第1章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析內(nèi)

容§1

構(gòu)件及其運(yùn)動(dòng)副§2

平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制§3

平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算§4

平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析重

點(diǎn)運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)鏈的概念、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件及機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算。構(gòu)件運(yùn)動(dòng)副——

兩個(gè)構(gòu)件直接接觸且具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。平面運(yùn)動(dòng)副分類:

動(dòng)副轉(zhuǎn)

動(dòng)副移特點(diǎn)：面接觸、相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或相對(duì)移動(dòng)fi

低副——機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)的單元。運(yùn)動(dòng)副元素—兩構(gòu)件相互接觸的幾何形狀（點(diǎn)、線、面）?！?構(gòu)件及其運(yùn)動(dòng)副齒輪副凸輪副特點(diǎn)：點(diǎn)或線接觸、沿接觸點(diǎn)切線方向相對(duì)移動(dòng)繞接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)fi

高副螺旋副球面副運(yùn)動(dòng)鏈——若干構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而成的可動(dòng)系統(tǒng)。若將運(yùn)動(dòng)鏈中的一個(gè)構(gòu)件相對(duì)固定，運(yùn)動(dòng)鏈則成為機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的分類：1、機(jī)架（描述運(yùn)動(dòng)的參考系）2、原動(dòng)件（運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的構(gòu)件）3、從動(dòng)件§2

平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖例1

顎式破碎機(jī)一、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的概念機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖在研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了使問題簡(jiǎn)化，有必要撇開那些與運(yùn)動(dòng)無關(guān)的構(gòu)件外形和運(yùn)動(dòng)副具體構(gòu)造，僅用簡(jiǎn)單的線條和符號(hào)來表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按比例定出各運(yùn)動(dòng)副的位置。這種說明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間關(guān)系的簡(jiǎn)化圖形，稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。它與原機(jī)構(gòu)具有完全相同的運(yùn)動(dòng)特性。與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的因素：構(gòu)件數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副數(shù)目及類型；運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置表達(dá)方式：用簡(jiǎn)單線條表示構(gòu)件，規(guī)定符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)副，按比例定出運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置用途：分析現(xiàn)有機(jī)構(gòu)，構(gòu)思設(shè)計(jì)新機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)副二、運(yùn)動(dòng)副符號(hào)移動(dòng)副齒輪副凸輪副122122螺旋副球面副三、構(gòu)件不管構(gòu)件形狀如何，簡(jiǎn)單線條表示，帶短剖面線表示機(jī)架。帶運(yùn)動(dòng)副元素的構(gòu)件機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖常用符號(hào)（

摘自GB4460-85）運(yùn)動(dòng)副及構(gòu)件表示方法四、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制方法與步驟：1.確定構(gòu)件數(shù)目及原動(dòng)件、輸出構(gòu)件；2.根據(jù)各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)確定運(yùn)動(dòng)副的種類和數(shù)目；3.選定比例尺，按規(guī)定符號(hào)繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；4.標(biāo)明機(jī)架、原動(dòng)件和作圖比例尺；5.驗(yàn)算自由度。順口溜：先兩頭，后中間，從頭至尾走一遍，數(shù)數(shù)構(gòu)件是多少，再看它們?cè)跸嗦?lián)。A1234BCD例1

顎式破碎機(jī)DCAFEB14325例2

齒輪插刀機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖運(yùn)動(dòng)副？討論以下四個(gè)問題：(1)機(jī)架是否是構(gòu)件？顎式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中的幾處機(jī)架是一個(gè)構(gòu)件嗎？回答什么是構(gòu)件？(2)找出顎式破碎機(jī)中聯(lián)接每兩個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)副，找出每個(gè)構(gòu)件上的所有運(yùn)動(dòng)副，回答什么是運(yùn)動(dòng)副。如果機(jī)架是轉(zhuǎn)動(dòng)副的一部分如何表示？(3)找出活塞泵中聯(lián)接每兩個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)副，找出每個(gè)構(gòu)件上的所有運(yùn)動(dòng)副。如果機(jī)架是移動(dòng)副的一部分，畫出與圖示不同的表示。如果移動(dòng)副中沒有機(jī)架，又如何表示？(4)為什么機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中的曲柄在實(shí)際結(jié)構(gòu)中常做成偏心輪的形式？例3

旋轉(zhuǎn)泵機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖例4

活塞泵機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖例4例5

擺動(dòng)泵機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖例3例6

內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖(6)

