第1章機(jī)構(gòu)認(rèn)知

1、1第一章第一章 機(jī)構(gòu)認(rèn)知機(jī)構(gòu)認(rèn)知【能力目標(biāo)】【案例導(dǎo)入】【知識(shí)要點(diǎn)】1.1零件與構(gòu)件1.2 機(jī)構(gòu)、機(jī)器與機(jī)械1.3 平面機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件與平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1.3.1自由度1.3.2運(yùn)動(dòng)副與約束1.3.3平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算1.3.4平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1.3.5 應(yīng)用舉例【能力訓(xùn)練】本章小結(jié)2【能力目標(biāo)】【能力目標(biāo)】 n會(huì)區(qū)分零件與構(gòu)件，機(jī)構(gòu)、機(jī)器與機(jī)械等概念n掌握機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的畫法。n會(huì)分析機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副。n會(huì)判別機(jī)構(gòu)是否有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。返回目錄3【案例導(dǎo)入】【案例導(dǎo)入】 n內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分由活塞、連桿、曲軸、大帶輪、小帶輪、正時(shí)皮帶、凸輪、進(jìn)氣閥、排氣閥和機(jī)座等幾個(gè)部分構(gòu)

2、成。工作時(shí)首先是點(diǎn)火線圈點(diǎn)火，使得氣缸中的氣體膨脹，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，活塞帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)，連桿帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)正時(shí)皮帶機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪推動(dòng)氣閥推桿上下移動(dòng)。圖圖1-1內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)圖內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)圖返回目錄41.1 零件與構(gòu)件 零件與構(gòu)件有何區(qū)別呢？零件與構(gòu)件有何區(qū)別呢？n零件零件是制造的最基本的單元，是不可拆卸的單元體。n構(gòu)件構(gòu)件是運(yùn)動(dòng)的最基本單元，它可以是一個(gè)或多個(gè)零件構(gòu)成，組成單一構(gòu)件的零件之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而是一個(gè)運(yùn)動(dòng)的整體。返回目錄5零件的分類及舉例n通用零件：螺栓、軸、齒輪、彈簧等。n專用零件：曲軸、活塞等零件。n部件:由多個(gè)零件構(gòu)成，如軸承、連桿等。返回目錄61.2 機(jī)構(gòu)、

3、機(jī)器與機(jī)械n機(jī)構(gòu)的兩大特征：機(jī)構(gòu)的兩大特征：（1）由多個(gè)構(gòu)件組成。）由多個(gè)構(gòu)件組成。（2）構(gòu)件間有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。）構(gòu)件間有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。構(gòu)件間有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件是什么？（后面講）構(gòu)件間有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件是什么？（后面講）返回目錄71.2 機(jī)構(gòu)、機(jī)器與機(jī)械 n組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件按其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)分 固定件固定件（機(jī)架）：支撐活動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件 。 固定件有且只有一個(gè)。原動(dòng)原動(dòng)件：已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律的活動(dòng)構(gòu)件。原動(dòng)件有一個(gè) 或幾個(gè)。從動(dòng)件從動(dòng)件：其余隨原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。返回目錄81.2 機(jī)構(gòu)、機(jī)器與機(jī)械n機(jī)器機(jī)器由多個(gè)構(gòu)件組成，且構(gòu)件間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)外，還能完成有效的機(jī)械功或進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。n機(jī)器

4、的三大特征：機(jī)器的三大特征：n 由多個(gè)構(gòu)件組成。由多個(gè)構(gòu)件組成。n 構(gòu)件間有正確的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。構(gòu)件間有正確的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。n 能夠有效地完成機(jī)械功或進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。能夠有效地完成機(jī)械功或進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。n機(jī)器的種類繁多，其結(jié)構(gòu)形狀和用途各不相同。返回目錄91.2 機(jī)構(gòu)、機(jī)器與機(jī)械n從基本組成來看，機(jī)器一般都有三個(gè)部分組成：機(jī)器一般都有三個(gè)部分組成：n 原動(dòng)機(jī)部分原動(dòng)機(jī)部分是驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)器完成預(yù)定功能的動(dòng)力源，如交直流電動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)等。一部分機(jī)器可以有一個(gè)或多個(gè)原動(dòng)機(jī)，原動(dòng)機(jī)的數(shù)目及運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)一部機(jī)器而言是確定的，如電動(dòng)機(jī)。n 執(zhí)行部分（又稱工作部分）執(zhí)行部分（又稱工作部分）是機(jī)器中直接完成工作任務(wù)的

