機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-平面機(jī)構(gòu)及自由度

1、運(yùn)動(dòng)副 構(gòu)件之間直接接觸并能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的(可動(dòng))聯(lián)接。 第一節(jié)第一節(jié) 平面機(jī)構(gòu)的組成平面機(jī)構(gòu)的組成兩構(gòu)件接觸形式點(diǎn)、線接觸高副面接觸 低副一、運(yùn)動(dòng)副及分類(lèi)一、運(yùn)動(dòng)副及分類(lèi)機(jī)構(gòu)是具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件組合，如果機(jī)構(gòu)中所有運(yùn)動(dòng)部分均在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，則稱(chēng)為平面機(jī)構(gòu)，否則稱(chēng)為空間機(jī)構(gòu)。 兩構(gòu)件通過(guò)面接觸構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。 (1)轉(zhuǎn)動(dòng)副： 兩構(gòu)件間只能產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。(2)移動(dòng)副：多媒體課件 兩構(gòu)件間只能產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。平面機(jī)構(gòu)的組成平面機(jī)構(gòu)的組成鏈接動(dòng)畫(huà)鏈接動(dòng)畫(huà)凸輪副凸輪副齒輪副齒輪副（二）高副：兩構(gòu)件通過(guò)點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副。輪軌高副輪軌高副平面機(jī)構(gòu)的組成平面機(jī)構(gòu)的

2、組成（三）其它：空間運(yùn)動(dòng)副球面副球面副螺旋副螺旋副平面機(jī)構(gòu)的組成平面機(jī)構(gòu)的組成二、二、 運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈開(kāi)鏈開(kāi)鏈閉鏈閉鏈兩個(gè)以上的構(gòu)件以運(yùn)動(dòng)副連接而成的可動(dòng)系統(tǒng)。平面機(jī)構(gòu)的組成平面機(jī)構(gòu)的組成具有確定運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈。 固定件(機(jī)架):描述運(yùn)動(dòng)的參考系三、機(jī)構(gòu)1234從動(dòng)件原動(dòng)件原動(dòng)件(輸入構(gòu)件):運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的構(gòu)件從動(dòng)件:其余活動(dòng)構(gòu)件機(jī)構(gòu)的組成平面機(jī)構(gòu)的組成平面機(jī)構(gòu)的組成機(jī)架動(dòng)畫(huà)第二節(jié)第二節(jié) 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖分析已有機(jī)構(gòu)或設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)時(shí)，為了使問(wèn)題簡(jiǎn)化，在研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，撇開(kāi)那些與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的機(jī)構(gòu)的外形和運(yùn)動(dòng)副的具體結(jié)構(gòu)，僅用簡(jiǎn)單的線條和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)副符號(hào)來(lái)表示機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)副，并按比例畫(huà)出各

3、運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置。這種說(shuō)明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間相對(duì)這種說(shuō)明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)明圖形，稱(chēng)為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)明圖形，稱(chēng)為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副移動(dòng)副一、平面機(jī)構(gòu)的表示方法平面運(yùn)動(dòng)副的表示平面低副的表示平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面高副的表示平面高副的表示凸輪高副凸輪高副齒輪高副齒輪高副平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖構(gòu)件的表示方法平面低副構(gòu)件的表示：用簡(jiǎn)單的線條表示平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副機(jī)機(jī) 架架 移動(dòng)副移動(dòng)副平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖齒輪副凸輪副平面高副構(gòu)件的表示：畫(huà)出構(gòu)件的輪廓來(lái)表示圓柱齒輪圓柱齒輪錐齒輪錐齒輪蝸輪蝸桿蝸輪蝸桿平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)