內(nèi)燃機(jī)中有哪幾個(gè)機(jī)構(gòu)？每一個(gè)機(jī)構(gòu)中有哪幾個(gè)構(gòu)件組成(從機(jī)架到機(jī)架，如齒輪機(jī)構(gòu)：氣缸體1--齒輪9--齒輪10--氣缸體1)？曲軸6和齒輪10是一個(gè)構(gòu)件嗎？齒輪9和凸輪軸7是一個(gè)構(gòu)件嗎？指出每一個(gè)機(jī)構(gòu)中的原動(dòng)件和從動(dòng)件？討論以下問題：從一個(gè)具體的機(jī)構(gòu)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖還是比較容易的，而反過來，從一般的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖構(gòu)思一個(gè)具體的機(jī)構(gòu)會(huì)更難，這是作為一個(gè)機(jī)械工程師所應(yīng)具備的基本素質(zhì)。課后作業(yè)畫出縫紉機(jī)下針機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)柱賽泵的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（P498）；用簡(jiǎn)單材料制作轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副。（含機(jī)架的和不含機(jī)架的）四、小結(jié)及布置作業(yè)一、構(gòu)件的自由度自由度

構(gòu)件所具獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的個(gè)數(shù)（確定構(gòu)件位置所需獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)）。一個(gè)完全自由的平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件具有三個(gè)自由度。xy21xyqyx§3平面機(jī)構(gòu)的自由度F=6不論形成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)構(gòu)件是否其中有一個(gè)相對(duì)固定，運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)S均相同。0F=3F=4F=6二、平面運(yùn)動(dòng)副的約束條件約束—

限制x0F=F=31y0qxy約束條件

—

約束數(shù)運(yùn)動(dòng)副的形成引入了約束，使構(gòu)件失去運(yùn)動(dòng)自由度。1.

轉(zhuǎn)動(dòng)副qf約束數(shù)

S

=

2F=1F=42.

移動(dòng)副約束數(shù)

S

=

23.

齒輪副4.

凸輪副nnnn約束數(shù)S

=1平面低副約束數(shù)S

=2平面高副約束數(shù)S

=1F

＝3n

-

2PL

-

PH三、平面機(jī)構(gòu)的自由度1.機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式機(jī)構(gòu)的自由度F=3·活動(dòng)構(gòu)件數(shù)-2·低副數(shù)-1·高副數(shù)F＝3n-2PL

-

PH＝3·3-

2·4-

0＝

1F＝3n-2PL-PH＝3·4-

2·5-

0＝

2F＝3n-2PL-PH＝3·2-

2·2-

1＝

1計(jì)算公式例F=3n-2PL-PHF=3n-2PL-PH=3·3-2·5-0=-1三個(gè)構(gòu)件通過三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副相連,相當(dāng)于一個(gè)構(gòu)件。=3·2

-2·3

-0=02.機(jī)構(gòu)(運(yùn)動(dòng)鏈)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件有一個(gè)機(jī)架自由度大于零（F>0）原動(dòng)件數(shù)=自由度數(shù)（通常，原動(dòng)件為含低副構(gòu)件且與機(jī)架相連,只有一個(gè)自由度。）復(fù)合鉸鏈m個(gè)構(gòu)件(m?3)在同一處構(gòu)成共軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)副412356F

＝

3n－2PL－PH＝

3·

5

－2·

7－

0＝

1m-1個(gè)低副復(fù)F

＝

3n－2PL－PH＝

3·

5

－2·

6

－

0＝

3

—計(jì)算在內(nèi)5233.注意事項(xiàng)1）要正確計(jì)算運(yùn)動(dòng)副數(shù)目F＝3n－2PL－PH＝3·

7－2·

10－

0＝1F＝3n－2PL－PH＝3·

－7

2·

6－

0＝9

?復(fù)復(fù)復(fù)復(fù)例3

圓盤鋸機(jī)構(gòu)F＝3n－

2PL－PH3

3

1＝32·

－2·

－3.注意事項(xiàng)（續(xù)）機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的局部運(yùn)動(dòng)，并不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的自由度。局部自由度—排除F＝3n－2PL－PH-F￠＝3·

－3

2·

－31-

1這時(shí)F＝3n－2PL－PH-F￠式中F￠為局部自由度數(shù)目＝

1

2）12351234F＝3n－2PL－PH＝3·

－3

2·

4－

04F＝3n－2PL－PH＝3·

－4

2·

－6

0＝

0？對(duì)虛約束不產(chǎn)生實(shí)際約束效果的重復(fù)約束—排除3.注意事項(xiàng)（續(xù)）＝

1應(yīng)用實(shí)例L

HF＝3n－2P

－P

+P￠＝3·

4－2·

－6

0+＝

111.軌跡重合轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接的兩構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合2341

