《機(jī)械分析與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》

情境2

典型機(jī)械平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析任務(wù)2.1平面機(jī)構(gòu)組成的分析1.任務(wù)條件

本任務(wù)的學(xué)習(xí)載體是單缸內(nèi)燃機(jī)，如圖1-1-6所示。2.任務(wù)要求

分析圖1-1-6所示的單缸內(nèi)燃機(jī)的組成和工作原理，指出其運(yùn)動(dòng)副?！鞠逻_(dá)任務(wù)】圖1-1-6單缸內(nèi)燃機(jī)

【能力目標(biāo)】1.學(xué)會(huì)分析運(yùn)動(dòng)副及其特點(diǎn)。2.學(xué)會(huì)分析機(jī)構(gòu)的組成。4

知識(shí)導(dǎo)航2.1.1聯(lián)接、約束與限制（1）自由體和非自由體

一種是可以在空間作任意運(yùn)動(dòng)的物體，稱為自由體；另一種是受到其它物體的限制，沿著某些方向不能運(yùn)動(dòng)的物體，稱為非自由體。（2）聯(lián)接

聯(lián)接是將兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體接合在一起的組合結(jié)構(gòu)。機(jī)構(gòu)中任一個(gè)構(gòu)件，總是以一定方式與其他構(gòu)件相互接觸并組成活動(dòng)聯(lián)接，例如軸和軸承構(gòu)成活動(dòng)聯(lián)接。（3）約束與限制

兩構(gòu)件聯(lián)接后，各個(gè)構(gòu)件不再是自由構(gòu)件，構(gòu)件間只能作一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就受到限制，運(yùn)動(dòng)自由隨之減少。這種對(duì)構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所施加的限制，稱為約束。引入：幾個(gè)概念一、柔性約束

繩索、鏈條、皮帶等屬于柔性（柔索）約束。柔索的約束反力作用于接觸點(diǎn)，方向沿柔索的中心線而背離物體，為拉力。如圖所示。

FTAFTBABAB二、光滑接觸面約束

當(dāng)物體接觸面上的摩擦力可以忽略時(shí)，即可看作光滑接觸面，這時(shí)兩個(gè)物體可以脫離開，也可以沿光滑面相對(duì)滑動(dòng)，但沿接觸面法線且指向接觸面的位移受到限制。光滑接觸面約束反力作用于接觸點(diǎn)，沿接觸面的公法線且指向物體，為壓力。如圖所示。A公法線G

FNAAG

公切線公切線三、光滑鉸鏈約束

工程上常用銷釘來(lái)聯(lián)接構(gòu)件或零件，這類約束只限制相對(duì)移動(dòng)不限制轉(zhuǎn)動(dòng)，且忽略銷釘與構(gòu)件間的磨擦，這種約束稱為光滑鉸鏈約束。根據(jù)被聯(lián)接構(gòu)件的形狀、位置和作用，光滑鉸鏈約束又分為中間鉸鏈、固定鉸支座、活動(dòng)鉸支座和球鉸鏈支座等工程實(shí)例簡(jiǎn)化模型A結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖約束反力

1.中間鉸鏈支座

若兩個(gè)構(gòu)件用銷釘聯(lián)接起來(lái)，這種約束稱為鉸鏈約束，簡(jiǎn)稱鉸聯(lián)接或中間鉸，其約束反力作用在垂直于銷釘軸線平面內(nèi)，通過(guò)銷釘中心，方向不定。為計(jì)算方便，鉸鏈約束的約束反力常用過(guò)鉸鏈中心兩個(gè)大小未知的正交分力Fcx，F(xiàn)cy來(lái)表示如圖所示。兩個(gè)分力的指向可以假設(shè)。

2.固定鉸支座

將結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件用銷釘與地面或機(jī)座連接就構(gòu)成了固定鉸支座。固定鉸支座的約束與鉸鏈約束完全相同。固定鉸鏈約束實(shí)際上也是光滑接觸面約束，只有一個(gè)約束反力，但是約束反力的方位不能確定，所以，就用它的兩個(gè)分立來(lái)表示，一般把這兩個(gè)力畫在相互垂直的方向。AAAAAFAyFAxF

簡(jiǎn)約符號(hào)與約束反力

3.活動(dòng)鉸支座約束

在固定鉸支座和支承面間裝有輥軸，就構(gòu)成了輥軸支座，又稱活動(dòng)鉸支座。這種約束只能限制物體沿支承面法線方向運(yùn)動(dòng)，而不能限制物體沿支承面移動(dòng)和相對(duì)于銷釘軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。所以其約束反力垂直于支承面，過(guò)銷釘中心指向可假設(shè)。如圖。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖工程實(shí)例活動(dòng)鉸支座簡(jiǎn)圖和約束反力的表示4.球鉸鏈支座

