第一章 平面機構(gòu)

1、平面機構(gòu)平面機構(gòu)第一章第一章一、主要內(nèi)容及學習要求1. 主要內(nèi)容 （1）運動副的分類及特點；(2)機構(gòu)運動簡圖的繪制；（2）平面機構(gòu)自由度的計算。2. 學習要求 （1）掌握各種平面運動副的分類及一般表示方法； （2）能識別平面機構(gòu)運動簡圖中的復(fù)合鉸鏈、局部自由度和最常見虛約束； （3）掌握平面機構(gòu)自由度的計算及判斷是否存在確定運動。 2-1 運動副及分類運動副及分類機構(gòu)：有兩個以上有確定相對運動一、構(gòu)件一、構(gòu)件的構(gòu)件組成的系統(tǒng)。二、運動副及其分類二、運動副及其分類運動副運動副:機構(gòu)中兩構(gòu)件直接接觸機構(gòu)中兩構(gòu)件直接接觸,又能產(chǎn)生一定的相又能產(chǎn)生一定的相對運動對運動的聯(lián)接。的聯(lián)接。 約束約束： 兩

2、構(gòu)件用運動副聯(lián)接后，彼此的相對兩構(gòu)件用運動副聯(lián)接后，彼此的相對 運動受到某些限制。運動受到某些限制。運動副元素：兩構(gòu)件上參加接觸而構(gòu)成運動副運動副元素：兩構(gòu)件上參加接觸而構(gòu)成運動副 的部分，如點、線、面的部分，如點、線、面。構(gòu)件自由度構(gòu)件自由度：構(gòu)件所具有的獨立運動數(shù)目。一：構(gòu)件所具有的獨立運動數(shù)目。一個作個作平面平面運動的自由構(gòu)件具有三個自由度。運動的自由構(gòu)件具有三個自由度。（一）、根據(jù)運動副的接觸形式，運動副歸為兩類（一）、根據(jù)運動副的接觸形式，運動副歸為兩類 1）低副：面接觸的運動副。如）低副：面接觸的運動副。如轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副、移動副移動副。 低副： 2個約束，1個自由度xyxy轉(zhuǎn)動副：兩

3、個構(gòu)件間只能作相對旋轉(zhuǎn)運動的運動副；移動副：兩個構(gòu)件間只能作相對移動運動的運動副。2）高副：點或線接觸的運動副。）高副：點或線接觸的運動副。如如齒輪副齒輪副、凸輪副。凸輪副。高副： 1個約束，2個自由度二、運動副及構(gòu)件的表示方法（二）、也可將運動副分為平面運動副和（二）、也可將運動副分為平面運動副和空間運動副?？臻g運動副。 1）平面運動副：組成運動副兩構(gòu)件間作）平面運動副：組成運動副兩構(gòu)件間作 相對平面運動，如相對平面運動，如轉(zhuǎn)動副、移動副、凸轉(zhuǎn)動副、移動副、凸輪副、齒輪副。輪副、齒輪副。 2）空間運動副：組成運動副兩構(gòu)件間作）空間運動副：組成運動副兩構(gòu)件間作 相對空間運動。如相對空間運動。如

4、螺旋副，球面副螺旋副，球面副。移 動 副 12轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 動動 副副12常用符號常用符號凸凸 輪輪 副副 齒 輪 副2-2 運動簡圖的繪制運動簡圖的繪制 機構(gòu)運動簡圖是用規(guī)定的符號和線條機構(gòu)運動簡圖是用規(guī)定的符號和線條按一定的按一定的比例比例表示構(gòu)件和運動副的表示構(gòu)件和運動副的相對位置相對位置，并能完全反映，并能完全反映機構(gòu)特征的簡圖。機構(gòu)特征的簡圖。 一、運動副及構(gòu)件符號一、運動副及構(gòu)件符號12121、運動副的符號、運動副的符號轉(zhuǎn)動副：轉(zhuǎn)動副：122121122移動副：移動副：1212121212122112齒輪副齒輪副：凸輪副：凸輪副：2、構(gòu)件（桿）：、構(gòu)件（桿）：固定固定ABCD二、運動簡圖的

