第十一章 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖及自由度

1、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖及自由度平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖及自由度一、平面機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)簡圖機(jī)器：由零件組成的執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置。用來完成所賦予的功能，如變換或傳遞能量、變換和傳遞運(yùn)動(dòng)和力及傳遞物料與信息。構(gòu)件：機(jī)器中每一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單元。機(jī)構(gòu)：由兩個(gè)或者兩個(gè)以上的構(gòu)件通過活動(dòng)連接構(gòu)成的構(gòu)件系統(tǒng)。1.氣缸2.活塞3.連桿4.曲軸5.齒輪6.齒輪7.凸輪8.頂桿單缸內(nèi)燃機(jī)平面機(jī)構(gòu)：機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件都在同一平面或者相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。機(jī)構(gòu)的組成以內(nèi)燃機(jī)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例：曲柄連桿活塞缸體按照構(gòu)件運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，構(gòu)件可以分為：a.缸體不運(yùn)動(dòng)固定件b.活塞帶

2、動(dòng)其他構(gòu)件運(yùn)動(dòng)主動(dòng)件c.連桿、曲柄在活塞的帶動(dòng)下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件從動(dòng)件從動(dòng)件主動(dòng)件固定件按照構(gòu)件運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，構(gòu)件可以分為：a.缸體不運(yùn)動(dòng)固定件b.活塞帶動(dòng)其他構(gòu)件運(yùn)動(dòng)主動(dòng)件c.連桿、曲柄在活塞的帶動(dòng)下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)從動(dòng)件從動(dòng)件從動(dòng)件主動(dòng)件固定件運(yùn)動(dòng)副的分類轉(zhuǎn)動(dòng)副 面接觸 低副移動(dòng)副點(diǎn)接觸 高副 線接觸機(jī)構(gòu)=構(gòu)件+運(yùn)動(dòng)副 為了便于研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，我們把機(jī)械部件中與運(yùn)動(dòng)無關(guān)的部件省略，用簡化的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副符號(hào)來表達(dá)各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，用長度和比例尺畫出的機(jī)構(gòu)簡圖稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖動(dòng)簡圖。繪制平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的步驟：1.分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，認(rèn)清固定件、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

3、構(gòu)件的數(shù)目及運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目和種類3.用構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副繪制簡圖二、平面機(jī)構(gòu)的自由度1.機(jī)構(gòu)自由度23 平面機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件相對(duì)于機(jī)架所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。如何使組合起如何使組合起來的構(gòu)件產(chǎn)生來的構(gòu)件產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)并具有運(yùn)運(yùn)動(dòng)并具有運(yùn)動(dòng)確定性？動(dòng)確定性？1 1、機(jī)構(gòu)的自由度、機(jī)構(gòu)的自由度2 2、機(jī)構(gòu)具有確定、機(jī)構(gòu)具有確定性運(yùn)動(dòng)的條件性運(yùn)動(dòng)的條件定義：定義：計(jì)算公式1 1）機(jī)構(gòu)的構(gòu)件總數(shù)）機(jī)構(gòu)的構(gòu)件總數(shù)K K2 2）活動(dòng)構(gòu)件數(shù)）活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=Kn=K1 13 3）組成運(yùn)動(dòng)副前，機(jī)構(gòu)總自由度）組成運(yùn)動(dòng)副前，機(jī)構(gòu)總自由度3n3n 組成運(yùn)動(dòng)副后，機(jī)構(gòu)的自由度組成運(yùn)動(dòng)副后，機(jī)構(gòu)的自由度：F F3n-2P3n

4、-2PL L-P-Ph h 約束）高副數(shù)（約束）低副數(shù)（1P2phL23 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)自由度與組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目及運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)有關(guān)。v計(jì)算計(jì)算實(shí)例實(shí)例n =5, PL = 7, PH= 0 F = 3n 2PL PH= 35 27 0= 1解：解：23 平面機(jī)構(gòu)的自由度點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫 2、機(jī)構(gòu)具有確定性運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)自由度自由度原動(dòng)件原動(dòng)件結(jié)論結(jié)論F3 3-2 4=11 F= 原原動(dòng)件數(shù)目動(dòng)件數(shù)目 機(jī)構(gòu)有機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)確定運(yùn)動(dòng)F3 3-2 4 =12 F 原原動(dòng)件數(shù)目動(dòng)件數(shù)目 機(jī)構(gòu)運(yùn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定動(dòng)不確定 機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)是由外界給定的。如給出的原動(dòng)

