大工秋《機(jī)械原理》輔導(dǎo)資料

1、機(jī)械原理輔導(dǎo)資料二主 題： 第二章 機(jī)構(gòu)的組成和結(jié)構(gòu)(第1-3節(jié))學(xué)習(xí)時(shí)間：2012年10月8 日- 10月14日內(nèi) 容：第二章 機(jī)構(gòu)的組成和結(jié)構(gòu)(第1-3節(jié))這周我們將學(xué)習(xí)第二章中的第1-3節(jié)，這部分重點(diǎn)介紹機(jī)構(gòu)的組成、機(jī)構(gòu)運(yùn) 動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制方法、機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算及具有確定運(yùn)動(dòng)的條件， 下面整理出的理 念框架供同學(xué)們學(xué)習(xí).一、基本要求(1) 熟練掌握機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制方法能夠?qū)?shí)際機(jī)構(gòu)或機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖繪 制成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；能看懂各種復(fù)雜機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖； 能用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖表 達(dá)自己的設(shè)計(jì)構(gòu)思.(2) 掌握運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件，能對(duì)構(gòu)思的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析， 判斷 其能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能.(3)

2、熟練掌握機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法.能自如地運(yùn)用自由度計(jì)算公式計(jì)算平 面機(jī)構(gòu)的自由度.能準(zhǔn)確識(shí)別出機(jī)構(gòu)中存在的復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束，并作出正確處理.、機(jī)構(gòu)的組成(1) 零件 任何機(jī)器都是由零件組成的，零件是制造的最小單元體 .(2) 構(gòu)件 構(gòu)件是組成機(jī)構(gòu)的基本要素，是由剛性地聯(lián)接在一起的零件共同組成的，獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的最小單元體.(3) 運(yùn)動(dòng)副及分類運(yùn)動(dòng)副是兩個(gè)構(gòu)件組成的可動(dòng)聯(lián)接，是組成機(jī)構(gòu)的又一基本要素.兩構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面稱為運(yùn)動(dòng)副元素.運(yùn)動(dòng)副是 約束運(yùn)動(dòng)的，因而一個(gè)運(yùn)動(dòng)副至少引入一個(gè)約束，也至少保留一個(gè)自由度.至于兩構(gòu)件組成運(yùn)動(dòng)副后還能產(chǎn)生哪些相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則與運(yùn)動(dòng)副的類型有關(guān)

3、.運(yùn)動(dòng)副按其接觸方式分為高副(點(diǎn)線接觸)和低副(面接觸)，也可按相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分為 轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、螺旋副和球面副等，根據(jù)運(yùn)動(dòng)副所引入約束的數(shù)目由1到5可分為I級(jí)副、U級(jí)副、川級(jí)副、W級(jí)副和V級(jí)副 .(4) 運(yùn)動(dòng)鏈及其分類運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)莾蓚€(gè)或兩個(gè)以上的構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而構(gòu) 成的相對(duì)可動(dòng)的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)鏈有首末封閉的閉鏈，也有未封閉的開鏈 運(yùn)動(dòng)鏈還有 平面運(yùn)動(dòng)鏈和空間運(yùn)動(dòng)鏈之分三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，按一定的比例尺定出各運(yùn)動(dòng)副的位置， 再用規(guī)定的符 號(hào)和簡(jiǎn)單的線條或幾何圖形將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況表示出來，即為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖由于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)僅與運(yùn)動(dòng)副的類型和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸(確定各運(yùn)動(dòng)副相對(duì)位置的尺 寸)有關(guān)

4、，而與構(gòu)件的外形尺寸等無關(guān)，因而機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖可以表示機(jī)構(gòu)的組成 和運(yùn)動(dòng)情況，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，而且有時(shí)也可用來進(jìn)行動(dòng)力分析繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的注意事項(xiàng)：(1) 首先搞清機(jī)械的實(shí)際構(gòu)造和運(yùn)動(dòng)情況，找出機(jī)架、原動(dòng)件和從動(dòng)件，順 著運(yùn)動(dòng)傳遞的路線，看看運(yùn)動(dòng)是怎么從原動(dòng)件傳到從動(dòng)件的， 從而搞清該機(jī)械由 多少個(gè)構(gòu)件組成，各構(gòu)件之間構(gòu)成何種運(yùn)動(dòng)副(2) 選擇機(jī)械多數(shù)構(gòu)件所在的運(yùn)動(dòng)平面為視圖平面，必要時(shí)把機(jī)械不同部分的不同視圖展開在同一視圖上，或把主運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖視圖上難以表達(dá)清楚的部分另繪 一張局部簡(jiǎn)圖(3) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖不同于裝配圖，它具有“透明功能”，即不管一個(gè)構(gòu)件是 否被其他構(gòu)件擋住，均可視為“可見”而用實(shí)線

