機(jī)械基礎(chǔ)平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度

1、一、構(gòu)件二、運(yùn)動副三、機(jī)構(gòu)四、平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖五、平面機(jī)構(gòu)的自由度一、構(gòu)件一、構(gòu)件構(gòu)件：構(gòu)件：獨(dú)立影響機(jī)構(gòu)功能并能獨(dú)獨(dú)立影響機(jī)構(gòu)功能并能獨(dú)立運(yùn)動的單元體立運(yùn)動的單元體（實(shí)物、剛體、運(yùn)動的整體實(shí)物、剛體、運(yùn)動的整體） 機(jī)架機(jī)架、原動構(gòu)件、從動構(gòu)件原動構(gòu)件、從動構(gòu)件零件：零件：單獨(dú)加工的制造單元體單獨(dú)加工的制造單元體 通用零件、專用零件通用零件、專用零件 構(gòu)件可以由一個零件組成構(gòu)件可以由一個零件組成 也可以由幾個零件組成也可以由幾個零件組成從動件從動件原動件原動件1234機(jī)架機(jī)架機(jī)器的組成機(jī)器的組成( (從運(yùn)動觀點(diǎn)看從運(yùn)動觀點(diǎn)看) )由構(gòu)件組成由構(gòu)件組成( (從制造觀點(diǎn)看從制造觀點(diǎn)看) )由零件

2、組成由零件組成機(jī)械機(jī)械機(jī)器機(jī)器機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)件零件零件通用零件通用零件專用零件專用零件原動構(gòu)件原動構(gòu)件從動構(gòu)件從動構(gòu)件機(jī)機(jī) 架架與動力與動力源組合源組合零件零件構(gòu)件構(gòu)件機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)機(jī)器機(jī)器靜聯(lián)接靜聯(lián)接動聯(lián)接動聯(lián)接(運(yùn)動副運(yùn)動副) 運(yùn)動副運(yùn)動副: : 兩構(gòu)件直接接觸而形成的可動聯(lián)接兩構(gòu)件直接接觸而形成的可動聯(lián)接 運(yùn)動副元素：運(yùn)動副元素：構(gòu)成運(yùn)動副時直接接觸的點(diǎn)、線、面部分構(gòu)成運(yùn)動副時直接接觸的點(diǎn)、線、面部分 接觸形式接觸形式: : 點(diǎn)、線、面點(diǎn)、線、面xyo按接觸形式分類：按接觸形式分類： 接觸形式接觸形式: 點(diǎn)、線、面點(diǎn)、線、面 低副低副：面接觸：面接觸 高副高副：點(diǎn)、線接觸：點(diǎn)、線接觸平面低副平

3、面低副空間低副空間低副xyo高副高副高副高副空間低副空間低副平面低副平面低副平面低副平面低副按相對運(yùn)動分類：按相對運(yùn)動分類： 運(yùn)動副的性質(zhì)（即運(yùn)動副引入的約束）確定了兩構(gòu)件的相運(yùn)動副的性質(zhì)（即運(yùn)動副引入的約束）確定了兩構(gòu)件的相對運(yùn)動對運(yùn)動 按相對運(yùn)動分類：按相對運(yùn)動分類： 轉(zhuǎn)動副：相對轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動副：相對轉(zhuǎn)動 回轉(zhuǎn)副、鉸鏈回轉(zhuǎn)副、鉸鏈 移動副：相對移動移動副：相對移動 螺旋副：螺旋運(yùn)動螺旋副：螺旋運(yùn)動 球面副：球面運(yùn)動球面副：球面運(yùn)動 運(yùn)動副類型小結(jié)運(yùn)動副類型小結(jié) 平面低副平面低副: 轉(zhuǎn)動副、移動副轉(zhuǎn)動副、移動副 （面接觸面接觸） 平面高副平面高副: 齒輪副、凸輪副齒輪副、凸輪副 （點(diǎn)、線接觸點(diǎn)、

4、線接觸） 空間低副空間低副: 螺旋副、球面副、圓柱副螺旋副、球面副、圓柱副 （面接觸面接觸） 空間高副空間高副: 球和圓柱與平面、球與圓柱副球和圓柱與平面、球與圓柱副 (點(diǎn)、線接觸點(diǎn)、線接觸) 運(yùn)動副特性運(yùn)動副特性: :運(yùn)動副一經(jīng)形成運(yùn)動副一經(jīng)形成, , 組成它的兩個構(gòu)件間的可組成它的兩個構(gòu)件間的可能的相對運(yùn)動就確定。而且能的相對運(yùn)動就確定。而且這種可能的相對運(yùn)動這種可能的相對運(yùn)動, , 只與運(yùn)只與運(yùn)動副類型有關(guān)動副類型有關(guān), , 而與運(yùn)動副的具體結(jié)構(gòu)無關(guān)。而與運(yùn)動副的具體結(jié)構(gòu)無關(guān)。 工程上常用一些規(guī)定的符號代表運(yùn)動副工程上常用一些規(guī)定的符號代表運(yùn)動副平面副平面副低副低副：轉(zhuǎn)動副、移動副：轉(zhuǎn)動

