機械設計基礎第四章平面機構運動簡圖及自由度

第四章常用機構§4.1概述左圖為單缸四沖程內(nèi)燃機，它是由氣缸體1、活塞2、進氣閥3、排氣閥4、連桿5、曲軸6、凸輪7、頂桿8、齒輪10等所組成?；钊耐鶑瓦\動通過連桿轉變?yōu)榍S的連續(xù)運動。凸輪和頂桿是用來起閉進氣閥和排氣閥的。三個齒輪保證進氣、排氣閥和活塞之間形成有一定節(jié)奏的動作，將燃氣的熱能轉換為曲軸轉動的機械能。氣缸體1活塞2進氣閥3排氣閥4連桿5曲軸6凸輪7頂桿8齒輪10§4.1概述§4.1概述如圖所示的牛頭刨床是由電動機1、小齒輪2、與大齒輪固定在一起的曲軸3、滑塊4和6、導桿5、刨頭7、工作臺8、絲桿9、床身10以及其他圖中未畫出的輔助部分所組成。當電動機經(jīng)膠帶傳動并通過齒輪使曲軸回轉時，導桿作平面復雜運動。刨頭便帶著刨刀作往復直線移動，從而產(chǎn)生刨削動作。同時，動力還通過其他輔助部分帶動絲桿作間歇回轉，使工作臺橫向移動，從而實現(xiàn)工件的進給§4.1概述§4.1概述一、機器的特性：1、它們都是由各種材料做成的制造單元（零件）經(jīng)過裝配而成的各個運動單元（構件）的組合體。2、各個運動單元之間具有確定的相對運動。3、在生產(chǎn)過程中，它們能代替或減輕人的勞動，完成有用的機械功或轉換機械功能機器：是執(zhí)行機械運動的裝置，用來完成有用的機械功或轉換機械能?！?.1概述二、構件、零件與機構：零件：基本的制造單元，構件：基本的運動單元，它可由一個或多個零件組成。機構：機器的組成部分，能實現(xiàn)預期的機械運動的各構件所組成的基本組合體，機器由若干個機構組成，如右圖內(nèi)燃機就包含了曲柄滑塊機構、凸輪機構和齒輪機構等三個不同的機構。又如縫紉機的踏板為連桿機構機構只具有機器的前兩個特征?！?.1概述§4.1概述三、機器的分類：工作機：用來完成有用功的機器；如各種機床、起重機、挖掘機、發(fā)電機等等原動機：將其他形式的能量轉換為機械能的機器，如內(nèi)燃機、蒸汽機、電動機等。機組：工程中大多數(shù)是工作機和原動機相互配合應用，又是加上獨立的傳動裝置（齒輪減速機等）§4.2.1平面機構的組成一、構件及其自由度一個自由構件作平面運動時，具有三個獨立運動；沿x軸和y軸的移動以及繞垂直于xOy平面內(nèi)任一點A轉動。一個作平面運動的自由構件具有三個自由度。運動副：機構中兩構件直接接觸的可動聯(lián)接。約束：兩構件用運動副聯(lián)接后，彼此的相對運動受到某些限制。運動副元素：兩構件上參加接觸而構成運動的部分，如點、線、面。二、運動副與約束兩構件組成的運動副，不外乎是通過點、線、面接觸來實現(xiàn)的。三、運動副的分類與符號根據(jù)運動副的接觸形式，運動副歸為兩類1）低副：面接觸的運動副。轉動副具有一個獨立相對轉動的運動副。三、運動副的分類與符號移動副轉動副和移動副都是面接觸，引入兩個約束，也就是限制自由構件的兩個自由度，只保留了一個自由度。具有沿一個方向獨立相對獨立移動的運動副。2）高副：點或線接觸的運動副。1）平面運動副：組成運動副兩構件間作相對平面運動，如轉動副、移動副、凸輪副、齒輪副。也可將運動副分為平面運動副和空間運動副：2）空間運動副：組成運動副兩構件間作相對空間運動。如螺旋副，球面副。四、運動鏈兩個以上構件通過運動副聯(lián)接而構成的相對可動的系統(tǒng)。閉式運動鏈（簡稱閉鏈）開式運動鏈（簡稱開鏈）平面閉式運動鏈空間閉式運動鏈平面開式運動鏈空間開式運動鏈平面運動鏈空間運動鏈按運動分按結構分運動鏈但當機構安裝在運動的機械上時則是運動的。

