德州學(xué)院機電工程系

機械設(shè)計基礎(chǔ)德州學(xué)院機電工程系機械制造教研室王志坤1/12/20231緒論第一章平面機構(gòu)的自由度和速度分析第二章平面連桿機構(gòu)第三章凸輪機構(gòu)第四章齒輪機構(gòu)第五章輪系第六章間歇運動機構(gòu)第七章機械運轉(zhuǎn)速度波動的調(diào)節(jié)第八章回轉(zhuǎn)件的平衡第九章機械零件設(shè)計概論1/12/20232

第十章聯(lián)結(jié)第十一章齒輪傳動第十二章蝸桿傳動第十三章帶傳動和鏈傳動第十四章軸第十五章滑動軸承第十六章滾動軸承第十七章聯(lián)軸器、離合器和制動器第十八章彈簧1/12/20233第一章平面機構(gòu)的自由度

本章要求：

1.掌握各種平面運動副的表達方法，能熟練看懂平面機構(gòu)的運動簡圖。

2.計算平面機構(gòu)的自由度并判斷是否具有確定的運動。本章重點：計算平面機構(gòu)的自由度。本章難點：平面機構(gòu)運動簡圖的繪制。（4學(xué)時）1/12/20234

§

1運動副及其分類§

2平面機構(gòu)運動簡圖

§3平面機構(gòu)的自由度教學(xué)內(nèi)容：§0

機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的1/12/20235機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的1.研究機構(gòu)的組成及其具有確定運動的條件目的是2.按結(jié)構(gòu)特點對機構(gòu)進行分類不同的機構(gòu)都有各自的特點，把各種機構(gòu)按結(jié)構(gòu)加以分類，其目的是按其分類建立運動分析和動力分析的一般方法?！鍣C構(gòu)包含哪幾個部分;▲各部分如何相聯(lián)？▲以及怎樣的結(jié)構(gòu)才能保證具有確定的相對運動？1/12/202364.研究機構(gòu)的組成原理目的是搞清楚按何種規(guī)律組成的機構(gòu)能滿足運動確定性的要求。3.繪制機構(gòu)運動簡圖

目的是為運動分析和動力分析作準備。5.機構(gòu)按運動方式分類

平面機構(gòu)，空間機構(gòu)的分類。1/12/20237作平面運動的剛體在空間的位置需要三個獨立的參數(shù)（x，y,θ）才能唯一確定。yxθ(x,y)F=3單個自由構(gòu)件的自由度為3§1.1平面機構(gòu)的自由度1/12/20238運動副a)兩個構(gòu)件、b)直接接觸、c)有相對運動運動副元素:直接接觸的部分（點、線、面）例如：凸輪、齒輪齒廓、活塞與缸套等。定義：運動副－－兩個構(gòu)件直接接觸組成的仍能產(chǎn)生某些相對運動的聯(lián)接。三個條件，缺一不可作者：潘存云教授1.1.1運動副及其分類1/12/202391.低副(lowerpair)－面接觸，應(yīng)力低。例如：轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副）、移動副。

2.高副(highpair)－點、線接觸，應(yīng)力高。例如：常見平面高副：滾動副、凸輪副、齒輪副等。按運動副元素分有：1/12/2023103.空間運動副例如：球面副、螺旋副等，空間運動副不在本章討論范圍之內(nèi)。1/12/202311課件練習(xí)題1/12/2023121.2平面機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖:用以說明機構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系的簡單圖形。作用：1.表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動情況。機動示意圖－不按比例繪制的簡圖現(xiàn)摘錄了部分GB4460－84機構(gòu)示意圖如下表。2.作為運動分析和動力分析的依據(jù)。1/12/202313常用機構(gòu)運動簡圖符號在機架上的電機齒輪齒條傳動帶傳動圓錐齒輪傳動1/12/202314鏈傳動圓柱蝸桿蝸輪傳動凸輪傳動外嚙合圓柱齒輪傳動1/12/202315機構(gòu)運動簡圖應(yīng)滿足的條件：

1.構(gòu)件數(shù)目與實際相同

2.運動副的性質(zhì)、數(shù)目與實際相符

3.運動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實際機構(gòu)成比例。棘輪機構(gòu)內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動1/12/202316常見運動副符號的表示:國標GB4460－841/12/202317常用運動副的符號運動副名稱運動副符號兩運動構(gòu)件構(gòu)成的運動副轉(zhuǎn)動副移動副12121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時的運動副122121平面運動副1/12/202318平面高副螺旋副21121221211212球面副球銷副121212空間運動副1212121/12/202319構(gòu)件的表示方法1/12/202320三副構(gòu)件兩副構(gòu)件一般構(gòu)件的表示方法1/12/202321若干1個或幾個1個4.機構(gòu)定義：具有確定運動的運動鏈稱為機構(gòu)。機架:作為參考系的構(gòu)件，如機床床身、車輛底盤、飛機機身。機構(gòu)的組成：機構(gòu)＝機架＋原動件＋從動件原（主）動件:按給定運動規(guī)律運動的構(gòu)件。從動件:其余可動構(gòu)件。1/12/202322繪制機構(gòu)運動簡圖順口溜：先兩頭，后中間，從頭至尾走一遍，數(shù)數(shù)構(gòu)件是多少，再看它們怎相聯(lián)。步驟：1.運轉(zhuǎn)機械，搞清楚運動副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目；4.檢驗機構(gòu)是否滿足運動確定的條件。2.測量各運動副之間的尺寸，選投影面（運動平面），繪制示意圖。3.按比例繪制運動簡圖。簡圖比例尺：μl=實際尺寸m/圖上長度mm思路：先定原動部分和工作部分（一般位于傳動線路末端），弄清運動傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運動副的類型，并用符號表示出來。舉例：繪制破碎機和偏心泵的機構(gòu)運動簡圖。1/12/202323鱷式破碎機1/12/202324作者：潘存云教授1234繪制圖示偏心泵的運動簡圖偏心泵1/12/202325§1.3.1平面機構(gòu)的自由度給定S3＝S3(t)，一個獨立參數(shù)θ1＝θ1（t）唯一確定，該機構(gòu)僅需要一個獨立參數(shù)。若僅給定θ1＝θ1（t）,則θ2θ3θ4均不能唯一確定。若同時給定θ1和θ4

