第2章機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

機(jī)械原理A教師：趙春花機(jī)械設(shè)計(jì)教研室辦公室電話：67791180(行政樓1215室)0緒論0.1機(jī)械原理的研究對(duì)象0.2本課程的研究內(nèi)容0.3如何學(xué)習(xí)本課程0.4其他0.1機(jī)械原理的研究對(duì)象1.機(jī)器定義：執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，用來變換或傳遞能量、物料和信息。原動(dòng)機(jī)：將其他形式的能量變換為機(jī)械能的機(jī)器。

內(nèi)燃機(jī)

電動(dòng)機(jī)

工作機(jī)：利用機(jī)械能去變換或傳遞能量、物料信息的機(jī)器。

發(fā)電機(jī)

起重機(jī)金屬切削機(jī)床錄音機(jī)電動(dòng)機(jī)(馬達(dá))一般應(yīng)用在電力比較緊張的地區(qū)，或者高峰用電負(fù)荷比較大的地方，這些地方經(jīng)常會(huì)停電，從而影響生產(chǎn)營業(yè)，是一些工廠、企業(yè)、商店的必備品。三峽大壩、小浪底水庫等。發(fā)電機(jī)起重機(jī)0.1機(jī)械原理的研究對(duì)象2.機(jī)構(gòu)定義：用來傳遞運(yùn)動(dòng)和力的、有一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架的、用構(gòu)件間能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接方式組成的構(gòu)件系統(tǒng)。連桿機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)3.機(jī)器與機(jī)構(gòu)的關(guān)系機(jī)器的主體部分是由機(jī)構(gòu)組成的。機(jī)器除了有機(jī)構(gòu)以外還包括電氣、液壓等其他裝置；除了能傳遞運(yùn)動(dòng)和力之外，還具有變換或傳遞能量、物料、信息的功能。0.2本課程的內(nèi)容第一章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析（實(shí)驗(yàn)1：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪）第二章機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析第三章平面連桿機(jī)構(gòu)第四章凸輪機(jī)構(gòu)第五章齒輪機(jī)構(gòu)（實(shí)驗(yàn)2：漸開線齒廓范成）第六章輪系第七章機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)調(diào)節(jié)第八章機(jī)械的平衡0.3學(xué)習(xí)本課程的要求成績考評(píng)：考試70%，平時(shí)成績30%平時(shí)成績包括：出勤作業(yè)上課表現(xiàn)，被我點(diǎn)到名實(shí)驗(yàn)報(bào)告不交平時(shí)分沒有0.4其他先修課程：工程制圖、工程力學(xué)教材：陸寧主編《機(jī)械原理》，清華大學(xué)出版社主要參考書孫恒主編《機(jī)械原理》，高等教育出版社鄭文偉、吳克堅(jiān)主編《機(jī)械原理》第七版，高等教育出版社課件、板書1.1機(jī)構(gòu)的組成1.2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1.3機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件1.4速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用第一章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析1.零件定義：制造的單元連桿體連桿蓋螺栓墊圈螺母通用零件：螺栓、墊圈、螺母專用零件：連桿體、連桿蓋1.1機(jī)構(gòu)的組成連桿體連桿蓋螺栓墊圈螺母內(nèi)燃機(jī)連桿1.1機(jī)構(gòu)的組成2.構(gòu)件定義：運(yùn)動(dòng)的單元，是相互固結(jié)在一起的零件的組合體。3.運(yùn)動(dòng)副定義：兩構(gòu)件直接接觸而組成的可動(dòng)連接直接接觸可動(dòng)連接運(yùn)動(dòng)副的約束對(duì)構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的限制1.1機(jī)構(gòu)的組成運(yùn)動(dòng)副的分類低副：兩構(gòu)件通過面接觸組成的運(yùn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副：組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能在平面內(nèi)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)1.1機(jī)構(gòu)的組成移動(dòng)副：組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能沿某一軸線相對(duì)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡為直線1.1機(jī)構(gòu)的組成凸輪高副（點(diǎn)接觸）齒輪高副（線接觸）1.1機(jī)構(gòu)的組成高副：兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副齒輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)4.運(yùn)動(dòng)鏈定義：兩個(gè)以上的構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副連接而成的相對(duì)可動(dòng)的系統(tǒng)。圖（a）圖（b）圖（c）圖（d）1.1機(jī)構(gòu)的組成5.機(jī)構(gòu)用來傳遞運(yùn)動(dòng)和力的、有一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架的、用構(gòu)件間能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接方式組成的構(gòu)件系統(tǒng)有一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架的運(yùn)動(dòng)鏈。1.1機(jī)構(gòu)的組成零件固定裝配構(gòu)件可動(dòng)連接機(jī)構(gòu)機(jī)器傳遞和變換運(yùn)動(dòng)對(duì)外做功制造機(jī)械1.2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1.定義僅用簡(jiǎn)單的線條和符號(hào)來代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按一定比例確定各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，能表示機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形。為簡(jiǎn)明地表達(dá)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性和工作原理，要去掉與運(yùn)動(dòng)無關(guān)的尺寸、外形等因素。用國標(biāo)規(guī)定的簡(jiǎn)單符號(hào)和線條代表運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件。確定構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置和性質(zhì)，并按一定比例尺表示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，繪制出表示機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)明圖形。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖與原機(jī)械具有完全相同運(yùn)動(dòng)特性。212121222122.常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)兩構(gòu)件為活動(dòng)構(gòu)件有一個(gè)構(gòu)件固定轉(zhuǎn)動(dòng)副11112兩構(gòu)件為活動(dòng)構(gòu)件有一個(gè)構(gòu)件固定1212121212121212移動(dòng)副齒輪的輪齒與輪齒接觸凸輪與從動(dòng)件的接觸高副1212122121213.一般構(gòu)件的表示方法固定構(gòu)件同一構(gòu)件4.繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的步驟1）根據(jù)機(jī)構(gòu)的實(shí)際結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況，找出機(jī)構(gòu)的機(jī)架、原動(dòng)件、工作構(gòu)件；2）確定機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部分，即確定構(gòu)件數(shù)以及運(yùn)動(dòng)副數(shù)、類型；3）確定轉(zhuǎn)動(dòng)副的相對(duì)位置，即在轉(zhuǎn)動(dòng)副的位置繪制出轉(zhuǎn)動(dòng)副符號(hào)；4）用規(guī)定的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副符號(hào)，依次繪出機(jī)架、構(gòu)件、移動(dòng)副，從而完成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制。1234abc41(原動(dòng)件)2(工作構(gòu)件)3(工作構(gòu)件)4(機(jī)架)動(dòng)畫例1abc141223344-----1-------2------3-----41234abcabc4-----1-------2------3-----4動(dòng)畫按鈕例2動(dòng)畫按鈕14a2344----1----2----3----4cb動(dòng)畫按鈕ABC1234ABC例3ABCABC例4例5ABCABC1234例6例71234ABC例81.3機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件1.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)的自由度F：機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件相對(duì)于機(jī)架所能有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。12341j機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：機(jī)構(gòu)原動(dòng)件個(gè)數(shù)等于機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)目。F≤0，構(gòu)件間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不成為機(jī)構(gòu)。原動(dòng)件數(shù)=F，運(yùn)動(dòng)確定F>0,原動(dòng)件數(shù)<F，運(yùn)動(dòng)不確定原動(dòng)件數(shù)>F，機(jī)構(gòu)破壞