5、副、移動副( (面接觸面接觸) )高副高副：齒輪副、凸輪：齒輪副、凸輪副副( (點(diǎn)、線接觸點(diǎn)、線接觸) )xyoxyottnnnt空間副空間副高副高副：點(diǎn)、線接觸：點(diǎn)、線接觸球面副球面副螺旋副螺旋副了解了解機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件通過運(yùn)動副連接而成的機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件通過運(yùn)動副連接而成的原動件：原動件：按給定運(yùn)動規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動的構(gòu)件按給定運(yùn)動規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動的構(gòu)件從動件：從動件：其余的活動構(gòu)件其余的活動構(gòu)件機(jī)機(jī) 架：架：固定不動的構(gòu)件固定不動的構(gòu)件原動件原動件1234從動件從動件機(jī)架機(jī)架閉鏈閉鏈開鏈開鏈機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)1 概述2 構(gòu)件的表示方法3 運(yùn)動副的表示方法4 運(yùn)動簡圖的繪制方法5 例題1 概述概述 機(jī)構(gòu)各部分的運(yùn)動，

6、取決于：機(jī)構(gòu)各部分的運(yùn)動，取決于：原動件的運(yùn)動規(guī)律、各運(yùn)動副的類型、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸原動件的運(yùn)動規(guī)律、各運(yùn)動副的類型、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸(確定各運(yùn)動副相對位置的尺寸確定各運(yùn)動副相對位置的尺寸) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖:（表示機(jī)構(gòu)（表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動特征運(yùn)動特征的一種工程用圖）的一種工程用圖）用簡單線條表示構(gòu)件用簡單線條表示構(gòu)件規(guī)定符號代表運(yùn)動副規(guī)定符號代表運(yùn)動副按比例定出運(yùn)動副的相對位置按比例定出運(yùn)動副的相對位置與原機(jī)械具有完全相同的運(yùn)動特性與原機(jī)械具有完全相同的運(yùn)動特性 比較：比較：機(jī)構(gòu)示意圖：機(jī)構(gòu)示意圖：沒嚴(yán)格按照比例繪制的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖沒嚴(yán)格按照比例繪制的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 用途：用途：分析現(xiàn)有機(jī)械，構(gòu)思

7、設(shè)計新機(jī)械分析現(xiàn)有機(jī)械，構(gòu)思設(shè)計新機(jī)械2 構(gòu)件的表示方法構(gòu)件的表示方法桿、軸類構(gòu)件桿、軸類構(gòu)件機(jī)架機(jī)架同一構(gòu)件同一構(gòu)件兩副構(gòu)件兩副構(gòu)件三副構(gòu)件三副構(gòu)件3 運(yùn)動副的表示方法運(yùn)動副的表示方法轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副移動副移動副高副高副（齒輪副、（齒輪副、凸輪副）凸輪副）4 運(yùn)動簡圖的繪制方法運(yùn)動簡圖的繪制方法 步驟：步驟：確定構(gòu)件數(shù)目及原動件、輸出構(gòu)件確定構(gòu)件數(shù)目及原動件、輸出構(gòu)件各構(gòu)件間構(gòu)成何種運(yùn)動副？（注意微動部分）各構(gòu)件間構(gòu)成何種運(yùn)動副？（注意微動部分）選定比例尺選定比例尺、投影面，確定原動件某一位置，、投影面，確定原動件某一位置，按規(guī)定按規(guī)定符號繪制運(yùn)動簡圖符號繪制運(yùn)動簡圖標(biāo)明機(jī)架、原動件和作圖比例尺

8、標(biāo)明機(jī)架、原動件和作圖比例尺 繪制路線：繪制路線：原動件原動件中間傳動件中間傳動件 輸出構(gòu)件輸出構(gòu)件 觀察重點(diǎn)：觀察重點(diǎn)：各構(gòu)件間構(gòu)成的運(yùn)動副類型各構(gòu)件間構(gòu)成的運(yùn)動副類型 良好習(xí)慣：良好習(xí)慣：各種運(yùn)動副和構(gòu)件用規(guī)定符號表達(dá)各種運(yùn)動副和構(gòu)件用規(guī)定符號表達(dá) 誤誤 區(qū)：區(qū)：構(gòu)件外形構(gòu)件外形5 例題：例題：內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)ABCEFDG例題：例題：破碎機(jī)破碎機(jī)1 12 23 34 4ABC141223A14B12C2343 32 24 41 14例題：例題：1 平面機(jī)構(gòu)自由度的計算平面機(jī)構(gòu)自由度的計算2 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件3 幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈

