第1章平面機(jī)構(gòu)自由度與速度分析課件

第一章平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析平面機(jī)構(gòu)：空間機(jī)構(gòu)：各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)平面互相平行（常用的機(jī)構(gòu)大多數(shù)為平面機(jī)構(gòu)）。至少有兩個(gè)構(gòu)件能在三維空間中相對(duì)運(yùn)動(dòng)。本課程研究的是平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)第一章平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析平面機(jī)構(gòu)：空間機(jī)構(gòu)：各構(gòu)§1-1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)§1-1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)2、運(yùn)動(dòng)副分類(lèi)§1-1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)平面運(yùn)動(dòng)副——高副、低副高副：點(diǎn)或線接觸1、運(yùn)動(dòng)副：指兩構(gòu)件直接接觸構(gòu)成的可動(dòng)聯(lián)接。例：滑塊與導(dǎo)軌軸與軸承輪齒嚙合2、運(yùn)動(dòng)副分類(lèi)§1-1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)平面運(yùn)動(dòng)副——高副、§1-1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)低副：面接觸轉(zhuǎn)動(dòng)副

移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副

移動(dòng)副

§1-1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)低副：面接觸轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一、定義：二、繪制：1、運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)◆轉(zhuǎn)動(dòng)副：◆移動(dòng)副：用規(guī)定的符號(hào)和線條按一定的比例表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，并能完全反映機(jī)構(gòu)特征的簡(jiǎn)圖。§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一、定義：二、繪制：1、運(yùn)動(dòng)副的齒輪副凸輪副§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖◆高副：齒輪副凸輪副§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖◆高副：2、構(gòu)件（桿）：◆一個(gè)構(gòu)件兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖◆一個(gè)構(gòu)件三個(gè)運(yùn)動(dòng)副2、構(gòu)件（桿）：◆一個(gè)構(gòu)件兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖◆固定構(gòu)件◆同一構(gòu)件§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖◆固定構(gòu)件◆同一構(gòu)件一般機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件可分為三類(lèi)：◆機(jī)架（固定件）——常常作為參考座標(biāo)系?！?-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖◆原動(dòng)件——運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的活動(dòng)構(gòu)件（常以箭頭表示）?！魪膭?dòng)件——機(jī)構(gòu)中隨原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的其余活動(dòng)件，如連桿、曲柄。平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件一般機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件可分為三類(lèi)：◆機(jī)架（固定件）——常常作為參3、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制（模型，鄂式破碎機(jī)）§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

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(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，按一定的比例尺定出各運(yùn)動(dòng)副的位置，采用運(yùn)動(dòng)副及常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)和構(gòu)件的表示方法，將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞情況表示出來(lái)的簡(jiǎn)化圖形。機(jī)構(gòu)示意圖不嚴(yán)格按比例繪出的，只表示機(jī)械結(jié)構(gòu)狀況的簡(jiǎn)圖。3、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制（模型，鄂式破碎機(jī)）§1-2平面機(jī)§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1、繪制方法及步驟：◆選定視圖平面；◆選適當(dāng)比例尺，作出各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，再畫(huà)出各運(yùn)動(dòng)副和機(jī)構(gòu)的符號(hào)，最后用簡(jiǎn)單線條連接，即得機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。

◆搞清機(jī)械的構(gòu)造及運(yùn)動(dòng)情況，沿著運(yùn)動(dòng)傳遞路線，查明組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)別及其位置；§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1、繪制方法及步驟：◆選定視圖平§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖DCBA14321234ABCD例1：繪制圖示鱷式破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖DCBA14321234ABCD進(jìn)料口出料口§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖例題2：繪制偏心泵的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1234進(jìn)料口出料口§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖例題2：繪制偏心泵的§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖例題2OA1223B4OBA1234§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖例題2OA1223B4OBA12§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算作平面運(yùn)動(dòng)的剛體在空間的位置需要三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)（x，y,θ）才能唯一確定。單個(gè)自由活動(dòng)構(gòu)件的自由度為3自由度：構(gòu)件含有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。約束：對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的限制由度減少數(shù)目等于約束數(shù)目。引入約束數(shù)目與運(yùn)動(dòng)副種類(lèi)有關(guān)。yxθxy§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算自由構(gòu)件的自由度數(shù)運(yùn)動(dòng)副自由度數(shù)約束數(shù)回轉(zhuǎn)副1（θ）+2（x，y）=3yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2結(jié)論：構(gòu)件自由度＝3－約束數(shù)移動(dòng)副1（x）+2（y，θ）=3高副2（x,θ）+1（y）=3θ經(jīng)運(yùn)動(dòng)副相聯(lián)后，構(gòu)件自由度會(huì)有變化：

