第一章 平面機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖及自由度

1、1第一章第一章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度第一節(jié) 平面機(jī)構(gòu)的組成 第二節(jié) 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 第三節(jié) 平面機(jī)構(gòu)的自由度 2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u運(yùn)動(dòng)副及其分類運(yùn)動(dòng)副及其分類回轉(zhuǎn)副(鉸鏈)組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能在一個(gè)平面內(nèi)相互轉(zhuǎn)動(dòng)（1）低副兩構(gòu)件通過(guò)面接觸組成的運(yùn)動(dòng)副。兩構(gòu)件通過(guò)面接觸組成的運(yùn)動(dòng)副。121212 機(jī)構(gòu)是一個(gè)構(gòu)件系統(tǒng)，為了傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，各構(gòu)件之間必須通過(guò)一定的聯(lián)接而產(chǎn)生確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)副兩個(gè)構(gòu)件直接接觸組成的可動(dòng)聯(lián)接。運(yùn)動(dòng)副元素直接接觸的部分（點(diǎn)、線、面）3移動(dòng)副組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能沿某一軸線相對(duì)移動(dòng)1212（2）高副兩構(gòu)件通過(guò)點(diǎn)

2、、線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副。兩構(gòu)件通過(guò)點(diǎn)、線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副。21nntt4u機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成（1）固定構(gòu)件（機(jī)架）固定構(gòu)件（機(jī)架）用來(lái)支承運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件用來(lái)支承運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件（2）原動(dòng)件（主動(dòng)件）原動(dòng)件（主動(dòng)件）運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的活動(dòng)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的活動(dòng)構(gòu)件（3）從動(dòng)件）從動(dòng)件機(jī)構(gòu)中隨著原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的其余活動(dòng)構(gòu)件機(jī)構(gòu)中隨著原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的其余活動(dòng)構(gòu)件機(jī)架機(jī)架主動(dòng)件主動(dòng)件從動(dòng)件從動(dòng)件5第二節(jié)第二節(jié) 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力分析與機(jī)構(gòu)的外形、斷面尺寸、構(gòu)件的零件數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的具體構(gòu)造等這些與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的因素沒(méi)有關(guān)系，研究時(shí)，用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖對(duì)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)

3、、動(dòng)力進(jìn)行分析。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：用簡(jiǎn)單的線條和符號(hào)來(lái)代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副,并按一定的比例表示各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置這種表明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形。機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)示意圖：定性表明機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀況，不嚴(yán)格按比例來(lái)繪制機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。6常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)在機(jī)架上的電機(jī)齒輪齒條傳動(dòng)帶傳動(dòng)圓錐齒輪傳動(dòng)7鏈傳動(dòng)圓柱蝸桿蝸輪傳動(dòng)凸輪傳動(dòng)外嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)8內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)9一般構(gòu)件的表示方法桿、軸構(gòu)件桿、軸構(gòu)件固定構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件同一構(gòu)件10平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制（1）明確機(jī)構(gòu)的組成；分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)）明確機(jī)構(gòu)的組成；分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)動(dòng) 找出機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件、機(jī)架和從動(dòng)件

4、，搞清運(yùn)動(dòng)傳找出機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件、機(jī)架和從動(dòng)件，搞清運(yùn)動(dòng)傳遞的具體過(guò)程，從而確定出該機(jī)構(gòu)的數(shù)目及各運(yùn)動(dòng)遞的具體過(guò)程，從而確定出該機(jī)構(gòu)的數(shù)目及各運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目。副的類型和數(shù)目。（2）選擇視圖平面）選擇視圖平面（3）選擇適當(dāng)?shù)谋壤叽缋L圖）選擇適當(dāng)?shù)谋壤叽缋L圖11常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)運(yùn)動(dòng)副名稱運(yùn)動(dòng)副符號(hào)兩運(yùn)動(dòng)構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副12121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時(shí)的運(yùn)動(dòng)副122121平面運(yùn)動(dòng)副12平面高副21nntt21nntt碼頭吊車13第三節(jié)第三節(jié) 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度一、構(gòu)件的自由度 構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目 一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件3 3個(gè)自由

