德州學(xué)院機(jī)電工程系

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)德州學(xué)院機(jī)電工程系機(jī)械制造教研室王志坤1/12/20231緒論第一章平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析第二章平面連桿機(jī)構(gòu)第三章凸輪機(jī)構(gòu)第四章齒輪機(jī)構(gòu)第五章輪系第六章間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)第七章機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動的調(diào)節(jié)第八章回轉(zhuǎn)件的平衡第九章機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論1/12/20232

第十章聯(lián)結(jié)第十一章齒輪傳動第十二章蝸桿傳動第十三章帶傳動和鏈傳動第十四章軸第十五章滑動軸承第十六章滾動軸承第十七章聯(lián)軸器、離合器和制動器第十八章彈簧1/12/20233第一章平面機(jī)構(gòu)的自由度

本章要求：

1.掌握各種平面運(yùn)動副的表達(dá)方法，能熟練看懂平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖。

2.計(jì)算平面機(jī)構(gòu)的自由度并判斷是否具有確定的運(yùn)動。本章重點(diǎn)：計(jì)算平面機(jī)構(gòu)的自由度。本章難點(diǎn)：平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制。（4學(xué)時(shí)）1/12/20234

§

1運(yùn)動副及其分類§

2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

§3平面機(jī)構(gòu)的自由度教學(xué)內(nèi)容：§0

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的1/12/20235機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的1.研究機(jī)構(gòu)的組成及其具有確定運(yùn)動的條件目的是2.按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類不同的機(jī)構(gòu)都有各自的特點(diǎn)，把各種機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)加以分類，其目的是按其分類建立運(yùn)動分析和動力分析的一般方法。▲弄清機(jī)構(gòu)包含哪幾個(gè)部分;▲各部分如何相聯(lián)？▲以及怎樣的結(jié)構(gòu)才能保證具有確定的相對運(yùn)動？1/12/202364.研究機(jī)構(gòu)的組成原理目的是搞清楚按何種規(guī)律組成的機(jī)構(gòu)能滿足運(yùn)動確定性的要求。3.繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

目的是為運(yùn)動分析和動力分析作準(zhǔn)備。5.機(jī)構(gòu)按運(yùn)動方式分類

平面機(jī)構(gòu)，空間機(jī)構(gòu)的分類。1/12/20237作平面運(yùn)動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。yxθ(x,y)F=3單個(gè)自由構(gòu)件的自由度為3§1.1平面機(jī)構(gòu)的自由度1/12/20238運(yùn)動副a)兩個(gè)構(gòu)件、b)直接接觸、c)有相對運(yùn)動運(yùn)動副元素:直接接觸的部分（點(diǎn)、線、面）例如：凸輪、齒輪齒廓、活塞與缸套等。定義：運(yùn)動副－－兩個(gè)構(gòu)件直接接觸組成的仍能產(chǎn)生某些相對運(yùn)動的聯(lián)接。三個(gè)條件，缺一不可作者：潘存云教授1.1.1運(yùn)動副及其分類1/12/202391.低副(lowerpair)－面接觸，應(yīng)力低。例如：轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副）、移動副。

2.高副(highpair)－點(diǎn)、線接觸，應(yīng)力高。例如：常見平面高副：滾動副、凸輪副、齒輪副等。按運(yùn)動副元素分有：1/12/2023103.空間運(yùn)動副例如：球面副、螺旋副等，空間運(yùn)動副不在本章討論范圍之內(nèi)。1/12/202311課件練習(xí)題1/12/2023121.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖:用以說明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對運(yùn)動關(guān)系的簡單圖形。作用：1.表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動情況。機(jī)動示意圖－不按比例繪制的簡圖現(xiàn)摘錄了部分GB4460－84機(jī)構(gòu)示意圖如下表。2.作為運(yùn)動分析和動力分析的依據(jù)。1/12/202313常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號在機(jī)架上的電機(jī)齒輪齒條傳動帶傳動圓錐齒輪傳動1/12/202314鏈傳動圓柱蝸桿蝸輪傳動凸輪傳動外嚙合圓柱齒輪傳動1/12/202315機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖應(yīng)滿足的條件：

