機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件-2-2運(yùn)動(dòng)副、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度

1、一、名詞術(shù)語(yǔ)解釋:1.構(gòu)件 獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元 內(nèi)燃機(jī)中的連桿22 運(yùn)動(dòng)副、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度 內(nèi)燃機(jī)連桿套筒連桿體螺栓墊圈螺母軸瓦連桿蓋零件 獨(dú)立的制造單元洛陽(yáng)高專用 2.運(yùn)動(dòng)副a)兩個(gè)構(gòu)件、b) 直接接觸、c) 有相對(duì)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副元素直接接觸的局部點(diǎn)、線、面例如：滾子凸輪、齒輪齒廓、活塞與缸套等。定義：運(yùn)動(dòng)副兩個(gè)構(gòu)件并能保持一定形式的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接。三個(gè)條件，缺一不可洛陽(yáng)高專用 運(yùn)動(dòng)副的分類： 1)按引入的約束數(shù)分有： I級(jí)副II級(jí)副III級(jí)副I級(jí)副、II級(jí)副、III級(jí)副、IV級(jí)副、V級(jí)副。洛陽(yáng)高專用 2)按相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍分有： 平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)平面機(jī)構(gòu)全部由平面運(yùn)動(dòng)副組成的機(jī)構(gòu)。IV級(jí)副

2、例如：球鉸鏈、拉桿天線、螺旋、生物關(guān)節(jié)?？臻g運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)V級(jí)副1V級(jí)副2V級(jí)副3兩者關(guān)聯(lián)空間機(jī)構(gòu)至少含有一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)副的機(jī)構(gòu)。洛陽(yáng)高專用 3)按運(yùn)動(dòng)副元素分有： 高副點(diǎn)、線接觸，應(yīng)力高。低副面接觸，應(yīng)力低例如：滾動(dòng)副、凸輪副、齒輪副等。例如：轉(zhuǎn)動(dòng)副回轉(zhuǎn)副、移動(dòng)副 。洛陽(yáng)高專用 常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)副符號(hào)的表示: 國(guó)標(biāo)GB446084洛陽(yáng)高專用 常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)運(yùn)動(dòng)副名稱運(yùn)動(dòng)副符號(hào)兩運(yùn)動(dòng)構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副12121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時(shí)的運(yùn)動(dòng)副122121平面運(yùn)動(dòng)副洛陽(yáng)高專用 平面高副螺旋副21121221211212球面副球銷副121212空間運(yùn)動(dòng)副121

3、212洛陽(yáng)高專用 構(gòu)件的表示方法:洛陽(yáng)高專用 一般構(gòu)件的表示方法 桿、軸構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件洛陽(yáng)高專用 三副構(gòu)件 兩副構(gòu)件 一般構(gòu)件的表示方法 洛陽(yáng)高專用 運(yùn)動(dòng)鏈兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副的聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。本卷須知:畫(huà)構(gòu)件時(shí)應(yīng)撇開(kāi)構(gòu)件的實(shí)際外形，而只考慮運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)。閉式鏈、開(kāi)式鏈3. 運(yùn)動(dòng)鏈 洛陽(yáng)高專用 二、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖用以說(shuō)明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對(duì) 運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形。作用： 1.表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況。機(jī)動(dòng)示意圖不按比例繪制的簡(jiǎn)圖現(xiàn)摘錄了局部GB446084機(jī)構(gòu)示意圖如下表。2.作為運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析的依據(jù)。洛陽(yáng)高專用 常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào) 在機(jī)架上的電機(jī)齒輪齒條傳動(dòng)帶

4、傳動(dòng)圓錐齒輪傳動(dòng)洛陽(yáng)高專用 鏈傳動(dòng)圓柱蝸桿蝸輪傳動(dòng)凸輪傳動(dòng)外嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)洛陽(yáng)高專用 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖應(yīng)滿足的條件： 1.構(gòu)件數(shù)目與實(shí)際相同 2.運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目與實(shí)際相符 3.運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置以及構(gòu)件尺寸與實(shí)際機(jī)構(gòu) 成比例。棘輪機(jī)構(gòu)內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)洛陽(yáng)高專用 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖順口溜：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)。步驟：1.運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，搞清楚運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目；4.檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是否滿足運(yùn)動(dòng)確定的條件。2.測(cè)量各運(yùn)動(dòng)副之間的尺寸，選投影面運(yùn)動(dòng)平面， 繪制示意圖。3.按比例繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 簡(jiǎn)圖比例尺： l =實(shí)際尺寸 m / 圖上長(zhǎng)度mm思路：先定

5、原動(dòng)局部和工作局部一般位于傳動(dòng)線路末端，弄清運(yùn)動(dòng)傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運(yùn)動(dòng)副的類型，并用符號(hào)表示出來(lái)。舉例：繪制破碎機(jī)和偏心泵的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。洛陽(yáng)高專用 DCBA1432繪制圖示鱷式破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。洛陽(yáng)高專用 1234繪制圖示偏心泵的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖偏心泵洛陽(yáng)高專用 定義：保證機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的 獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)稱為機(jī)構(gòu)的自由度。原動(dòng)件能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。通常一個(gè)原動(dòng)件具有一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為：A、機(jī)構(gòu)自由度必須大于零；B、機(jī)構(gòu)自由度原動(dòng)件數(shù)。三、 平面機(jī)構(gòu)的自由度洛陽(yáng)高專用 1、 平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式作平面運(yùn)動(dòng)的剛體在空間的位置需要三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)才能唯一確定。yx(x