——按給定已知運動規(guī)律獨立運動的構件；五、機構具有固定構件的運動鏈稱為機構。機架原動件從動件——機構中的固定構件；——機構中其余活動構件。平面鉸鏈四桿機構機構常分為平面機構和空間機構兩類，其中平面機構應用最為廣泛?？臻g鉸鏈四桿機構一般機架相對地面固定不動，常以轉向箭頭表示。其運動規(guī)律決定于原動件的運動規(guī)律和機構的結構和構件的尺寸。機架原動件從動件機架從動件原動件§4.2.2平面機構運動簡圖機構運動簡圖是用規(guī)定的運動副符號及代表構件的線條來表示機構的運動特性，并按一定的比例畫成的簡單圖形。并利用機構運動簡圖對機構進行結構、運動和動力等分析。運動簡圖的繪制方法：1弄清楚所要繪制機械的結構和動作原理；2從原動件開始，按照運動傳遞的順序，仔細分析各構件相對運動的性質(zhì)，確定運動副的類型及數(shù)目；3合理選擇視圖平面，通常選擇與大多數(shù)構件的運動平面相平行的平面為視圖平面4選取適當?shù)拈L度比例尺，以線條和運動副規(guī)定符號表示構件和運動副，按一定的順序進行繪圖。5在簡圖上標明機架、構件序號、原動件、繪圖比例等；243B1ADC§4.2.3平面機構的自由度機構是用來傳遞運動和力的，不僅機構的各構件相對于機架能運動，而且當給定一個或數(shù)個獨立運動時各構件的運動是確定的。那么，我們把機構中各構件相對于機架的所能有的獨立運動數(shù)目稱為機構的自由度。

一、平面機構件的自由度兩構件用運動副聯(lián)接后，彼此的相對運動受到某些約束。每個低副引入兩個約束，每個高副引入一個約束。設某平面機構，除機架外共有n個活動構件，又有pL個低副和pH個高副，根據(jù)自由構件的自由度、運動副引入的約束，活動構件之間的關系，可以得出平面機構自由度的計算公式如下：平面機構的自由度

F=3n-2PL–PH活動構件的數(shù)目低副數(shù)目高副數(shù)目F=3×3–2×4=1F=3×4–2×5=2n=3PL=4n=4PL=5此機構共有5個活動構件（構件1、2、3、4、6），7個低副（即轉動副A、B、C、D、E、F及移動副E），而沒有高副，因此可求得其自由度為F＝3n－2PL－PH=3×5-2×7=1例：試計算偏心輪傳動機構的自由度。二、平面機構具有確定運動的條件F＝1原動件＝1運動確定F＝2原動件＝1運動不確定F＝1原動件＝2損壞F=3×3–2×5=-1(超靜定桁架)F=3×2-2×3=0(桁架)n=2PL=3n=3Pl=5F＝2原動件＝2運動確定

平面機構具有確定運動的條件：F≤0時，機構蛻化成剛性桁架，構件之間不可能產(chǎn)生相對運動。2)F≥1時，原動件數(shù)大于機構自由度，機構遭到破壞；原動件數(shù)小于機構自由度，機構運動不確定。只有當原動件數(shù)目等于機構自由度數(shù)時，機構才有確定的運動。三、計算機構自由度時應注意的幾種情況1）復合鉸鏈由三個或三個以上構件組成的軸線重合的轉動副稱為復合鉸鏈。由m個構件組成的復合鉸鏈應含有(m-1)個轉動副。

F=3×7–2×10=1n=7Pl=102)局部自由度局部自由度：機構中個別構件不影響其它構件運動，即對整個機構運動無關的自由度。ABC321F=23-22-11=1n=3Pl=3Ph=1n=2Pl=2Ph=1ABC321在計算自由度時，拿掉這個局部自由度，即可將滾子與裝滾子的構件固接在一起。43）虛約束

1、虛約束：在機構中與其他運動副作用重復，而對構件間的相對運動不起獨立限制作用的約束。將具有虛約束運動副的構件連同它所帶入的與機構運動無關的運動副一并不計。虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合：a.兩構件之間構成多個運動副時；b.兩構件上某兩點間的距離在運動過程中始終保持不變時；c.聯(lián)接構件與被聯(lián)接構件上聯(lián)接點的軌跡重合時；虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合：d.機構中對運動不起作用的對稱部分。e.兩構件組成若干個軸線互相重合的轉動副.