平面機構(gòu)運動簡圖

第一章

平面機構(gòu)的運動簡圖及自由度4.平面機構(gòu)具有確定相對運動的條件3.平面機構(gòu)運動簡圖及繪制畫法2.平面機構(gòu)自由度及其計算1.平面機構(gòu)的組成12/27/20241§1-1平面機構(gòu)的組成

一、機構(gòu)的組成與分類1、概念：

機構(gòu)：是具有確定相對運動的構(gòu)件的組合

構(gòu)件：機構(gòu)中的（最小）運動單元

由一個或若干個零件剛性聯(lián)接而成

動畫演示12/27/202422、組成：機架：固定不動的構(gòu)件

原動件：輸入運動規(guī)律的構(gòu)件

從動件：其它的活動構(gòu)件3、平面機構(gòu)：各構(gòu)件在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動

蝸桿傳動

曲柄滑塊機構(gòu)空間機構(gòu)：各構(gòu)件不完全在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動12/27/20243當這些構(gòu)件之間以一定的方式聯(lián)接起來成為機構(gòu)時，各個構(gòu)件不再是自由構(gòu)件。兩相互接觸的構(gòu)件間只能作一定的相對運動，自由度減少。這種對構(gòu)件獨立運動所施加的限制稱為約束。一個作平面運動的自由構(gòu)件有三個獨立運動的可能性。構(gòu)件所具有的這種獨立運動的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度。所以一個作平面運動的自由構(gòu)件有3個自由度,二、自由度6個作空間運動的自由構(gòu)件有自由度。12/27/20244三、運動副及其分類（一）低副

兩構(gòu)件通過面接觸而構(gòu)成的運動副稱為低副。根據(jù)兩構(gòu)件間的相對運動形式，低副又可分為轉(zhuǎn)動副和移動副。限制兩個自由度：（兩個移動）保留一個自由度（轉(zhuǎn)動）概念：兩構(gòu)件直接接觸又存在一定相對運動的可動聯(lián)接。類型：低副和高副1.轉(zhuǎn)動副

（或鉸鏈）

兩構(gòu)件只能在一個平面內(nèi)作相對轉(zhuǎn)動12/27/202452.移動副

兩構(gòu)件只能沿某一方向線作相對移動的運動副稱為移動副。

限制兩個自由度：（一個移動，一個轉(zhuǎn)動）保留一個自由度（移動）12/27/20246（二）高副

兩構(gòu)件通過點或線接觸組成的運動副稱為高副。限制一個自由度：（一個移動）保留兩個自由度（一個移動，一個轉(zhuǎn)動）12/27/20247§1-2平面機構(gòu)運動簡圖

機構(gòu)示意圖：只需表明機構(gòu)運動傳遞情況和構(gòu)造特征，不必按嚴格比例所畫的圖形1、機構(gòu)運動簡圖：簡明表示機構(gòu)中各構(gòu)件之間相對運動關(guān)系的圖形運動副的類型、數(shù)目、相對位置、構(gòu)件數(shù)目構(gòu)件外形、截面尺寸、組成構(gòu)件的零件數(shù)目、運動副的具體構(gòu)造和運動有關(guān)的：和運動無關(guān)的：用簡單線條表示構(gòu)件規(guī)定符號代表運動副按比例定出運動副的相對位置與原機械具有完全相同的運動特性12/27/202482、常用機構(gòu)和運動副的表示方法：12/27/20249（1）運動副的符號轉(zhuǎn)動副：移動副：12/27/202410凸輪副：齒輪副：12/27/202411桿、軸類構(gòu)件機架同一構(gòu)件兩副構(gòu)件三副構(gòu)件（2）構(gòu)件（桿）：12/27/2024123、繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟1）分析機構(gòu)，觀察相對運動，數(shù)清所有構(gòu)件的數(shù)目；2）確定所有運動副的類型和數(shù)目，測量各運動副之間位置；3）選擇合理的位置（即能充分反映機構(gòu)的特性），確定視圖方向；4）確定比例；5）用規(guī)定的符號和線條繪制成簡圖。（從原動件開始畫)）分清原動件、機架和從動件12/27/202413例：

試繪制內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖12/27/202414例題1：內(nèi)燃機12/27/2024151234ABC141223A14B12C2343241412/27/202416ABCEFDG例題2：破碎機12/27/202417§1-3平面機構(gòu)的自由度

一、平面機構(gòu)的自由度的計算機構(gòu)的自由度：機構(gòu)中活動構(gòu)件相對于機架所具有的獨立運動的數(shù)目。（與構(gòu)件數(shù)目，運動副的類型和數(shù)目有關(guān)）如果：活動構(gòu)件數(shù)：n

低副數(shù)：

pl

高副數(shù)：

ph連接前總自由度：3n連接后引入的總約束數(shù)：2pl+phF=3n-(2pl+ph)

=3n-2pl-ph機構(gòu)自由度F：12/27/202418機構(gòu)自由度計算舉例：牛頭刨床12/27/202419F=3n-2PL-PH=3×6-2×8-1=1解：n=6,PL=8,PH=1機構(gòu)自由度計算舉例：12/27/202420機構(gòu)自由度計算舉例：1234F=3n－2pl－ph

