機械設計與應用課件

機械設計與應用機械工程學院項目3平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析目錄運動副及其分類1

平面機構(gòu)運動簡圖2平面機構(gòu)的自由度和機構(gòu)具有確定運動的條件3顎式破碎機

平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析顎式破碎機

平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析圖3-1顎式破碎機

1—機架2—偏心軸3—動顎

4—肘板5—帶輪機構(gòu)中各構(gòu)件怎樣聯(lián)接在一起？機構(gòu)具備什么條件才能具有確定的相對運動？本項目主要討論運動簡圖的繪制方法；機構(gòu)自由度的計算；對已有構(gòu)件進行工作分析、判斷機構(gòu)是否具有確定相對運動，為機構(gòu)的創(chuàng)新設計提供條件。平面機構(gòu)中構(gòu)件是靠運動副聯(lián)接的，所以討論平面機構(gòu)首先要研究運動副。

平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析3.1運動副及其分類一、構(gòu)件的自由度圖3-2平面運動

剛體的自由度一個做平面運動的自由構(gòu)件有三個獨立運動的可能性。如圖3-2所示,在xOy坐標系中,構(gòu)件可隨其上任一點沿x軸、y軸方向移動，也可在xOy平面(繞垂直于xOy平面的軸線z)轉(zhuǎn)動,這三個獨立的運動稱為該構(gòu)件的自由度。

因此，一個作平面運動的自由構(gòu)件有三個自由度。

平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析運動副機構(gòu)是由多個構(gòu)件組成，機構(gòu)的每個構(gòu)件都是以一定的方式與其他構(gòu)件相互聯(lián)接。這種使構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運動的聯(lián)接稱為運動副。如：軸與軸承的聯(lián)接、活塞與氣缸的聯(lián)接、車輪與鋼軌以及一對傳動齒輪兩個輪齒間的嚙合等都構(gòu)成運動副。當兩個構(gòu)件直接接觸組成運動副之后,它們的相對運動就受到限制,自由度隨之減少。運動副是通過點、線或面的接觸來實現(xiàn)的。按兩構(gòu)件間的接觸特性，平面運動副通常分為低副和高副兩類。

平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、低副兩構(gòu)件通過面接觸組成的運動副稱為低副。平面機構(gòu)中的低副有轉(zhuǎn)動副和移動副兩種。(1)轉(zhuǎn)動副

組成運動副的兩構(gòu)件只能在一個平面內(nèi)相對轉(zhuǎn)動，這種運動副稱為轉(zhuǎn)動副，如圖3-3a所示。

(2)移動副

組成運動副的兩個構(gòu)件只能沿某一軸線相對移動，這種運動副稱為移動副，如圖3-3b所示。

圖3-3平面低副

a)轉(zhuǎn)動副b)移動副圖3-3平面低副

a)轉(zhuǎn)動副b)移動副

平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析三、高副

兩構(gòu)件通過點或線接觸組成的運動副稱為高副。如圖3?4a中的輪齒1與輪齒2在接觸處A組成高副，圖3?4b中的凸輪3與從動件4、圖3?4c中車輪6與鋼軌5等，分別組成高副。組成平面高副兩構(gòu)件間的相對運動是沿接觸處切線tt方向的相對移動和在平面內(nèi)的相對轉(zhuǎn)動。圖3-4平面高副

a)齒輪副b)凸輪副c)高副

1、2—輪齒3—凸輪4—從動件5—鋼軌6—車輪

平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析四、空間運動副機械中常用的運動副還有球面副，如圖3-5a所示；螺旋副，如圖3-5b所示,這些運動副的兩構(gòu)件間的相對運動是空間運動，屬于空間運動副。圖3-5空間運動副