5、度個(gè)自由度BA(xA,yA)oxy二、運(yùn)動(dòng)副的約束對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制oxy產(chǎn)生約束數(shù)：產(chǎn)生約束數(shù)：2 2自由度：自由度：1 1低副低副14nntt高副高副產(chǎn)生約束數(shù)：產(chǎn)生約束數(shù)：1 1自由度：自由度：2 2三、機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目設(shè)一平面機(jī)構(gòu)有K個(gè)構(gòu)件，通過(guò)Pl個(gè)低副，Ph個(gè)高副聯(lián)接，則：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)：通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接后，低副產(chǎn)生的約束數(shù) ： 高副產(chǎn)生的約束數(shù)： 運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接前自由度：計(jì)算公式：1 Knn3lP2hP1hlPPnF2315例：n=3；Pl=4Ph=0F=3n-2 Pl-Ph=1n=2；Pl=3Ph=0F=3n-2 Pl-Ph=0機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)條件是：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)

6、條件是：F0，且，且F等于原動(dòng)件數(shù)等于原動(dòng)件數(shù)161234結(jié)論：，3n0hP10523323hlPPnFF 0，機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)。，5lPuF0u原動(dòng)件數(shù)=機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：17n=5；Pl=6Ph=0F=3n-2 Pl-Ph=3?18四、計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題m個(gè)構(gòu)件在同一處鉸接,構(gòu)成 m-1 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副31、復(fù)合鉸鏈、復(fù)合鉸鏈 兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以回轉(zhuǎn)副相聯(lián)。兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以回轉(zhuǎn)副相聯(lián)。19n=5；Pl=7Ph=0F=3n-2 Pl-Ph=120n=3；Pl=3Ph=1F=3n-2 Pl-Ph=2?2、局部自由度、局部自由度機(jī)構(gòu)中某一構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)不影響輸出構(gòu)件

7、的運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)中某一構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)不影響輸出構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，該構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)稱為局部自由度。該構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)稱為局部自由度。21n去掉局部自由度n=2；Pl=2Ph=1F=3n-2 Pl-Ph=1計(jì)算前先將小滾輪焊接在推桿上計(jì)算前先將小滾輪焊接在推桿上處理的方法：處理的方法：22n=4；Pl=6Ph=0F=3n-2 Pl-Ph=0?平行四邊形機(jī)構(gòu)；平行四邊形機(jī)構(gòu)；兩個(gè)構(gòu)件之間組成多兩個(gè)構(gòu)件之間組成多個(gè)導(dǎo)路平行的移動(dòng)副；個(gè)導(dǎo)路平行的移動(dòng)副；兩個(gè)構(gòu)件之間組成多兩個(gè)構(gòu)件之間組成多個(gè)軸線重合的回轉(zhuǎn)副；個(gè)軸線重合的回轉(zhuǎn)副；機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分；起作用的對(duì)稱部分；3 3、虛約束、虛約束 ：在

8、機(jī)構(gòu)中不產(chǎn)生實(shí)際約束效果的重復(fù)約束：在機(jī)構(gòu)中不產(chǎn)生實(shí)際約束效果的重復(fù)約束23n=3；Pl=4Ph=0F=3n-2 Pl-Ph=1虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)作用虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)作用： 增加機(jī)構(gòu)的剛度、運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和受力的均衡性增加機(jī)構(gòu)的剛度、運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和受力的均衡性 24運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副低副：低副：高副：高副：回轉(zhuǎn)副（鉸鏈）回轉(zhuǎn)副（鉸鏈） 移動(dòng)副移動(dòng)副凸輪副凸輪副齒輪副齒輪副按接觸性質(zhì)分：按接觸性質(zhì)分：運(yùn)動(dòng)副類型25運(yùn)動(dòng)副的約束及自由度n自由度 約束1 21 22 1回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副移動(dòng)副移動(dòng)副凸輪副凸輪副齒輪副齒輪副26機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)高副數(shù)目；hP機(jī)構(gòu)中低副的數(shù)目l ; P 機(jī)構(gòu)中活動(dòng)構(gòu)件數(shù) ; -n機(jī)構(gòu)自由度；F

9、23PPnFhluF0u原動(dòng)件數(shù)=機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：27計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈 常出現(xiàn)在下列情況：1231231231231、復(fù)合鉸鏈、復(fù)合鉸鏈 兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)。兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)。兩個(gè)低副m個(gè)構(gòu)件在同一處鉸接,構(gòu)成 m-1 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副282、局部自由度、局部自由度機(jī)構(gòu)中某一構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)不影響輸出構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)中某一構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)不影響輸出構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，該構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)稱為局部自由度。該構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)稱為局部自由度。12計(jì)算前先將小滾輪焊接在推桿上計(jì)算前先將小滾輪焊接在推桿上處理的方法：處理的方法：123