1.構(gòu)件數(shù)目與實(shí)際相同

2.運(yùn)動副的性質(zhì)、數(shù)目與實(shí)際相符

3.運(yùn)動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實(shí)際機(jī)構(gòu)成比例。棘輪機(jī)構(gòu)內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動1/12/202316常見運(yùn)動副符號的表示:國標(biāo)GB4460－841/12/202317常用運(yùn)動副的符號運(yùn)動副名稱運(yùn)動副符號兩運(yùn)動構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動副轉(zhuǎn)動副移動副12121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時(shí)的運(yùn)動副122121平面運(yùn)動副1/12/202318平面高副螺旋副21121221211212球面副球銷副121212空間運(yùn)動副1212121/12/202319構(gòu)件的表示方法1/12/202320三副構(gòu)件兩副構(gòu)件一般構(gòu)件的表示方法1/12/202321若干1個(gè)或幾個(gè)1個(gè)4.機(jī)構(gòu)定義：具有確定運(yùn)動的運(yùn)動鏈稱為機(jī)構(gòu)。機(jī)架:作為參考系的構(gòu)件，如機(jī)床床身、車輛底盤、飛機(jī)機(jī)身。機(jī)構(gòu)的組成：機(jī)構(gòu)＝機(jī)架＋原動件＋從動件原（主）動件:按給定運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動的構(gòu)件。從動件:其余可動構(gòu)件。1/12/202322繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖順口溜：先兩頭，后中間，從頭至尾走一遍，數(shù)數(shù)構(gòu)件是多少，再看它們怎相聯(lián)。步驟：1.運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，搞清楚運(yùn)動副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目；4.檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是否滿足運(yùn)動確定的條件。2.測量各運(yùn)動副之間的尺寸，選投影面（運(yùn)動平面），繪制示意圖。3.按比例繪制運(yùn)動簡圖。簡圖比例尺：μl=實(shí)際尺寸m/圖上長度mm思路：先定原動部分和工作部分（一般位于傳動線路末端），弄清運(yùn)動傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運(yùn)動副的類型，并用符號表示出來。舉例：繪制破碎機(jī)和偏心泵的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。1/12/202323鱷式破碎機(jī)1/12/202324作者：潘存云教授1234繪制圖示偏心泵的運(yùn)動簡圖偏心泵1/12/202325§1.3.1平面機(jī)構(gòu)的自由度給定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)。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)。θ4S3123S’3θ11234θ11/12/202326定義：保證機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)稱為機(jī)構(gòu)的自由度。原動件:能獨(dú)立運(yùn)動的構(gòu)件?！咭粋€(gè)原動件只能提供一個(gè)獨(dú)立參數(shù)∴機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件為：自由度＝原動件數(shù)1/12/202327自由構(gòu)件的自由度數(shù)運(yùn)動副自由度數(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)移動副1（x）+2（y，θ）=3高副2（x,θ）+1（y）

=3θ經(jīng)運(yùn)動副相聯(lián)后，由于有約束，構(gòu)件自由度會有變化：＝自由構(gòu)件的自由度數(shù)－約束數(shù)1/12/202328活動構(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：

1/12/202329

一.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件

1/12/202330F=3×2-2×3=0桁架結(jié)構(gòu)F=3n-（2pl+ph）1/12/20233113123曲柄搖桿機(jī)構(gòu)1/12/202332311231/12/202333131231/12/2023343F=3n-（2pl+ph）F=33-(24+0)=11312給一個(gè)主動件，機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動。1/12/2023351142341/12/2023361142341/12/2023371142341/12/20233811F=3×4-2×5=24234F=3n-（2pl+ph）給兩個(gè)主動件，機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動。1/12/202339F=0F=11/12/202340F=0F=2F=11/12/202341F=0F=2F=1機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：1.F>0；2.機(jī)構(gòu)的主動件數(shù)=F。1/12/202342例題①計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動構(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=0S31231/12/202343例題②計(jì)算五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度解：活動構(gòu)件數(shù)n=4低副數(shù)PL=5F=3n－2PL－PH

=3×4－2×5=2

高副數(shù)PH=01234θ11/12/202344例題③計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=2低副數(shù)PL=2F=3n－2PL－PH

=3×2－2×2－1=1高副數(shù)PH=11231/12/2023451.復(fù)合鉸鏈

－－兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)。計(jì)算：m個(gè)構(gòu)件,有m－1轉(zhuǎn)動副。兩個(gè)低副自由度計(jì)算中的特殊問題1/12/20234612345678ABCDEF例題④計(jì)算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)PL=6F=3n－2PL－PH高副數(shù)PH==3×7－2×6－0=9計(jì)算結(jié)果肯定不對！構(gòu)件數(shù)不會錯(cuò)，肯定是低副數(shù)目搞錯(cuò)了！01/12/202347上例：在B、C、D、E四處應(yīng)各有2個(gè)運(yùn)動副。例題④重新計(jì)算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)n=低副數(shù)PL=10F=3n－2PL－PH

=3×7－2×10－0=1可以證明：F點(diǎn)的軌跡為一直線。12345678ABCDEF圓盤鋸機(jī)構(gòu)71/12/2023482.局部自由度F=3n－2PL－PH－FP=3×3－2×3－1－1=1本例中局部自由度FP=1或計(jì)算時(shí)去掉滾子和鉸鏈：

F=3×2－2×2－1=1定義：構(gòu)件局部運(yùn)動所產(chǎn)生的自由度。出現(xiàn)在加裝滾子的場合，計(jì)算時(shí)應(yīng)去掉Fp。滾子的作用：滑動摩擦滾動摩擦。1231231/12/202349⑥計(jì)算圖示兩種凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。解：n=3，PL=3，F(xiàn)=3n－2PL－PH

=3×3－2×3－1=2PH=對于右邊的機(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)動相同，且F=112312311/12/202350解：n=4，PL=6，F(xiàn)=3n－2PL－PH=3×4－2×6=0PH=03.虛約束(formalconstraint)－－對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動實(shí)際不起作用的約束。計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)去掉虛約束?！逨E＝AB＝CD，故增加構(gòu)件4前后E點(diǎn)的軌跡都是圓弧，。增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件4。⑦已知：AB＝CD＝EF，計(jì)算圖示平行四邊形機(jī)構(gòu)的自由度。1234ABCDEF1/12/202351重新計(jì)算：n=3,PL=4,PH=0F=3n－2PL－PH=3×3－2×4