4、簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖二、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制二、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制繪制平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的步驟：1. 分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，找出機(jī)架、原動(dòng)件、執(zhí)行件和傳動(dòng)件。2. 沿著運(yùn)動(dòng)傳遞路線，逐一分析各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，確定各運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型和數(shù)目。3. 測(cè)量構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)尺寸，選擇視圖平面和比例尺。4. 選擇原動(dòng)件的一個(gè)位置，采用構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的規(guī)定符號(hào)按比例作圖。平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖顎式破碎機(jī)例 繪制右圖顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 解：1.分析運(yùn)動(dòng),寫(xiě)出傳動(dòng)路線，并確定各構(gòu)件間構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型。機(jī)架1偏心輪(原動(dòng)件)轉(zhuǎn)動(dòng)副A動(dòng)顎3(執(zhí)行件)B轉(zhuǎn)動(dòng)副肋板轉(zhuǎn)動(dòng)副C機(jī)架1D轉(zhuǎn)動(dòng)副平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面

5、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖2.選擇視圖平面 選構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面為視平面。3.確定比例尺2圖長(zhǎng)實(shí)長(zhǎng)LABBALmm/mm4.建立直角坐標(biāo)系：以A為原點(diǎn)。xy5.確定各構(gòu)件的相對(duì)位置： a.坐標(biāo)法b.幾何關(guān)系法6.畫(huà)出各構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)副標(biāo) 出原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向。A平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖DBC例如圖所示單缸內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖自由構(gòu)件作平面運(yùn)動(dòng) 三個(gè)自由度(三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的可能性)自由構(gòu)件作空間運(yùn)動(dòng) 六個(gè)自由度第三節(jié)運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件第三節(jié)運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件一、 構(gòu)件的自由度鏈接動(dòng)畫(huà)二、 運(yùn)動(dòng)副引入的約束引入兩個(gè)兩個(gè)約束引入一個(gè)一個(gè)約束低副高副運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動(dòng)

6、鏈成為機(jī)構(gòu)的條件三、 平面機(jī)構(gòu)的自由度 活動(dòng)構(gòu)件數(shù)（原動(dòng)件從動(dòng)件）低副數(shù)目高副數(shù)目運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件四、 運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件 32 23=0 F=033 25=-1 F043 25=2 F w三角形具有穩(wěn)定性，不能動(dòng)EDC也構(gòu)成三角形，不能動(dòng)鏈接動(dòng)畫(huà)鏈接動(dòng)畫(huà)運(yùn)動(dòng)不確定若若 F=w=2運(yùn)動(dòng)確定33 24=1 F w鏈接動(dòng)畫(huà)鏈接動(dòng)畫(huà)構(gòu)件破壞構(gòu)件破壞33 24=1 F= w運(yùn)動(dòng)確定運(yùn)動(dòng)確定運(yùn)動(dòng)鏈具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：運(yùn)動(dòng)鏈的自由度（）大于零且等于原動(dòng)件的個(gè)數(shù)(W）運(yùn)動(dòng)鏈具有確定運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)論：(F=0不動(dòng)；F0 超靜定，F(xiàn) w時(shí)破壞；F w運(yùn)動(dòng)不確定。）運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動(dòng)

7、鏈成為機(jī)構(gòu)的條件n=3 ; pL=4 ; pH =0F=3n2PLPH=33240=1有確定運(yùn)動(dòng)n=71= 6 , PL = 8 , PH =1 (3與5同一構(gòu)件) F=3n2PLPH=36281 =1原動(dòng)件 機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)3例 計(jì)算下列機(jī)構(gòu)的自由度運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件n=2，PL=1，PH=0，F(xiàn)=0n=3，PL=4，PH=0 ，F(xiàn)=1不是機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)有誤例 修改手動(dòng)沖床的設(shè)計(jì)減少一個(gè)約束增加一個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件n=2 ，PL=2， PH=1n=3，PL=4， PH=0 ，F(xiàn)=3n2PLPH=1F=3n2PLPH=1運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動(dòng)鏈成

