機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第五版 課件 CH01 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度

第1章平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度——機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)§1-1平面機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成要素是構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副。(一)構(gòu)件：機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)單元體構(gòu)件機(jī)架（固定構(gòu)件）活動(dòng)構(gòu)件主動(dòng)件(原動(dòng)件或輸入件)從動(dòng)件(包括輸出件)運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的活動(dòng)構(gòu)件稱為主動(dòng)件或原動(dòng)件，輸出運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力的從動(dòng)件稱為輸出件?！?-1平面機(jī)構(gòu)的組成（二）運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副：機(jī)構(gòu)中兩構(gòu)件直接接觸的可動(dòng)聯(lián)接。運(yùn)動(dòng)副根據(jù)運(yùn)動(dòng)副的接觸形式，運(yùn)動(dòng)副歸為兩類：1）低副：面接觸的運(yùn)動(dòng)副。如轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副。運(yùn)動(dòng)副2）高副：點(diǎn)或線接觸的運(yùn)動(dòng)副。如齒輪副、凸輪副?！?-2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖與機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：用規(guī)定的運(yùn)動(dòng)副符號(hào)及代表構(gòu)件的線條來(lái)表示構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)特性，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸，按一定的比例畫成的簡(jiǎn)單圖形。機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖：有時(shí)只需要表明機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳遞情況和構(gòu)造特征，而不需要機(jī)構(gòu)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況，因此不必嚴(yán)格地按比例確定機(jī)構(gòu)中各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置及其運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸，這樣的簡(jiǎn)圖就是機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。(1)構(gòu)件均用直線或小方塊表示，畫有斜線的表示機(jī)架包含兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件包含三個(gè)運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件包含四個(gè)運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件(2)兩構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)

圖面垂直于回轉(zhuǎn)軸線時(shí)用(a)；圖面不垂直于回轉(zhuǎn)軸線時(shí)用(b)表示，此時(shí)表示回轉(zhuǎn)副的圓圈，其圓心與回轉(zhuǎn)軸線重合。轉(zhuǎn)動(dòng)副的表達(dá)方法(3)兩構(gòu)件組成移動(dòng)副時(shí)

導(dǎo)路必須與移動(dòng)方向相一致移動(dòng)副的表達(dá)方法(4)兩構(gòu)件組成平面高副時(shí)

運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中應(yīng)畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓，齒輪常用點(diǎn)畫線畫出其節(jié)圓；凸輪、滾子常畫出其全部輪廓。平面高副的表達(dá)方法二、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制1.內(nèi)燃機(jī)組成：汽缸體1、活塞2、進(jìn)氣閥3、排氣閥4、連桿5、曲軸6、凸輪7、頂桿8、齒輪9、10其中：活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)通過連桿轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，該組合體稱為：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)【例】繪制內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。二、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制（1）分析機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動(dòng)。（2）確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目。連桿與活塞、曲軸分別組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，活塞與機(jī)架組成移動(dòng)副，曲軸與機(jī)架組成轉(zhuǎn)動(dòng)副。（3）選擇視圖平面。選擇與各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)平面相平行的平面為視圖平面，此處選與曲軸軸線相垂直的平面。（4）選擇比例尺。繪制曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并標(biāo)注主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方式。內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：§1-3平面機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)的構(gòu)件之間應(yīng)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或無(wú)規(guī)則亂動(dòng)的一堆構(gòu)件是不能成為機(jī)構(gòu)的。要判斷構(gòu)件系統(tǒng)是否為機(jī)構(gòu)，就必須研究平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算。一、平面機(jī)構(gòu)的自由度構(gòu)件未用運(yùn)動(dòng)副與其他構(gòu)件聯(lián)接前，有3個(gè)自由度低副使構(gòu)件失去2個(gè)自由度高副使構(gòu)件失去1個(gè)自由度平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式平面機(jī)構(gòu)的自由度：指機(jī)構(gòu)中各活動(dòng)構(gòu)件相對(duì)機(jī)架的可能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目；＝活動(dòng)構(gòu)件的自由度總數(shù)減去運(yùn)動(dòng)副引入的約束總數(shù)就是該機(jī)構(gòu)的自由度。機(jī)構(gòu)自由度:活動(dòng)構(gòu)件數(shù)高副(齒輪副、凸輪副)數(shù)目低副(轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副)數(shù)目一、平面機(jī)構(gòu)的自由度例n=5,Pl=7,Ph=0F=3n–2Pl–Ph

=3×5–2×7–0=1解：二、計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問題（一）復(fù)合鉸鏈由三個(gè)或者三個(gè)以上的構(gòu)件組成的軸線重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為復(fù)合鉸鏈。由m個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)含有（m－1）個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。慣性篩機(jī)構(gòu)C處為復(fù)合鉸鏈n=5,Pl=7,Ph=0=3×5-2×7–0=1F=3n-2Pl–Ph例46532172個(gè)移動(dòng)副2個(gè)移動(dòng)副1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副（二）局部自由度1、局部自由度：機(jī)構(gòu)中個(gè)別構(gòu)件不影響其他構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，即對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的自由度。2、處理方法：在計(jì)算自由度時(shí)，拿掉這個(gè)局部自由度，即可將滾子與裝滾子的構(gòu)件固接在一起。計(jì)入局部自由度時(shí)

n=3,Pl=3,Ph=1F=3×3-2×-1=2

與實(shí)際不符應(yīng)除去局部自由度，即把滾子和從動(dòng)件看作一個(gè)構(gòu)件。處理方法：

N=2,Pl=2,Ph=1,F=3×2-2×2–1=1與實(shí)際相符（三）虛約束1、虛約束：在機(jī)構(gòu)中與其他運(yùn)動(dòng)副作用重復(fù)，而對(duì)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立限制作用的約束。2、處理方法：將具有虛約束運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件連同它所帶入的與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的運(yùn)動(dòng)副一并不計(jì)。拿掉一個(gè)F＝－1的自由度，即去掉一個(gè)約束。1）機(jī)構(gòu)中某兩構(gòu)件用轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，在未組成運(yùn)動(dòng)副之前，其各自的軌跡已重合為一，則此聯(lián)結(jié)帶入的約束為虛約束。2）兩構(gòu)件組成的若干個(gè)導(dǎo)路中心線互相平行或重合的移動(dòng)副，只有一個(gè)移動(dòng)副起約束作用，其它為虛約束。◆計(jì)算中只計(jì)入一個(gè)移動(dòng)副。

3）兩構(gòu)件組成若干個(gè)軸線互相重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副，只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副起約束作用，其它為虛約束?！粲?jì)算中只計(jì)入一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。4）機(jī)構(gòu)中對(duì)運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的自由度F＝－1的對(duì)稱部分，將產(chǎn)生虛約束?！粲?jì)算中應(yīng)將對(duì)稱部分除去不計(jì)。三、構(gòu)件系統(tǒng)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件不能產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)

給定構(gòu)件1運(yùn)動(dòng)參數(shù)=(t)

構(gòu)件2、3的運(yùn)動(dòng)是確定的

三、構(gòu)件系統(tǒng)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件給定構(gòu)件1運(yùn)動(dòng)參數(shù)=(t)，構(gòu)件2、3、4的運(yùn)動(dòng)是不確定的

再給定構(gòu)件4運(yùn)動(dòng)參數(shù)=(t)，構(gòu)件2、3的運(yùn)動(dòng)是確定的三、構(gòu)件系統(tǒng)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件結(jié)論：

構(gòu)件系統(tǒng)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為