5、畫出 四、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)的自由度是機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目為了使機(jī)構(gòu)能按照給定的要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的傳遞及變換，當(dāng)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 運(yùn)動(dòng)時(shí)，該機(jī)構(gòu)中的其余構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)也都應(yīng)是完全確定的， 即機(jī)構(gòu)必須具有確定 的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)確定的條件是機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目應(yīng)等于原動(dòng)件的數(shù)目，否則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)將不確定，或者就沒有運(yùn)動(dòng)的可能性.五、機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算1、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算計(jì)算公式為：F=3n-(2p1+ph-p' )-F式中n-機(jī)構(gòu)中活動(dòng)構(gòu)件數(shù)；P1-機(jī)構(gòu)中的低副數(shù)；Ph-機(jī)構(gòu)中的高副數(shù)；P'-機(jī)構(gòu)中的虛約束數(shù)；F'-機(jī)構(gòu)中的局部自由數(shù).除去局部自

6、由度和虛約束時(shí)F=3 n-(2p1+ph)2、空間機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算計(jì)算公式為：F=6 n-(5p5-4p4+3p3-2p2+p1)式中n-機(jī)構(gòu)中活動(dòng)構(gòu)件數(shù)；P1-I級(jí)副數(shù)目；P2-U級(jí)副數(shù)目；P3-川級(jí)副數(shù)目；P4-W級(jí)副數(shù)目；P5-V級(jí)副數(shù)目；六、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)1、正確計(jì)算運(yùn)動(dòng)副數(shù)目(1) 復(fù)合鉸鏈問題兩個(gè)以上的構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接，就構(gòu)成了所 謂的復(fù)合鉸鏈桿狀構(gòu)件構(gòu)成的復(fù)合鉸鏈比較明顯，而由齒輪、凸輪及機(jī)架等構(gòu) 件構(gòu)成的復(fù)合鉸鏈則容易忽略，計(jì)算時(shí)應(yīng)特別注意由m個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈， 共有(m-1 )個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副.(2) 構(gòu)件間形成多個(gè)導(dǎo)路平行或重合的轉(zhuǎn)移副，則只能算一個(gè)

7、移動(dòng)副.如果兩構(gòu)件在多處相配合而構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，且轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合，則只能算一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副.(3) 如果兩構(gòu)件在多處相接觸而構(gòu)成平面高副，而各接觸點(diǎn)處的公法線彼 此重合，則只能算一個(gè)平面高副.2、除去局部自由度某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運(yùn)動(dòng)，并不影響機(jī)構(gòu)中其他構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 這種自 由度稱為局部自由度，計(jì)算時(shí)應(yīng)除去3、除去虛約束在機(jī)構(gòu)中起重復(fù)作用的約束稱為虛約束.平面機(jī)構(gòu)的虛約束常出現(xiàn)于下列情 況中：（1） 用一個(gè)構(gòu)件及兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副將構(gòu)件上距離始終不變的兩個(gè)動(dòng)點(diǎn)相聯(lián)時(shí)，引 入一個(gè)虛約束.（2）在機(jī)構(gòu)中如果有兩構(gòu)件以鉸鏈相聯(lián)接，當(dāng)將此兩構(gòu)件在聯(lián)接出拆開時(shí)，若兩構(gòu)件上原聯(lián)接點(diǎn)的軌跡是重合的，則該聯(lián)接引入一個(gè)虛約束.

8、（3 ）對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分引入虛約束.機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在某些特定的幾何條件下產(chǎn)生的.如果不滿足這些幾何條件，虛約束將變成實(shí)際的有效約束，而影響到機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可能性或靈活性.而為了滿足這些特定的條件，就要求較高的加工精度和裝配精度，這就意味著有較 高的制造成本，所以從保證機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、便于加工裝配和減少成本等方面考慮， 應(yīng)盡量減少機(jī)構(gòu)中的虛約束.七、虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)1、虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響有虛約束的機(jī)構(gòu)，其相關(guān)尺寸的制造精度要求高，從而增大了制造成本.機(jī)構(gòu)中的虛約束越多，要求精度高的尺寸參數(shù)也越多，制造難度也越大.故虛約束的多少也是機(jī)構(gòu)性能的一個(gè)重要指