=3

－2

－

340=

112345F=3n－2pl－ph

=3

－2

－

450=

2F=3n－2pl－ph

=3

－2

－

221=1BCAF=3n－2pl－ph

=3

－2

－

340=

1F=3n－2pl－ph

=3

－2

－

451=

112/27/202421二、平面機構(gòu)具有確定相對運動的條件

機構(gòu)要能運動，它的自由度必須大于零。機構(gòu)的自由度表明機構(gòu)具有的獨立運動數(shù)。由于每一個原動件只可從外界接受一個獨立運動規(guī)律（如內(nèi)燃機的活塞具有一個獨立的移動）因此，當機構(gòu)的自由度為1時，只需有一個原動件；當機構(gòu)的自由度為2時，則需有兩個原動件。F=3n－2pl－ph

=3

4－2

5－0=2

F=3n－2pl－ph

=3

3－2

5－0=-1

F=3n－2pl－ph

=3

2－2

3－0=0

BCABCADEAEBCD12/27/202422F≤0，構(gòu)件間無相對運動，不成為機構(gòu)。(F=0,剛性桁架)F>0,原動件數(shù)=F，運動確定原動件數(shù)<F，運動不確定原動件數(shù)>F，機構(gòu)破壞故機構(gòu)具有確定運動的條件是：原動件數(shù)目應(yīng)等于機構(gòu)的自由度數(shù)目。結(jié)論：機構(gòu)具有確定運動的條件：1機構(gòu)自由度>02原動件數(shù)＝機構(gòu)自由度數(shù)12/27/202423試計算圖示挖土機的自由度，并說明為什么要配置三個油缸。

12/27/202424縫紉機刺布機構(gòu)

油泵12/27/202425F=3n-2PL-PH=3*5-2*6-0=3F=3n-2PL-PH=3*5-2*7-0=11.復(fù)合鉸鏈：兩個以上個構(gòu)件在同一條軸線上形成的轉(zhuǎn)動副。由K個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈包含的轉(zhuǎn)動副數(shù)目應(yīng)為（K-1）個。

三、注意事項

12/27/202426F=3n-2PL-PH=3*3-2*3-1=2F=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=12、局部自由度

在機構(gòu)中，某些構(gòu)件具有不影響其它構(gòu)件運動的自由度局部自由度經(jīng)常發(fā)生的場合：滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦時添加的滾子、軸承中的滾珠解決的方法：計算機構(gòu)自由度時，設(shè)想將滾子與安裝滾子的構(gòu)件固結(jié)在一起，視作一個構(gòu)件—排除12/27/2024273、虛約束

重復(fù)而不起獨立限制作用的約束稱為虛約束。計算機構(gòu)的自由度時，虛約束應(yīng)除去不計?！懦摷s束經(jīng)常發(fā)生的場合:A兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運動副時B兩構(gòu)件某兩點之間的距離在運動過程中始終保持不變時C聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合時D機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分12/27/202428A、兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運動副時兩構(gòu)件組合成多個轉(zhuǎn)動副，且其軸線重合兩構(gòu)件組合成多個移動副，其導(dǎo)路平行或重合兩構(gòu)件組合成若干個高副，但接觸點之間的距離為常數(shù)123123目的：為了改善構(gòu)件的受力情況F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－221＝112/27/202429討論：兩構(gòu)件構(gòu)成多個導(dǎo)路平行的移動副F=3n-2PL-PH=3*3-2*5-0=-1F=3n-2PL-PH=3*3-2*4-0=1例子分析：12/27/202430B、兩構(gòu)件某兩點之間的距離在運動中保持不變時在這兩個例子中，加與不加紅色構(gòu)件MN效果完全一樣，為虛約束解決方法：計算時應(yīng)將構(gòu)件MN及其引入的約束去掉F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－

460＝

0NM錯對＝

1F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝112/27/202431C、兩構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合在該機構(gòu)中，構(gòu)件2上的C點C2與構(gòu)件3上的C點C3軌跡重合，為虛約束解決方法：計算時應(yīng)將構(gòu)件3及其引入的約束去掉來計算同理，也可將構(gòu)件4當作虛約束，將構(gòu)件4及其引入的約束去掉來計算，效果完全一樣BAC(C2,C3)D1234F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－340＝112/27/202432D、機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分在該機構(gòu)中，齒輪3是齒輪2的對稱部分，為虛約束解決方法：計算時應(yīng)將齒輪3及其引入的約束去掉同理，將齒輪2當作虛約束去掉，完全一樣目的：為了改善構(gòu)件的受力情況F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－332＝112345行星輪系12/27/202433虛約束——結(jié)論機構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn)的，如果這些幾何條件不滿足，則虛約束將變成有效約束，而使機構(gòu)不能運動采用虛約束是為了:改善構(gòu)件的受力情況；傳遞較大功率；或滿足某種特殊需要在設(shè)計機械時，若為了某種需要而必須使用虛約束時，則必須嚴格保證設(shè)計、加工、裝配的精度，以滿足虛約束所需要的幾何條件12312/27/202434C處為復(fù)合鉸鏈,計算時為（3-1)=2個鉸鏈；E、E'為虛約束應(yīng)去掉一個；F處為局部自由度應(yīng)去掉。例子分析：=37-29-1=2F=3n-2PL-PH12/27/202435C處為復(fù)合鉸鏈,計算時為（3-1)=2個鉸鏈；D處為虛約束應(yīng)去掉；B處為局部自由度應(yīng)去掉。2和3為一個構(gòu)件。F=3n-2PL-PHCBD=39-212-2=112/27/202436F=3n－2pl－ph

=3

5－2

7－0=1

F=3n－2pl－ph

=3

3－2

4－0=1

12/27/202437n=2,PL=3F=0n=3,PL=4,F