緒論平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由計(jì)算第1頁(yè)/共60頁(yè)2課時(shí)安排授課：36學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)：4學(xué)時(shí)

1.齒輪范成實(shí)驗(yàn)

2.帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)第2頁(yè)/共60頁(yè)3

成績(jī)?cè)u(píng)定(1)平時(shí)考勤、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)20%(2)考試成績(jī)80%(3)課程設(shè)計(jì)另外算成績(jī)

第3頁(yè)/共60頁(yè)4

學(xué)習(xí)緒論的目的：1.掌握機(jī)器和機(jī)構(gòu)、構(gòu)件和零件、通用零件和專用零件等概念；2.初步了解課程研究的對(duì)象和內(nèi)容，以及本課程的性質(zhì)。第1章緒論第4頁(yè)/共60頁(yè)5§1本課程的研究對(duì)象研究對(duì)象：機(jī)械——“機(jī)器”和“機(jī)構(gòu)”一、“機(jī)器”和“機(jī)構(gòu)”概念的演變（一）機(jī)器：縫紉機(jī)、洗衣機(jī)、復(fù)印機(jī)、各種機(jī)床、汽車、拖拉機(jī)、起重機(jī)等1.機(jī)器實(shí)例：(1)內(nèi)燃機(jī)：?jiǎn)胃姿臎_程燃?xì)鉄崮軝C(jī)械能(2)工業(yè)機(jī)器人：搬運(yùn)物料電能、液能對(duì)物體做功（有用功）(3)加工蛋糕攪拌機(jī)、摩天輪電能機(jī)械能第5頁(yè)/共60頁(yè)6

內(nèi)燃機(jī)

內(nèi)燃機(jī)包含著齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等。第6頁(yè)/共60頁(yè)7

工件自動(dòng)裝卸裝置

工件自動(dòng)裝卸裝置包含著帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)等。第7頁(yè)/共60頁(yè)8打磨工件毛刺的工業(yè)機(jī)器人

六自由度關(guān)節(jié)式工業(yè)機(jī)器人由空間開鏈機(jī)構(gòu)組成，各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)—傳動(dòng)裝置由驅(qū)動(dòng)器和齒輪傳動(dòng)及同步帶傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)組成。第8頁(yè)/共60頁(yè)9裝配機(jī)器人第9頁(yè)/共60頁(yè)10

契比雪夫四足步行機(jī)器人第10頁(yè)/共60頁(yè)11第11頁(yè)/共60頁(yè)12第12頁(yè)/共60頁(yè)133.機(jī)器概念

機(jī)器是能實(shí)現(xiàn)確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，又能做有用的機(jī)械功或?qū)崿F(xiàn)能量、物料、信息的傳遞與變換的裝置。（起重機(jī)、錄音機(jī)）思考：“收音機(jī)、電視機(jī)”是否為機(jī)器？2.機(jī)器一般特征

1）人為的實(shí)體組合

2）各部分之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)

3）用來完成有用的機(jī)械功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能第13頁(yè)/共60頁(yè)14（二）機(jī)構(gòu)：是機(jī)器的組成部分，一臺(tái)機(jī)器可以包含一個(gè)機(jī)構(gòu)，也可以包含多個(gè)機(jī)構(gòu)1.機(jī)構(gòu)實(shí)例：內(nèi)燃機(jī)1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)直移旋轉(zhuǎn)2）凸輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)直移3）齒輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)2.機(jī)構(gòu)一般特征

