第三章 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖與自由度計(jì)算

1、平面機(jī)構(gòu)(jgu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖與自由度計(jì)算共四十一頁(yè)本章主要(zhyo)內(nèi)容1. 概述 2. 運(yùn)動(dòng)副及其分類 3. 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 4. 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算 基本要求： 1) 掌握各種運(yùn)動(dòng)副的一般表示方法； 2) 學(xué)習(xí)和繪制平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖； 3) 掌握一般平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法，并能判斷運(yùn)動(dòng)確定(qudng)與否。重點(diǎn)內(nèi)容：繪制平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式。7/19/2022共四十一頁(yè)3.1 概述(i sh)7/19/2022共四十一頁(yè)3.1 概述(i sh)7/19/2022共四十一頁(yè)3.2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類機(jī)構(gòu)：具有確定運(yùn)動(dòng)的實(shí)物組合體，是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的具

2、有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件(gujin)所組成的。1 機(jī)構(gòu)與構(gòu)件7/19/2022共四十一頁(yè)3.2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類零件：?jiǎn)为?dú)(dnd)加工的制造單元體構(gòu)件：每一個(gè)獨(dú)立影響機(jī)構(gòu)功能并且能單獨(dú)運(yùn)動(dòng)的單元體,一個(gè)構(gòu)件可以由一個(gè)或多個(gè)零件組成。（運(yùn)動(dòng)單元）1 機(jī)構(gòu)與構(gòu)件7/19/2022共四十一頁(yè)3.2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類機(jī)構(gòu)(jgu)的組成的基本要素：（1）構(gòu)件：（2）運(yùn)動(dòng)副：7/19/2022共四十一頁(yè)3.2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類運(yùn)動(dòng)副：使兩個(gè)構(gòu)件直接接觸又能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)的連接。兩個(gè)相鄰構(gòu)件直接接觸兩者之間允許一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)每個(gè)構(gòu)

3、件至少和另外一個(gè)構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接7/19/2022共四十一頁(yè)3.2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類平面機(jī)構(gòu)：所有構(gòu)件都在同一(tngy)平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，否則稱為空間機(jī)構(gòu)。 自由度：構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，或確定構(gòu)件位置所需的獨(dú)立變量的數(shù)目。自由構(gòu)件(空間)：F = 6自由構(gòu)件(平面)：F = 3約束：運(yùn)動(dòng)副對(duì)構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制2 運(yùn)動(dòng)副及其分類7/19/2022共四十一頁(yè)3.2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類按照運(yùn)動(dòng)(yndng)副的接觸型式：2 運(yùn)動(dòng)副及其分類 高副：點(diǎn)或線接觸 如車輪和鋼軌 、齒輪傳動(dòng)和 凸輪傳動(dòng) 等 移動(dòng)副：面接觸，且只能沿某一直線作 相對(duì)移動(dòng) 如

4、滑塊的移動(dòng)等 低副：面接觸 轉(zhuǎn)動(dòng)副：面接觸，只能沿同一軸線作相 對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) 如鉸鏈等7/19/2022共四十一頁(yè)3.2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類按照構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(xin du yn dn)型式：平面運(yùn)動(dòng)副：兩構(gòu)件只能做平面平行運(yùn)動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)副：兩構(gòu)件做空間運(yùn)動(dòng)按照運(yùn)動(dòng)副接觸部分的幾何形狀分類圓柱副、移動(dòng)副、球面副、螺旋副等2 運(yùn)動(dòng)副及其分類7/19/2022共四十一頁(yè)3.2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類按接觸形式分類(fn li)：按引入的約束數(shù)目分類：按相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分類：低副平面運(yùn)動(dòng)副2個(gè)約束（1自由度）回轉(zhuǎn)副（旋轉(zhuǎn)副）：7/19/2022共四十一頁(yè)3.2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類 平

5、面(pngmin)運(yùn)動(dòng)副低副2個(gè)約束（1自由度）按接觸形式分類：按引入的約束數(shù)目分類：按相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分類：移動(dòng)副：7/19/2022共四十一頁(yè)3.2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類 平面(pngmin)運(yùn)動(dòng)副高副1個(gè)約束（2自由度）按接觸形式分類：按引入的約束數(shù)目分類：按相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分類：平面滾滑副：7/19/2022共四十一頁(yè)3.2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類 空間(kngjin)運(yùn)動(dòng)副低副3個(gè)約束（3個(gè)自由度）按接觸形式分類：按引入的約束數(shù)目分類：按相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分類：球面副：7/19/2022共四十一頁(yè)3.2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類 空間(kngjin)運(yùn)動(dòng)副低副4個(gè)約束（2個(gè)自由度

