大工秋《機(jī)械原理》輔導(dǎo)資料

1、機(jī)械原理輔導(dǎo)資料二主題：第二章機(jī)構(gòu)的組成和結(jié)構(gòu)（第1-3 節(jié)）學(xué)習(xí)時(shí)間： 2012 年 10 月 8 日 10 月 14 日內(nèi)容：第二章機(jī)構(gòu)的組成和結(jié)構(gòu)（第1-3 節(jié)）這周我們將學(xué)習(xí)第二章中的第1-3節(jié)，這部分重點(diǎn)介紹機(jī)構(gòu)的組成、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制方法、機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算及具有確定運(yùn)動(dòng)的條件，下面整理出的理念框架供同學(xué)們學(xué)習(xí).一、基本要求（ 1）熟練掌握機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制方法 .能夠?qū)?shí)際機(jī)構(gòu)或機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖繪制成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；能看懂各種復(fù)雜機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；能用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖表達(dá)自己的設(shè)計(jì)構(gòu)思 .（ 2）掌握運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件，能對(duì)構(gòu)思的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，判斷其能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能 .（ 3）

2、熟練掌握機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法 .能自如地運(yùn)用自由度計(jì)算公式計(jì)算平面機(jī)構(gòu)的自由度 .能準(zhǔn)確識(shí)別出機(jī)構(gòu)中存在的復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束，并作出正確處理 .二、機(jī)構(gòu)的組成（ 1）零件 任何機(jī)器都是由零件組成的，零件是制造的最小單元體.（ 2）構(gòu)件 構(gòu)件是組成機(jī)構(gòu)的基本要素，是由剛性地聯(lián)接在一起的零件共同組成的，獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的最小單元體.（ 3）運(yùn)動(dòng)副及分類 運(yùn)動(dòng)副是兩個(gè)構(gòu)件組成的可動(dòng)聯(lián)接，是組成機(jī)構(gòu)的又一基本要素 .兩構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面稱為運(yùn)動(dòng)副元素.運(yùn)動(dòng)副是約束運(yùn)動(dòng)的，因而一個(gè)運(yùn)動(dòng)副至少引入一個(gè)約束，也至少保留一個(gè)自由度.至于兩構(gòu)件組成運(yùn)動(dòng)副后還能產(chǎn)生哪些相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則與運(yùn)動(dòng)副的類

3、型有關(guān) .運(yùn)動(dòng)副按其接觸方式分為高副（點(diǎn)線接觸）和低副（面接觸），也可按相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分為轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、螺旋副和球面副等，根據(jù)運(yùn)動(dòng)副所引入約束的數(shù)目由1到 5 可分為級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副和級(jí)副 .（ 4）運(yùn)動(dòng)鏈及其分類 運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)莾蓚€(gè)或兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而構(gòu)成的相對(duì)可動(dòng)的系統(tǒng) .運(yùn)動(dòng)鏈有首末封閉的閉鏈，也有未封閉的開(kāi)鏈 .運(yùn)動(dòng)鏈還有平面運(yùn)動(dòng)鏈和空間運(yùn)動(dòng)鏈之分 .三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，按一定的比例尺定出各運(yùn)動(dòng)副的位置，再用規(guī)定的符號(hào)和簡(jiǎn)單的線條或幾何圖形將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況表示出來(lái)，即為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖.由于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)僅與運(yùn)動(dòng)副的類型和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸（確定各運(yùn)動(dòng)副相對(duì)位置的尺寸）

4、有關(guān)，而與構(gòu)件的外形尺寸等無(wú)關(guān)，因而機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖可以表示機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動(dòng)情況，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，而且有時(shí)也可用來(lái)進(jìn)行動(dòng)力分析.繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的注意事項(xiàng)：(1) 首先搞清機(jī)械的實(shí)際構(gòu)造和運(yùn)動(dòng)情況，找出機(jī)架、原動(dòng)件和從動(dòng)件，順著運(yùn)動(dòng)傳遞的路線，看看運(yùn)動(dòng)是怎么從原動(dòng)件傳到從動(dòng)件的，從而搞清該機(jī)械由多少個(gè)構(gòu)件組成，各構(gòu)件之間構(gòu)成何種運(yùn)動(dòng)副 .(2) 選擇機(jī)械多數(shù)構(gòu)件所在的運(yùn)動(dòng)平面為視圖平面，必要時(shí)把機(jī)械不同部分的不同視圖展開(kāi)在同一視圖上，或把主運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖視圖上難以表達(dá)清楚的部分另繪一張局部簡(jiǎn)圖 .（3）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖不同于裝配圖，它具有“透明功能”，即不管一個(gè)構(gòu)件是否被其他構(gòu)件擋住，均可視為“可見(jiàn)”而用實(shí)線