具有機(jī)器前兩個(gè)特征，無(wú)第三特征，即不做功，僅改變運(yùn)動(dòng)形式。

1）人為的實(shí)體組合

2）各部分之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)3.機(jī)構(gòu)概念

機(jī)構(gòu)是用來傳遞運(yùn)動(dòng)和力的、由若干相互之間形成可動(dòng)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)實(shí)體組成的構(gòu)件系統(tǒng)。作為一個(gè)整體運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)實(shí)體稱為構(gòu)件。一般情況下，為了傳遞運(yùn)動(dòng)和力，各構(gòu)件間應(yīng)有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。傳遞運(yùn)動(dòng)；改變運(yùn)動(dòng)形式第14頁(yè)/共60頁(yè)15連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)第15頁(yè)/共60頁(yè)16（三）機(jī)器和機(jī)構(gòu)的區(qū)別1.機(jī)器分類（1）工作機(jī)器：實(shí)現(xiàn)其他種類的某種工作或工藝過程，完成有用的機(jī)械功，如機(jī)床、汽車、飛機(jī)等（2）動(dòng)力機(jī)器：實(shí)現(xiàn)其他種類的能量與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換，如電動(dòng)機(jī)（3）信息機(jī)器：實(shí)現(xiàn)其他形式的信息與機(jī)械運(yùn)動(dòng)信息之間的傳遞與轉(zhuǎn)換，如復(fù)印機(jī)2.現(xiàn)代機(jī)械組成（1）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：機(jī)械系統(tǒng)工作的動(dòng)力源，如電動(dòng)機(jī)和各種熱力機(jī)（2）執(zhí)行系統(tǒng)：直接實(shí)現(xiàn)機(jī)器特定功能的部分，包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)和執(zhí)行構(gòu)件（3）傳動(dòng)系統(tǒng)：把原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)的中間裝置（4）控制系統(tǒng)：使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)彼此協(xié)調(diào)工作并準(zhǔn)確可靠地完成整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)功能的裝置。第16頁(yè)/共60頁(yè)173.機(jī)器與機(jī)構(gòu)的區(qū)別（1）機(jī)構(gòu)是一個(gè)構(gòu)件系統(tǒng)，機(jī)器除了構(gòu)件系統(tǒng)外還包括電氣、液壓等裝置。（2）機(jī)構(gòu)只用于傳遞運(yùn)動(dòng)和力，而機(jī)器除了傳遞運(yùn)動(dòng)和力外，還應(yīng)當(dāng)具有變換和傳遞能量、物料、信息的功能。4.在研究構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)和受力情況時(shí)，機(jī)器與機(jī)構(gòu)之間并無(wú)區(qū)別（都是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的傳遞與變換），因此，習(xí)慣上用“機(jī)械”作為機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。第17頁(yè)/共60頁(yè)18二、零件和構(gòu)件1.零件：是制造的單元

專用零件：在特定機(jī)器中用到，如渦輪機(jī)及汽輪機(jī)中的葉片、飛機(jī)的螺旋槳、內(nèi)燃機(jī)的曲軸、活塞等2.構(gòu)件：是運(yùn)動(dòng)的單元，可以是單一的整體，也可以是由幾個(gè)零件組成的剛性結(jié)構(gòu)（零件間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)）。第18頁(yè)/共60頁(yè)19機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計(jì)§2本課程的研究?jī)?nèi)容通用零件（設(shè)計(jì)與計(jì)算）聯(lián)接：螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接…

傳動(dòng):帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、 蝸桿傳動(dòng)軸與軸系零部件:軸、軸承、聯(lián)軸器其它:彈簧…常用機(jī)構(gòu)(組成原理、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué))如：連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)…第19頁(yè)/共60頁(yè)20傳動(dòng)零件軸系零件聯(lián)接零件附件機(jī)架第20頁(yè)/共60頁(yè)21課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課先修課程： 機(jī)械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程材料、互換性與技術(shù)測(cè)量、金工實(shí)習(xí)§3本課程的性質(zhì)注重實(shí)踐多觀察多分析與思考善于找到事物的共性善于發(fā)現(xiàn)事物的個(gè)性學(xué)習(xí)方法：第21頁(yè)/共60頁(yè)22