9、標(biāo).但在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，為了改善受力情況、增 加機(jī)構(gòu)剛度或使機(jī)構(gòu)能順利通過轉(zhuǎn)折點(diǎn)，虛約束又是必須存在的2、機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)在儀表機(jī)構(gòu)中，機(jī)構(gòu)的靈活性是十分重要的，故要盡可能避免在機(jī)構(gòu)中出現(xiàn) 虛約束.另外在一些剛性較差的地方，如布置在飛機(jī)機(jī)翼上的一些機(jī)構(gòu)，在受力 時(shí)易發(fā)生較大的變形，約束成為虛約束必須滿足的幾何條件易遭破壞，這種情況下也應(yīng)力求避免虛約束但要注意，當(dāng)把平面機(jī)構(gòu)按平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算時(shí)， 往往從表面看，似乎無虛約束，實(shí)際上絕大多數(shù)情況有個(gè)別虛約束只有把機(jī)構(gòu)按空間一般機(jī)構(gòu)來看，不存在虛約束時(shí)才真正沒有虛約束.為了減少虛約束數(shù)，在工程實(shí)際中常用球面副、球銷副代替?zhèn)鲃?dòng)副，用圓柱副代替移動(dòng)副或

10、轉(zhuǎn)動(dòng)副， 用鼓形齒代替直齒等.本周要求掌握的內(nèi)容如下：重點(diǎn)：機(jī)構(gòu)的組成、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制方法、機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算及具有確 定運(yùn)動(dòng)的條件.難點(diǎn)：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制、機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算.本章考點(diǎn)：（1）有關(guān)機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副、約束、運(yùn)動(dòng)鏈、機(jī)構(gòu)、自由度、復(fù)合鉸 鏈、局部自由度、虛約束等基本概念.（2）正確運(yùn)用規(guī)定的符號(hào)和表達(dá)方法繪制常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 .（3 ）機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件和平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算 .指出平面機(jī)構(gòu)中的 復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束.判斷機(jī)構(gòu)是否具有正確的運(yùn)動(dòng)，并給予正確處 理.（4）高副低代及判斷機(jī)構(gòu)的級(jí)別.練習(xí)：1、平面運(yùn)動(dòng)副的最大約束數(shù)為多少？最小約束數(shù)為多少？引入一個(gè)

11、約束的 運(yùn)動(dòng)副為？引入兩個(gè)約束的運(yùn)動(dòng)副為？答：2,1，低副，咼副.2、既然虛約束對(duì)于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上不起約束作用，那么在實(shí)際機(jī)構(gòu)中為 什么又常常存在虛約束？答：為了改善機(jī)構(gòu)的受力情況，增加機(jī)構(gòu)剛度或保證機(jī)械運(yùn)動(dòng)的順利等3、何謂構(gòu)件？何謂運(yùn)動(dòng)副及運(yùn)動(dòng)副元素？運(yùn)動(dòng)副是如何進(jìn)行分類的？答：構(gòu)件：構(gòu)件是組成機(jī)構(gòu)的基本要素，是由剛性地聯(lián)接在一起的零件共同 組成的，獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的最小單元體.運(yùn)動(dòng)副是兩個(gè)構(gòu)件組成的可動(dòng)聯(lián)接，是組成機(jī)構(gòu)的又一基本要素.兩構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面稱為運(yùn)動(dòng)副元素.運(yùn)動(dòng)副是約束運(yùn)動(dòng)的，因而 一個(gè)運(yùn)動(dòng)副至少引入一個(gè)約束，也至少保留一個(gè)自由度.至于兩構(gòu)件組成運(yùn)動(dòng)副后還能產(chǎn)生哪些相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則與運(yùn)動(dòng)副的類型有關(guān).運(yùn)動(dòng)副按其接觸方式分為高副（點(diǎn)線接觸）和低副（面接觸），也可按相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分為轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、 螺旋副和球面副等，根據(jù)運(yùn)動(dòng)副所引入約束的數(shù)目有1到5可分為I級(jí)副、U級(jí)副、川級(jí)副、W級(jí)副、V級(jí)副.4、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖有何用處？它能表示出原機(jī)構(gòu)哪些方面的特征？答：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖可以表示機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動(dòng)傳遞情況，可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，而且有時(shí)也可用來進(jìn)行動(dòng)力分析.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖反應(yīng)了原機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件數(shù)、 運(yùn)動(dòng)副的種類及數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的相 對(duì)位置、原動(dòng)件及其運(yùn)動(dòng)形式等.5、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是什么？答：機(jī)構(gòu)的自由度是機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目.