機(jī)械原理第八版第二章講解課件

1、第二章 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-1 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的2-2 機(jī)構(gòu)的組成及分類2-3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖2-4 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件2-5 機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算2-6 計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)2-7 平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析返回 研究機(jī)構(gòu)的組成及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的畫法研究機(jī)構(gòu)是怎樣組成的，并對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析與綜合，研究如何用簡單圖形，把機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)狀況表示出來 了解機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)要正常工作必須具有確定的運(yùn)動(dòng)，因而必須知道機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 研究機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類研究機(jī)構(gòu)的組成原理有利于創(chuàng)造新機(jī)械，根據(jù)組成原理可對(duì)各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分類，有利于對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析和

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)氣缸體連桿凸輪軸曲軸齒輪活塞一、機(jī)構(gòu)的組成1.零件和構(gòu)件任何機(jī)器都是由許多零件組合而成機(jī)器中的獨(dú)立制造單元體稱為零件機(jī)器中的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元體稱為構(gòu)件從運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)來看，任何機(jī)器都是由若干個(gè)（兩個(gè)以上）構(gòu)件組合而成的推桿2.運(yùn)動(dòng)副 運(yùn)動(dòng)副由兩個(gè)構(gòu)件直接接觸而組成的可動(dòng)的連接稱為運(yùn)動(dòng)副 運(yùn)動(dòng)副元素兩構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面稱為運(yùn)動(dòng)副元素（軸與軸承、滑塊與導(dǎo)軌、兩輪齒嚙合） 構(gòu)件的自由度構(gòu)件的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度一個(gè)平面自由構(gòu)件和一個(gè)空間自由構(gòu)件自由度分別是多少？運(yùn)動(dòng)副的自由度和約束度的關(guān)系？ 運(yùn)動(dòng)副分類 根據(jù)運(yùn)動(dòng)副引入的約束度的不同分 級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副 根據(jù)運(yùn)動(dòng)副元素

3、的不同分 高副、低副 根據(jù)構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不同分 轉(zhuǎn)動(dòng)副（回轉(zhuǎn)副或鉸鏈）、移動(dòng)副、螺旋副、球面副 運(yùn)動(dòng)副還可分為平面運(yùn)動(dòng)副與空間運(yùn)動(dòng)副 運(yùn)動(dòng)副符號(hào)為便于表示運(yùn)動(dòng)副和繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，運(yùn)動(dòng)副常用簡單的圖形符號(hào)來表示（GB4460/T1984）平面閉式運(yùn)動(dòng)鏈空間閉式運(yùn)動(dòng)鏈平面開式運(yùn)動(dòng)鏈空間開式運(yùn)動(dòng)鏈3.運(yùn)動(dòng)鏈 運(yùn)動(dòng)鏈構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副的連接而構(gòu)成的可相對(duì)運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)稱為運(yùn)動(dòng)鏈 運(yùn)動(dòng)鏈的分類機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件4.機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu)具有固定構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)鏈稱為機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)中的固定構(gòu)件稱為機(jī)架機(jī)構(gòu)中按給定的已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件稱為原動(dòng)件常在其上畫表示運(yùn)動(dòng)方向的箭頭機(jī)構(gòu)中的其余活動(dòng)構(gòu)件稱為從動(dòng)件

4、注意：機(jī)架只有1個(gè)，原動(dòng)件至少1個(gè)二、機(jī)構(gòu)的分類根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況可將機(jī)構(gòu)分為平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)根據(jù)組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件的情況和機(jī)構(gòu)的工作原理的不同，可將機(jī)構(gòu)分為連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)等類型的機(jī)構(gòu)在對(duì)現(xiàn)有機(jī)械進(jìn)行分析或設(shè)計(jì)新機(jī)器時(shí)，都需要繪出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖一、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖1.影響構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的因素機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)是由原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、各運(yùn)動(dòng)副的類型和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸（確定各運(yùn)動(dòng)副相對(duì)位置的尺寸）決定的。與構(gòu)件的實(shí)際形狀（高副機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副元素除外）、斷面尺寸、組成構(gòu)件的零件數(shù)目及固連方式無關(guān)2.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸，按一定比例尺定出各運(yùn)動(dòng)副位置，用運(yùn)動(dòng)副及常用機(jī)構(gòu)