＝自由構(gòu)件的自由度數(shù)－約束數(shù)自由構(gòu)運(yùn)動(dòng)副自由度數(shù)約束數(shù)y§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n

計(jì)算公式：

F=3n－(2PL+Ph)要求：記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。構(gòu)件總自由度低副約束數(shù)高副約束數(shù)3×n2×PL1

×Ph推廣到一般：§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度活動(dòng)構(gòu)件數(shù)計(jì)算公式：F=3n§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度1）計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)PL=4F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1高副數(shù)PH=0S3123三、機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度1）計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。解§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度2）凸輪機(jī)構(gòu)F＝3n－(2pl＋ph)＝3×2－2×2－1＝13）內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)F＝3n－(2pl＋ph)＝3×5－2×6－2＝1§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度2）凸輪機(jī)構(gòu)F＝3n－(2pl＋§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度四、計(jì)算F時(shí)注意問(wèn)題◆復(fù)合鉸鏈：兩個(gè)以上構(gòu)件同時(shí)在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)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。123123§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度四、計(jì)算F時(shí)注意問(wèn)題◆復(fù)合鉸鏈：§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度

◆局部自由度：例5：計(jì)算圖示兩種凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。解：n=3PL=3F=3n－2PL－PH

=3×3－2×3－1=2PH=1對(duì)于右邊的機(jī)構(gòu)，有：F=3×2－2×2－1=1事實(shí)上，兩個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)相同，且F=1123123§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度◆局部自由度：例5：計(jì)算圖示兩§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度

◆局部自由度：是指機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所產(chǎn)生的不影響其他構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的局部運(yùn)動(dòng)自由度。滾子繞其軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)為一個(gè)局部自由度F′，在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，應(yīng)將F′從計(jì)算公式中減去，即F＝3n－(2pl＋ph)故凸輪機(jī)構(gòu)的自由度為F＝3×3－(2×3＋1)＝1123§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度◆局部自由度：是指機(jī)構(gòu)§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度

◆虛約束是指機(jī)構(gòu)中某些運(yùn)動(dòng)副帶入的對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)起重復(fù)約束作用的約束。以p′表示。例6:平行四邊行四桿機(jī)構(gòu)F＝3n－(2pl＋ph)＝3×3－(2×4＋0)＝1當(dāng)增加一個(gè)構(gòu)件5和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副E、FF＝3n－(2pl＋ph)＝3×4－(2×6＋0)－0=0§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度◆虛約束是指機(jī)構(gòu)中某些§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度原因：

