西北工業(yè)大學機械設計基礎(chǔ)CH02

1、2022-2-2第二章第二章 機構(gòu)的組成及機構(gòu)的組成及 其自由度的計算其自由度的計算2-1 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成2-2 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖2-3 機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件2-4 平面機構(gòu)自由度的計算平面機構(gòu)自由度的計算2-5 計算平面機構(gòu)自由度時應注意的事項計算平面機構(gòu)自由度時應注意的事項一、本章知識脈絡1、機構(gòu)的組成構(gòu)件運動副 運動副元素運動鏈 平面閉式運動鏈氣缸體連桿體曲軸齒輪軸活塞2、本章以機構(gòu)整體為對象的有關(guān)知識機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)運動簡圖的繪制機構(gòu)自由度的計算2、學習的難點二、學習的重點及難點構(gòu)件、運動副、運動鏈等的概念 機構(gòu)運動簡圖的繪制 機構(gòu)具有確

2、定運動的條件及機構(gòu)自由度的計算 1、學習的重點機構(gòu)中虛約束的判定 是兩構(gòu)件參與接觸而構(gòu)成運動副的表面。 是兩構(gòu)件直接接觸而構(gòu)成的可動聯(lián)接；2-1 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成1.構(gòu)件零件是機器中的一個獨立制造單元體；構(gòu)件是機器中的一個獨立運動單元體。 從運動來看，任何機器都是由若干個構(gòu)件組合而成的。 任何機器都是由許多零件組合而成的。氣缸體連桿體連桿頭曲軸齒輪活塞2.運動副運動副運動副元素例 軸與軸承、滑塊與導軌、兩輪齒嚙合。2）按其相對運動形式分轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副或鉸鏈）移動副螺旋副球面副還可分為平面運動副與空間運動副兩類。1）按其接觸形式分高副： 點、線接觸的運動副低副： 面接觸的運動副（1）運動副的

3、分類機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成(2/4)3.運動鏈構(gòu)件通過運動副的聯(lián)接而構(gòu)成的相對可動的系統(tǒng)。閉式運動鏈 （簡稱閉鏈）開式運動鏈 （簡稱開鏈）1234平面閉式運動鏈1234空間閉式運動鏈1234平面開式運動鏈12345空間開式運動鏈（2）運動副符號運動副常用規(guī)定的簡單符號來表達（GB446084）。各種常用運動副模型常用運動副的符號表機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成(3/4)1234 但當機構(gòu)安裝在運動的機械上時則是運動的。 按給定已知運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件；4.機構(gòu)具有固定構(gòu)件的運動鏈稱為機構(gòu)。機 架原動件從動件機構(gòu)中的固定構(gòu)件；機構(gòu)中其余活動構(gòu)件。1234平面鉸鏈四桿機構(gòu) 機構(gòu)常分為平面機構(gòu)和空間機構(gòu)兩類，

4、其中平面機構(gòu)應用最為廣泛?？臻g鉸鏈四桿機構(gòu) 一般機架相對地面固定不動，常以轉(zhuǎn)向箭頭表示。其運動規(guī)律決定于原動件的運動規(guī)律和機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的尺寸。機架原動件從動件機架從動件原動件機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成(4/4) 不嚴格按比例繪出的，只表示機械結(jié)構(gòu)狀況的簡圖。 根據(jù)機構(gòu)的運動尺寸，按一定的比例尺定出各運動副的位置，2-2 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖 在對現(xiàn)有機械進行分析或設計新機器時，都需要繪出其機構(gòu)運動簡圖。1.何謂機構(gòu)運動簡圖？ 例 內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖。機構(gòu)運動簡圖 采用運動副及常用機構(gòu)運動簡圖符號和構(gòu)件的表示方法，將機構(gòu)運動傳遞情況表示出來的簡化圖形。機構(gòu)示意圖舉例：（2）選定視圖平面； （3

5、）選適當比例尺，作出各運動副的相對位置，再畫出各運動副和機構(gòu)的符號，最后用簡單線條連接，即得機構(gòu)運動簡圖。機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖(2/2)2.機構(gòu)運動簡圖的繪制繪制方法及步驟： （1）搞清機械的構(gòu)造及運動情況，沿著運動傳遞路線，查明組成機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目、運動副的類別及其位置；內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖繪制顎式破碎機機構(gòu)運動簡圖繪制2-3 機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件一個機構(gòu)在什么條件下才能實現(xiàn)確定的運動呢？兩個例子例1 鉸鏈四桿機構(gòu)例2 鉸鏈五桿機構(gòu)則機構(gòu)的運動完全確定；則機構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié)損壞。則機構(gòu)的運動不確定；則機構(gòu)的運動完全確定。 機構(gòu)的自由度 機構(gòu)具有確定運動時所必須給定的獨立

6、運動參數(shù)的數(shù)目，其數(shù)目用F表示。 結(jié)論 機構(gòu)具有確定運動的條件是：機構(gòu)的原動件數(shù)目應等于機構(gòu)的自由度數(shù)目F。若給定機構(gòu)一個獨立運動，若給定機構(gòu)兩個獨立運動，若給定機構(gòu)一個獨立運動，若給定機構(gòu)兩個獨立運動，如果原動件數(shù)F,則機構(gòu)的運動將不確定；則會導致機構(gòu)最薄弱環(huán)節(jié)的損壞。機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件(2/2) 結(jié)論： 機構(gòu)具有確定運動的條件是：機構(gòu)原動件數(shù)目應等于機構(gòu)的自由度的數(shù)目F。2-4 平面機構(gòu)自由度的計算平面機構(gòu)自由度的計算1.平面機構(gòu)自由度的計算（1）計算公式F3n(2plph)式中：n為機構(gòu)的活動構(gòu)件數(shù)目；pl 為機構(gòu)的低副數(shù)目；ph為機構(gòu)的高副數(shù)目。(2)舉例1）