5、畫(huà)出.四、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)的自由度是機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目.為了使機(jī)構(gòu)能按照給定的要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的傳遞及變換，當(dāng)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，該機(jī)構(gòu)中的其余構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)也都應(yīng)是完全確定的，即機(jī)構(gòu)必須具有確定的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)確定的條件是機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目應(yīng)等于原動(dòng)件的數(shù)目，否則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)將不確定，或者就沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的可能性.五、機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算1 、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算計(jì)算公式為：F=3n-(2p1+ph-p )-F式中 n- 機(jī)構(gòu)中活動(dòng)構(gòu)件數(shù)；P1- 機(jī)構(gòu)中的低副數(shù)；Ph- 機(jī)構(gòu)中的高副數(shù)；P- 機(jī)構(gòu)中的虛約束數(shù)；F - 機(jī)構(gòu)中的局部自由數(shù) .除去局部自由度和虛約束時(shí)F

6、=3n-(2p1+ph)2 、空間機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算計(jì)算公式為：F=6n-(5p5-4p4+3p3-2p2+p1)式中 n-機(jī)構(gòu)中活動(dòng)構(gòu)件數(shù)；P1-級(jí)副數(shù)目；P2-級(jí)副數(shù)目；P3-級(jí)副數(shù)目；P4-級(jí)副數(shù)目；P5-級(jí)副數(shù)目；六、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)1、正確計(jì)算運(yùn)動(dòng)副數(shù)目（ 1）復(fù)合鉸鏈問(wèn)題 .兩個(gè)以上的構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接，就構(gòu)成了所謂的復(fù)合鉸鏈 .桿狀構(gòu)件構(gòu)成的復(fù)合鉸鏈比較明顯，而由齒輪、凸輪及機(jī)架等構(gòu)件構(gòu)成的復(fù)合鉸鏈則容易忽略，計(jì)算時(shí)應(yīng)特別注意 .由 m 個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈，共有（ m-1 ）個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副 .（2 ）構(gòu)件間形成多個(gè)導(dǎo)路平行或重合的轉(zhuǎn)移副，則只能算一個(gè)移動(dòng)副.如果

7、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.（3）如果兩構(gòu)件在多處相接觸而構(gòu)成平面高副，而各接觸點(diǎn)處的公法線彼此重合，則只能算一個(gè)平面高副.2、除去局部自由度某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運(yùn)動(dòng)，并不影響機(jī)構(gòu)中其他構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種自由度稱為局部自由度，計(jì)算時(shí)應(yīng)除去.3、除去虛約束在機(jī)構(gòu)中起重復(fù)作用的約束稱為虛約束.平面機(jī)構(gòu)的虛約束常出現(xiàn)于下列情況中：（ 1）用一個(gè)構(gòu)件及兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副將構(gòu)件上距離始終不變的兩個(gè)動(dòng)點(diǎn)相聯(lián)時(shí)，引入一個(gè)虛約束 .（ 2 ）在機(jī)構(gòu)中如果有兩構(gòu)件以鉸鏈相聯(lián)接，當(dāng)將此兩構(gòu)件在聯(lián)接出拆開(kāi)時(shí)，若兩構(gòu)件上原聯(lián)接點(diǎn)的軌跡是重合的，則該聯(lián)接引入一個(gè)虛約束.（3）對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)

8、不起作用的對(duì)稱部分引入虛約束.機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在某些特定的幾何條件下產(chǎn)生的.如果不滿足這些幾何條件，虛約束將變成實(shí)際的有效約束，而影響到機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可能性或靈活性.而為了滿足這些特定的條件，就要求較高的加工精度和裝配精度，這就意味著有較高的制造成本，所以從保證機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、便于加工裝配和減少成本等方面考慮，應(yīng)盡量減少機(jī)構(gòu)中的虛約束.七、虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)1、虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響有虛約束的機(jī)構(gòu)，其相關(guān)尺寸的制造精度要求高，從而增大了制造成本.機(jī)構(gòu)中的虛約束越多，要求精度高的尺寸參數(shù)也越多，制造難度也越大.故虛約束的多少也是機(jī)構(gòu)性能的一個(gè)重要指標(biāo).但在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，為