構(gòu)件5和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副E、F引入的一個(gè)約束為虛約束。在計(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)目p′，故F＝3n－(2pl＋ph)如平行四邊形五桿機(jī)構(gòu)的自由度為F＝3×4－(2×6＋0)=1§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度原因：在計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)平面機(jī)構(gòu)的虛約束常出現(xiàn)于下列情況：◆不同構(gòu)件上兩點(diǎn)間的距離保持恒定§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果兩構(gòu)件上兩點(diǎn)之間的距離始終保持不變，若用一雙副桿將此兩點(diǎn)相連，將帶入一個(gè)虛約束。例如圖示平行四邊形機(jī)構(gòu)就屬于此種情況。顯然，構(gòu)件5和轉(zhuǎn)動(dòng)副E、F所聯(lián)接的兩點(diǎn)間的距離始終保持不變，故帶入一個(gè)虛約束。平面機(jī)構(gòu)的虛約束常出現(xiàn)于下列情況：◆不同構(gòu)件上兩點(diǎn)間的距離?！魞蓸?gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副且導(dǎo)路互相平行，只能算一個(gè)運(yùn)動(dòng)副◆兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副且軸線互相重合，算一個(gè)運(yùn)動(dòng)副§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度◆兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副且導(dǎo)路互相平行，只能算一個(gè)運(yùn)動(dòng)副◆兩構(gòu)§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度◆在機(jī)構(gòu)中，不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞的重復(fù)部分所帶入的約束為虛約束。§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度◆在機(jī)構(gòu)中，不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞的§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度虛約束的作用：①改善構(gòu)件的受力情況，如多個(gè)行星輪。②增加機(jī)構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。③使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)順利，避免運(yùn)動(dòng)不確定，如車(chē)輪?！?-3平面機(jī)構(gòu)的自由度虛約束的作用：②增加機(jī)構(gòu)的剛度，§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度θ4S3123S’3θ11234θ1二、機(jī)構(gòu)具有確定的條件給定S3＝S3(t)，一個(gè)獨(dú)立參數(shù)θ1＝θ1（t）唯一確定，該機(jī)構(gòu)僅需要一個(gè)獨(dú)立參數(shù)。該機(jī)構(gòu)自由度：F=1若僅給定θ1＝θ1（t）,則θ2θ3θ4均不能唯一確定。若同時(shí)給定θ1和θ4，則θ3θ2能唯一確定，該機(jī)構(gòu)需要兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)。該機(jī)構(gòu)自由度：F=2§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度θ4S3123S’3θ11234§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)具確定運(yùn)動(dòng)條件：自由度＝原動(dòng)件數(shù)原動(dòng)件－能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件?！咭粋€(gè)原動(dòng)件只能提供一個(gè)獨(dú)立參數(shù)∴機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為：§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)具確定運(yùn)動(dòng)條件：自由度＝原動(dòng)習(xí)題1.機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算（指出復(fù)合鉸鏈、局部自由度及虛約束，并判斷確定運(yùn)動(dòng)條件）F=3*7-(2*10+0)=1n=7pl=10ph=0復(fù)合鉸鏈：C、A

