第一章平面機(jī)構(gòu)自由度和速度

課前須知§1-1平面機(jī)構(gòu)的組成§1-2運(yùn)動副及其分類§1-3平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖§1-4平面機(jī)構(gòu)的自由度及具有確定運(yùn)動的條件第一章平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖及自由度計(jì)算

課前須知主要任務(wù)：了解機(jī)構(gòu)的組成，搞清運(yùn)動副、約束和自由度的概念；能繪制平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖；能計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度；重點(diǎn)：平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制及自由度的計(jì)算。難點(diǎn)：虛約束的判斷。1-1平面機(jī)構(gòu)的組成一、機(jī)構(gòu)的組成與分類：1、機(jī)構(gòu)：是具有確定相對運(yùn)動的構(gòu)件的組合。構(gòu)件：機(jī)構(gòu)中的（最小）運(yùn)動單元一個(gè)或若干個(gè)零件剛性聯(lián)接而成。平面機(jī)構(gòu)：各構(gòu)件的相對運(yùn)動平面互相平行

空間機(jī)構(gòu)：各構(gòu)件不完全在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動。蝸桿傳動四連桿機(jī)構(gòu)一、機(jī)構(gòu)的組成與分類：2、機(jī)構(gòu)分類：1-1平面機(jī)構(gòu)的組成二、自由度：1、構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度。平面運(yùn)動的構(gòu)件有三個(gè)自由度。2、對構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動所施加的限制稱為約束。1-2運(yùn)動副及其分類一、運(yùn)動副1、運(yùn)動副：

使兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運(yùn)動的可動聯(lián)接。2、運(yùn)動副三要素：兩構(gòu)件直接接觸：點(diǎn)、線、面有相對運(yùn)動二、運(yùn)動副分類：1、按引進(jìn)的約束數(shù)目分類2、按兩構(gòu)件的接觸情況分類3、按兩構(gòu)件的相對運(yùn)動分類4、按運(yùn)動狀態(tài)分類

1-2運(yùn)動副及其分類1-3平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖一、基本知識：任何一個(gè)機(jī)構(gòu)都是有若干構(gòu)件組成。這些構(gòu)件可分三類：原動件：機(jī)構(gòu)中作用有驅(qū)動力或力矩的構(gòu)件；

機(jī)架：機(jī)構(gòu)中固結(jié)于參考系的構(gòu)件；

從動件：機(jī)構(gòu)中除了原動件和機(jī)架以外的構(gòu)件。在任何一個(gè)機(jī)構(gòu)中，必須有一個(gè)、也必須只能有一個(gè)構(gòu)件作機(jī)架；在可動構(gòu)件中必須有一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件為原動件。認(rèn)識機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件二、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖：1-3平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖按比例，用特定的符號和線條，簡明表示機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間相對運(yùn)動關(guān)系的圖形。1、運(yùn)動簡圖中常見的運(yùn)動副和構(gòu)件的表示（1）、運(yùn)動副的符號（2）、構(gòu)件（桿）：2、繪機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的步驟3、例題：繪制顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖4、思考題

內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制1-4平面機(jī)構(gòu)的自由度及具有確定運(yùn)動的條件一、平面機(jī)構(gòu)的自由度1、機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)中活動構(gòu)件相對于機(jī)架所具有的獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目。2、平面機(jī)構(gòu)的自由度的計(jì)算公式已知：

n個(gè)活動構(gòu)件

自由度為3n。PL個(gè)低副限制2PL個(gè)自由度PH個(gè)高副限制PH個(gè)自由度機(jī)構(gòu)自由度數(shù)＝

活動構(gòu)件的自由度數(shù)－引入運(yùn)動副減少的自由度數(shù)F=3n-2PL-PHF即：3、例（1）：求顎式碎礦機(jī)機(jī)構(gòu)自由度?！窘狻炕顒訕?gòu)件數(shù)n＝3由圖可知：低副數(shù)PL＝4高副數(shù)PH＝0故F=3n-2PL-PH＝3×3－2×4－0＝1一、平面機(jī)構(gòu)的自由度二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件1-4平面機(jī)構(gòu)的自由度及具有確定運(yùn)動的條件1、什么是確定運(yùn)動？分析兩個(gè)桿系機(jī)構(gòu)的運(yùn)動：ab機(jī)構(gòu)在什么條件下才能具有確定運(yùn)動呢？機(jī)構(gòu)在什么條件下才能具有確定運(yùn)動呢？b圖

F=3n-2PL-PH＝3×3－2×4－0＝1

由此見，機(jī)構(gòu)自由度為1時(shí)，需要1個(gè)原動件，機(jī)構(gòu)自由度為2時(shí)，需要2個(gè)原動件，即機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件即：機(jī)構(gòu)的原動件（主動件）數(shù)目必須等于機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算自由度：a圖

F=3n-2PL-PH＝3×4－2×5－0＝22、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)=機(jī)構(gòu)的原動件數(shù)二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件F≤0：構(gòu)件間無相對運(yùn)動，不成為機(jī)構(gòu)。F>0：分析：原動件數(shù)=F運(yùn)動確定原動件數(shù)<F運(yùn)動不確定原動件數(shù)>F機(jī)構(gòu)破壞3、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動與機(jī)構(gòu)自由度的關(guān)系：二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件例（2）：如圖所示為一六桿機(jī)構(gòu)。要求計(jì)算其自由度?！窘狻坑蓤D可知：低副數(shù)PL＝6高副數(shù)PH＝0故F=3n-2PL-PH＝3×5－2×6－0＝3活動構(gòu)件數(shù)n＝5計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問題×3、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動與機(jī)構(gòu)自由度的關(guān)系：三、計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問題1-4平面機(jī)構(gòu)的自由度及具有確定運(yùn)動的條件1.復(fù)合鉸鏈：三個(gè)或三個(gè)以上個(gè)構(gòu)件在同一條軸線上形成的轉(zhuǎn)動副。由m個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈包含的轉(zhuǎn)動副數(shù)目應(yīng)為（m-1）個(gè)