5、繪制二、運動簡圖的繪制1）分析機構(gòu)，觀察相對運動，數(shù)清所有構(gòu)件的數(shù)目（確定）分析機構(gòu)，觀察相對運動，數(shù)清所有構(gòu)件的數(shù)目（確定 原動件、輸出件、傳動件；原動件、輸出件、傳動件；2）確定所有運動副的類型和數(shù)目；）確定所有運動副的類型和數(shù)目；3）選擇合理的位置（即能充分反映機構(gòu)的特性）選擇合理的位置（即能充分反映機構(gòu)的特性）投影面；投影面；4）確定比例尺；）確定比例尺；5）用規(guī)定的符號和線條繪制成簡圖。（從原動件開始畫）用規(guī)定的符號和線條繪制成簡圖。（從原動件開始畫)） )(mmml圖上尺寸實際尺寸O2DBCO36543AO12例例11 圖示為圖示為顎式碎礦機顎式碎礦機。當曲軸。當曲軸2繞軸心繞軸心

6、O1連連 續(xù)回轉(zhuǎn)，動顎板續(xù)回轉(zhuǎn)，動顎板6繞軸心繞軸心O3往復(fù)擺動，從而將礦往復(fù)擺動，從而將礦石軋碎。試繪制此碎礦機的機構(gòu)運動簡圖。石軋碎。試繪制此碎礦機的機構(gòu)運動簡圖。1 23 平面機構(gòu)的自由度平面機構(gòu)的自由度1 構(gòu)件的構(gòu)件的自由度自由度AXYO 移動：沿移動：沿x x和和y y移動；移動；2 2個。個。（3）構(gòu)件的自由度數(shù)等于構(gòu)件的獨立運動）構(gòu)件的自由度數(shù)等于構(gòu)件的獨立運動 參數(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)動：繞轉(zhuǎn)動：繞O轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)動；1個。個。（1）平面構(gòu)件的自由度）平面構(gòu)件的自由度（2）空間構(gòu)件的自由度）空間構(gòu)件的自由度移動：沿移動：沿x、y和和Z移動；移動；3個。個。轉(zhuǎn)動：沿轉(zhuǎn)動：沿x、y和和z軸轉(zhuǎn)動；軸轉(zhuǎn)動

7、；3個。個。一、一、 平面機構(gòu)的平面機構(gòu)的自由度自由度2 兩構(gòu)件用運動副聯(lián)接后，彼此兩構(gòu)件用運動副聯(lián)接后，彼此的相對運動受到某些約束。的相對運動受到某些約束。低副引入兩個約束低副引入兩個約束！高副引入一個約束！高副引入一個約束！3 機構(gòu)自由度的一般公式機構(gòu)自由度的一般公式F=3n-2Pl-Phn 活動活動構(gòu)件數(shù)；構(gòu)件數(shù)；Pl 低副數(shù)；低副數(shù)；Ph 高副數(shù)高副數(shù)F = 3F = 332324 = 14 = 1F = 3F = 342425 = 5 = 2 2n = 3n = 3P Pl l= 4= 4n = 4n = 4P Pl l = 5= 5四桿機構(gòu)五桿機構(gòu)F = 3F = 32 22 23

8、= 3= 0 (0 (桁架桁架) )F = 3F = 33 23 25 = -5 = -1 1( (超靜定桁架超靜定桁架) )1234 機構(gòu)自由度機構(gòu)自由度是指機構(gòu)中活動構(gòu)件相對于機是指機構(gòu)中活動構(gòu)件相對于機架的可能獨立運動數(shù)目。架的可能獨立運動數(shù)目。P Pl l= 3= 3P Pl l= 5= 5n = 2n = 2n = 3n = 3二、二、 平面平面機構(gòu)具有確定運動的條機構(gòu)具有確定運動的條件件）機構(gòu)自由）機構(gòu)自由 度數(shù)度數(shù) F1F1。2） 原動件數(shù)目等于機構(gòu)自由度數(shù)原動件數(shù)目等于機構(gòu)自由度數(shù)F F。F0，構(gòu)件間無相對運動，不成為機構(gòu)。F0,原動件數(shù)=F，運動確定原動件數(shù)F，機構(gòu)破壞下列平