15432876習(xí)題1.機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算（指出復(fù)合鉸鏈、局部自由度及虛約束，并習(xí)題2.機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算（指出復(fù)合鉸鏈、局部自由度及虛約束，并判斷確定運(yùn)動(dòng)條件）局部自由度：B復(fù)合鉸鏈：D、E虛約束：FG桿KJGFABEDCIH習(xí)題2.機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算（指出復(fù)合鉸鏈、局部自由度及虛約束，并習(xí)題n=3；Pl=4Ph=1F=3n-2Pl-Ph=0機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)例：簡(jiǎn)易沖床設(shè)計(jì)方案改進(jìn)習(xí)題n=3；Pl=4Ph=1F=3n-2Pl-Ph=0機(jī)構(gòu)不習(xí)題改進(jìn)方案n=4；Pl=5Ph=1F=3n-2Pl-Ph=1機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)F=原動(dòng)件數(shù)習(xí)題改進(jìn)方案n=4；Pl=5Ph=1F=3n-2Pl-Ph=一、速度瞬心：速度瞬心：兩個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件上速度相同的一對(duì)重合點(diǎn)，在某一瞬時(shí)兩構(gòu)件相對(duì)于該點(diǎn)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，該點(diǎn)稱(chēng)瞬時(shí)速度中心。用Pij表示。相對(duì)瞬心：絕對(duì)速度不為零的重合點(diǎn)。兩構(gòu)件都是運(yùn)動(dòng)的§1-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用絕對(duì)瞬心：絕對(duì)速度為零的重合點(diǎn)。兩構(gòu)件之一是靜止的P1212VB1B2P12VA1A2A1(A2)B1(B2)21一、速度瞬心：速度瞬心：兩個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件上速度相同的一對(duì)重§1-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用速度瞬心特點(diǎn)：①瞬心涉及兩個(gè)構(gòu)件。②瞬心的絕對(duì)速度相同（即瞬心點(diǎn)的速度大小相等，方向相同），相對(duì)速度為零。③瞬心點(diǎn)為相對(duì)回轉(zhuǎn)中心?！?-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用速度瞬心特點(diǎn)：二、機(jī)構(gòu)中瞬心的數(shù)目：由于任何兩個(gè)構(gòu)件之間都存在有一個(gè)瞬心，所以根據(jù)排列組合原理，由k個(gè)構(gòu)件（包括機(jī)架）組成的機(jī)構(gòu)，其總的瞬心數(shù)N為：§1-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用二、機(jī)構(gòu)中瞬心的數(shù)目：由于任何兩個(gè)構(gòu)件之間都存在有一個(gè)1、直接觀察確定瞬心位置三、瞬心位置的確定：§1-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用◆轉(zhuǎn)動(dòng)副瞬心：轉(zhuǎn)動(dòng)副中心◆移動(dòng)副瞬心：垂直于導(dǎo)路的無(wú)窮遠(yuǎn)處P122112P→∞1、直接觀察確定瞬心位置三、瞬心位置的確定：§1-4速度§1-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用◆高副（純滾動(dòng)）瞬心：高副接觸點(diǎn)處◆高副（既滾動(dòng)又滑動(dòng)）：過(guò)高副接觸點(diǎn)的公法線上12ω1212ω12v12P12nn§1-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用◆高副（純滾動(dòng)）瞬心三心定理：作平面運(yùn)動(dòng)的三個(gè)構(gòu)件共有3個(gè)瞬心，它們位于同一直線上。§1-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用2、由三心定理確定KVk1Vk2123P13P23PVP1（VP2）如右圖所示的三個(gè)構(gòu)件組成的一個(gè)機(jī)構(gòu)，若P23不與P12、P13共線（同一直線），而在任意一點(diǎn)C，則C點(diǎn)在構(gòu)件2和構(gòu)件3上的絕對(duì)速度的方向不可能相同，即絕對(duì)速度不相等。而只有C點(diǎn)在P12、P13連成的直線上，才能使絕對(duì)速度的方向相同。三心定理：作平面運(yùn)動(dòng)的三個(gè)構(gòu)件共有3個(gè)瞬心，它們位于同一直線§1-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用例6標(biāo)出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)所有的瞬心瞬心數(shù)：說(shuō)明：瞬心確定可采用瞬心圓法1243P12P23P34P14P13P14§1-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用例6標(biāo)出鉸鏈四桿機(jī)1234ABCP12P23P34P14∞P13∞(P24)題7:求出所有瞬心1234ABCP12P23P34P14∞P13§1-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用四、瞬心在速度分析上的應(yīng)用ω22341②直接觀察能求出4個(gè)余下的2個(gè)用三心定律求出。P24P13③求瞬心P24的速度。VP24＝μl(P24P14)·ω4

ω4

＝ω2·

(P24P12)/P24P14

例8：已知構(gòu)件2的轉(zhuǎn)速ω2，求構(gòu)件4的角速度ω4。ω4

VP24＝μl(P24P12)·ω2VP24P12P23P34P14方向:CW,與ω2相同。解：①瞬心數(shù)為6個(gè)§1-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用四、瞬心在速度分析上§1-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用例8平面凸輪機(jī)構(gòu)例7平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)§1-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用例8平面凸輪機(jī)構(gòu)例本章重點(diǎn)內(nèi)容機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)條件、機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算及注意事項(xiàng)；機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制；瞬心概念、三心定理。瞬心在速度求解上的應(yīng)用。作業(yè)：P1-6P1-10P1-13本章重點(diǎn)內(nèi)容機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)條件、機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算及注意事項(xiàng)；第一章平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析平面機(jī)構(gòu)：空間機(jī)構(gòu)：各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)平面互相平行（常用的機(jī)構(gòu)大多數(shù)為平面機(jī)構(gòu)）。至少有兩個(gè)構(gòu)件能在三維空間中相對(duì)運(yùn)動(dòng)。本課程研究的是平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)第一章平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析平面機(jī)構(gòu)：空間機(jī)構(gòu)：各構(gòu)§1-1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)§1-1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)2、運(yùn)動(dòng)副分類(lèi)§1-1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)平面運(yùn)動(dòng)副——高副、低副高副：點(diǎn)或線接觸1、運(yùn)動(dòng)副：指兩構(gòu)件直接接觸構(gòu)成的可動(dòng)聯(lián)接。例：滑塊與導(dǎo)軌軸與軸承輪齒嚙合2、運(yùn)動(dòng)副分類(lèi)§1-1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)平面運(yùn)動(dòng)副——高副、§1-1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)低副：面接觸轉(zhuǎn)動(dòng)副