5、組成部分。其運(yùn)動(dòng)形式可能是直線運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或間歇運(yùn)動(dòng)等。如定顎板，動(dòng)顎板 傳動(dòng)部分傳動(dòng)部分介于原動(dòng)機(jī)與執(zhí)行部分之間，用來完成運(yùn)動(dòng)形式，運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)轉(zhuǎn)換的組成部分。例如機(jī)床減速箱，鱷式破碎機(jī)中v傳動(dòng)，由偏心軸、肋板及機(jī)架等組成的連桿機(jī)構(gòu)101.2 機(jī)構(gòu)、機(jī)器與機(jī)械n機(jī)構(gòu)與機(jī)器在組成、運(yùn)動(dòng)、受力等方面并無本質(zhì)區(qū)別，為使問題簡(jiǎn)化，將機(jī)構(gòu)與機(jī)器統(tǒng)稱為機(jī)械機(jī)械。n內(nèi)燃機(jī)是由汽缸體、活塞、連桿、曲軸、正時(shí)皮帶、凸輪、進(jìn)氣閥、排氣閥和機(jī)座等多個(gè)構(gòu)件構(gòu)多個(gè)構(gòu)件構(gòu)成成，且構(gòu)件間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以它是機(jī)構(gòu)。內(nèi)燃機(jī)能夠?qū)崮苻D(zhuǎn)化成機(jī)械能，所以它又是機(jī)器。由于機(jī)構(gòu)與機(jī)器統(tǒng)稱為機(jī)械，所以內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分也

6、是機(jī)械。 返回目錄11返回目錄機(jī)構(gòu)、機(jī)器與機(jī)械舉例n內(nèi)燃機(jī)是由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)組成，可以將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。121.3平面機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件與平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖返回目錄131.3.1自由度 n如圖1-3所示，在xoy坐標(biāo)系中，構(gòu)件具有沿x、y方向的移動(dòng)、，以及繞著平面xoy的垂直方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此在平面內(nèi)的自由構(gòu)件具有3個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)，稱為3個(gè)自由度，即自由度自由度是作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件在指定參考系中所具有的獨(dú)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。返回目錄圖圖1-3 自由構(gòu)件的自由度自由構(gòu)件的自由度141.3.2 運(yùn)動(dòng)副與約束返回目錄15運(yùn)動(dòng)副的分類n構(gòu)成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件并不是獨(dú)立存在，而是與其

7、他構(gòu)件之間有一定的連接關(guān)系。兩構(gòu)件間之間接觸并產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接稱為運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副。n兩構(gòu)件只能在同一平面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副稱為平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)副。n在平面運(yùn)動(dòng)副，兩構(gòu)件的接觸特性有點(diǎn)、線、面三種，由此平面運(yùn)動(dòng)副可以分為低低副副和高副高副。16運(yùn)動(dòng)副的分類轉(zhuǎn)動(dòng)副（點(diǎn)擊看圖）移動(dòng)副（點(diǎn)擊看圖）低副:兩構(gòu)件通過面接觸 平面運(yùn)動(dòng)副高副:兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸.例:凸輪副,齒輪副（點(diǎn)擊看圖）返回目錄17返回目錄圖圖1-4轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副圖圖1-5轉(zhuǎn)動(dòng)副的畫法轉(zhuǎn)動(dòng)副的畫法圖圖1-6移動(dòng)副移動(dòng)副 圖圖1-7移動(dòng)副的畫法移動(dòng)副的畫法18n轉(zhuǎn)動(dòng)副: 兩構(gòu)件間相對(duì)莫一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。n移動(dòng)副：兩構(gòu)件間相對(duì)莫一直線移動(dòng)。1

8、9返回目錄圖圖1-4轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副圖圖1-5轉(zhuǎn)動(dòng)副的畫法轉(zhuǎn)動(dòng)副的畫法圖圖1-6移動(dòng)副移動(dòng)副 圖圖1-7移動(dòng)副的畫法移動(dòng)副的畫法20返回目錄圖圖1-8齒輪副齒輪副圖圖1-9凸輪副及畫法凸輪副及畫法21空間球面副22齒輪副的畫法齒輪副的畫法返回目錄圖圖1-10外嚙合齒輪副的畫法外嚙合齒輪副的畫法圖圖1-11內(nèi)嚙合齒輪副的畫法內(nèi)嚙合齒輪副的畫法23n移動(dòng)副移動(dòng)副約束限制了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)移動(dòng)自由度，共約束了兩個(gè)自由度.n轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副使構(gòu)件失去兩個(gè)移動(dòng)自由度,只保留了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度.n高副高副：使構(gòu)件失去一個(gè)移動(dòng)自由度,只保留了另兩個(gè)自由度.返回目錄24返回目錄圖圖1-4轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副圖圖1-5轉(zhuǎn)動(dòng)副的畫法

