出版社5.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖1.機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的概念（1）機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

撇開實(shí)際機(jī)構(gòu)中與運(yùn)動無關(guān)的因素，用簡單的線條和符號表示構(gòu)件和運(yùn)動副，并按一定的比例定出各運(yùn)動副的相對位置，表示機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間真實(shí)運(yùn)動關(guān)系的圖，稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。

縫紉機(jī)腳踏機(jī)構(gòu)機(jī)械工業(yè)出版社5.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖（2）機(jī)構(gòu)示意圖

沒有按一定比例表示出各運(yùn)動副間準(zhǔn)確的相對位置，只能表示機(jī)構(gòu)組合方式的機(jī)構(gòu)圖稱為機(jī)構(gòu)示意圖。

剪刀機(jī)構(gòu)攪拌機(jī)構(gòu)機(jī)械工業(yè)出版社5.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖2.平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制

（1）比例尺的概念

（2）比例的概念

機(jī)械工業(yè)出版社5.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖3.平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制的一般步驟

1）分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動的傳遞情況，找出機(jī)架、原動件和從動件；

2）從原動件開始，按照運(yùn)動的傳遞順序，分析各構(gòu)件間的運(yùn)動形式，從而確定構(gòu)件和運(yùn)動副的數(shù)目和類型；3）測量各運(yùn)動副間的相對位置；4）選擇適當(dāng)?shù)囊晥D平面和原動件位置，以便清楚地表達(dá)各構(gòu)件間的運(yùn)動關(guān)系。平面機(jī)構(gòu)通常選擇與構(gòu)件運(yùn)動平行的平面作為投影面。機(jī)械工業(yè)出版社5.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

5）選擇適當(dāng)?shù)谋壤擀蘬，按照各運(yùn)動副間的距離和相對位置，用簡單的線條和運(yùn)動副符號畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。

機(jī)械工業(yè)出版社5.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

案例5-1繪出如圖5-8a所示抽水唧筒機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖。

機(jī)械工業(yè)出版社5.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖思考與分析

請畫出汽車發(fā)動機(jī)罩殼、手搖打氣筒的機(jī)構(gòu)示意圖汽車發(fā)動機(jī)罩殼手搖打氣筒機(jī)械工業(yè)出版社5.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖答案：汽車發(fā)動機(jī)罩殼機(jī)構(gòu)示意圖手搖打氣筒機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件機(jī)構(gòu)自由度：是指機(jī)構(gòu)相對于機(jī)架所具有的獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目。

剪刀機(jī)構(gòu)鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件5.3.1平面機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件

1.平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算式中：F——平面機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)

n——機(jī)構(gòu)中活動構(gòu)件個數(shù)PL——機(jī)構(gòu)中低副的個數(shù)PH——機(jī)構(gòu)中高副的個數(shù)剪刀機(jī)構(gòu)機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件

案例5-2計(jì)算圖5-8所示的抽水唧筒機(jī)構(gòu)的自由度。

機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件

2.平面機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件

(1)請計(jì)算下列機(jī)構(gòu)的自由度(2)平面機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件:

F=3n-2PL-PH=W>0機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件

案例5-3

圖5-11a所示為簡易沖床（1）試畫出簡易沖床的運(yùn)動簡圖；（2）通過自由度計(jì)算判斷該機(jī)構(gòu)是否有確定相對運(yùn)動；（3）如果不滿足有確定相對運(yùn)動的條件，請?zhí)岢鲂薷囊庖姴嫵鲞\(yùn)動簡圖。簡易沖床結(jié)構(gòu)示意圖簡易沖床運(yùn)動示意圖機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件

簡易沖床修改方案機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件分析思考：請計(jì)算下列機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷機(jī)構(gòu)是否有確定相對運(yùn)動？請思考B點(diǎn)的轉(zhuǎn)動副有幾個？

機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件

5.3.2幾種特殊情況處理1.復(fù)合鉸鏈：（1）概念：兩個以上構(gòu)件在同一處用同軸轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接組成的運(yùn)動副，稱為復(fù)合鉸鏈。（2）處理方法：復(fù)合鉸鏈所代表的轉(zhuǎn)動副個數(shù)（k）應(yīng)是該處匯交構(gòu)件個數(shù)減一（k-1）。

機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件

案例5-4

請計(jì)算圖5-13所示直線機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷機(jī)構(gòu)是否有確定相對運(yùn)動？

機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件

2.局部約束

（1）概念：不影響整個機(jī)構(gòu)運(yùn)動的局部的獨(dú)立運(yùn)動，稱為局部自由度。（2）出現(xiàn)的場合：將滑動摩擦改為滾動摩擦處。（3）處理方法：計(jì)算自由度時將局部自由度除去，將滾子與桿件固結(jié)一體。機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件

3.虛約束概念：機(jī)構(gòu)中與別的約束起重復(fù)限制作用的約束，稱為虛約束。

虛約束出現(xiàn)的場合：（1）兩個構(gòu)件形成多個具有相同作用的運(yùn)動副1)兩個構(gòu)件在同一軸線上形成多個轉(zhuǎn)動副。處理方法：只保留一個轉(zhuǎn)動副

機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件2）兩構(gòu)件形成多個導(dǎo)路平行或重合的移動副。

處理方法：只保留一個移動副。

兩構(gòu)形成多個導(dǎo)路平行或重合的移動副實(shí)例機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件3）兩構(gòu)件在多處接觸形成的高副。

處理方法：只保留一個高副。

兩個構(gòu)件在兩處形成高副-虛約束機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件計(jì)算下列圖所示的機(jī)構(gòu)自由度，并判斷它們是否具有確定的相對運(yùn)動（圖中畫有箭頭的構(gòu)件為原動件）。機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件（2）被聯(lián)接件上點(diǎn)的軌跡與機(jī)構(gòu)上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合。處理方法：去除虛約束及多余的構(gòu)件

機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件

（3)機(jī)構(gòu)中對傳遞運(yùn)動不起獨(dú)立作用的對稱部分。處理方法：去除對稱部分的構(gòu)件和形成的運(yùn)動副。

周轉(zhuǎn)輪系

機(jī)械工業(yè)出版社5.3機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件

案例5-5

計(jì)算圖5-18a所示機(jī)構(gòu)的自由度，并指出其中是否有復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束（應(yīng)說明屬于哪一類虛約束），并判斷該運(yùn)動機(jī)構(gòu)是否有確定運(yùn)動（圖中箭頭所示構(gòu)件為原動件），為什么？

機(jī)械工業(yè)出版社綜合案例分析

如圖5-19a所示為單缸內(nèi)燃機(jī)，它的工作原理是利用燃料在氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱能，通過氣體受熱膨脹推動活塞移動，再經(jīng)過連桿傳遞到曲軸使其旋轉(zhuǎn)做功。

圖5-19單缸內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)圖機(jī)械工業(yè)出版社綜合案例分析

試?yán)盟鶎W(xué)知識完成以下任務(wù)：1）分析單缸內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)；2）繪制單缸內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖；3）判斷該機(jī)構(gòu)是否具有確定的相對運(yùn)動。圖5-20單缸內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖1—機(jī)架（氣缸體）2—曲柄

3—連桿

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