9、 局部自由度局部自由度 虛約束虛約束4 小結(jié)小結(jié)1 平面機(jī)構(gòu)自由度的計算平面機(jī)構(gòu)自由度的計算(1) 平面運(yùn)動構(gòu)件的自由度平面運(yùn)動構(gòu)件的自由度(構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動)(2) 平面運(yùn)動副引入的約束平面運(yùn)動副引入的約束R(對獨(dú)立的運(yùn)動所加的限制對獨(dú)立的運(yùn)動所加的限制)xy21 與其它構(gòu)件未連之前：與其它構(gòu)件未連之前：3 用運(yùn)動副與其它構(gòu)件連接后用運(yùn)動副與其它構(gòu)件連接后, 運(yùn)運(yùn)動副引入約束動副引入約束, 原自由度減少原自由度減少xyoxyottnnR=2R=2R=1結(jié)論：結(jié)論：平面低副引入平面低副引入2個約束個約束平面高副引入平面高副引入1個約束個約束(3) 平面機(jī)構(gòu)自由度計算

10、公式平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式如果：活動構(gòu)件數(shù)：如果：活動構(gòu)件數(shù)：n 低副數(shù)低副數(shù)： pl 高副數(shù)高副數(shù)： phxy21未連接前總自由度：未連接前總自由度： 3n連接后引入的總約束數(shù)：連接后引入的總約束數(shù)：2pl+phF=3n - ( 2pl + ph ) 機(jī)構(gòu)自由度機(jī)構(gòu)自由度F：F=3n - 2pl - ph機(jī)構(gòu)自由度舉例：機(jī)構(gòu)自由度舉例：1234F =3n2plph = 3 2 340= 112345F =3n2plph = 3 2 450= 2F =3n2plph = 3 2 221= 1BCAF =3n2plph = 3 2 340 = 1F =3n2plph = 3 2 451 = 1F

11、 =3n2plph = 3 42 50= 2 F =3n2plph = 3 32 50= -1 F =3n2plph = 3 22 30=0 2 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件F=0,剛性桁架，構(gòu)件之間無相對運(yùn)動剛性桁架，構(gòu)件之間無相對運(yùn)動原動件數(shù)小于原動件數(shù)小于F,各構(gòu)件無確定的相對運(yùn)動各構(gòu)件無確定的相對運(yùn)動原動件數(shù)大于原動件數(shù)大于F,在機(jī)構(gòu)的薄弱處遭到破壞在機(jī)構(gòu)的薄弱處遭到破壞結(jié)論：結(jié)論：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：1 機(jī)構(gòu)自由度機(jī)構(gòu)自由度 0 2 原動件數(shù)原動件數(shù) 機(jī)構(gòu)自由度數(shù)機(jī)構(gòu)自由度數(shù)BCABCADEAEBCD m個構(gòu)件個構(gòu)件(m2)在同一處構(gòu)成轉(zhuǎn)動

12、在同一處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副副 m-1-1個低副個低副(1) 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈412356F F 3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 560 3F F 3n3n 2p2pl lp ph h 3 3 2 2 570 1412356錯錯對對計算在內(nèi)計算在內(nèi)5232351m個構(gòu)件個構(gòu)件,m-1個鉸鏈個鉸鏈3 幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理F3n2plph 3 2 33 1 2F3n 2plph 3 2 221 1錯錯對對排除排除(2) 局部自由度局部自由度 定義：定義：機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的獨(dú)立的局部運(yùn)動機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的獨(dú)立的局部運(yùn)動, , 不影響機(jī)不影響機(jī)構(gòu)輸出運(yùn)動的自由度構(gòu)輸出

13、運(yùn)動的自由度 局部自由度經(jīng)常發(fā)生的場合：局部自由度經(jīng)常發(fā)生的場合：滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦?xí)r添加滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦?xí)r添加的滾子、軸承中的滾珠的滾子、軸承中的滾珠 解決的方法：解決的方法：計算機(jī)構(gòu)自由度時，設(shè)想將滾子與安裝滾子的計算機(jī)構(gòu)自由度時，設(shè)想將滾子與安裝滾子的構(gòu)件固結(jié)在一起，視作一個構(gòu)件構(gòu)件固結(jié)在一起，視作一個構(gòu)件動畫動畫 不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動傳遞的不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動傳遞的重復(fù)約束重復(fù)約束 在特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運(yùn)動副所引入的約束在特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運(yùn)動副所引入的約束可能與其它運(yùn)動副所起的限制作用一致，這種不起獨(dú)立限可能與其它運(yùn)動副所起的限制作用一致，這種不起獨(dú)立限制作用的運(yùn)動