本章討論的問題：構(gòu)件間滿足什么條件才具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)？

——自由度計(jì)算為了便于分析研究復(fù)雜的機(jī)械的外形及結(jié)構(gòu)，需要對(duì)其簡(jiǎn)化——機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖本章只討論平面機(jī)構(gòu)(所有的構(gòu)件都在一個(gè)平面或平行平面內(nèi)運(yùn)動(dòng))第2章平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度計(jì)算第22頁(yè)/共60頁(yè)23機(jī)構(gòu)的組成：機(jī)構(gòu)是通過構(gòu)件間有機(jī)的連接而成§1運(yùn)動(dòng)副及其分類一、運(yùn)動(dòng)副（有機(jī)的聯(lián)接）1.定義：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)接分析一下接觸形式的特點(diǎn)2.運(yùn)動(dòng)副元素：運(yùn)動(dòng)副中參與接觸的點(diǎn)、線、面第23頁(yè)/共60頁(yè)24轉(zhuǎn)動(dòng)副第24頁(yè)/共60頁(yè)25移動(dòng)副第25頁(yè)/共60頁(yè)26齒輪副第26頁(yè)/共60頁(yè)27點(diǎn)高副第27頁(yè)/共60頁(yè)28圓柱副（空間）第28頁(yè)/共60頁(yè)29球銷副（空間）第29頁(yè)/共60頁(yè)30球副（空間）第30頁(yè)/共60頁(yè)31螺旋副（空間）第31頁(yè)/共60頁(yè)32點(diǎn)高副（空間）第32頁(yè)/共60頁(yè)33線高副（空間）第33頁(yè)/共60頁(yè)34二、平面運(yùn)動(dòng)副分類（按運(yùn)動(dòng)副元素即接觸特性分）低副:構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件通過面接觸高副:構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸第34頁(yè)/共60頁(yè)35三、機(jī)構(gòu)=構(gòu)件+運(yùn)動(dòng)副1.固定構(gòu)件（機(jī)架）

是用來支撐活動(dòng)構(gòu)件（運(yùn)動(dòng)構(gòu)件）的構(gòu)件。研究機(jī)構(gòu)中活動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)時(shí)，常以固定構(gòu)件作為參考坐標(biāo)系。2.原動(dòng)件（主動(dòng)件）

是運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的活動(dòng)構(gòu)件。它的運(yùn)動(dòng)是外界輸入的，也稱為輸入構(gòu)件。3.從動(dòng)件

是機(jī)構(gòu)中隨著原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的其余活動(dòng)構(gòu)件。其中輸出預(yù)定運(yùn)動(dòng)的從動(dòng)件稱為輸出構(gòu)件，其他從動(dòng)件則起傳遞運(yùn)動(dòng)的作用。

任何一個(gè)機(jī)構(gòu)中，必有一個(gè)構(gòu)件被相對(duì)地看作固定構(gòu)件。在活動(dòng)構(gòu)件中，必須有一個(gè)或多個(gè)原動(dòng)件，其余的都是從動(dòng)件。第35頁(yè)/共60頁(yè)36§2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

不考慮與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的構(gòu)件外形和運(yùn)動(dòng)副具體結(jié)構(gòu)；

只考慮與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的運(yùn)動(dòng)副的類型和構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)尺寸，用簡(jiǎn)單的線條、規(guī)定的符號(hào)表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，按比例定出運(yùn)動(dòng)副的位置而畫出的簡(jiǎn)圖。

表達(dá)各構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形(表達(dá)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的語(yǔ)言)第36頁(yè)/共60頁(yè)37二、構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的表示方法1.運(yùn)動(dòng)副的表示方法轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副高副齒輪副凸輪副第37頁(yè)/共60頁(yè)382.構(gòu)件的表示方法1)參與組成兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的構(gòu)件2)參與組成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副的構(gòu)件3)參與組成三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的構(gòu)件機(jī)構(gòu)=構(gòu)件+運(yùn)動(dòng)副，可繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖了第38頁(yè)/共60頁(yè)39三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制步驟1.分析機(jī)構(gòu)，原動(dòng)件工作部分，看清構(gòu)件的數(shù)目以及構(gòu)件間運(yùn)動(dòng)傳遞情況2.根據(jù)各構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)，判定運(yùn)動(dòng)副類型、數(shù)目

3.選投影面（選取多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面作為投影面），取適當(dāng)比例尺（