2.平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算一個(gè)自由構(gòu)件-----3個(gè)自由度一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副--------2個(gè)約束一個(gè)移動(dòng)副--------2個(gè)約束一個(gè)高副-----------1個(gè)約束設(shè)現(xiàn)有一個(gè)平面機(jī)構(gòu)，K個(gè)構(gòu)件，1個(gè)固定構(gòu)件，n=K-1個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，PL個(gè)低副，pH個(gè)高副。平面機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)=活動(dòng)構(gòu)件未用運(yùn)動(dòng)副連接之前的自由度總數(shù)-運(yùn)動(dòng)副引入的約束總數(shù)F=3n-（2PL+PH）=3n-2PL-PHF=1F=23.計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng)1）復(fù)合鉸鏈

定義：兩個(gè)以上構(gòu)件同時(shí)在一處用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接

處理辦法：m個(gè)構(gòu)件在同一處構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)目為（m-1）個(gè)。幾種典型復(fù)合鉸鏈3DmFE'56C4m7281AE1（1）有一個(gè)復(fù)合鉸鏈，不存在局部自由度和虛約束。復(fù)合鉸鏈（2）n=7,PL=10,PH=0(3)F=3n－2PL－PH=3×7－2×20-0=1解：2）局部自由度

定義——在某些機(jī)構(gòu)中，不影響其他構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的自由度稱為局部自由度。處理辦法——把滾子固化在支承滾子的構(gòu)件上。3）虛約束

定義：對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)際上不起限制作用的重復(fù)約束。

其中AO1∥BO3∥MN（1）不同構(gòu)件上兩點(diǎn)間的距離保持恒定……

處理辦法：將機(jī)構(gòu)中構(gòu)成虛約束的構(gòu)件連同其所附帶的運(yùn)動(dòng)副去掉不計(jì)。（2）如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成移動(dòng)副，且移動(dòng)方向彼此平行或重合，則只能算一個(gè)移動(dòng)副。自由度為何不同??平行移動(dòng)副（3）如果兩構(gòu)件在多處相配合而構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，且轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合，則只能算一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。同軸轉(zhuǎn)動(dòng)副（4）如果兩構(gòu)件在多處相接觸而構(gòu)成平面高副，且各接觸點(diǎn)處的公法線彼此重合，則只能算一個(gè)平面高副。（5）在輸入件與輸出件之間用多組完全相同的運(yùn)動(dòng)鏈來傳遞運(yùn)動(dòng)