5、件數(shù)不等于機(jī)機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)是由外界給定的。如給出的原動(dòng)件數(shù)不等于機(jī)構(gòu)的自由度，則會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響。構(gòu)的自由度，則會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響。23 平面機(jī)構(gòu)的自由度 F 3 4-2 5 =21F 原動(dòng)件原動(dòng)件數(shù)目數(shù)目 機(jī)構(gòu)運(yùn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定動(dòng)不確定F 3 2-2 3 =00 F0 機(jī)構(gòu)為機(jī)構(gòu)為桁架結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)，不能運(yùn)動(dòng)不能運(yùn)動(dòng)23 平面機(jī)構(gòu)的自由度由上例及其它機(jī)構(gòu)分析：機(jī)構(gòu)具有確定性運(yùn)動(dòng)的條件：機(jī)構(gòu)具有確定性運(yùn)動(dòng)的條件：23 平面機(jī)構(gòu)的自由度F F0 0且等于原動(dòng)件的數(shù)目且等于原動(dòng)件的數(shù)目3、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)的注意事項(xiàng)三個(gè)問題：三個(gè)問題：1 1、復(fù)合鉸鏈、復(fù)合鉸鏈定義：兩個(gè)以上的構(gòu)件在

6、同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接。23 平面機(jī)構(gòu)的自由度處理：處理：三個(gè)構(gòu)件在同一軸線處，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。三個(gè)構(gòu)件在同一軸線處，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。推理：推理：m個(gè)構(gòu)件時(shí)，有個(gè)構(gòu)件時(shí)，有m 1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。 慣性篩機(jī)構(gòu)慣性篩機(jī)構(gòu)C處為復(fù)合鉸鏈處為復(fù)合鉸鏈計(jì)算中注意觀察是否有復(fù)合鉸鏈，以免漏算轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)目，出現(xiàn)計(jì)算中注意觀察是否有復(fù)合鉸鏈，以免漏算轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)目，出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤。計(jì)算錯(cuò)誤。23 平面機(jī)構(gòu)的自由度慣性篩機(jī)構(gòu)慣性篩機(jī)構(gòu)C處為復(fù)合鉸鏈處為復(fù)合鉸鏈計(jì)算中注意觀察是否有復(fù)合鉸鏈，以免漏算轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)目，出現(xiàn)計(jì)算中注意觀察是否有復(fù)合鉸鏈，以免漏算轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)目，出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤。計(jì)算錯(cuò)誤。n = 5, PL = 7, PH =

7、0= 35 -27 0 = 1F = 3n - 2PL PH23 平面機(jī)構(gòu)的自由度 試計(jì)算直線機(jī)構(gòu)的自由度。試計(jì)算直線機(jī)構(gòu)的自由度。23 平面機(jī)構(gòu)的自由度 F3n-(2PL+PH) 試計(jì)算直線機(jī)構(gòu)的自由度。試計(jì)算直線機(jī)構(gòu)的自由度。=37-210=123 平面機(jī)構(gòu)的自由度2 2、 局部自由度局部自由度定義：不影響其它構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的自由度，只與局部運(yùn)動(dòng)有關(guān)。F F3 33 32 2 3 3 1 12 2（ ）F F3 32 22 2 2 2 1 11 1（ ） 在計(jì)算機(jī)構(gòu)在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，可自由度時(shí)，可預(yù)先排除。預(yù)先排除。23 平面機(jī)構(gòu)的自由度3 3、虛約束、虛約束定義：對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)際上不起約束

8、作用的約束，是構(gòu)件幾何尺寸滿足某些特殊要求的產(chǎn)物。三種情況的虛約束三種情況的虛約束F F3 33 32 2 4 4 1 1（ ）F F3 34 42 2 6 6 0 0（ ）（1）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果兩構(gòu)件上兩點(diǎn)間的距離始終保持不變，將此兩點(diǎn)用構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接，則會(huì)帶進(jìn)虛約束。23 平面機(jī)構(gòu)的自由度23 平面機(jī)構(gòu)的自由度2）兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副或回轉(zhuǎn)副，其導(dǎo)路平行或回轉(zhuǎn)軸線重合。F F3 32 22 2 2 2 1 11 1（ ） 3 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。）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。F F3 33 32 2 3 3 2 21 1（ ） 虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)雖然不起作用，但可以增加構(gòu)件的剛性，改進(jìn)受力，減少磨損，因而在機(jī)構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)。23 平面機(jī)構(gòu)的自由度綜合例題綜合例題大篩機(jī)構(gòu)大篩機(jī)構(gòu)的自由度的自由度機(jī)構(gòu)是否有機(jī)構(gòu)是否有確定的確定的運(yùn)動(dòng)？運(yùn)動(dòng)？23 平面機(jī)構(gòu)的自由度綜合例題綜合例題大篩機(jī)構(gòu)大篩機(jī)構(gòu)的自由度的自由度F 3n-2Pl-PH =3 7-2 9-1 =2=原動(dòng)件數(shù)原動(dòng)件數(shù)機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。23 平面機(jī)構(gòu)的自由度總結(jié)總結(jié)構(gòu)件構(gòu)件機(jī)架機(jī)架原動(dòng)件原動(dòng)件從動(dòng)件從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副高副高副低副低副轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副移動(dòng)副平面機(jī)