平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析3.2平面機構(gòu)運動簡圖

一、運動副和構(gòu)件的表示

為了便于研究機構(gòu)運動，可不考慮構(gòu)件和運動副的實際結(jié)構(gòu)，只考慮與運動有關(guān)的構(gòu)件數(shù)目、運動副類型及相對位置。用簡單線條和規(guī)定的符號表示構(gòu)件和運動副，并按一定的比例確定運動副的相對位置及與運動有關(guān)的尺寸，這種能夠表達機構(gòu)的組成和各構(gòu)件間相對真實運動關(guān)系的簡單圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖。平面機機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析一、運運動副副和構(gòu)構(gòu)件的的表示示實際中中，有有時不不要求求嚴格格按比比例尺尺繪制制簡圖圖，只只定性性地表表示機機構(gòu)的的組成成和運運動原原理的的簡圖圖，稱稱為機構(gòu)示示意圖圖。機構(gòu)運運動簡簡圖中中運動動副及及構(gòu)件件的表表示方方法如如圖3-6、圖3-7、圖3-8所示。。圖3-6轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動副的的表示示方法法平面機機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析一、運運動副副和構(gòu)構(gòu)件的的表示示圖3-7移移動動副的的表示示方法法平面機機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析一、運運動副副和構(gòu)構(gòu)件的的表示示3-8平平面高高副的的表示示方法法平面機機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析二、平平面機機構(gòu)運運動簡簡圖的的繪制制1.機機構(gòu)中中構(gòu)件件的分分類(1)固定件件(機機架)機架是是指機機構(gòu)中中固定定不動動的、、用來來支承承活動動構(gòu)件件(運運動構(gòu)構(gòu)件)的構(gòu)構(gòu)件。。(2)原原動件件(主主動件件)原動件件是指指機構(gòu)構(gòu)中作作用有有驅(qū)動動力或或已知知運動動規(guī)律律的構(gòu)構(gòu)件，，它的的運動動是由由外界界輸入入的，，一般般與機機架相相連。。(3)從從動件件從動件件是指指機構(gòu)構(gòu)中除除原動動件以以外的的所有活活動構(gòu)構(gòu)件。平面機機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析二、平平面機機構(gòu)運運動簡簡圖的的繪制制2.運運動簡簡圖的的繪制制步驟驟1)分析研研究機機構(gòu)的的組成成及運運動原原理，，確定定機架架、原原動件件和從從動件件。2)由由原原動件件開始始，按按照各各構(gòu)件件之間間運動動傳遞遞路線線，依依次分分析構(gòu)構(gòu)件間間的相相對運運動形形式，，確定定運動動副的的類型型和數(shù)數(shù)目。。3)選選擇擇適當當?shù)囊曇晥D平平面，，以便便清楚楚地表表達各各構(gòu)件件間的的運動動關(guān)系系。4)選選擇擇適當當?shù)谋缺壤叱擀?=構(gòu)件實實際尺尺寸/構(gòu)件圖圖樣尺尺寸(單位位：m/mm或或mm/mm)，按按照各各運動動副間間的距距離和和相對對位置置，以以規(guī)定定的線線條和和符號號繪出出運動動簡圖圖。平面機機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析二、平平面機機構(gòu)運運動簡簡圖的的繪制制1)確定構(gòu)構(gòu)件的的數(shù)目目。2)確確定定運動動副的的種類類和數(shù)數(shù)目。。3)選選擇擇與構(gòu)構(gòu)件運運動平平行的的平面面作為為視圖圖平面面。4)選擇擇適當?shù)谋缺壤?，繪繪制機構(gòu)運運動簡圖。。3-1繪制圖3-9a所示的顎式式破碎機主主體機構(gòu)的的運動簡圖圖。平面機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)分析析二、平面機機構(gòu)運動簡簡圖的繪制制1)確定構(gòu)件的的數(shù)目。2)確定定運動副的的種類和數(shù)數(shù)目。3)選擇擇與構(gòu)件運運動平行的的平面作為為視圖平面面。4)選擇擇適當?shù)谋缺壤撸L繪制機構(gòu)運運動簡圖。。3-2繪制圖3-10所示牛頭刨刨床主體運運動機構(gòu)的的運動簡圖圖。平面機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)分析析3.3平面機構(gòu)的的自由度和和機構(gòu)具有有確定運動動的條件一、平面機機構(gòu)的自由由度計算1.