物體的一端為球形，置于固定的球窩支座內(nèi)，即構(gòu)成了球鉸鏈支座，簡(jiǎn)稱球鉸，如圖（a）所示。球鉸鏈支座是一種空間約束，它限制物體沿空間任何方向移動(dòng)，但物體可以繞其球形端的球心任意轉(zhuǎn)動(dòng)。因不計(jì)摩擦，故球鉸鏈支座的約束力用三個(gè)正交的分力表示，如圖（b）和圖（c）所示。四、固定端約束

將構(gòu)件的一端插入一固定物體（如墻）中，就構(gòu)成了固定端約束。在連接處具有較大的剛性，被約束的物體在該處被完全固定，即不允許相對(duì)移動(dòng)也不可轉(zhuǎn)動(dòng)。固定端的約束反力，一般用兩個(gè)正交分力和一個(gè)約束反力偶來(lái)代替，如圖所示。AAFAxmAFAy

固定端約束案例：

工程上有很多典型的例子，機(jī)械中車床卡盤上的工件，被夾持后就形成了固定端約束的形式，如圖。

正爪安裝工件2.1.2構(gòu)件的聯(lián)接方式-運(yùn)動(dòng)副一、運(yùn)動(dòng)副的概念兩構(gòu)件直接接觸而又能產(chǎn)生一定形式的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。二、運(yùn)動(dòng)副分類1.根據(jù)兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分類為：

平面運(yùn)動(dòng)副和空間運(yùn)動(dòng)副。①

平面運(yùn)動(dòng)副：組成運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件間作相對(duì)平面運(yùn)動(dòng)，如轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、凸輪副、齒輪副。球面副螺旋副②

空間運(yùn)動(dòng)副：組成運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件間作相對(duì)空間運(yùn)動(dòng)。如螺旋副，球面副。2.根據(jù)運(yùn)動(dòng)副的接觸形式分類為：

運(yùn)動(dòng)副歸為兩類：高副和低副①高副：

兩構(gòu)件通過(guò)點(diǎn)或線的接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。轉(zhuǎn)動(dòng)副(也稱為鉸鏈)：兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為轉(zhuǎn)動(dòng)的低副

移動(dòng)副：兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為移動(dòng)的低副②低副：兩構(gòu)件通過(guò)面接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。優(yōu)點(diǎn)1優(yōu)點(diǎn)2優(yōu)點(diǎn)3缺點(diǎn)

低副是面接觸，壓強(qiáng)低，磨損量小低副的接觸表面是圓柱面或平面，故制造方便，容易獲得較高的精度

容易實(shí)現(xiàn)常見的轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)及其轉(zhuǎn)換

低副中存在的間隙不易消除，會(huì)引起運(yùn)動(dòng)誤差，從而降低傳動(dòng)的精度和效率低副的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)1.轉(zhuǎn)動(dòng)副的表示構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，如下圖表示：圖垂直于回轉(zhuǎn)軸線用圖a表示。圖不垂直于回轉(zhuǎn)軸線時(shí)用圖b表示。表示轉(zhuǎn)動(dòng)副的圓圈，圓心須與回轉(zhuǎn)軸線重合。一個(gè)構(gòu)件具有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，則應(yīng)在兩條交叉處涂黑，或在其內(nèi)畫上斜線。三、運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件的表示

2.移動(dòng)副的表示兩構(gòu)件組成移動(dòng)副，其導(dǎo)路必須與相對(duì)移動(dòng)方向一致。3.高副的表示（必須畫出接觸處的曲線輪廓）齒輪副不完全齒輪副凸輪副球面副

2.1.3平面機(jī)構(gòu)的組成機(jī)架：與參考系固結(jié)相對(duì)不動(dòng)的構(gòu)件。例如各種機(jī)床的床身是機(jī)架。在機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖中，將機(jī)架打上斜線表示。除其余的構(gòu)件均相對(duì)于機(jī)架而運(yùn)動(dòng)。主動(dòng)件（原動(dòng)件）：給定獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的構(gòu)件。即直接接受能源或最先接受能源作用有驅(qū)動(dòng)力或力矩的構(gòu)件。例如柴油機(jī)中的活塞。它的運(yùn)動(dòng)是外界輸入的，因此又稱為輸入構(gòu)件。在機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖中，將原動(dòng)件標(biāo)上箭頭表示。從動(dòng)件：原動(dòng)件帶動(dòng)而隨之運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。如柴油機(jī)中的連桿、曲軸、齒輪等都是從動(dòng)件。當(dāng)從動(dòng)件輸出運(yùn)動(dòng)或?qū)崿F(xiàn)機(jī)構(gòu)的功能時(shí)，便稱其為執(zhí)行構(gòu)件