9、了改善受力情況、增加機(jī)構(gòu)剛度或使機(jī)構(gòu)能順利通過(guò)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，虛約束又是必須存在的.2、機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)在儀表機(jī)構(gòu)中，機(jī)構(gòu)的靈活性是十分重要的，故要盡可能避免在機(jī)構(gòu)中出現(xiàn)虛約束 .另外在一些剛性較差的地方，如布置在飛機(jī)機(jī)翼上的一些機(jī)構(gòu)，在受力時(shí)易發(fā)生較大的變形，約束成為虛約束必須滿足的幾何條件易遭破壞，這種情況下也應(yīng)力求避免虛約束.但要注意，當(dāng)把平面機(jī)構(gòu)按平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算時(shí)，往往從表面看，似乎無(wú)虛約束，實(shí)際上絕大多數(shù)情況有個(gè)別虛約束.只有把機(jī)構(gòu)按空間一般機(jī)構(gòu)來(lái)看，不存在虛約束時(shí)才真正沒(méi)有虛約束.為了減少虛約束數(shù)，在工程實(shí)際中常用球面副、球銷副代替?zhèn)鲃?dòng)副，用圓柱副代替移動(dòng)副或轉(zhuǎn)動(dòng)副，用鼓形齒代替直

10、齒等.本周要求掌握的內(nèi)容如下：重點(diǎn)：機(jī)構(gòu)的組成、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制方法、機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算及具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 .難點(diǎn)：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制、機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算.本章考點(diǎn)：（1）有關(guān)機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副、約束、運(yùn)動(dòng)鏈、機(jī)構(gòu)、自由度、復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束等基本概念.（ 2）正確運(yùn)用規(guī)定的符號(hào)和表達(dá)方法繪制常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖.（ 3）機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件和平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算 .指出平面機(jī)構(gòu)中的復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束 .判斷機(jī)構(gòu)是否具有正確的運(yùn)動(dòng)，并給予正確處理 .（ 4） 高副低代及判斷機(jī)構(gòu)的級(jí)別.練習(xí)：1、平面運(yùn)動(dòng)副的最大約束數(shù)為多少？最小約束數(shù)為多少？引入一個(gè)約束的運(yùn)動(dòng)副為？引入兩

11、個(gè)約束的運(yùn)動(dòng)副為？答： 2,1，低副，高副 .2、既然虛約束對(duì)于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上不起約束作用，那么在實(shí)際機(jī)構(gòu)中為什么又常常存在虛約束？答：為了改善機(jī)構(gòu)的受力情況，增加機(jī)構(gòu)剛度或保證機(jī)械運(yùn)動(dòng)的順利等.3、何謂構(gòu)件？何謂運(yùn)動(dòng)副及運(yùn)動(dòng)副元素？運(yùn)動(dòng)副是如何進(jìn)行分類的？答：構(gòu)件：構(gòu)件是組成機(jī)構(gòu)的基本要素，是由剛性地聯(lián)接在一起的零件共同組成的，獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的最小單元體.運(yùn)動(dòng)副是兩個(gè)構(gòu)件組成的可動(dòng)聯(lián)接，是組成機(jī)構(gòu)的又一基本要素.兩構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面稱為運(yùn)動(dòng)副元素.運(yùn)動(dòng)副是約束運(yùn)動(dòng)的，因而一個(gè)運(yùn)動(dòng)副至少引入一個(gè)約束，也至少保留一個(gè)自由度.至于兩構(gòu)件組成運(yùn)動(dòng)副后還能產(chǎn)生哪些相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則與運(yùn)動(dòng)副的類型有關(guān).運(yùn)動(dòng)副按其接觸方式分為高副（點(diǎn)線接觸）和低副（面接觸），也可按相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分為轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、螺旋副和球面副等，根據(jù)運(yùn)動(dòng)副所引入約束的數(shù)目有1 到 5 可分為級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副.4、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖有何用處？它能表示出原機(jī)構(gòu)哪些方面的特征？答：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖可以表示機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動(dòng)傳遞情況，可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，而且有時(shí)也可用來(lái)進(jìn)行動(dòng)力分析.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖反應(yīng)了原機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件數(shù)、運(yùn)動(dòng)副的種類及數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置、原動(dòng)件及其運(yùn)動(dòng)形式等.5、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是什么？答：機(jī)構(gòu)的自由度是機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目.為了