平面機機構(gòu)的自由由度計算(1)約束束當兩構(gòu)件組組成運動副副后，它們們之間的某某些相對運運動受到限限制，這種種對相對運運動所施加加的限制稱稱為約束。。(每加上一個個約束，自自由構(gòu)件便便失去一個個自由度)①平面低副副引入兩個個約束，保保留一個自自由度；②平面高副副引入一個個約束，保保留兩個自自由度。平面機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)分析析3.3平面機構(gòu)的的自由度和和機構(gòu)具有有確定運動動的條件一、平面機機構(gòu)的自由由度計算(2)機構(gòu)構(gòu)自由度的的計算機構(gòu)所具有有的獨立運運動數(shù)目，，稱為機構(gòu)構(gòu)的自由度度。設有一個平平面機構(gòu)由由N個構(gòu)件組成成，1個構(gòu)件為機架，活動構(gòu)件數(shù)為：n=N-1在未組成運運動副前，，活動構(gòu)件件的自由度度總數(shù)為：：3n當引入約束束后，自由由度減少。。若共有PL個低副、PH個高副平面面機構(gòu)的的自由度F的計算公式式為：F=3n-2PL-PH平面機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)分析析2.計算平平面機構(gòu)自自由度時的的特殊情況況(1)復合合鉸鏈兩個以上的的構(gòu)件在同同一處以同同軸線構(gòu)成成的轉(zhuǎn)動副副稱為復合合鉸鏈。如圖3-12所示是三個個構(gòu)件匯交交成的復合合鉸鏈,圖中構(gòu)件1分別與構(gòu)件件2、構(gòu)件3構(gòu)成兩個轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動副。依依此類推，，m個構(gòu)件在一一處以轉(zhuǎn)動動副相連,應具有m-1個轉(zhuǎn)動副。。因此在在統(tǒng)計轉(zhuǎn)動動副數(shù)目時時應注意識識別復合鉸鉸鏈,避免遺漏。。圖3-12復合鉸鏈平面機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)分析析計算如圖3-13所示圓盤鋸鋸主體機構(gòu)構(gòu)的自由度度。圖3-13圓盤鋸鋸機構(gòu)機構(gòu)中，A、B、C、D四點均為由由三個構(gòu)件件組成的復復合鉸鏈，，每處有兩兩個轉(zhuǎn)動副副。因此，該機機構(gòu)n=7,PL=10,PH=0，其自由度F=3×7-2×10-0=1。平面機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)分析析(2)局局部自由度度機構(gòu)中某些些構(gòu)件產(chǎn)生生的與其他他運動無關(guān)關(guān)的獨立運運動，稱為為局部自由度度。在計算機構(gòu)構(gòu)自由度時時，局部自自由度應除去不計。圖3-14局部自自由度1—凸輪2—從動動件3——滾子機構(gòu)中n=2,PL=2,PH=1，其自由度F=3×2-2×2-1=1平面機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)分析析(3)虛虛約束機構(gòu)中與其其他約束重重復而對機機構(gòu)運動不不起限制作作用的約束束，稱為虛約束。1)兩構(gòu)件間形形成多個具具有相同作作用的運動動副，分別別有下列三三種情況：：①兩構(gòu)件形成成多個軸線線重合的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動副，如圖3-15a所示，輪軸軸1與機架架2在A、B兩處組成了了兩個轉(zhuǎn)動動副，從運運動關(guān)系看看，只有一一個轉(zhuǎn)動副副起約束作作用，其余余各處的引引入約束均均為虛約束束，計算機機構(gòu)自由度度時應按一一個轉(zhuǎn)動副副計算。②兩構(gòu)件組組成多個移移動方向一一致的移動動副，如圖3-15b所示，構(gòu)件件1與機架架組成了A、B、C三個導路平平行的移動動副，計算算機構(gòu)自由由度時應按按一個移動動副計算。。平面機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)分析析③兩構(gòu)件組組成多處接接觸點公法線重合合的高副，如圖3-15c所示，同樣樣應只考慮慮一處高副副，其余為為虛約束。。圖3-15兩構(gòu)件件組成多個個運動副a)軸線重重合引入的的虛約束b)移動動方向一致致引入的虛虛約束c)接觸點點公法線重重合引入的的虛約束平面機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)分析析2)兩構(gòu)件構(gòu)上上聯(lián)接點的的運動軌跡跡互相重合合。