BOAF＝3n－2PL－PH+P￠＝

1＝3·

3－2·

4－

1+

1F

＝

3n

－

2PL

－PH2·3

4

1＝3＝

0·

－錯(cuò)

－對(duì)虛約束常發(fā)生在下列情況n

＝4，PL

＝4，PH

＝0，P￠＝1

F＝14135用一個(gè)構(gòu)件兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副去聯(lián)接則構(gòu)成虛約束22.兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)間的距離在運(yùn)動(dòng)過程中始終不變虛F＝3n－2PL－PH+P￠＝3·

4－2·

－6

0+

1＝

1123.對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的重復(fù)部分32F＝3n－2PL－PH+P￠＝3·

4－2·

－4

4+

1＝

1虛P(yáng)￠＝2P￠l

+P￠h

－3n￠2＝2·

2+

－4

·3＝

2F＝3n－2PL－PH+P￠＝3·

5－2·

5－

6+

2＝

1虛F＝3n－2PL－PH123F＝3n－2PL－PH＝3·

－2

2·

－31＝-1錯(cuò)＝3·

2－2·

－2

1＝1對(duì)移動(dòng)副導(dǎo)路平行轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合平面高副接觸點(diǎn)共法線“轉(zhuǎn)動(dòng)副”“移動(dòng)副”4.兩構(gòu)件間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式F＝3n-

2PL-

PH

+

P￠-

F￠n活動(dòng)構(gòu)件數(shù)P￠虛約束數(shù)PL低副數(shù)F￠局部自由度數(shù)PH高副數(shù)L

HF＝3n－2P

－P

+

P￠-

F￠局復(fù)局F＝

3n－

2PL

－

PH+

P￠-＝3＝·

2－2·

－

+

-例4例5412356782134567910

1

0F￠

8

18＝3·7－2·

9－

1+

0-＝

11F＝3n－2PL－PH1＝3·

－8

2·

1－1＝

1例6構(gòu)件+

運(yùn)動(dòng)副

運(yùn)動(dòng)鏈

機(jī)構(gòu)機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件組合F

=

0基本桿組：最簡(jiǎn)單的不可再拆的自由度為零的構(gòu)件組，簡(jiǎn)稱為桿組?！?

機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析平面低副運(yùn)動(dòng)鏈自由度F

=

3n

-

2PL基本桿組F

=

0PL

=

3

n2n

=

2

PL

=

3Ⅱ級(jí)桿組（雙桿組）n

=

4

PL

=

6Ⅲ級(jí)桿組三副構(gòu)件3個(gè)雙副構(gòu)件n

=

2PL=

3Ⅱ級(jí)桿組（雙桿組）n

=

4PL

=

6Ⅲ級(jí)桿組1.4.1

機(jī)構(gòu)的組成原理構(gòu)件

+

運(yùn)動(dòng)副

運(yùn)動(dòng)鏈

機(jī)構(gòu)任何機(jī)構(gòu)都可以看作是若干個(gè)自由度為零的基本桿組依次聯(lián)接到原動(dòng)機(jī)和機(jī)架上而構(gòu)成的，機(jī)構(gòu)的自由度等于原動(dòng)件的數(shù)目，這就是機(jī)構(gòu)的組成原理。機(jī)架原動(dòng)件若干基本桿組機(jī)架和原動(dòng)件Ⅱ級(jí)桿組Ⅲ級(jí)桿組四桿機(jī)構(gòu)八桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的組成：在機(jī)架和原動(dòng)件上每增加一個(gè)基本桿組，并不改變?cè)瓉淼淖杂啥?，每次增加都可以獲得一個(gè)新機(jī)構(gòu)；設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)時(shí)，在滿足相同工作要求的前提下，機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單越好，桿組級(jí)別越低越好，運(yùn)動(dòng)副數(shù)目越少越好。F

=

3n-2PL

–

PH1.4.2

機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析是指把機(jī)構(gòu)分解為基本桿組、原動(dòng)件和機(jī)架，是機(jī)構(gòu)組成的反過程，又稱為拆桿組。機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析原則：首先，從遠(yuǎn)離原動(dòng)件的部分開始拆分；試拆時(shí)，先試拆低級(jí)別桿組；每拆完一個(gè)桿組，剩余的部分仍然是一個(gè)完整機(jī)構(gòu)。I

級(jí)機(jī)構(gòu)II

級(jí)機(jī)構(gòu)III

級(jí)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的命名：以機(jī)構(gòu)中所包含的基本桿組的最高級(jí)別原動(dòng)件不同，機(jī)構(gòu)的級(jí)別也有可能不同123456781.4.3

平面機(jī)構(gòu)的高副低代根據(jù)一定的條件對(duì)平面機(jī)構(gòu)中的高副虛擬地用