虛約束的引入，一般是為了改善機(jī)構(gòu)受力，增大傳遞功率或者其它特殊需求；計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，不考慮虛約束的作用；虛約束的成立，要滿足一定的幾何條件或者結(jié)構(gòu)條件，如果這些條件被破壞，將轉(zhuǎn)化了實(shí)約束，影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)；虛約束問題小結(jié)：

機(jī)械設(shè)計(jì)中如果需要采用虛約束，必須保證設(shè)計(jì)、加工、裝配精度，以確保滿足虛約束存在的條件。求圖示機(jī)構(gòu)的自由度求圖示機(jī)構(gòu)的自由度復(fù)合鉸鏈局部自由度1234567計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)的自由度復(fù)合鉸鏈各有兩個(gè)移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副6移動(dòng)副4構(gòu)件7自由度1n8，pL11，pH1，F(xiàn)3n2pLpH38211111。216DKO3457CBA109HGFEIJ8216DKO3457CBA109HGFEIJ81.4速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用1.速度瞬心2.速度瞬心法在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用A1(A2)B1(B2)12P121.瞬心定義：兩個(gè)作平面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，在任一瞬時(shí)，其相對(duì)運(yùn)動(dòng)可看作是繞某一重合點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。特性：相對(duì)速度為零，絕對(duì)速度相等類型：絕對(duì)速度瞬心相對(duì)速度瞬心符號(hào)表示:Pij1.速度瞬心2.瞬心數(shù)目

在機(jī)構(gòu)中的瞬心數(shù)目遵循組合規(guī)律，任意兩構(gòu)件之間具有一個(gè)瞬心。公式3.瞬心位置的確定a）兩個(gè)構(gòu)件之間用運(yùn)動(dòng)副連接的瞬心位置12P12（1）兩個(gè)構(gòu)件用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接時(shí)的瞬心位置（2）兩個(gè)構(gòu)件用移動(dòng)副連接時(shí)的瞬心位置（3）兩個(gè)構(gòu)件用平面高副連接時(shí)的瞬心位置當(dāng)兩構(gòu)件組成純滾動(dòng)的高副時(shí)，瞬心位于接觸點(diǎn)當(dāng)兩構(gòu)件組成滑動(dòng)兼滾動(dòng)的高副時(shí)，瞬心位于過接觸點(diǎn)的公法線n-n上純滾動(dòng)連滾帶滑b)兩個(gè)構(gòu)件之間沒有用運(yùn)動(dòng)副連接的瞬心位置三心定理：作平面運(yùn)動(dòng)的三個(gè)構(gòu)件有三個(gè)瞬心，且位于同一直線上。P13P13VP1312341P13?[例1]找出圖示機(jī)構(gòu)的瞬心1-2-3(P12P23)P13P24？解：瞬心數(shù)目N=？(P12P14)P24(P23P34)P241-4-3(P34P14)P13N=6個(gè)1234P12P23P14P13P24P14P34P12P23P12P23P14P341234P12P23P14P13P241234P12P23P14P13P241234P12P23P14P13P241234P34P12P23P14P13P241234P34P12P23P14P13P241234ABCw1q1234Dw3P12P24P14P34P23P13[例2]確定瞬心數(shù)目N=？N=6(P12P23)P13(P34P14)P13(P12P14)P24(P23P34)P241P34P12P23P14P13P241234解：①瞬心數(shù)為6個(gè)(=N(N-1)/2=4(4-1)/2)②直接觀察能求出4個(gè)：P12、P23、P34、P14余下的2個(gè)用三心定理求出。a)鉸鏈機(jī)構(gòu)已知構(gòu)件2的轉(zhuǎn)速ω2，求構(gòu)件4的角速度ω4。P24P13ω2P12P23P34P14VP242341ω42.速度瞬心在機(jī)構(gòu)速度分析中的應(yīng)用P24P13ω2③求瞬心P24的速度。對(duì)構(gòu)件4：VP24＝μl(P24P14)·ω4

ω4＝ω2·

(P24P12)/P24P14對(duì)構(gòu)件2：VP24＝μl(P24P12)·ω2P12P23P34P14方向:順時(shí)針,與ω2相同。相對(duì)瞬心位于兩絕對(duì)瞬心的同一側(cè)，兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相同VP242341ω4312b)高副機(jī)構(gòu)已知構(gòu)件2的轉(zhuǎn)速ω2，求構(gòu)件3的角速度ω3。ω2用三心定理求出P23

。求瞬心P23的速度

:對(duì)構(gòu)件3：VP23＝μl(P2