5、運(yùn)動(dòng)簡圖的代表符號(hào)和一般構(gòu)件的表示方法將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)傳遞情況表示出來的簡化圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖3.機(jī)構(gòu)示意圖只是為了表明機(jī)械的結(jié)構(gòu)狀況，也可以不按嚴(yán)格的比例繪制的簡圖稱為機(jī)構(gòu)示意圖二、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制1.分析機(jī)構(gòu) 首先確定原動(dòng)件和執(zhí)行構(gòu)件（最后輸出運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件） 然后沿著運(yùn)動(dòng)傳遞路線從原動(dòng)件開始搞清楚原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)是如何經(jīng)過傳動(dòng)部分傳遞到執(zhí)行構(gòu)件的 最后搞清楚機(jī)構(gòu)由多少構(gòu)件組成、各構(gòu)件間運(yùn)動(dòng)副的類型以及各運(yùn)動(dòng)副所在的相對(duì)位置（轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)中心、移動(dòng)副的方位直線、高副的接觸點(diǎn)）2.選定視圖平面一般選擇機(jī)構(gòu)多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面為視圖平面，以簡單清楚正確地把機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)傳遞情況表示出來為原則3.繪制機(jī)

6、構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 在選定視圖平面和原動(dòng)件的某一適當(dāng)位置后，便可選擇適當(dāng)比例尺 根據(jù)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)尺寸定出各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置 再用運(yùn)動(dòng)副的代表符號(hào)、常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖符號(hào)和構(gòu)件的表示方法將各部分畫出，即可得機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖4.標(biāo)示應(yīng)注明比例尺及單位：l=實(shí)際尺寸/圖示尺寸 mm/mm機(jī)架畫出陰影線原動(dòng)件要畫出表示運(yùn)動(dòng)方向的箭頭構(gòu)件用阿拉伯?dāng)?shù)字編號(hào)運(yùn)動(dòng)副位置處用大寫字母標(biāo)示【例2-1】 活塞泵機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖繪制【例2-2】 內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖繪制一、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)例為了按照一定的要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的傳遞及變換，當(dāng)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，其余構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)一般也應(yīng)是完全確定的。一個(gè)機(jī)構(gòu)在什么條件下才能實(shí)現(xiàn)確定的運(yùn)動(dòng)

7、呢？1.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 給定1個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng) 給定2個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)2.鉸鏈五桿機(jī)構(gòu) 給定1個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng) 給定2個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件1.機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的自由度，其數(shù)目常用F表示2.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目F如果原動(dòng)件數(shù)F，則會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)最薄弱環(huán)節(jié)的損壞一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算1.運(yùn)動(dòng)副與約束的關(guān)系每個(gè)低副提供2個(gè)約束，每個(gè)高副提供1個(gè)約束2.平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式F=3n（2pl+ph）【例2-3】試計(jì)算圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的自由度解：F3n（2plph）33（24 +0）=1【例2-4】試計(jì)算圖示鉸鏈五桿機(jī)

8、構(gòu)的自由度解：F3n（2plph）34（25 +0）=2一、要正確計(jì)算運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目1.復(fù)合鉸鏈兩個(gè)以上的構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副連接就構(gòu)成了復(fù)合鉸鏈由m個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈，共有(m-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，應(yīng)注意機(jī)構(gòu)中是否存在復(fù)合鉸鏈2.相同約束的運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，且轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成移動(dòng)副，且移動(dòng)方向彼此平行 兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，且各接觸點(diǎn)處的公法線彼此重合A1A23.復(fù)合高副如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，而在各接觸點(diǎn)處的公法線方向彼此不重合（公法線相交和公法線平行），就構(gòu)成了復(fù)合高副，復(fù)合高副相當(dāng)于一個(gè)低副二、要除去局部自由度機(jī)構(gòu)中某

9、些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運(yùn)動(dòng)并不影響其他構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，這種局部運(yùn)動(dòng)的自由度稱為局部自由度，其數(shù)目以F表示計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，應(yīng)從機(jī)構(gòu)的自由度中減去局部自由度FF3n(2plph) F試計(jì)算滾子推桿凸輪機(jī)構(gòu)的自由度解：F3n(2plph) F=33 (231) 1=1三、要除去虛約束增加一個(gè)活動(dòng)構(gòu)件和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，等于多引入了一個(gè)約束。這個(gè)約束對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)只起重復(fù)的約束作用，因而是一個(gè)虛約束1.虛約束機(jī)構(gòu)中有些運(yùn)動(dòng)副帶入的對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)只起重復(fù)約束作用，這類約束稱為虛約束，虛約束的數(shù)目常以 p表示計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)，應(yīng)從機(jī)構(gòu)的約束數(shù)中減去虛約束數(shù)p，F(xiàn)3n(2plph p) F2.虛約束常發(fā)生情況 軌跡重合機(jī)

