機(jī)械原理：平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖

1、第二章第二章 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖及自由度平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖及自由度學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求：1）了解機(jī)構(gòu)的組成，掌握各種平面運(yùn)動(dòng)副的一般表示方法，能看懂平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。初步掌握將實(shí)際機(jī)構(gòu)繪制成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的技能。2）能識(shí)別平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖中的復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束，會(huì)運(yùn)用公式計(jì)算平面機(jī)構(gòu)的自由度并判斷其運(yùn)動(dòng)是否確定。重點(diǎn)：重點(diǎn)：1）平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算。(什么是復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束？如何判斷？）2）機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。當(dāng)不滿足此條件時(shí)，會(huì)出現(xiàn)什么情況？2-1 2-1 運(yùn)動(dòng)副及其分類運(yùn)動(dòng)副及其分類平面機(jī)構(gòu)所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。一、運(yùn)動(dòng)副及分類一、運(yùn)動(dòng)副及

2、分類運(yùn)動(dòng)副使兩構(gòu)件直接接觸并產(chǎn)生一定相對運(yùn)動(dòng)的連接稱為運(yùn)動(dòng)副。運(yùn)動(dòng)副的類型：運(yùn)動(dòng)副的類型：按接觸方式，運(yùn)動(dòng)副分為：1.低副 兩構(gòu)件通過面接觸組成的運(yùn)動(dòng)副。（1）轉(zhuǎn)動(dòng)副（回轉(zhuǎn)副、鉸鏈）：組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能在一個(gè)平面內(nèi)作相對轉(zhuǎn)動(dòng)。固定鉸鏈其中一個(gè)構(gòu)件是固定的?；顒?dòng)鉸鏈兩構(gòu)件都是活動(dòng)的。（2）移動(dòng)副：組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能沿某一直線作相對移動(dòng)。2.高副 兩構(gòu)件通過點(diǎn)、線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副。高副的承載能力差，但能傳遞較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)?？臻g運(yùn)動(dòng)副： 球面副 螺旋副二、構(gòu)件的分類二、構(gòu)件的分類按運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，構(gòu)件分為：1.固定件（機(jī)架）用來支乘活動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件，相對于參考系是靜止不動(dòng)的2.原動(dòng)件（主動(dòng)件）動(dòng)力所作

3、用的構(gòu)件，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的活動(dòng)構(gòu)件。3.從動(dòng)件（輸出構(gòu)件）隨主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的其余構(gòu)件。一、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的概念一、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的概念不考慮那些與運(yùn)動(dòng)無關(guān)的因素（構(gòu)件的形狀、具體構(gòu)造、組成構(gòu)件的零件數(shù)目等），只說明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡單圖形，稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。2-2 2-2 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖二、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制二、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制1.構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的表示1）轉(zhuǎn)動(dòng)副 小圓的圓心必須與回轉(zhuǎn)軸線重合2122112）移動(dòng)副211222111221（導(dǎo)槽）（導(dǎo)桿）(滑塊） 滑塊、導(dǎo)槽、導(dǎo)桿的導(dǎo)路必須與相對移動(dòng)方向一致3）高副 表示出接觸處的曲線形狀，其曲率中

4、心須與實(shí)際輪廓相同22114）組合表示一個(gè)構(gòu)件，兩個(gè)回轉(zhuǎn)副。 一個(gè)構(gòu)件，一個(gè)回轉(zhuǎn)副、一個(gè)移動(dòng)副一個(gè)構(gòu)件，三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副一個(gè)構(gòu)件，兩個(gè)移動(dòng)副=2.運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制方法和步驟1）根據(jù)機(jī)械的功能分析機(jī)械的組成和運(yùn)動(dòng)情況，認(rèn)清固定件、主動(dòng)件和從動(dòng)件。2）從主動(dòng)件開始，按照運(yùn)動(dòng)的傳遞順序，分析各構(gòu)件之間相對運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，從而確定構(gòu)件的數(shù)目及運(yùn)動(dòng)副的種類和數(shù)目。3）選擇適當(dāng)?shù)谋壤ǔ龈鬟\(yùn)動(dòng)副的相對位置，用構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的規(guī)定符號(hào)繪制出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。例：例：繪制沖床的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。例：例：繪制內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。例：例：繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。例：例：繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。以圖以圖2.10 所示，一偏心輪曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例，

