第4章 平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

第一節(jié)概述第二節(jié)運(yùn)動(dòng)副及其分類第三節(jié)平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖第四節(jié)平面機(jī)構(gòu)的自由度第五節(jié)平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析

第四章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析一、機(jī)構(gòu)的概念第一節(jié)

概述零件：機(jī)器的基本組成單元，單獨(dú)制造的實(shí)體。構(gòu)件：運(yùn)動(dòng)的單元體、一個(gè)或多個(gè)零件的剛性組合。內(nèi)燃機(jī)連桿套筒連桿體螺栓墊圈螺母軸瓦連桿蓋第一節(jié)

概述機(jī)構(gòu)：若干構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副組成的具有確定運(yùn)動(dòng)的組合體。機(jī)器：是一種人為實(shí)物組合的具有確定機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，它用來(lái)完成有用功、轉(zhuǎn)換能量或處理信息。第一節(jié)

概述內(nèi)燃機(jī)中：由缸體，活塞，連桿，曲軸，四個(gè)構(gòu)件組成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。由缸體，齒輪，三個(gè)構(gòu)件組成齒輪機(jī)構(gòu)。由缸體，凸輪，排氣閥三個(gè)構(gòu)件組成凸輪機(jī)構(gòu)。第一節(jié)

概述二、研究機(jī)構(gòu)的目的1、探討機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)可能性及具有確定運(yùn)動(dòng)的條件；2、對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理分類，便于運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析；3、繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，便于分析研究。第二節(jié)

運(yùn)動(dòng)副及其分類一、運(yùn)動(dòng)副的概念

由兩個(gè)構(gòu)件直接接觸而產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接稱為運(yùn)動(dòng)副。兩構(gòu)件上參與接觸構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的部分（點(diǎn)、線、面）稱為運(yùn)動(dòng)副元素。對(duì)運(yùn)動(dòng)副的理解要把握以下三點(diǎn)：（１）運(yùn)動(dòng)副是一種聯(lián)接；（２）運(yùn)動(dòng)副由兩個(gè)構(gòu)件組成；（３）組成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)構(gòu)件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副是機(jī)械原理中最重要的概念之一第二節(jié)

運(yùn)動(dòng)副及其分類二、運(yùn)動(dòng)副分類

組成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副的類型決定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式。運(yùn)動(dòng)副有多種類型，對(duì)運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行正確的分類，在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和綜合中是非常重要的。根據(jù)兩個(gè)構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)空間分為

空間運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)副根據(jù)運(yùn)動(dòng)副的的接觸情況分為

高副低副根據(jù)兩構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系分為

轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副螺旋副……

第二節(jié)

運(yùn)動(dòng)副及其分類1、根據(jù)兩個(gè)構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)空間分為

空間運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)副第二節(jié)

運(yùn)動(dòng)副及其分類２、根據(jù)運(yùn)動(dòng)副的的接觸情況分為

高副——兩構(gòu)件為點(diǎn)、線接觸低副——兩構(gòu)件為面接觸第二節(jié)

運(yùn)動(dòng)副及其分類在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，必須分清高副與低副

3、根據(jù)兩構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分為

轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副螺旋副……

第二節(jié)

運(yùn)動(dòng)副及其分類第二節(jié)

運(yùn)動(dòng)副及其分類三、構(gòu)件的自由度與約束構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為自由度xyzyx空間運(yùn)動(dòng)具有6自由度平面運(yùn)動(dòng)具有3自由度對(duì)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的限制作用稱為約束。第二節(jié)

運(yùn)動(dòng)副及其分類結(jié)論：高副——一個(gè)約束，兩個(gè)自由度低副——兩個(gè)約束，一個(gè)自由度第三節(jié)

平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

為了便于研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，可以撇開構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副的外形和具體構(gòu)造，而只用簡(jiǎn)單的線條和符號(hào)代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按比例定出各運(yùn)動(dòng)副位置，表示機(jī)構(gòu)的組成和傳動(dòng)情況。這樣繪制出能夠準(zhǔn)確表達(dá)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的簡(jiǎn)明圖形就稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。

只是為了表明機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或各構(gòu)件的相互關(guān)系，也可以不按比例來(lái)繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，通常把這樣的簡(jiǎn)圖稱為機(jī)構(gòu)示意圖。第三節(jié)

平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖第三節(jié)

平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖第三節(jié)

平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的步驟

1.首先確定機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件和執(zhí)行件，兩者之間為傳動(dòng)部份，由此確定出組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件，然后確定構(gòu)件間運(yùn)動(dòng)副的類型。

2.恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面。一般選擇與多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面相平行的面為投影面，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖要以正確、簡(jiǎn)單、清晰為原則。

3.選擇適當(dāng)?shù)谋壤?，根?jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸定出各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，然后用規(guī)定的符號(hào)畫出各類運(yùn)動(dòng)副。第三節(jié)

平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖第三節(jié)