移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副

移動(dòng)副

§1-1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)低副：面接觸轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一、定義：二、繪制：1、運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)◆轉(zhuǎn)動(dòng)副：◆移動(dòng)副：用規(guī)定的符號(hào)和線條按一定的比例表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，并能完全反映機(jī)構(gòu)特征的簡(jiǎn)圖。§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一、定義：二、繪制：1、運(yùn)動(dòng)副的齒輪副凸輪副§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖◆高副：齒輪副凸輪副§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖◆高副：2、構(gòu)件（桿）：◆一個(gè)構(gòu)件兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖◆一個(gè)構(gòu)件三個(gè)運(yùn)動(dòng)副2、構(gòu)件（桿）：◆一個(gè)構(gòu)件兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖◆固定構(gòu)件◆同一構(gòu)件§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖◆固定構(gòu)件◆同一構(gòu)件一般機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件可分為三類(lèi)：◆機(jī)架（固定件）——常常作為參考座標(biāo)系?！?-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖◆原動(dòng)件——運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的活動(dòng)構(gòu)件（常以箭頭表示）?！魪膭?dòng)件——機(jī)構(gòu)中隨原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的其余活動(dòng)件，如連桿、曲柄。平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件一般機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件可分為三類(lèi)：◆機(jī)架（固定件）——常常作為參3、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制（模型，鄂式破碎機(jī)）§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

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(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，按一定的比例尺定出各運(yùn)動(dòng)副的位置，采用運(yùn)動(dòng)副及常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)和構(gòu)件的表示方法，將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞情況表示出來(lái)的簡(jiǎn)化圖形。機(jī)構(gòu)示意圖不嚴(yán)格按比例繪出的，只表示機(jī)械結(jié)構(gòu)狀況的簡(jiǎn)圖。3、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制（模型，鄂式破碎機(jī)）§1-2平面機(jī)§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1、繪制方法及步驟：◆選定視圖平面；◆選適當(dāng)比例尺，作出各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，再畫(huà)出各運(yùn)動(dòng)副和機(jī)構(gòu)的符號(hào)，最后用簡(jiǎn)單線條連接，即得機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。

◆搞清機(jī)械的構(gòu)造及運(yùn)動(dòng)情況，沿著運(yùn)動(dòng)傳遞路線，查明組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)別及其位置；§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1、繪制方法及步驟：◆選定視圖平§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖DCBA14321234ABCD例1：繪制圖示鱷式破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖DCBA14321234ABCD進(jìn)料口出料口§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖例題2：繪制偏心泵的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1234進(jìn)料口出料口§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖例題2：繪制偏心泵的§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖例題2OA1223B4OBA1234§1-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖例題2OA1223B4OBA12§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算作平面運(yùn)動(dòng)的剛體在空間的位置需要三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)（x，y,θ）才能唯一確定。單個(gè)自由活動(dòng)構(gòu)件的自由度為3自由度：構(gòu)件含有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。約束：對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的限制由度減少數(shù)目等于約束數(shù)目。引入約束數(shù)目與運(yùn)動(dòng)副種類(lèi)有關(guān)。yxθxy§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算自由構(gòu)件的自由度數(shù)運(yùn)動(dòng)副自由度數(shù)約束數(shù)回轉(zhuǎn)副1（θ）+2（x，y）=3yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2結(jié)論：構(gòu)件自由度＝3－約束數(shù)移動(dòng)副1（x）+2（y，θ）=3高副2（x,θ）+1（y）=3θ經(jīng)運(yùn)動(dòng)副相聯(lián)后，構(gòu)件自由度會(huì)有變化：

