01理論力學的研究內容及平面機構簡介

1、 2 qqqq群：李忠芳教學群群：李忠芳教學群 請各位班長、學委進入教學群請各位班長、學委進入教學群 辦公室位置：工學院樓辦公室位置：工學院樓2 2樓樓 3 理論力學的內容組成 機構 運動學 靜力學 動力學 4 理論力學是材料力學理論力學是材料力學、機械、機械原理等課程的原理等課程的基礎基礎 材料力學是機械設計課程的基礎材料力學是機械設計課程的基礎 理論 力學 機械 原理 機構 力 運動 材料 力學 根據外力求內力 平衡方程 機械 設計 可靠性計算 +截面設計+可靠性計算= 機械 制圖 機械 制造 + 產品 用戶 + 5 第一章第一章 平面機構的結構分析平面機構的結構分析 1- -1 機構結構

2、分析的內容及目的機構結構分析的內容及目的 研究內容：研究內容： (1) 研究機構的組成及其具有確定運動的條件； (2) 根據結構特點進行機構的結構分類； (3) 研究機構的組成原理。 研究目的：研究目的： 在機構設計中，需要知道機構是怎樣組合起來的，而且在什么條件下 才能實現確定的運動；對機構組成原理的研究還可以為新機構的創(chuàng)造提供 途徑；通過對機構的結構分析與分類，可以為舉一反三地研究機構的運動 分析和動力分析提供方便。 1- -2 機構的組成機構的組成 1. 構件構件 構件(link)機器中每一個獨立的運動單元體。 2. 運動副運動副 由兩個構件組成的可動的聯接稱為運動副運動副(kinema

3、tics pair)。而把兩構件 上能夠參加接觸而構成運動副的表面稱為運動副元素運動副元素。例如軸與軸襯的配合 (圖2-1)，滑塊與導軌的接觸(圖2-2)。 圖圖2-1 回轉回轉 副副 圖圖2-1 移動移動 副副 兩齒輪輪齒的嚙合(圖2-3,a)，球面與平面的接觸(圖2- 3,b)，圓柱與平面的接觸(圖2-3,c) 。 圖圖2-3,b圖圖2-3,c 圖圖2-3,a 齒齒 輪副輪副 任意兩個構件1與2，當它們尚未構起運動副之前，構件1相對于構件2共 有6個相對運動的自由度。當兩構件以某種方式相聯接而構成運動副，則兩 者間的相對運動便受到一定的約束，其相對運動自由度減少的數目就等于該 運動副所引入

4、的約束的數目。兩構件構成運動副后所受到的約束數最少為 1(如圖2-3，b所示的運動副)，而最多為5(如圖2-1和2-2所示的運動副) 運動副的分類運動副的分類： (1) 按引入約束的數目分：I級副、級副、級副、級副、級副。 (2) 按兩構件的接觸情況進行分：點或線接觸而構成的運動副統稱為 高副；面接觸(surface contact)而構成的運動副則稱為低副(lower pair )。 (3) 按兩構件之間的相對運動的不同分：轉動副或回轉副(revolute pair)、移動副(sliding pair)、螺旋副、球面副、平面運動(plane motion)副、 空間運動副。 圖圖2-5 螺旋

5、螺旋 副副 圖圖2-6 球球 面副面副 3. 運動鏈運動鏈 把兩個以上的構件通過運動副的聯接而構成的相對可動的系統稱為運運 動鏈動鏈(kinematics chin)。如運動鏈的各構件構成了首末封閉的系統，則稱其 為閉式運動鏈或簡稱閉鏈(圖2-7，a和b)；如運動鏈的構件未構成首末封閉 的系統，則稱其為開式運動鏈，或簡稱開鏈(圖2-7，c和d) 。 4. 機構機構 在運動鏈中，如果將某一構件加以固定而成為機架，則這種運動鏈便 成為機構。 機構中按給定的已知運動規(guī)律獨立運動的構件稱為原動件；而其余活 動構件則稱為從動件。從動件的運動規(guī)律決定于原動件的運動規(guī)律和機構 的結構。 1- -3 機構運動

6、簡圖機構運動簡圖 用簡單的線條和規(guī)定的符號表示組成機構的構件和運動副，并按一定 的比例尺表示運動副的相對位置的簡單圖形稱為機構運動簡圖機構運動簡圖(kinematic sketch of mechanism)。繪制步驟如下： (1) 分析機構的運動情況，定出其原動部分、工作部分，搞清楚傳動部分。 (2) 合理選擇投影面及原動件適當的投影瞬時位置。 (3) 選擇適當的比例尺(scale)。 (4) 用簡單的線條和規(guī)定的符號繪圖。 (5) 檢驗。 6 1 A O F 2 3 4 5 B D E C 顎式碎石機 a b 圖2-8 1- -4 機構具有確定運動的條件機構具有確定運動的條件 機構具有確定

7、運動時所必須給定的獨立運動參數的數目，稱為機構的 自由度。 機構具有確定運動的條件：機構的自由度必須大于或等于l，且機構 原動件的數目應等于機構的自由度的數目。 如圖2-10，只有在給構件4確定運動規(guī)律后，此時系統才成為機構。 圖2-9圖2-10 1- -5 平面機構自由度的計算平面機構自由度的計算 平面機構自由度計算公式 1- -6 計算平面機構自由度時應注意的事項計算平面機構自由度時應注意的事項 1. 復合鉸鏈：兩個以上的構件同在一處以轉動副相聯接，如圖2-11所 示。 若有m個構件以復合鉸鏈(joint)相聯接時，其構成的轉動副數應等于 (m-1)個。 圖2-11 2. 局部自由度 在有

8、些機構中，某些構件所產生的局部運動，并不影響其他構件的運 動。我們把這種局部運動的自由度稱為局部自由度，如圖所示。在計算機 構的自由度時，應從機構自由度的計算公式中將局部自由度減去。 對于圖示凸輪機構自由度為 F=33-(23+1)-1=1 凸輪機構三維實體圖 圖2-12 3. 虛約束 在機構中，有些運動副帶入的約束，對機構的運動實際上不起約束作 用，我們把這類約束稱為虛約束。在計算機構的自由度時應將這類虛約束 除去。 機構中的虛約束常發(fā)生在下列情況： 1) 在機構中如果兩構件用轉動副聯接其聯接點的運動軌跡重合，則該 聯接將帶入1個虛約束。如圖214所示的機構簡圖。 F = 3*n2PlPh

9、= 3*42*6= 0 錯 F = 3*n2PlPh = 3*32*4 = 1 對 圖2-13 2) 如果兩構件在多處接觸而構成移動副，且移動方向彼此平行(如圖 2-14所示)，則只能算一個移動副。 如果兩構件在多處相配合而構成轉動副，且轉動軸線重合(如2-15所 示)，則只能算一個轉動副。 如果兩構件在多處相接觸而構成平面高副，且各接觸點處的公法線 彼此重合(如圖2-16所示)，則只能算一個平面高副。 圖2-14 圖2-15 圖2-16 3)在機構運動的過程中，若兩構件上某兩點之間的距離始終保持不變， 則如用雙轉動副桿將此兩點相聯，也將帶入1個虛約束，圖2-17所示。 4)在機構中，某些不影響機構運動傳遞的重復部分所帶入