14、副叫制作用的運(yùn)動副叫虛約束虛約束 虛約束虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合經(jīng)常發(fā)生的場合 處理方法：處理方法：計算自由度時，將虛約束（或虛約束構(gòu)件及其計算自由度時，將虛約束（或虛約束構(gòu)件及其所帶入的運(yùn)動副）去掉所帶入的運(yùn)動副）去掉 結(jié)論結(jié)論F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 23 1- -1錯錯22 11對對排除排除之一為之一為虛約束虛約束(3) 虛約束虛約束虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合A 兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運(yùn)動副時兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運(yùn)動副時B 兩構(gòu)件某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動過程中始終保持不變時兩構(gòu)件某兩點(diǎn)之間的

15、距離在運(yùn)動過程中始終保持不變時C 聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合時聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合時D 機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動不起作用的對稱部分機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動不起作用的對稱部分A 兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運(yùn)動副時兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個運(yùn)動副時 兩構(gòu)件組合成多個兩構(gòu)件組合成多個轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副，且其，且其軸線重合軸線重合 兩構(gòu)件組合成多個兩構(gòu)件組合成多個移動副移動副，其，其導(dǎo)路平行或重合導(dǎo)路平行或重合 兩構(gòu)件組合成若干個兩構(gòu)件組合成若干個高副高副，但接觸點(diǎn)之間的，但接觸點(diǎn)之間的距離為常數(shù)距離為常數(shù)123123 目的：目的：為了改善構(gòu)件的受力情況為了改善構(gòu)件的受力情況F F3n3n2P2PL LP PH H

16、3 3 2 2 22 11動畫動畫B 兩構(gòu)件某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動中保持不變時兩構(gòu)件某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動中保持不變時 在這兩個例子中，加與不加紅色構(gòu)件在這兩個例子中，加與不加紅色構(gòu)件ABAB效果完全一樣，效果完全一樣，為虛約束為虛約束 計算時應(yīng)將構(gòu)件計算時應(yīng)將構(gòu)件ABAB及其引入的約束去掉來計算及其引入的約束去掉來計算412351234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 0F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 46 0 0BA錯錯對對 1F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 01C 兩構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合兩構(gòu)件上聯(lián)接

17、點(diǎn)的軌跡重合 在該機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件在該機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件2 2上的上的C C點(diǎn)點(diǎn)C C2 2與構(gòu)與構(gòu)件件3 3上的上的C C點(diǎn)點(diǎn)C C3 3軌跡重合，為虛約束軌跡重合，為虛約束 計算時應(yīng)將構(gòu)件計算時應(yīng)將構(gòu)件3 3及其引入的約束去及其引入的約束去掉來計算掉來計算 同理，也可將構(gòu)件同理，也可將構(gòu)件4 4當(dāng)作虛約束，將當(dāng)作虛約束，將構(gòu)件構(gòu)件4 4及其引入的約束去掉來計算，及其引入的約束去掉來計算，效果完全一樣效果完全一樣BAC(C2,C3)D1234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 01動畫動畫D 機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動不起作用的對稱部分機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動不起作用的對稱部分 在該機(jī)構(gòu)中，齒輪在該

18、機(jī)構(gòu)中，齒輪3 3是齒輪是齒輪2 2的對稱部分，為虛約束的對稱部分，為虛約束 計算時應(yīng)將齒輪計算時應(yīng)將齒輪3 3及其引入的約束去掉來計算及其引入的約束去掉來計算 同理，將齒輪同理，將齒輪2 2當(dāng)作虛約束去掉，完全一樣當(dāng)作虛約束去掉，完全一樣 目的：目的：為了改善構(gòu)件的受力情況為了改善構(gòu)件的受力情況F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 33 2112345動畫動畫虛約束虛約束結(jié)論結(jié)論 機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn)的，如果這些幾何條件不滿足，則虛約束現(xiàn)的，如果這些幾何條件不滿足，則虛約束將變成有效約束，而使機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動將變成有效約束，而使機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動 采用虛約束是為了采用虛約束是為了: :改善構(gòu)件的受力情況；傳遞較大功率；改善構(gòu)件的受力情況；傳遞較大功率；或滿足某種特殊需要或滿