項(xiàng)目2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖及其自由度

1、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *2-1 機(jī)構(gòu)的組成2-2 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和繪制步驟2-3 平面機(jī)構(gòu)的自由度和約束項(xiàng)目項(xiàng)目2 2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖及其平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖及其 自由度自由度機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *內(nèi)燃機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *2-1 2-1 機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成 構(gòu)件：組成機(jī)械的各個(gè)相對運(yùn)動的實(shí)物。 零件：機(jī)械中不可拆的制造單元體。 單一零件曲軸多個(gè)零件的剛性組合連桿構(gòu)件是機(jī)械中運(yùn)動的單元體，零件是機(jī)械中制造的單元體。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *構(gòu)件和構(gòu)件之間既要相互連接（接觸）在一起，又要有相對運(yùn)動。而兩構(gòu)件之間這種可動的連接（接觸）就稱為運(yùn)動副。運(yùn)動副元素：兩構(gòu)件

2、上直接參加接觸構(gòu)成運(yùn)動副的部分。2-1-3 2-1-3 運(yùn)動副運(yùn)動副運(yùn)動副：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *按兩構(gòu)件接觸情況，常分為低副、高副兩大類。 1.低副 兩構(gòu)件以面接觸而形成的運(yùn)動副。 (1) 轉(zhuǎn)動副：只允許兩構(gòu)件作相對轉(zhuǎn)動，又稱作鉸鏈。 a)固定鉸鏈平面運(yùn)動副機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *b)活動鉸鏈轉(zhuǎn)動副機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *(2) 移動副：只允許兩構(gòu)件作相對移動。移動副移動副機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *2.高副 兩構(gòu)件以點(diǎn)或線接觸而構(gòu)成的運(yùn)動副。凸輪副機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *齒輪副機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *空間運(yùn)動副若兩構(gòu)件之間的相對運(yùn)動均為空間運(yùn)動，則稱為空間

3、運(yùn)動副。螺旋副球面副機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *2-2 2-2 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和繪制步驟平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和繪制步驟 運(yùn)動副及構(gòu)件的表示方法1.構(gòu)件構(gòu)件均用直線或小方塊等來表示，畫有斜線的表示機(jī)架。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *2.轉(zhuǎn)動副構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動副時(shí)，如下圖表示。圖垂直于回轉(zhuǎn)軸線時(shí)用圖a表示；圖面不垂直于回轉(zhuǎn)軸線時(shí)用圖b表示。表示轉(zhuǎn)動副的圓圈，其圓心必須與回轉(zhuǎn)軸線重合。一個(gè)構(gòu)件具有多個(gè)轉(zhuǎn)動副時(shí)，則應(yīng)在兩條交叉處涂黑，或在其內(nèi)畫上斜線。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *3. 移動副兩構(gòu)件組成移動副，其導(dǎo)路必須與相對移動方向一致。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *4. 平面高副 兩構(gòu)件組成平面高

4、副時(shí)，其運(yùn)動簡圖中應(yīng)畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓，對于凸輪、滾子，習(xí)慣劃出其全部輪廓；對于齒輪，常用點(diǎn)劃線劃出其節(jié)圓。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *名稱簡圖符號名稱簡圖符號構(gòu)件機(jī)架平面低副轉(zhuǎn)動副平面高副齒輪副移動副凸輪副機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的步驟1）功能分析。確定機(jī)械系統(tǒng)的總功能和進(jìn)行功能分解。2）繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動循環(huán)圖。3）執(zhí)行（工作）機(jī)構(gòu)選型。4）繪制機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動方案圖。5）機(jī)構(gòu)的尺度綜合。6）繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動簡圖。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *例2-1 試?yán)L制內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *氣缸體氣缸體1 1活塞活塞2 2進(jìn)氣閥進(jìn)氣閥3 3排氣