6、, y)F = 3單個(gè)自由構(gòu)件的自由度為： 3洛陽(yáng)高專用 自由構(gòu)件的自由度數(shù)運(yùn)動(dòng)副 自由度數(shù) 約束數(shù)回轉(zhuǎn)副 1 + 2x，y = 3yx12Syx12xy12R=2, F=1R=2, F=1R=1, F=2結(jié)論：構(gòu)件自由度3約束數(shù)移動(dòng)副 1x + 2y，= 3高 副 2x, + 1y = 3經(jīng)運(yùn)動(dòng)副相聯(lián)后，構(gòu)件自由度會(huì)有變化： 自由構(gòu)件的自由度數(shù)約束數(shù)洛陽(yáng)高專用 活動(dòng)構(gòu)件數(shù) n 計(jì)算公式： F=3n(2PL +Ph )要求：記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。構(gòu)件總自由度 低副約束數(shù) 高副約束數(shù) 3n 2 PL1 Ph計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)PL=4F=3n 2PL PH =

7、33 24 =1 高副數(shù)PH=0S3123推廣到一般： 洛陽(yáng)高專用 計(jì)算五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=4低副數(shù)PL=5F=3n 2PL PH =34 25 =2 高副數(shù)PH=012341洛陽(yáng)高專用 計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=2低副數(shù)PL=2F=3n 2PL PH =32 221 =1高副數(shù)PH=1123洛陽(yáng)高專用 2、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的本卷須知12345678ABCDEF計(jì)算圖示圓盤(pán)鋸機(jī)構(gòu)的自由度解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)PL=6F=3n 2PL PH 高副數(shù)PH=0=37 26 0=9計(jì)算結(jié)果肯定不對(duì)！洛陽(yáng)高專用 1.復(fù)合鉸鏈 兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)。計(jì)

8、算：m個(gè)構(gòu)件,有m1轉(zhuǎn)動(dòng)副。兩個(gè)低副洛陽(yáng)高專用 上例：在B、C、D、E四處應(yīng)各有 2 個(gè)運(yùn)動(dòng)副。計(jì)算圖示圓盤(pán)鋸機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)PL=10F=3n 2PL PH =37 2100 =1可以證明：F點(diǎn)的軌跡為一直線。12345678ABCDEF圓盤(pán)鋸機(jī)構(gòu)洛陽(yáng)高專用 計(jì)算圖示兩種凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。解：n=3，PL=3，F(xiàn)=3n 2PL PH =33 23 1 =2PH=1對(duì)于右邊的機(jī)構(gòu)，有： F=32 22 1=1事實(shí)上，兩個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)相同，且F=1123123洛陽(yáng)高專用 2.局部自由度F=3n 2PL PH FP =33 23 1 1 =1本例中局部自由度 FP=1或計(jì)算時(shí)

9、去掉滾子和鉸鏈： F=32 22 1 =1定義：構(gòu)件局部運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的自由度。出現(xiàn)在加裝滾子的場(chǎng)合，計(jì)算時(shí)應(yīng)去掉Fp。滾子的作用：滑動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦。123123洛陽(yáng)高專用 解：n=4，PL=6，F(xiàn)=3n 2PL PH =34 26 =0PH=03.虛約束 對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際不起作用的約束。計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)去掉虛約束。 FEAB CD ，故增加構(gòu)件4前后E點(diǎn)的軌跡都是圓弧，。增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件4。已知：ABCDEF，計(jì)算圖示平行四邊形 機(jī)構(gòu)的自由度。 1234ABCDEF洛陽(yáng)高專用 重新計(jì)算：n=3, PL=4, PH=0F=3n 2PL PH =33 24 =1特別注意：此例存在虛約束的

10、幾何條件是：1234ABCDEF4F已知：ABCDEF，計(jì)算圖示平行四邊形 機(jī)構(gòu)的自由度。 ABCDEF洛陽(yáng)高專用 出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合： 1.兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合，2.兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副，且導(dǎo)路平行。 如平行四邊形機(jī)構(gòu)，火車(chē)輪橢圓儀等。(需要證明)洛陽(yáng)高專用 4.運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩構(gòu)件上的兩點(diǎn)距離始終不變。3.兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且同軸。5.對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱局部。如多個(gè)行星輪。EF洛陽(yáng)高專用 6.兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸，且法線重合。如等寬凸輪W注意：法線不重合時(shí)，變成實(shí)際約束！AAn1n1n2n2n1n1n2n2AA洛陽(yáng)高專用 虛約束的作用：改善構(gòu)件的受力情況，如多個(gè)行星輪。增加機(jī)構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)順利，防止運(yùn)動(dòng)不確定，如車(chē)輪。注意：各種出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合都是有條件的 !洛陽(yáng)高專用 CDABGFoEE計(jì)算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度。位置C ，2個(gè)低副復(fù)合鉸鏈:局部自由度1個(gè)虛約束En=7PL =9PH =1F=3n 2PL PH =37 29