＝自由構(gòu)件的自由度數(shù)－約束數(shù)自由構(gòu)運(yùn)動(dòng)副自由度數(shù)約束數(shù)y§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n

計(jì)算公式：

F=3n－(2PL+Ph)要求：記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。構(gòu)件總自由度低副約束數(shù)高副約束數(shù)3×n2×PL1

×Ph推廣到一般：§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度活動(dòng)構(gòu)件數(shù)計(jì)算公式：F=3n§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度1）計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)PL=4F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1高副數(shù)PH=0S3123三、機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度1）計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。解§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度2）凸輪機(jī)構(gòu)F＝3n－(2pl＋ph)＝3×2－2×2－1＝13）內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)F＝3n－(2pl＋ph)＝3×5－2×6－2＝1§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度2）凸輪機(jī)構(gòu)F＝3n－(2pl＋§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度四、計(jì)算F時(shí)注意問(wèn)題◆復(fù)合鉸鏈：兩個(gè)以上構(gòu)件同時(shí)在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)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。123123§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度四、計(jì)算F時(shí)注意問(wèn)題◆復(fù)合鉸鏈：§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度

◆局部自由度：例5：計(jì)算圖示兩種凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。解：n=3PL=3F=3n－2PL－PH

=3×3－2×3－1=2PH=1對(duì)于右邊的機(jī)構(gòu)，有：F=3×2－2×2－1=1事實(shí)上，兩個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)相同，且F=1123123§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度◆局部自由度：例5：計(jì)算圖示兩§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度

◆局部自由度：是指機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所產(chǎn)生的不影響其他構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的局部運(yùn)動(dòng)自由度。滾子繞其軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)為一個(gè)局部自由度F′，在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，應(yīng)將F′從計(jì)算公式中減去，即F＝3n－(2pl＋ph)故凸輪機(jī)構(gòu)的自由度為F＝3×3－(2×3＋1)＝1123§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度◆局部自由度：是指機(jī)構(gòu)§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度

◆虛約束是指機(jī)構(gòu)中某些運(yùn)動(dòng)副帶入的對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)起重復(fù)約束作用的約束。以p′表示。例6:平行四邊行四桿機(jī)構(gòu)F＝3n－(2pl＋ph)＝3×3－(2×4＋0)＝1當(dāng)增加一個(gè)構(gòu)件5和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副E、FF＝3n－(2pl＋ph)＝3×4－(2×6＋0)－0=0§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度◆虛約束是指機(jī)構(gòu)中某些§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度原因：

構(gòu)件5和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副E、F引入的一個(gè)約束為虛約束。在計(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)目p′，故F＝3n－(2pl＋ph)如平行四邊形五桿機(jī)構(gòu)的自由度為F＝3×4－(2×6＋0)=1§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度原因：在計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)平面機(jī)構(gòu)的虛約束常出現(xiàn)于下列情況：◆不同構(gòu)件上兩點(diǎn)間的距離保持恒定§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果兩構(gòu)件上兩點(diǎn)之間的距離始終保持不變，若用一雙副桿將此兩點(diǎn)相連，將帶入一個(gè)虛約束。例如圖示平行四邊形機(jī)構(gòu)就屬于此種情況。顯然，構(gòu)件5和轉(zhuǎn)動(dòng)副E、F所聯(lián)接的兩點(diǎn)間的距離始終保持不變，故帶入一個(gè)虛約束。平面機(jī)構(gòu)的虛約束常出現(xiàn)于下列情況：◆不同構(gòu)件上兩點(diǎn)間的距離?！魞蓸?gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副且導(dǎo)路互相平行，只能算一個(gè)運(yùn)動(dòng)副◆兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副且軸線互相重合，算一個(gè)運(yùn)動(dòng)副§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度◆兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副且導(dǎo)路互相平行，只能算一個(gè)運(yùn)動(dòng)副◆兩構(gòu)§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度◆在機(jī)構(gòu)中，不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞的重復(fù)部分所帶入的約束為虛約束?！?-3平面機(jī)構(gòu)的自由度◆在機(jī)構(gòu)中，不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞的§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度虛約束的作用：①改善構(gòu)件的受力情況，如多個(gè)行星輪。②增加機(jī)構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。③使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)順利，避免運(yùn)動(dòng)不確定，如車(chē)輪?！?-3平面機(jī)構(gòu)的自由度虛約束的作用：②增加機(jī)構(gòu)的剛度，§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度θ4S3123S’3θ11234θ1二、機(jī)構(gòu)具有確定的條件給定S3＝S3(t)，一個(gè)獨(dú)立參數(shù)θ1＝θ1（t）唯一確定，該機(jī)構(gòu)僅需要一個(gè)獨(dú)立參數(shù)。該機(jī)構(gòu)自由度：F=1若僅給定θ1＝θ1（t）,則θ2θ3θ4均不能唯一確定。若同時(shí)給定θ1和θ4，則θ3θ2能唯一確定，該機(jī)構(gòu)需要兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)。該機(jī)構(gòu)自由度：F=2§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度θ4S3123S’3θ11234§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)具確定運(yùn)動(dòng)條件：自由度＝原動(dòng)件數(shù)原動(dòng)件－能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件?！咭粋€(gè)原動(dòng)件只能提供一個(gè)獨(dú)立參數(shù)∴機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為：§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)具確定運(yùn)動(dòng)條件：自由度＝原動(dòng)習(xí)題1.機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算（指出復(fù)合鉸鏈、局部自由度及虛約束，并判斷確定運(yùn)動(dòng)條件）F=3*7-(2*10+0)=1n=7pl=10ph=0復(fù)合鉸鏈：C、A