5、說明機(jī)所示，一偏心輪曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例，說明機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制方法。構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制方法。圖圖2.10 偏心輪曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏心輪曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 圖圖2.11 對應(yīng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖對應(yīng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 例題例題2.12：繪制圖示顎式破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡圖：繪制圖示顎式破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡圖分析：該機(jī)構(gòu)有分析：該機(jī)構(gòu)有6個(gè)構(gòu)件和個(gè)構(gòu)件和7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。圖圖2.12 顎式破碎機(jī)構(gòu)顎式破碎機(jī)構(gòu) 圖圖2.13 對應(yīng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖對應(yīng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 例：例：繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。例：繪制沖床機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖。一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件具有三個(gè)自由度。2-3 2-3 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度一、機(jī)構(gòu)的自由度一、機(jī)構(gòu)的自由

6、度1.自由度及約束 自由度機(jī)構(gòu)或構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。 約束對獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的限制。2.平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算構(gòu)件組成運(yùn)動(dòng)副后，其獨(dú)立運(yùn)動(dòng)受到約束，自由度將減少。移動(dòng)副：引入兩個(gè)約束（一個(gè)移動(dòng)、一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)）轉(zhuǎn)動(dòng)副：引入兩個(gè)約束（兩個(gè)移動(dòng)）高副：引入一個(gè)約束，有兩個(gè)自由度，轉(zhuǎn)動(dòng) + 移動(dòng)。自由度計(jì)算公式： F=3n-2PF=3n-2PL L-P-PH H式中：n活動(dòng)構(gòu)件的數(shù)目。 PL 低副的數(shù)目。 PH 高副數(shù)。 例例：計(jì)算圖中機(jī)構(gòu)的自由度。 解：n=5， PL=7 ，PH=0F=3n-2PLPH=35-27-0=1二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 F=0（或F0），是靜定（超靜定）桁架。 F0，當(dāng)F主

7、動(dòng)件數(shù)目時(shí)，運(yùn)動(dòng)不確定。 當(dāng)F主動(dòng)件數(shù)目時(shí)，不能運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件： F0且當(dāng)F=主動(dòng)件數(shù)目。三、計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)注意的問題1.復(fù)合鉸鏈兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。 123123k個(gè)構(gòu)件用復(fù)合鉸鏈連接， 則轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)目為:（k-1)例：例：計(jì)算圓盤鋸主體機(jī)構(gòu)的自由度。解：n=7,A、B、C、D處有復(fù)合鉸鏈，處有復(fù)合鉸鏈， PL=10F=3n-2 PL-PH=37-210-0=12.局部自由度與整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的自由度（即多余的）。 計(jì)算時(shí)，應(yīng)排除局部自由度。常見于凸輪機(jī)構(gòu)滾子從動(dòng)件以及類似將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的情況中。3.虛約束對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生實(shí)際約束效果的重復(fù)約束。計(jì)算時(shí)，

8、應(yīng)除取虛約束（包括有關(guān)的構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副）虛約束常見于以下情況：（1）兩構(gòu)件之間形成多個(gè)導(dǎo)路平行的移動(dòng)副。11( 虛約束）( 虛約束）1H G（2）兩構(gòu)件間形成多個(gè)軸線重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副。（3）兩構(gòu)件間形成多個(gè)高副。( 虛約束）1帶虛約束的曲軸（4）軌跡重合（平行四邊形機(jī)構(gòu)）( 虛約束）（5）機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對稱部分。帶虛約束的行星輪系例：例：計(jì)算自由度。解：ABCDE有兩處虛約束、C處存在局部自由度。 n=4，PL=4，PH=2 F=3n-2PLPH=34-24-2=27 7A AC C1 12B B3 3D DE EF FG GH HI I4 45 56 6局部自由度局部自由度虛約束虛約束

9、118263231;8;6HHLPPnFPPnL解：解：例：求圖示機(jī)構(gòu)的自由度。例：求圖示機(jī)構(gòu)的自由度。并判斷機(jī)構(gòu)有無確定的運(yùn)動(dòng)。解：n=7，PL=9，PH=1 F=3n-2PLPH=37-29-1=2F=主動(dòng)件數(shù)目，所以，有確定運(yùn)動(dòng)。例：例：圖示為簡易沖床設(shè)計(jì)方案，畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖并分析其能否運(yùn)動(dòng)，設(shè)法改正錯(cuò)誤。解：繪制簡圖計(jì)算自由度 n=3，PL=4，PH=1。 F=3n2PLPH =33241 = 0該構(gòu)件組合不能運(yùn)動(dòng). a 修改，使F=1方案1：在機(jī)構(gòu)的適當(dāng)位置增加一個(gè)活動(dòng)構(gòu)件和一個(gè)低副，增加一個(gè)自由度（3-2=1）。b d 方案2：在機(jī)構(gòu)的適當(dāng)位置用一個(gè)高副代替一個(gè)低副，減少一個(gè)約束。c 例:圖示牛頭刨床設(shè)計(jì)方案草圖。設(shè)計(jì)思路為：動(dòng)力由曲柄1輸入，通過