，則θ3θ2

能唯一確定，該機構(gòu)需要兩個獨立參數(shù)。θ4S3123S’3θ11234θ11/12/202326定義：保證機構(gòu)具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數(shù)稱為機構(gòu)的自由度。原動件:能獨立運動的構(gòu)件?！咭粋€原動件只能提供一個獨立參數(shù)∴機構(gòu)具有確定運動的條件為：自由度＝原動件數(shù)1/12/202327自由構(gòu)件的自由度數(shù)運動副自由度數(shù)約束數(shù)回轉(zhuǎn)副1（θ）+2（x，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)移動副1（x）+2（y，θ）=3高副2（x,θ）+1（y）

=3θ經(jīng)運動副相聯(lián)后，由于有約束，構(gòu)件自由度會有變化：＝自由構(gòu)件的自由度數(shù)－約束數(shù)1/12/202328活動構(gòu)件數(shù)

n

計算公式：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)3×n2×PL1

×Ph推廣到一般：

1/12/202329

一.機構(gòu)具有確定運動的條件

1/12/202330F=3×2-2×3=0桁架結(jié)構(gòu)F=3n-（2pl+ph）1/12/20233113123曲柄搖桿機構(gòu)1/12/202332311231/12/202333131231/12/2023343F=3n-（2pl+ph）F=33-(24+0)=11312給一個主動件，機構(gòu)有確定運動。1/12/2023351142341/12/2023361142341/12/2023371142341/12/20233811F=3×4-2×5=24234F=3n-（2pl+ph）給兩個主動件，機構(gòu)有確定運動。1/12/202339F=0F=11/12/202340F=0F=2F=11/12/202341F=0F=2F=1機構(gòu)具有確定運動的條件：1.F>0；2.機構(gòu)的主動件數(shù)=F。1/12/202342例題①計算曲柄滑塊機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)PL=4F=3n－2PL－PH=3×3－2×4=1高副數(shù)PH=0S31231/12/202343例題②計算五桿鉸鏈機構(gòu)的自由度解：活動構(gòu)件數(shù)n=4低副數(shù)PL=5F=3n－2PL－PH

=3×4－2×5=2

高副數(shù)PH=01234θ11/12/202344例題③計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=2低副數(shù)PL=2F=3n－2PL－PH

=3×2－2×2－1=1高副數(shù)PH=11231/12/2023451.復(fù)合鉸鏈

－－兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)。計算：m個構(gòu)件,有m－1轉(zhuǎn)動副。兩個低副自由度計算中的特殊問題1/12/20234612345678ABCDEF例題④計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)PL=6F=3n－2PL－PH高副數(shù)PH==3×7－2×6－0=9計算結(jié)果肯定不對！構(gòu)件數(shù)不會錯，肯定是低副數(shù)目搞錯了！01/12/202347上例：在B、C、D、E四處應(yīng)各有2個運動副。例題④重新計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=低副數(shù)PL=10F=3n－2PL－PH

=3×7－2×10－0=1可以證明：F點的軌跡為一直線。12345678ABCDEF圓盤鋸機構(gòu)71/12/2023482.局部自由度F=3n－2PL－PH－FP=3×3－2×3－1－1=1本例中局部自由度FP=1或計算時去掉滾子和鉸鏈：

F=3×2－2×2－1=1定義：構(gòu)件局部運動所產(chǎn)生的自由度。出現(xiàn)在加裝滾子的場合，計算時應(yīng)去掉Fp。滾子的作用：滑動摩擦滾動摩擦。1231231/12/202349⑥計算圖示兩種凸輪機構(gòu)的自由度。解：n=3，PL=3，F(xiàn)=3n－2PL－PH

=3×3－2×3－1=2PH=對于右邊的機構(gòu)，有：

F=3×2－2×2－1=1事實上，兩個機構(gòu)的運動相同，且F=112312311/12/202350解：n=4，PL=6，F(xiàn)=3n－2PL－PH=3×4－2×6=0PH=03.虛約束(formalconstraint)－－對機構(gòu)的運動實際不起作用的約束。計算自由度時應(yīng)去掉虛約束?！逨E＝AB＝CD，故增加構(gòu)件4前后E點的軌跡都是圓弧，。增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件4。⑦已知：AB＝CD＝EF，計算圖示平行四邊形機構(gòu)的自由度。1234ABCDEF1/12/202351重新計算：n=3,PL=4,PH=0F=3n－2PL－PH=3×3－2×4