9、面機構(gòu)是否具有確定運動？下列平面機構(gòu)是否具有確定運動？BAEDCCDBACD三、計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的幾種情三、計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的幾種情況況1)復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈 由三個或三個以上構(gòu)件組成的軸線重由三個或三個以上構(gòu)件組成的軸線重合的轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)合鉸鏈。合的轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)合鉸鏈。 由由m個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)含有個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)含有( (m- -1)個轉(zhuǎn)動副。個轉(zhuǎn)動副。321F = 37210 =1BCDE12345678A F = 37210 = 1n = 7Pl = 10n =7Pl = 10例例132)2)局部自由度（多余自由度）局部自由度（多余自由度）1 1、局部自由度、局部自

10、由度：機構(gòu)中個別構(gòu)件不影響其它：機構(gòu)中個別構(gòu)件不影響其它構(gòu)件運動，即對整個機構(gòu)運動無關(guān)的自由度。構(gòu)件運動，即對整個機構(gòu)運動無關(guān)的自由度。2 2、處理辦法、處理辦法：在計算自由度時，拿掉這個局：在計算自由度時，拿掉這個局部自由度，即可將滾子與裝滾子的構(gòu)件固接部自由度，即可將滾子與裝滾子的構(gòu)件固接在一起。在一起。 (a) (b) F=33-2 3-1 1=2n=2 Pl=2 Ph=1n=3 Pl=3 Ph=1F=23-2 2-1 1=1ABC321ABC21433 3）虛約束）虛約束 1 1、虛約束：虛約束：在機構(gòu)中與其他運動副作用重在機構(gòu)中與其他運動副作用重復(fù)，而對構(gòu)件間的相對運動不起獨立限制復(fù)

11、，而對構(gòu)件間的相對運動不起獨立限制作用的約束。作用的約束。2 2、處理辦法：處理辦法：將具有虛約束運動副的構(gòu)件連將具有虛約束運動副的構(gòu)件連同它所帶入的與機構(gòu)運動無關(guān)的運動副一同它所帶入的與機構(gòu)運動無關(guān)的運動副一并不計。并不計。常見的虛約束常見的虛約束1)機構(gòu)中某兩構(gòu)件用轉(zhuǎn)動副相聯(lián)的聯(lián)結(jié)點，在機構(gòu)中某兩構(gòu)件用轉(zhuǎn)動副相聯(lián)的聯(lián)結(jié)點，在未組成運動副之前，其各自的未組成運動副之前，其各自的軌跡已重合軌跡已重合為為一，則此聯(lián)結(jié)帶入的約束為虛約束。一，則此聯(lián)結(jié)帶入的約束為虛約束。虛約束一虛約束一虛約束二虛約束二2）兩構(gòu)件組成的若干個導路）兩構(gòu)件組成的若干個導路中心線互相平中心線互相平行或重合行或重合的移動副

12、。的移動副。x1x2ABC1234x1x23）兩構(gòu)件組成若干個）兩構(gòu)件組成若干個軸線互相重合軸線互相重合的轉(zhuǎn)動副。的轉(zhuǎn)動副。AB4）在機構(gòu)整個運動過程中，如果其中某兩構(gòu)件）在機構(gòu)整個運動過程中，如果其中某兩構(gòu)件上兩點之間的上兩點之間的距離始終不變距離始終不變，則聯(lián)接此兩點的，則聯(lián)接此兩點的兩個轉(zhuǎn)動副和一個構(gòu)件形成的約束為虛約束。兩個轉(zhuǎn)動副和一個構(gòu)件形成的約束為虛約束。C2ABDFE34155end5）機構(gòu)中對運動不起作用的自由度）機構(gòu)中對運動不起作用的自由度F=-1的對稱部分存在虛約束（即的對稱部分存在虛約束（即在輸入件與輸在輸入件與輸出件之間用多組完全相同的運動鏈來傳遞出件之間用多組完全相同的運動鏈來傳遞運動運動）。）。行星輪行星輪F=3n-2 pL-1 Ph=n= Pl= Ph=F=3n-2 pL-1 Ph=n= Pl= Ph=計算機構(gòu)的自由度n = 5 Pn = 5 Pl l= 6= 6F = 3 F = 3 5 2 5 2 6 = 3 6 = 3213