10、293 3、虛約束、虛約束 ：在機(jī)構(gòu)中不產(chǎn)生實(shí)際約束效果的重復(fù)約束：在機(jī)構(gòu)中不產(chǎn)生實(shí)際約束效果的重復(fù)約束 ABCDEFAEF5A1234BCDu平行四邊形機(jī)構(gòu)；平行四邊形機(jī)構(gòu)；u兩構(gòu)件之間組成多個(gè)導(dǎo)路平行的移動(dòng)副ABCDD30u兩個(gè)構(gòu)件之間組成多個(gè)軸線重合的回轉(zhuǎn)副兩個(gè)構(gòu)件之間組成多個(gè)軸線重合的回轉(zhuǎn)副u機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，應(yīng)將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，應(yīng)將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件連同它所帶入的運(yùn)動(dòng)副一起除去不計(jì)連同它所帶入的運(yùn)動(dòng)副一起除去不計(jì)處理的方法：處理的方法：31平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度碼頭吊車碼頭吊車32顎式破碎機(jī)33抽

11、水機(jī)34例1：計(jì)算鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)的自由度解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n= 4低副數(shù)Pl = 5高副數(shù)Ph = 02524323hlPPnF1234535例2：計(jì)算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。12345678ABCDEF解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n = 7低副數(shù)低副數(shù) Pl = 6(10) 高副數(shù)高副數(shù) Ph = 0F=3n 2Pl Ph =3x726(10) 0= 9(1)B、C、D、E四處各含有兩個(gè)回轉(zhuǎn)副36例3：計(jì)算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度。n = 7Pl = 9Ph =1復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈局部自由度局部自由度21927323hlPPnF虛約束虛約束CDABGFoEE37一、判斷題（正確一、判斷題（正確 T，錯(cuò)誤

12、，錯(cuò)誤 F）1. 兩構(gòu)件通過(guò)點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副為低副。 2. 機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖是用來(lái)表示機(jī)械結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單圖形。 3. 兩構(gòu)件用平面低副聯(lián)接時(shí)相對(duì)自由度為1。 4. 將構(gòu)件用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接成具有確定運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)的條件是自由度數(shù)為1。 5. 運(yùn)動(dòng)副是兩構(gòu)件之間具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。 6. 對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制稱為約束。 7. 虛約束在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)將其去掉，故設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)盡量避免出現(xiàn)虛約束 8. 在一個(gè)確定運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中，計(jì)算自由度時(shí)主動(dòng)件只能有一個(gè)。二、單項(xiàng)選擇題二、單項(xiàng)選擇題1. 兩構(gòu)件通過(guò)（ ）接觸組成的運(yùn)動(dòng)副稱為高副。A 面 B 點(diǎn)或線 C 點(diǎn)或面 D 面或線2. 一般情況下，門與門框之間存在兩個(gè)

13、鉸鏈，這屬于（ ）。A 復(fù)合鉸鏈 B 局部自由度 C 虛約束 D 機(jī)構(gòu)自由度3. 平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是其自由度數(shù)等于（ ）數(shù)。A 1 B 從動(dòng)件 C 主動(dòng)件 D 04. 所謂機(jī)架是指（ ）的構(gòu)件。A 相對(duì)地面固定 B 運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定C 絕對(duì)運(yùn)動(dòng)為零 D 作為描述其他構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的參考坐標(biāo)點(diǎn)5. 兩構(gòu)件組成運(yùn)動(dòng)副必須具備的條件是兩構(gòu)件（ ）。A 相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)或相對(duì)移動(dòng) B 都是運(yùn)動(dòng)副C 相對(duì)運(yùn)動(dòng)恒定不變 D 直接接觸且保持一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)38三、填空題三、填空題1. 機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件以（運(yùn)動(dòng)副 ）相聯(lián)接， 并具有（確定相對(duì)運(yùn)動(dòng) ）的組合體。2. 兩構(gòu)件通過(guò)(點(diǎn)）或（線）接觸組成的運(yùn)動(dòng)副為高副。3. m