機(jī)械基礎(chǔ) 課件 模塊二任務(wù)一 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度

教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.掌握運(yùn)動(dòng)副的類型與判別方法。2.掌握機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制。3.掌握機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算。能力目標(biāo)1.能分析并繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。2.能計(jì)算出機(jī)構(gòu)的自由度并能判斷機(jī)構(gòu)是否具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。3.能對(duì)不具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。素養(yǎng)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)和規(guī)范意識(shí)；2.培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心、愛崗敬業(yè)、精益求精的工匠精神。模塊二平面機(jī)構(gòu)

任務(wù)一平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度【學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn)】1.運(yùn)動(dòng)副的類型及判別。2.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制。3.平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算及機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件。4.復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束等特殊情況下自由度的計(jì)算?！鞠嚓P(guān)知識(shí)】

本模塊只討論平面機(jī)構(gòu)。平面機(jī)構(gòu)是指組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面中運(yùn)動(dòng)。一、平面運(yùn)動(dòng)副的概念與分類、自由度和約束條件（一）運(yùn)動(dòng)副的概念

構(gòu)件和構(gòu)件之間這種直接接觸又產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接，稱為運(yùn)動(dòng)副。使兩構(gòu)件之間保持接觸的點(diǎn)、線、面稱為運(yùn)動(dòng)副元素。如圖所示為常見的運(yùn)動(dòng)副。轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副凸輪副齒輪副（三）運(yùn)動(dòng)副的分類

兩構(gòu)件一般通過點(diǎn)、線、面三種接觸形式連接起來，根據(jù)組成運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件之間的接觸幾何特征不同，運(yùn)動(dòng)副可分為低副和高副。1.低副

兩構(gòu)件通過面接觸構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副稱為低副。每個(gè)低副有兩個(gè)約束。按兩構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式，低副又分為轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副。移動(dòng)副的符號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)副的符號(hào)2.高副

兩個(gè)構(gòu)件之間通過點(diǎn)或者線接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為高副。高副時(shí)用兩構(gòu)件在直接接觸處的輪廓表示，如圖所示。每個(gè)高副引入一個(gè)約束，保留兩個(gè)自由度數(shù)。凸輪副齒輪副平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的自由度（二）自由度與約束

構(gòu)件相對(duì)于參考系所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度。如圖所示，構(gòu)件可隨其上任一點(diǎn)A沿x軸、Y軸移動(dòng)和繞垂直于XOY平面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。因此作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件具有三個(gè)自由度，用三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)

、

、

表示。

兩構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副連接后，其相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)受到限制，自由度數(shù)也隨之減少。運(yùn)動(dòng)副限制了兩個(gè)構(gòu)件間的某些獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的可能性，這種限制稱為約束。（四）構(gòu)件的分類與表示法1.構(gòu)件的分類

機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件可分為三類：機(jī)架、原動(dòng)件、從動(dòng)件。2.構(gòu)件的表示法

構(gòu)件有兩運(yùn)動(dòng)副、三運(yùn)動(dòng)副構(gòu)件，其運(yùn)動(dòng)副按如圖所示表示。二運(yùn)動(dòng)副構(gòu)件三運(yùn)動(dòng)副構(gòu)件二、平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖步驟：1）分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳遞情況，找出機(jī)架、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，確定構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目和類型；3）測(cè)量各運(yùn)動(dòng)副間的相對(duì)位置；4）選擇適當(dāng)?shù)囊晥D平面（通常選擇與構(gòu)件運(yùn)動(dòng)平行的平面作為平面機(jī)構(gòu)的投影面）和主動(dòng)件位置，合理表達(dá)各構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。5）選擇適當(dāng)?shù)谋壤撸凑崭鬟\(yùn)動(dòng)副間的距離和相對(duì)位置，畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。繪制如圖所示抽水唧筒機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。抽水唧筒機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖三、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算及機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件1.平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算機(jī)構(gòu)能產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的自由度。設(shè)平面機(jī)構(gòu)中共有n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件（機(jī)架不是活動(dòng)構(gòu)件），共有個(gè)

低副和

個(gè)高副，則機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)F為：2.平面機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件（a）F=0，機(jī)構(gòu)都不能產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)（b）F=-1，機(jī)構(gòu)都不能產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)（c）F=1，機(jī)構(gòu)能產(chǎn)生確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（d）F=2，運(yùn)動(dòng)不確定，不能成為機(jī)構(gòu)如何使（d）能產(chǎn)生確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)？機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的充分必要條件是：

構(gòu)件系統(tǒng)的自由度F必須大于零，且自由度必須等于原動(dòng)件數(shù)W。四、機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算中幾種特殊情況的處理（一）復(fù)合鉸鏈

兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一軸線上用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接就構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。如圖所示，三個(gè)構(gòu)件組成復(fù)合鉸鏈，這三個(gè)構(gòu)件共組成兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。依次類推，m個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)具有m-1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。請(qǐng)找出復(fù)合鉸鏈？（二）局部自由度

機(jī)構(gòu)中不影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的輸出與輸入運(yùn)動(dòng)關(guān)系的局部的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，稱為局部自由度。在計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)將局部自由度除去。（三）虛約束

機(jī)構(gòu)中與其它約束起重復(fù)限制運(yùn)動(dòng)作用的約束稱為虛約束。在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)除去虛約束不計(jì)。虛約束出現(xiàn)的場(chǎng)合有以下幾種情況：1.兩個(gè)構(gòu)件形成多個(gè)具有相同作用的運(yùn)動(dòng)副（1）兩個(gè)構(gòu)件在同一軸線上形成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副處理方法：只保留一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。兩個(gè)構(gòu)件在同一軸線上形成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副（2）兩構(gòu)件形成多個(gè)導(dǎo)路平行或重合的移動(dòng)副處理方法：只保留一個(gè)移動(dòng)副。兩構(gòu)形成多個(gè)導(dǎo)路平行或重合的移動(dòng)副（3）兩構(gòu)件在多處接觸形成高副處理方法：只保留一個(gè)高副。兩構(gòu)件在兩處形成高副2.兩聯(lián)接構(gòu)件在聯(lián)接點(diǎn)上的運(yùn)動(dòng)軌跡重合處理方法：去除虛約束及多余的構(gòu)件?；疖囓囕喡?lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)3.機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對(duì)稱部分處理方法：去除對(duì)稱部分的構(gòu)件和形成的運(yùn)動(dòng)副。周轉(zhuǎn)輪系例：

計(jì)算如圖所示機(jī)構(gòu)的自由度，指出并說明其中是否有復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束，并判斷該機(jī)構(gòu)是否有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（圖中箭頭所示構(gòu)件為原動(dòng)件）？答案：（1）F=1（2）G處有復(fù)合鉸鏈，C處存在局部自由度，K、I處存在虛約束。（3）機(jī)構(gòu)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。課堂練習(xí)