15432876習(xí)題1.機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算（指出復(fù)合鉸鏈、局部自由度及虛約束，并習(xí)題2.機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算（指出復(fù)合鉸鏈、局部自由度及虛約束，并判斷確定運(yùn)動(dòng)條件）局部自由度：B復(fù)合鉸鏈：D、E虛約束：FG桿KJGFABEDCIH習(xí)題2.機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算（指出復(fù)合鉸鏈、局部自由度及虛約束，并習(xí)題n=3；Pl=4Ph=1F=3n-2Pl-Ph=0機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)例：簡(jiǎn)易沖床設(shè)計(jì)方案改進(jìn)習(xí)題n=3；Pl=4Ph=1F=3n-2Pl-Ph=0機(jī)構(gòu)不習(xí)題改進(jìn)方案n=4；Pl=5Ph=1F=3n-2Pl-Ph=1機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)F=原動(dòng)件數(shù)習(xí)題改進(jìn)方案n=4；Pl=5Ph=1F=3n-2Pl-Ph=一、速度瞬心：速度瞬心：兩個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件上速度相同的一對(duì)重合點(diǎn)，在某一瞬時(shí)兩構(gòu)件相對(duì)于該點(diǎn)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，該點(diǎn)稱(chēng)瞬時(shí)速度中心。用Pij表示。相對(duì)瞬心：絕對(duì)速度不為零的重合點(diǎn)。兩構(gòu)件都是運(yùn)動(dòng)的§1-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用絕對(duì)瞬心：絕對(duì)速度為零的重合點(diǎn)。兩構(gòu)件之一是靜止的P1212VB1B2P12VA1A2A1(A2)B1(B2)21一、速度瞬心：速度瞬心：兩個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件上速度相同的一對(duì)重§1-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用速度瞬心特點(diǎn)：①瞬心涉及兩個(gè)構(gòu)件。②瞬心的絕對(duì)速度相同（即瞬心點(diǎn)的速度大小相等，方向相同），相對(duì)速度為零。③瞬心點(diǎn)為相對(duì)回轉(zhuǎn)中心?！?-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用速度瞬心特點(diǎn)：二、機(jī)構(gòu)中瞬心的數(shù)目：由于任何兩個(gè)構(gòu)件之間都存在有一個(gè)瞬心，所以根據(jù)排列組合原理，由k個(gè)構(gòu)件（包括機(jī)架）組成的機(jī)構(gòu)，其總的瞬心數(shù)N為：§1-4速度瞬心法在速度分析上的應(yīng)用二、機(jī)構(gòu)