5、閥排氣閥4 4連桿連桿5 5曲軸曲軸6 6凸輪凸輪7 7頂桿頂桿8 8齒輪齒輪1010解：1）分析運(yùn)動，確定構(gòu)件的類型和數(shù)量 2）確定運(yùn)動副的類型和數(shù)目 3）選擇視圖平面 4）選取比例尺，根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動尺寸，定出各運(yùn)動副間的相對位置 5）畫出各運(yùn)動副和機(jī)構(gòu)符號，并表示出各構(gòu)件繪制過程動畫機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *實(shí)訓(xùn)：如圖所示，為抽水機(jī)示意圖，試?yán)L制其運(yùn)動簡圖實(shí)訓(xùn)：如圖所示，為抽水機(jī)示意圖，試?yán)L制其運(yùn)動簡圖 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)2：如圖所示，為顎式破碎機(jī)示意圖，試?yán)L制其運(yùn)動簡圖：如圖所示，為顎式破碎機(jī)示意圖，試?yán)L制其運(yùn)動簡圖機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *1.構(gòu)件自由度 一個(gè)

6、構(gòu)件未用運(yùn)動副與其它構(gòu)件連接之前，有三個(gè)自由度。當(dāng)用運(yùn)動副連接后，構(gòu)件間的相對運(yùn)動受到約束，失去一些自由度。運(yùn)動副不同，失去的自由度數(shù)目和保留的自由度數(shù)目也不同。2-3 2-3 平面機(jī)構(gòu)的自由度和約束平面機(jī)構(gòu)的自由度和約束2.約束 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *2-3-2 2-3-2 典型案例的自由度討論及計(jì)算典型案例的自由度討論及計(jì)算 n：機(jī)構(gòu)中活動構(gòu)件數(shù)； PL ：機(jī)構(gòu)中低副數(shù)； PH ：機(jī)構(gòu)中高副數(shù)； F ：機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)；F = 3n - 2PL - PH 設(shè)則根據(jù)圖2-6（b）求出上例抽水機(jī)機(jī)構(gòu)的自由度 10423323HLPPnF機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *計(jì)算實(shí)例 n = 3,

7、 PL = 4, PH = 0 F = 3n - 2PL- PH = 33 - 2PL - PH =33 - 24 - 0= 1 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *v計(jì)算實(shí)例 n =5, PL = 7, PH = 0 F = 3n 2PL PH = 35270= 1解：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *1.實(shí)例分析 自由度等于零 2-3-1 2-3-1 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件原動件數(shù)目少于自由度 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *給定構(gòu)件1運(yùn)動參數(shù) = ( t )，構(gòu)件2、3、4的運(yùn)動是不確定的 11再給定構(gòu)件4運(yùn)動參數(shù) = ( t )，構(gòu)件2、3的運(yùn)動是確定的44機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)

8、計(jì)基礎(chǔ)* *2.結(jié)論 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目稱機(jī)構(gòu)的自由度。 平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：機(jī)構(gòu)原動件個(gè)數(shù)應(yīng)等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目。 原動件數(shù)自由度數(shù)，機(jī)構(gòu)無確定運(yùn)動 原動件數(shù)自由度數(shù)，機(jī)構(gòu)在薄弱處損壞 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *2-3-4 2-3-4 自由度計(jì)算的特殊情況自由度計(jì)算的特殊情況 1.復(fù)合鉸鏈2.局部自由度 3.虛約束 兩個(gè)以上構(gòu)件在同一軸線處用轉(zhuǎn)動副連接，就形成了復(fù)合鉸鏈。 個(gè)別構(gòu)件所具有的，不影響整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動的自由度稱為局部自由度。 重復(fù)出現(xiàn)的，對機(jī)構(gòu)運(yùn)動不起獨(dú)立限制作用的約束稱為虛約束。 4.虛約束常見情況及處理方法 5.虛約束對機(jī)構(gòu)的影響 機(jī)械設(shè)