例題例（2）：如圖所示為一六桿機(jī)構(gòu)。要求計(jì)算其自由度?！窘狻坑蓤D可知：低副數(shù)PL＝7高副數(shù)PH＝0故F=3n-2PL-PH＝3×5－2×7－0＝1活動構(gòu)件數(shù)n＝5√三、計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問題2、局部自由度:與輸出件運(yùn)動無關(guān)的自由度，計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)可刪除。錯誤：＝三、計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問題正確：3、虛約束：

重復(fù)而不起獨(dú)立限制作用的約束稱為虛約束。計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)，虛約束應(yīng)除去不計(jì)。虛約束常出現(xiàn)的形式有以下幾種：軌跡重合的虛約束轉(zhuǎn)動副軸線重合的虛約束移動副導(dǎo)路平行的虛約束

機(jī)構(gòu)對稱部分的虛約束三、計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問題五、例題：

計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)的自由度，并指出復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束。

1-4平面機(jī)構(gòu)的自由度及具有確定運(yùn)動的條件解：習(xí)題：計(jì)算下列機(jī)構(gòu)自由度局部自由度復(fù)合鉸鏈虛約束n=8Pl=11Ph=1F=1局部自由度復(fù)合鉸鏈虛約束n=9Pl=12Ph=2題二F=11、按引進(jìn)的約束數(shù)目分類引進(jìn)一個(gè)約束的運(yùn)動副稱為Ⅰ級副引進(jìn)兩個(gè)約束的運(yùn)動副稱為Ⅱ級副依次有:

Ⅲ級副

Ⅳ級副

Ⅴ級副2、按兩構(gòu)件的接觸情況分類限制一個(gè)自由度（一個(gè)移動），保留兩個(gè)自由度（一個(gè)移動，一個(gè)轉(zhuǎn)動）。（1）、高副：兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動副稱為高副。

凸輪高副平面高副齒輪高副

2、按兩構(gòu)件的接觸情況分類（2）、低副：

兩構(gòu)件通過面接觸而構(gòu)成的運(yùn)動副。根據(jù)兩構(gòu)件間的相對運(yùn)動形式，可分為轉(zhuǎn)動副和移動副。轉(zhuǎn)動副

（或鉸鏈）：兩構(gòu)件只能在一個(gè)平面內(nèi)作相對轉(zhuǎn)動。

限制兩個(gè)自由度（兩個(gè)移動）、保留一個(gè)自由度（轉(zhuǎn)動）。固定鉸鏈活動鉸鏈（2）、低副：移動副：

兩構(gòu)件只能沿某一方向線作相對移動的運(yùn)動副。可分為轉(zhuǎn)動副（鉸鏈）、移動副、螺旋副和球面副（如圖所示）。

轉(zhuǎn)動副移動副螺旋低副球面低副3、按兩構(gòu)件的相對運(yùn)動分類4、按運(yùn)動狀態(tài)分類可以分為平面運(yùn)動副和空間運(yùn)動副。凡是兩構(gòu)件運(yùn)動平面相互平行的運(yùn)動副稱為

平面運(yùn)動副。而運(yùn)動平面不互相平行的稱為空間運(yùn)動副。（1）、運(yùn)動副的符號轉(zhuǎn)動副：移動副：齒輪副：凸輪副：（2）、構(gòu)件（桿）：1）分析機(jī)構(gòu)，觀察相對運(yùn)動，數(shù)清所有構(gòu)件的數(shù)目；2）確定所有運(yùn)動副的類型和數(shù)目；3）選擇合理的位置（即能充分反映機(jī)構(gòu)的特性）；4）確定比例尺；5）用規(guī)定的符號和線條繪制成簡圖。（從原動件開始畫)）2、繪機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的步驟3、例題：繪制顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

如圖為顎式破碎機(jī)。當(dāng)曲軸2繞其軸心O連續(xù)轉(zhuǎn)動時(shí)，動顎板3作往復(fù)擺動，從而將處于動顎板3和固定顎板6之間的礦石7軋碎。試?yán)L制此碎礦機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。4肘板2曲軸1飛輪3動鄂板5機(jī)架6固定鄂板電機(jī)【解】（1）運(yùn)動分析曲軸2于機(jī)架5在O點(diǎn)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副曲軸2與動顎板3也構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，其軸心在A點(diǎn)肘板4分別與動顎板3和機(jī)架5在B、C兩點(diǎn)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副。3、例題：繪制顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)器組成：

構(gòu)件1為固裝于曲軸2上的飛輪曲軸2動顎板3、肘桿4機(jī)架：5

固定顎板6固定安裝在機(jī)架上運(yùn)動副構(gòu)成：【解】（1）運(yùn)動分析3、例題：繪制顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖運(yùn)動傳遞：電機(jī)皮帶曲軸動鄂肘板機(jī)構(gòu)組成：原動件：曲軸2從動件：動顎板3、擺桿4機(jī)架：5曲柄搖桿機(jī)構(gòu)【解】3、例題：繪制顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖步驟：按圖量取尺寸;

選取合適的比例尺;

確定O、A、B、C四個(gè)轉(zhuǎn)動副的位置;

即可繪制出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖;

最后標(biāo)出原動件的轉(zhuǎn)動方向。（由圖知：O、C在同