9、轉(zhuǎn)動(dòng)副的畫法圖圖1-6移動(dòng)副移動(dòng)副 圖圖1-7移動(dòng)副的畫法移動(dòng)副的畫法25返回目錄圖圖1-8齒輪副齒輪副圖圖1-9凸輪副及畫法凸輪副及畫法261.3.3平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算返回目錄27平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算n自由度計(jì)算公式：自由度計(jì)算公式：F=3n-2PL-PH N總構(gòu)件數(shù)n自由構(gòu)件數(shù)，n=N-1 PL低副數(shù)PH高副數(shù)n F0時(shí)機(jī)構(gòu)才能運(yùn)時(shí)機(jī)構(gòu)才能運(yùn)動(dòng)。否則，構(gòu)件系統(tǒng)動(dòng)。否則，構(gòu)件系統(tǒng)為一個(gè)剛性桁架，而為一個(gè)剛性桁架，而不是機(jī)構(gòu)。不是機(jī)構(gòu)。返回目錄281.3.4 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖返回目錄29平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖n平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

10、 在研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了簡(jiǎn)化問題，撇開那些與運(yùn)動(dòng)無關(guān)的構(gòu)件的外形和運(yùn)動(dòng)副的具體結(jié)構(gòu)，僅用一些簡(jiǎn)單的線條或符號(hào)來表達(dá)構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按一定比例表達(dá)出運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，這就是平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。n平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖要表達(dá)出與原機(jī)構(gòu)相同的構(gòu)相同的構(gòu)件數(shù)件數(shù)、相同的運(yùn)動(dòng)副相同的運(yùn)動(dòng)副和相同的運(yùn)動(dòng)特性相同的運(yùn)動(dòng)特性。30平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖n下面以顎式破碎機(jī)為例，來說明繪制平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的方法。31平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖畫圖步驟：（例如：顎式破碎機(jī)）從原動(dòng)件入手分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，判別機(jī)構(gòu)的類型和數(shù)目分析構(gòu)件間運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)量。選擇視圖平面，一般選擇

11、繪制機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的視圖平面與各個(gè)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)平面相互平行。確定比例尺=實(shí)際長(zhǎng)度/圖示長(zhǎng)度將構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副按規(guī)定的符號(hào)和合適的比例繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。返回目錄32【例【例1】平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖】平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖返回目錄33返回目錄【例【例2】?jī)?nèi)燃機(jī)】?jī)?nèi)燃機(jī)氣缸體氣缸體1是機(jī)架，缸內(nèi)活塞是機(jī)架，缸內(nèi)活塞4是主是主動(dòng)件，曲柄動(dòng)件，曲柄2、連桿、連桿3、推桿、推桿7（兩（兩個(gè)）、凸輪個(gè)）、凸輪8（兩個(gè)）和齒輪（兩個(gè)）和齒輪9（兩個(gè)）、（兩個(gè)）、10是從動(dòng)件。是從動(dòng)件?；罨钊↓X輪曲柄小齒輪大齒輪凸輪大齒輪凸輪滾子滾子推桿推桿分析機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線：分析機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線：34返回目錄【例【例2】?jī)?nèi)燃機(jī)】?jī)?nèi)燃機(jī)（2

12、）確定運(yùn)動(dòng)副類型和數(shù)目）確定運(yùn)動(dòng)副類型和數(shù)目35返回目錄【例【例2】?jī)?nèi)燃機(jī)】?jī)?nèi)燃機(jī)（3）選擇適當(dāng)投影面，選擇適當(dāng)投影面，這里選擇齒輪的旋轉(zhuǎn)平這里選擇齒輪的旋轉(zhuǎn)平面為正投影面，確定各面為正投影面，確定各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置。運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置。（4 4）選擇恰當(dāng)?shù)谋壤┻x擇恰當(dāng)?shù)谋壤撸凑找?guī)定的線條和尺，按照規(guī)定的線條和符號(hào)，繪制出該機(jī)構(gòu)的符號(hào)，繪制出該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并注明原動(dòng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并注明原動(dòng)件及標(biāo)注構(gòu)件號(hào)。件及標(biāo)注構(gòu)件號(hào)。361.3.5 應(yīng)用舉例371.3.5 應(yīng)用舉例【例1-1】 分析圖1-13是慣性篩機(jī)構(gòu)，計(jì)算其自由度，并判別機(jī)構(gòu)是否有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。返回目錄圖圖1-13慣性篩機(jī)