平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一、機(jī)構(gòu)的自由度1、運(yùn)動(dòng)鏈與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈——若干構(gòu)件由運(yùn)動(dòng)副相互連接組成的系統(tǒng)。組成運(yùn)動(dòng)鏈的每個(gè)構(gòu)件至少包含兩個(gè)運(yùn)副要素，這種運(yùn)動(dòng)鏈稱為閉式鏈。如果運(yùn)動(dòng)鏈中有的構(gòu)件只包含一個(gè)運(yùn)副元素稱為開式鏈。第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度將運(yùn)動(dòng)鏈的一個(gè)構(gòu)件固定為機(jī)架，另一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件(作為原動(dòng)件)作獨(dú)立運(yùn)動(dòng)時(shí)，其余構(gòu)件(為從動(dòng)件)即隨之作確定的運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)。不能運(yùn)動(dòng)或無(wú)規(guī)則亂動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈，都不能成為機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的自由度——機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)，原動(dòng)件的數(shù)目。機(jī)構(gòu)的自由度與構(gòu)件總數(shù)、運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)量有關(guān)。2、機(jī)構(gòu)的自由度第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度

對(duì)于具有n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件的平面機(jī)構(gòu)，若各構(gòu)件之間共構(gòu)成了PL個(gè)低副和PH個(gè)高副，則它們共引入(2PL+PH)個(gè)約束。機(jī)構(gòu)的自由度F為:

F=3n－(2PL+PH)=3n－2PL－PH平面機(jī)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目為:所有活動(dòng)構(gòu)件的自由度的和減去所有運(yùn)動(dòng)副引入約束數(shù)目的和。這是機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度

二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件

所謂機(jī)構(gòu)的自由度，實(shí)質(zhì)上就是機(jī)構(gòu)具有確定位置時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。因此，機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：

機(jī)構(gòu)的自由度F＝原動(dòng)件數(shù)1)若機(jī)構(gòu)自由度Ｆ≤０，則機(jī)構(gòu)不能動(dòng);2)若Ｆ>0，而原動(dòng)件數(shù)<F，運(yùn)動(dòng)是不確定的；3）若Ｆ>０,而原動(dòng)件數(shù)>F，則構(gòu)件產(chǎn)生破壞。第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算下列機(jī)構(gòu)的自由度n=2,PL=3,PH=0

F=3n－2PL－PH=3×2-2×3=0n=3,PL=5,PH=0

F=3n－2PL－PH=3×3-2×5=-11)若機(jī)構(gòu)自由度Ｆ≤０，則機(jī)構(gòu)不能動(dòng);第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度n=4,PL=5,PH=0

F=3n－2PL－PH=3×4-2×5=22)若Ｆ>0，而原動(dòng)件數(shù)<F，運(yùn)動(dòng)是不確定的；第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度n=3,PL=4,PH=0

F=3n－2PL－PH=3×3-2×4=13）若Ｆ>０,而原動(dòng)件數(shù)>F，則構(gòu)件產(chǎn)生破壞；4)若Ｆ>０且與原動(dòng)件數(shù)相等，則機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是確定的。三、計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)1.復(fù)合鉸鏈由兩個(gè)以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為復(fù)合鉸鏈。

按實(shí)際鉸鏈數(shù)目計(jì)算自由度第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度2.局部自由度不影響機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)的自由度，稱為局部自由度。在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，局部自由度應(yīng)當(dāng)舍棄不計(jì)。第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度3.虛約束在機(jī)構(gòu)中，有些約束所起的限制作用可能是重復(fù)的，這種不起獨(dú)立限制作用的約束稱為虛約束。計(jì)算自由度時(shí)，應(yīng)先將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副去掉，然后再進(jìn)行計(jì)算。第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度

機(jī)構(gòu)的虛約束常發(fā)生在下述幾沖情況：

1)當(dāng)不同構(gòu)件上兩點(diǎn)間的距離保持恒定時(shí)，若在兩點(diǎn)間加上一個(gè)構(gòu)件和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副雖不改變機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，但卻引入一個(gè)虛約束。第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度2）當(dāng)兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副，且其導(dǎo)路互相平行或重合時(shí)，則只有一個(gè)移動(dòng)副起約束作用，其余都是虛約束第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度3）當(dāng)兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且軸線互相重合時(shí)，則只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副起作用，其余轉(zhuǎn)動(dòng)副都是虛約束。第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度４）機(jī)構(gòu)中對(duì)運(yùn)動(dòng)起重復(fù)限制作用的對(duì)稱部分也往往會(huì)引入虛約束。第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度第四節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的自由度大網(wǎng)篩自由度計(jì)算：第五節(jié)平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析一、平面機(jī)構(gòu)的高副低代

高副低代的方法：用一個(gè)帶有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的構(gòu)件來(lái)代替一個(gè)高副，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副分別在高副兩輪廓接觸點(diǎn)的曲率中心處將替代構(gòu)件與構(gòu)成高副的兩構(gòu)件聯(lián)接在一起。高副低代：為了便于對(duì)含有高副的平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析研究，將機(jī)構(gòu)中的高副用低副來(lái)代替稱為高副低代。高副低代的替代條件：替代前后機(jī)構(gòu)的自由度，瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度保持不變第五節(jié)平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析

1.高副機(jī)構(gòu)由兩個(gè)繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤組成。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩圓盤中心連線保持不變，該高副機(jī)構(gòu)可用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)來(lái)代替。第五節(jié)平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析

2）任意曲線輪廓的高副機(jī)構(gòu)在接觸點(diǎn)的公法線上找出兩曲線接觸處的曲率中心，，用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)來(lái)瞬時(shí)代替原高副機(jī)構(gòu)。第五節(jié)平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析