8、為機(jī)構(gòu)的條件 兩個(gè)以上的構(gòu)件（k個(gè)）在同一軸線上用轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)構(gòu)成復(fù)合鉸鏈，其實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)為k1個(gè)。五、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題1.復(fù)合鉸鏈播放動(dòng)畫(huà)運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件播放動(dòng)畫(huà)F= 3F= 35 52 27 70 0 = 1 = 1運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈某些構(gòu)件的（不影響其他構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的）獨(dú)立的運(yùn)動(dòng) 該處的局部自由度可減輕機(jī)構(gòu)的摩擦和磨損。但在計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)應(yīng)除去局部自由度。具體做法是將滾子與推桿假想焊接后再計(jì)算。F= 3F= 33 32 23 31= 2 ?1= 2 ?2.2.局部自由度局部自由度F= 32221= 1運(yùn)動(dòng)鏈成為

9、機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件鏈接動(dòng)畫(huà)鏈接動(dòng)畫(huà)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不起限制作用的重復(fù)約束兩構(gòu)件組成多個(gè)重復(fù)的運(yùn)動(dòng)副 (平行的)移動(dòng)副、(軸線重合)轉(zhuǎn)動(dòng)副 F=3223 13.虛約束F=32221 = 1= 1？運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對(duì)稱(chēng)部分F=3n2PLPH=34244=0?處理辦法：去掉不起獨(dú)立作用的對(duì)稱(chēng)部分鏈接動(dòng)畫(huà)F=3n2PLPH=3323 2 = 1運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件兩構(gòu)件上兩點(diǎn)間的距離保持恒定不變，若用兩轉(zhuǎn)動(dòng)副桿聯(lián)接，會(huì)引入虛約束。F=3n2PLPH=34260=0?F=3n2PLPH

10、=33240=1鏈接動(dòng)畫(huà)BECBEC鏈接動(dòng)畫(huà)解解: n=8， PL=10,PH=1原動(dòng)件數(shù) F 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定結(jié)論錯(cuò)誤！重解：原動(dòng)件數(shù)= F機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)原動(dòng)件數(shù)=2n=7， PL=9，PH=1F=3721=2例F=3n2PLPH =382101 =3計(jì)算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷此機(jī)構(gòu)是否具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)復(fù)合鉸鏈虛約束局部自由度鏈接動(dòng)畫(huà)鏈接動(dòng)畫(huà)運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件坐標(biāo)法坐標(biāo)法1. 量出各機(jī)架點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)，并轉(zhuǎn)化為圖示坐標(biāo)，從而畫(huà)出各機(jī)架點(diǎn)。AxyD 2. 找出一能清楚看出各構(gòu)件相對(duì)位置的瞬時(shí)位置并保持不動(dòng)，量出各運(yùn)動(dòng)副的實(shí)際坐標(biāo)，轉(zhuǎn)化為圖示坐標(biāo)，并在圖上畫(huà)出。運(yùn)動(dòng)副瞬時(shí)點(diǎn)原坐標(biāo)（mm）圖坐標(biāo)（mm）B（-8，-10）（-4，-5）C（-30，-100）（-15，-50）BC3. 結(jié)合構(gòu)件形狀，確定各構(gòu)件的相對(duì)位置。低副構(gòu)件用簡(jiǎn)單的線條連接相應(yīng)各點(diǎn)即可；高副構(gòu)件結(jié)合各相應(yīng)點(diǎn)畫(huà)出構(gòu)件輪廓即可。機(jī)架點(diǎn)原坐標(biāo)（mm） 圖坐標(biāo)（mm）A（0，0）（0，0）D（10，-80）（5，-40）幾何關(guān)系法幾何關(guān)系法1. 量出各機(jī)架點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)，并轉(zhuǎn)化為圖示坐標(biāo)，從而畫(huà)出各機(jī)架點(diǎn)。機(jī)架點(diǎn)原坐標(biāo)（mm）圖坐標(biāo)（mm）A（0，0）（0，0）D（10，-80）（5，-40） 2. 畫(huà)出各構(gòu)件端點(diǎn)的軌跡