圖a自由度F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1圖b，若用一附附加構(gòu)件5在E和F兩點鉸接，，EF平行AB及CD，則構(gòu)件5上的E點的軌跡與與桿3上的E點的軌跡重重合。構(gòu)件件5對機構(gòu)的運運動并不產(chǎn)產(chǎn)生影響，，為虛約束束。計算其其自由度可可按圖a計算。圖c不滿足上述述幾何條件件，EF桿的約束為為有效約束束，此時計計算其自由由度F=0，機構(gòu)不能能運動。平面機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)分析析3)機構(gòu)中存在在不起作用用的對稱部部分。如圖所示，，為使受力力均勻，安安裝三個相相同的行星星輪對稱布布置，從運運動關(guān)系看看，只需一一個行星輪輪2就能滿足要要求，如圖圖a所示。其余余行星引入入的約束均均為虛約束束，應除去去不計。該機構(gòu)的自自由度為：：F=3n-2PL-PH=3×3-2×3-2=1平面機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)分析析機構(gòu)中滾子子有一個局局部自由度度；頂桿DF與機架組成成兩個導路路平行的移移動副，故故其中一個個為虛約束束；C處為復合鉸鉸鏈。去除除局部自由由度和虛約約束，按圖圖b所示機構(gòu)計計算自由度度。F=3n-2PL-PH=3×7-2×9-1=2此機構(gòu)中的的自由度等于2，有兩個原原動件。3-4計算圖3-18a所示篩料機機構(gòu)的自由由度。平面機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)分析析機構(gòu)中刨頭頭6與機架7組成兩個導導路平行的的移動副，，故其中一一個為虛約約束；去除除虛約束，，機構(gòu)自由由度為：F=3n-2PL-PH=3×6-2×8-1=1此機構(gòu)中的的自由度等于1，有1個原動件。3-5計算圖3-11所示牛頭刨刨床主機構(gòu)構(gòu)的自由度度。平面機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)分析析二、平面機機構(gòu)具有確確定運動的的條件在機構(gòu)分析析中，都要要求機構(gòu)有有確定運動動，顯然，，不能產(chǎn)生生相對運動動或作無規(guī)規(guī)則運動的的一些構(gòu)件件難以用來來傳遞運動動。為了使組合合起來的構(gòu)構(gòu)件能產(chǎn)生生相對運動動并具有運運動確定性性，有必要要探討機構(gòu)構(gòu)具有確定定運動的條條件。平面機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)分析析圖3-19原動件件數(shù)大于自由度度數(shù)圖3-19所示，圖中中原動件數(shù)數(shù)等于2，機構(gòu)構(gòu)自由由度F=3n-2PL-PH=3××3-2××4-0=1，原動件件數(shù)大大于機機構(gòu)的的自由由度。。若機機構(gòu)同同時要要滿足足原動動件1和原動動件3的給定定運動動，則則勢必必將桿桿2拉斷。。平面機機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析圖3-20原動件件數(shù)小小于自自由度度數(shù)的的構(gòu)件件組合合圖3-20所示，，圖中中原動動件數(shù)數(shù)等于于1，機構(gòu)構(gòu)自由由度F=3n-2PL-PH=3××4-2××5-0=2，原動件件數(shù)小小于機機構(gòu)的的自由由度。。當只只給定定原動動件1的位置置ψ1時，從動件件2、3、4的位置置可以處處于實實現(xiàn)位位置，，也可可以處處于圖圖中雙雙點畫畫線位位置或或其他他位置置，說說明從從動件件的運運動是是不確確定的的。因因此，，只有有給出出兩個個原動動件，，使構(gòu)構(gòu)件1、4處于給給定位位置，，才能能使從從動件件獲得得確定定運動動。平面機機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析圖3-21自自由度度數(shù)等等于零零的構(gòu)構(gòu)件組組合圖3-21所示，，機構(gòu)構(gòu)自由由度F=3n-2PL-PH=3××4-2××6-0=0，即機構(gòu)構(gòu)自由由度為為零的的構(gòu)件件組合合，各各構(gòu)件件之間間不能能產(chǎn)生生相對對運動動。由此得得到機機構(gòu)具具有確確定運運動的的條件件為：：自由度度F＞0，且機機構(gòu)的的自由由度數(shù)數(shù)F等于機機構(gòu)的的原動動件數(shù)數(shù)目。。平面機機構(gòu)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析實踐中中常見