10、構(gòu)中，如果用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接的是兩構(gòu)件上運(yùn)動(dòng)軌跡相重合的點(diǎn)，則該連接將帶入一個(gè)虛約束（將兩構(gòu)件在轉(zhuǎn)動(dòng)副處拆開，分析兩構(gòu)件在轉(zhuǎn)動(dòng)副處的軌跡在連接前后是否重合） 距離不變?cè)跈C(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，若兩構(gòu)件上兩點(diǎn)之間的距離始終保持不變， 若用一雙轉(zhuǎn)動(dòng)副桿將此兩點(diǎn)相連，將帶入一個(gè)虛約束 結(jié)構(gòu)重復(fù)機(jī)構(gòu)中不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞的重復(fù)部分所帶入的約束設(shè)機(jī)構(gòu)中重復(fù)部分的構(gòu)件數(shù)為n、機(jī)構(gòu)引入重復(fù)部分所帶入的低副數(shù)為pl、高副數(shù)為ph，則重復(fù)部分所帶入的約束數(shù)p 為p（2 pl + ph ）3 n【例2-5】試計(jì)算圖示某包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷該機(jī)構(gòu)是否具有確定的運(yùn)動(dòng)解： 在圖中指出注意事項(xiàng) 正確數(shù)出n、pl、ph、p、F

11、寫出公式并代入數(shù)值計(jì)算F3n(2plph p) F 39(21131)2 1復(fù)合鉸鏈虛約束局部自由度局部自由度一、平面機(jī)構(gòu)的組成原理1.基本桿組不能再拆的最簡單的自由度為零的構(gòu)件組稱為基本桿組，簡稱桿組2.機(jī)構(gòu)的組成原理任何機(jī)構(gòu)都可看作是由若干個(gè)基本桿組依次連接于原動(dòng)件、機(jī)架或基本桿組上而構(gòu)成的，這就是機(jī)構(gòu)的組成原理3.平面機(jī)構(gòu)組成原理的作用當(dāng)對(duì)現(xiàn)有機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析或動(dòng)力分析時(shí)，可將機(jī)構(gòu)分解為機(jī)架和原動(dòng)件及若干基本桿組，然后對(duì)相同的基本桿組以相同的方法進(jìn)行分析當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)新機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖時(shí)，可先選定一個(gè)機(jī)架，并將數(shù)目等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)的F個(gè)原動(dòng)件用運(yùn)動(dòng)副連于機(jī)架上，然后再將各基本桿組依次連接于

12、原動(dòng)件、機(jī)架或基本桿組上，從而構(gòu)成一個(gè)新的機(jī)構(gòu)4.桿組并接注意事項(xiàng)在桿組并接時(shí)，不能將同一桿組的各個(gè)外接運(yùn)動(dòng)副接于同一構(gòu)件上，否則將起不到增加桿組的作用二、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分類是根據(jù)機(jī)構(gòu)中基本桿組的不同進(jìn)行的1.基本桿組的條件3n2plph0 （低副和高副）3n2pl0 （全低副）2.基本桿組的類型 級(jí)組由2個(gè)構(gòu)件和3個(gè)低副（2外1內(nèi)）構(gòu)成的基本桿組 級(jí)組由4個(gè)構(gòu)件和6個(gè)低副（3外3內(nèi)）構(gòu)成的基本桿組，都有1個(gè)包含3個(gè)低副構(gòu)件3.機(jī)構(gòu)的級(jí)別最高級(jí)別為級(jí)組的基本桿組構(gòu)成的機(jī)構(gòu)稱為級(jí)機(jī)構(gòu)最高級(jí)別為級(jí)組的基本桿組構(gòu)成的機(jī)構(gòu)稱為級(jí)機(jī)構(gòu)只由機(jī)架和原動(dòng)件構(gòu)成的機(jī)構(gòu)稱為級(jí)機(jī)構(gòu)三、平面機(jī)構(gòu)中的高副低

13、代1.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，可將機(jī)構(gòu)中的高副根據(jù)一定的條件虛擬地以低副加以代替，這種將高副以低副來代替的方法稱為高副低代2.高副低代條件 代替前后機(jī)構(gòu)的自由度完全相同 代替前后機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度完全相同3.高副低代方法高副低代時(shí)能否用一個(gè)低副直接代替一個(gè)高副？ 圓弧高副機(jī)構(gòu) 非圓弧高副機(jī)構(gòu) 點(diǎn)高副機(jī)構(gòu) 直線高副機(jī)構(gòu)在進(jìn)行高副低代時(shí)，只要用一個(gè)虛擬構(gòu)件分別與兩高副構(gòu)件在接觸點(diǎn)的曲率中心處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連就行了，若曲率中心在無窮遠(yuǎn)處時(shí)，虛擬構(gòu)件處的轉(zhuǎn)動(dòng)副將轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副四、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析1.分析目的：了解機(jī)構(gòu)的組成，確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別2.分析方法及步驟正確計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，并確定原動(dòng)件除去相同約束的運(yùn)動(dòng)副、虛約束和局部自由度如果機(jī)構(gòu)中有高副，應(yīng)進(jìn)行高副低代進(jìn)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析（注意復(fù)合鉸鏈）確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別【例2-6】試對(duì)顎式破碎機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析 取構(gòu)件1為原動(dòng)件 此機(jī)構(gòu)為級(jí)機(jī)構(gòu) 取構(gòu)件5為原動(dòng)件 先試拆級(jí)組；再試拆