7、鉸鏈四桿機構(gòu)F3n(2plph)3324012）鉸鏈五桿機構(gòu)F3n(2plph)34250212345123413478 9101118ABCD,3）內(nèi)燃機機構(gòu)F3n(2plph)362731機構(gòu)自由度的計算機構(gòu)自由度的計算(2/4)例2 楔形滑塊機構(gòu)解 因此機構(gòu)為全移動副平面機構(gòu)，故m4，則F(6m)n(5m)p5(64)2(54)31 （2）含公共約束的空間機構(gòu)自由度的計算公共約束F(6m)n (im)pii=m+15 由上式可知，公共約束m=0、1、2、3、4。故相應的機構(gòu)分別稱為0族、1族、2族、3族、4族機構(gòu)（五類）。是指機構(gòu)中所有構(gòu)件均受到的共同的約束， 以m表示。機構(gòu)自由度的計算

8、機構(gòu)自由度的計算(3/4)（3）空間開鏈機構(gòu)的自由度計算 因空間開鏈機構(gòu)運動副總數(shù)p(= pi)等于其活動構(gòu)件數(shù)n，i=156n (6fi)pii=15 fipii=15式中，fi為i級運動副的自由度，fi6i。例3 機械手開鏈機構(gòu)解 F(65)p5(64)p417219 因機械手具有9個自由度，故它運動的靈活性較大，可繞過障礙進入作業(yè)區(qū)。F6n ipii=15故FEDCBGHA機構(gòu)自由度的計算機構(gòu)自由度的計算(4/4) 如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成運動副，且符合下列情況者，則為同一運動副，即只能算一個運動副。2-5 計算平面機構(gòu)自由度時應注意的事項計算平面機構(gòu)自由度時應注意的事項1.要正確計算

9、運動副的數(shù)目 由m個構(gòu)件組成的復合鉸鏈，共有(m-1)個轉(zhuǎn)動副。（1）復合鉸鏈 （2）同一運動副 1）移動副，且移動方向彼此平行或重合；2）轉(zhuǎn)動副，且轉(zhuǎn)動軸線重合； 3）平面高副，且各接觸點處的公法線彼此重合。A 是指機構(gòu)中某些構(gòu)件所產(chǎn)生的不影響其他構(gòu)件運動的局部運動的自由度。 如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，但各接觸點處的公法線方向并不彼此重合，則為復合高副，相當于一個低副（移動副或轉(zhuǎn)動副）。（3）復合平面高副2.要除去局部自由度 局部自由度計算平面機構(gòu)自由度時應注意的事項計算平面機構(gòu)自由度時應注意的事項(2/6) 滾子繞其軸線的轉(zhuǎn)動為一個局部自由度， 在計算機構(gòu)自由度時，應將 機構(gòu)中的

10、局部自由度除去不計，即例2 滾子推桿凸輪機構(gòu)解F3n(2plph)故凸輪機構(gòu)的自由度為F32(221) 13.要除去虛約束 虛約束是指機構(gòu)中某些運動副帶入的對機構(gòu)運動起重復約束作用的約束，對機構(gòu)的運動實際上不產(chǎn)生約束效果。例3 平行四邊形四桿機構(gòu)F3n(2plph)33241計算平面機構(gòu)自由度時應注意的事項計算平面機構(gòu)自由度時應注意的事項(3/6)當增加一個構(gòu)件5和兩個轉(zhuǎn)動副E、F，且BE AF，則F3n(2plph)3426 0原因：構(gòu)件5 和兩個轉(zhuǎn)動副E、F 引入的一個約束為虛約束。 在計算機構(gòu)的自由度時，應從機構(gòu)的約束數(shù)中減去虛約束數(shù)目，故F3n(2plph)如平行四邊形五桿機構(gòu)的自由度

11、為F33241計算平面機構(gòu)自由度時應注意的事項計算平面機構(gòu)自由度時應注意的事項(4/6)（1）軌跡重合的情況 在機構(gòu)中，如果用轉(zhuǎn)動副聯(lián)接的是兩個構(gòu)件上運動軌跡相重合的點，該聯(lián)接將帶入1個虛約束。 例如橢圓儀機構(gòu)就是這種情況（圖中：CAD90，BCBD）。 顯然，轉(zhuǎn)動副C所聯(lián)接的C2、C3兩點的軌跡重合，將帶入一個虛約束。（2）用雙副桿聯(lián)接兩構(gòu)件上距離恒定不變的兩點的情況 在機構(gòu)運動過程中，如果兩構(gòu)件上兩點之間的距離始終保持不變， 若用一雙副桿將此兩點相連，也將帶入一個虛約束。計算平面機構(gòu)自由度時應注意的事項計算平面機構(gòu)自由度時應注意的事項(5/6)4機構(gòu)中的虛約束常發(fā)生的幾種情況例如圖示平行四邊形機構(gòu)就屬于此種情況。 顯然，構(gòu)件 5和轉(zhuǎn)動副E、