13、構(gòu)慣性篩機(jī)構(gòu)分析：（1） 機(jī)構(gòu)在C處有一個(gè)復(fù)合鉸鏈，旁邊連接了三構(gòu)件，存在2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，如圖1-14所示。如果一個(gè)復(fù)合鉸鏈旁邊連接了K個(gè)構(gòu)件，存在K-1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。 （點(diǎn)擊看圖）圖圖1-14復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈（2） 機(jī)構(gòu)在H處有一個(gè)局部自由度，此處的轉(zhuǎn)動(dòng)副對(duì)于機(jī)構(gòu)的自由度并無約束與限制作用，與將滾子9焊死在構(gòu)件4上對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響是一樣的，計(jì)算自由度時(shí)滾子就不計(jì)入活動(dòng)構(gòu)件數(shù)內(nèi)。只不過焊死的時(shí)候，滾子9與凸輪5形成的高副間是滑動(dòng)摩擦，構(gòu)件磨損嚴(yán)重一些；沒有焊死的時(shí)候，滾子9與凸輪5形成的高副間是滾動(dòng)摩擦，可減輕構(gòu)件的磨損，如圖1-15所示。 （點(diǎn)擊看圖）圖圖1-15局部自由度局部自由度38【例1-1】 （

14、點(diǎn)擊看圖）返回目錄圖圖1-13慣性篩機(jī)構(gòu)慣性篩機(jī)構(gòu)圖圖1-17機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)（3） 機(jī)構(gòu)在E和F處各有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，表達(dá)的都是構(gòu)件4與機(jī)架之間形成的轉(zhuǎn)動(dòng)副。由運(yùn)動(dòng)副的概念可知，兩個(gè)構(gòu)件之間相互接觸有且只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)副。E和F處對(duì)機(jī)構(gòu)的約束是重復(fù)的，只能算一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，我們稱這種重復(fù)的約束為虛約束虛約束。虛約束常常在一些對(duì)稱或平行機(jī)構(gòu)中存在。如圖1-17中的構(gòu)件5，圖1-18中的構(gòu)件2和2都引入了虛約束。在計(jì)算自由度的過程中都要將引入虛約束的構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副去掉不算。 （點(diǎn)擊看圖1-17）圖圖1-18行星輪機(jī)構(gòu)行星輪機(jī)構(gòu)（點(diǎn)擊看圖1-18）39【例1-1】 n解：在圖1-13中1和5都是

15、原動(dòng)件，取其中任一個(gè)開始，依次用數(shù)字表明構(gòu)件，用大寫字母標(biāo)出運(yùn)動(dòng)副。其中活動(dòng)構(gòu)件共有9個(gè)，活動(dòng)構(gòu)件n=9-1-1個(gè)，低副有A、B、C（2個(gè)）、D、E、I、J、K，即P1=9個(gè)，F(xiàn)是虛約束，G是局部自由度，都不應(yīng)計(jì)入低副。G處有一個(gè)高副，Ph=1.n則機(jī)構(gòu)的自由度F為： F=3n-2P1-Ph=37-29-1=2n所以機(jī)構(gòu)的自由度大于1，而自由度等于原動(dòng)件。 故平面機(jī)構(gòu)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。40【能力訓(xùn)練】返回目錄411問題提出問題提出 返回目錄畫出圖1-13簡(jiǎn)易沖床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖，然后計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，并判別機(jī)構(gòu)是否有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖圖1-13簡(jiǎn)易沖床簡(jiǎn)易沖床422解決方案解決方案 返回目錄 在圖1-13中用數(shù)字表明構(gòu)件，其中構(gòu)件1凸輪是原動(dòng)件，構(gòu)件4是機(jī)架，共有N=4個(gè)構(gòu)件，活動(dòng)構(gòu)件n=N-1=3個(gè)。 （點(diǎn)擊看圖或藏圖) 用大寫字母標(biāo)出運(yùn)動(dòng)副，有PL=4個(gè)低副（即A、C、D和E處），有PH=1個(gè)高副（即B處）。（3）為了清楚表達(dá)機(jī)構(gòu)，選擇平行于齒輪端面的平面為視圖平面，選擇機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到圖1-13所示位置時(shí)刻為作圖位置，畫出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)示意圖，如圖1-14。 （點(diǎn)擊看圖或藏圖)（4）計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度：F=3n-2Pl-Ph=33-24-1=0（5）結(jié)論：由于機(jī)構(gòu)的自由度小于1，且自由度數(shù)不等于原動(dòng)件的個(gè)數(shù)，