9、計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *例：試計(jì)算如圖所示的篩料機(jī)構(gòu)的自由度例：試計(jì)算如圖所示的篩料機(jī)構(gòu)的自由度 此機(jī)構(gòu)應(yīng)有兩個(gè)主動件，才可保證機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動。 21927323HLPPnF復(fù)合鉸虛約束局部自由度機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *2-3-52-3-5典型案例的自由度計(jì)算、結(jié)果分析典型案例的自由度計(jì)算、結(jié)果分析 o 如圖2-5示，試計(jì)算內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)的自由度，并討論該機(jī)構(gòu)是否具有確定的運(yùn)動 14827323HLPPnF機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *如圖2-7（b）所示，試計(jì)算顎式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)的自由度，并討論該機(jī)構(gòu)是否具有確定的運(yùn)動10423323HLPPnF機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *三個(gè)構(gòu)件在同一

10、軸線處，兩個(gè)轉(zhuǎn)動副。推理：m個(gè)構(gòu)件時(shí)，有m 1個(gè)轉(zhuǎn)動副。 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *慣性篩機(jī)構(gòu)C處為復(fù)合鉸鏈計(jì)算中注意觀察是否有復(fù)合鉸鏈，以免漏算轉(zhuǎn)動副數(shù)目，出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤。n = 5, Pl = 7, Ph = 0= 35-270 = 1F = 3n-2PlPh慣性篩機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *滾子的轉(zhuǎn)動自由度并不影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，屬局部自由度。 計(jì)入局部自由度時(shí) n = 3, Pl = 3, Ph = 1 F =33 - 23- 1 = 2 與實(shí)際不符機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* * 應(yīng)除去局部自由度，即把滾子和從動件看作一個(gè)構(gòu)件。處理方法處理方法 實(shí)際結(jié)構(gòu)上為減小摩擦采用局部自由度，

11、“除去”指計(jì)算中不計(jì)入，并非實(shí)際拆除。教材圖教材圖1-13b1-13b動畫動畫N = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 32-221=1與實(shí)際相符機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *n = 4, Pl =6, Ph = 0 構(gòu)件5給機(jī)構(gòu)引入三個(gè)自由度，四個(gè)約束。多出的一個(gè)約束對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不起獨(dú)立的限制作用，是虛約束。 與實(shí)際不符 F = 34 -260 = 0機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *n = 3, Pl =4, Ph =0F = 33 - 24 0 = 1處理方法與實(shí)際相符應(yīng)除去虛約束，即將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件5及運(yùn)動副除去不計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *1.兩構(gòu)件未組成運(yùn)動副前，連

12、接點(diǎn)處的軌跡已重合為一，組成的運(yùn)動副存在虛約束。 計(jì)算中應(yīng)將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件及運(yùn)動副一起除去不計(jì)。 虛約束常見情況及處理機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *虛約束常見情況及處理 計(jì)算中只計(jì)入一個(gè)移動副。 2.兩構(gòu)件組成多個(gè)移動副，且導(dǎo)路相互平行或重合時(shí)，只有一個(gè)移動副起約束作用，其余為虛約束。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* * 3.兩構(gòu)件組成多個(gè)轉(zhuǎn)動副，且軸線重合，只有一個(gè)轉(zhuǎn)動副起約束作用，其余為約束。 虛約束常見情況及處理 計(jì)算中只計(jì)入一個(gè)轉(zhuǎn)動副。轉(zhuǎn)動副重復(fù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *虛約束常見情況及處理計(jì)算中應(yīng)將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件及運(yùn)動副一起除去不計(jì)。4.兩構(gòu)件兩點(diǎn)間未組成運(yùn)動副前距離保持不變，兩點(diǎn)間用另一構(gòu)件連接時(shí)，將產(chǎn)生虛約束。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)* *虛約束常見情況及處理計(jì)算中應(yīng)將對稱部分除去不計(jì)。 5.機(jī)構(gòu)中對