=實(shí)際尺寸m/圖上尺寸mm），確定各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置4.用規(guī)定符號(hào)畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，標(biāo)出原動(dòng)件（從原動(dòng)件開始畫）第39頁(yè)/共60頁(yè)40顎式破碎機(jī)及其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖第40頁(yè)/共60頁(yè)41顎式破碎機(jī)第41頁(yè)/共60頁(yè)42活塞泵第42頁(yè)/共60頁(yè)43內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖第43頁(yè)/共60頁(yè)44§3平面機(jī)構(gòu)的自由度一、自由度與約束1.定義自由度：一個(gè)平面活動(dòng)構(gòu)件3個(gè)自由度約束：對(duì)機(jī)構(gòu)或構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的某種限制機(jī)構(gòu)或構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目第44頁(yè)/共60頁(yè)452.運(yùn)動(dòng)副所產(chǎn)生的約束數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)副：帶來兩個(gè)約束，保留一個(gè)自由度移動(dòng)副：帶來兩個(gè)約束，保留一個(gè)自由度平面低副，引入2個(gè)約束；個(gè)低副，2個(gè)約束高副:

帶來一個(gè)約束；保留兩個(gè)自由度平面高副，引入1個(gè)約束；個(gè)高副，個(gè)約束第45頁(yè)/共60頁(yè)46二、平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式設(shè)平面機(jī)構(gòu)有：n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件3n個(gè)自由度個(gè)平面低副引入2個(gè)約束個(gè)平面高副引入個(gè)約束該平面機(jī)構(gòu)自由度：例例第46頁(yè)/共60頁(yè)47三、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)自由度是機(jī)構(gòu)具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目，而機(jī)構(gòu)中只有原動(dòng)件具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)自由度=原動(dòng)件數(shù)若：機(jī)構(gòu)自由度原動(dòng)件數(shù)1.原動(dòng)件數(shù)F，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定2.原動(dòng)件數(shù)F，機(jī)構(gòu)被破壞3.F0，機(jī)構(gòu)（超）靜定第47頁(yè)/共60頁(yè)48五連桿機(jī)構(gòu)：不確定運(yùn)動(dòng)第48頁(yè)/共60頁(yè)49五連桿機(jī)構(gòu)：具有確定運(yùn)動(dòng)第49頁(yè)/共60頁(yè)50機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：F>0，且F=原動(dòng)件數(shù)F≤0，構(gòu)件間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不成為機(jī)構(gòu)。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)破壞第50頁(yè)/共60頁(yè)51四、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)復(fù)合鉸鏈局部自由度虛約束第51頁(yè)/共60頁(yè)521.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)副聯(lián)接3個(gè)構(gòu)件，2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副K個(gè)構(gòu)件，(K-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副例第52頁(yè)/共60頁(yè)53

有些機(jī)構(gòu)中，某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運(yùn)動(dòng)并不影響其它構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，把這些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運(yùn)動(dòng)的自由度稱為局部自由度（計(jì)算時(shí)應(yīng)去除）優(yōu)點(diǎn)：將滑動(dòng)摩擦改為滾動(dòng)摩擦2.局部自由度第53頁(yè)/共60頁(yè)543.虛約束：在機(jī)構(gòu)中，有些運(yùn)動(dòng)副帶入的約束，對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)起重復(fù)約束作用，這類約束稱為虛約束（計(jì)算時(shí)應(yīng)去除)1）兩構(gòu)件在多處接觸構(gòu)成移動(dòng)副，且移動(dòng)方向彼此平行或重合，只有一個(gè)移動(dòng)副起作用，其余都是虛約束。2）兩構(gòu)件在多處配合構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，且轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合，只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副起作用，其余都是虛約束。第54頁(yè)/共60頁(yè)553）兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，且各接觸點(diǎn)公法線彼此重合，只能算一個(gè)平面高副

當(dāng)兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，但各接觸點(diǎn)公法線并不重合時(shí)，則計(jì)算多個(gè)高副第55頁(yè)/共60頁(yè)564）機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對(duì)稱部分第56頁(yè)/共60頁(yè)57解:1.如不考慮上述因素，解得：K=9,n=K－1=8→原動(dòng)件數(shù)＜F→機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定→結(jié)論錯(cuò)誤！2.重解：

n=7，→原動(dòng)件數(shù)=F→機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)PL=10，PH=1，原動(dòng)件數(shù)=2→F=3n－2PL－PH=3×8－2×10－1=3PL=9，PH=1F=3×7－2×9-1=2123456789局虛復(fù)合例:第5