6、）按接觸形式分類：按引入的約束數(shù)目分類：按相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分類：螺旋副：7/19/2022共四十一頁(yè)3.2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類平面(pngmin)低副的特點(diǎn)：面接觸：接觸比壓低，承載能力大。接觸面為平面或柱面：便于加工，成本低，便于潤(rùn)滑2個(gè)約束，1個(gè)自由度點(diǎn)、線接觸：接觸比壓高，承載能力小。接觸面為曲面：難于加工，成本高，不便于潤(rùn)滑1個(gè)約束，2個(gè)自由度平面高副的特點(diǎn)：7/19/2022共四十一頁(yè)3.2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類3 運(yùn)動(dòng)(yndng)鏈與機(jī)構(gòu)：運(yùn)動(dòng)鏈：兩個(gè)或兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副連接而構(gòu)成的可動(dòng)系統(tǒng)。開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈（開(kāi)鏈）運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首末封閉系統(tǒng)。閉式運(yùn)動(dòng)鏈（閉鏈

7、）：運(yùn)動(dòng)鏈的各 構(gòu)件構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng)。7/19/2022共四十一頁(yè)3.2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類7/19/2022共四十一頁(yè)3.2 運(yùn)動(dòng)(yndng)副及其分類機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件(gujin)分類：機(jī)架：機(jī)構(gòu)中用來(lái)支承活動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件。原動(dòng)件：運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的構(gòu)件從動(dòng)件：隨著原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的其余活動(dòng)構(gòu)件。3 運(yùn)動(dòng)鏈與機(jī)構(gòu)：7/19/2022共四十一頁(yè)3.3 平面(pngmin)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖構(gòu)件(gujin)的表示：回轉(zhuǎn)副表示：7/19/2022共四十一頁(yè)3.3 平面機(jī)構(gòu)(jgu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖移動(dòng)(ydng)副表示：平面滾移副的表示：7/19/2022共四十一頁(yè)3.3 平面機(jī)構(gòu)(jgu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖螺旋

8、(luxun)副表示：球面副表示：7/19/2022共四十一頁(yè)3.3 平面機(jī)構(gòu)(jgu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的一般步驟：（1）分析運(yùn)動(dòng)，找出固定件、原動(dòng)件、從動(dòng)件（2）分析構(gòu)件之間的接觸情況和相對(duì)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，確定各運(yùn)動(dòng)副的類型(lixng)和數(shù)目（3）選擇投影面（大多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面或平行平面）（4）選擇和各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)瞬時(shí)位置和合適的比例尺，用規(guī)定的符號(hào)和線條將各運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件連接起來(lái)。7/19/2022共四十一頁(yè)3.3 平面(pngmin)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖7/19/2022共四十一頁(yè)A1234BCD7/19/2022共四十一頁(yè)3.4 平面(pngmin)機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算 設(shè)：機(jī)構(gòu)(jgu)共有N個(gè)

9、構(gòu)件 活動(dòng)構(gòu)件數(shù)：n=N-1 低副數(shù)： PL 高副數(shù)： PHxy21 未連接前總自由度： 3n 連接后引入的總約束數(shù)： 2PL+PH 機(jī)構(gòu)自由度F：F=3n-2PL-PHF=3n-(2PL+PH) 7/19/2022共四十一頁(yè)3.4 平面機(jī)構(gòu)(jgu)的自由度計(jì)算2 機(jī)構(gòu)具有(jyu)確定運(yùn)動(dòng)的條件7/19/2022共四十一頁(yè)3.4 平面機(jī)構(gòu)(jgu)的自由度計(jì)算2 機(jī)構(gòu)具有(jyu)確定運(yùn)動(dòng)的條件7/19/2022共四十一頁(yè)3.4 平面(pngmin)機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算2 機(jī)構(gòu)(jgu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)條件：自由度數(shù)大于零，且等于原動(dòng)件數(shù)。F0，構(gòu)件間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不成為

10、機(jī)構(gòu)。F0,原動(dòng)件數(shù)=F，運(yùn)動(dòng)確定原動(dòng)件數(shù)F，機(jī)構(gòu)破壞7/19/2022共四十一頁(yè)3.4 平面(pngmin)機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算3 計(jì)算機(jī)構(gòu)(jgu)自由度時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題問(wèn)題1：復(fù)合鉸鏈兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。解決方案k 個(gè)構(gòu)件在同一處構(gòu)成復(fù)合鉸鏈，實(shí)際上構(gòu)成了 ( k-1 ) 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。7/19/2022共四十一頁(yè)3.4 平面(pngmin)機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算3 計(jì)算(j sun)機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題解決方案計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，假想滾子和安裝滾子的構(gòu)件固接為一個(gè)整體，成為一個(gè)構(gòu)件或在計(jì)算結(jié)果中去除局部自由度 問(wèn)題2：局部自由度某些構(gòu)件具有的只影響自身局部運(yùn)動(dòng)而

11、不影響其它構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的自由度，經(jīng)常發(fā)生在將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的場(chǎng)合。7/19/2022共四十一頁(yè)3.4 平面(pngmin)機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算3 計(jì)算機(jī)構(gòu)(jgu)自由度時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題問(wèn)題3：虛約束 在特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運(yùn)動(dòng)副所引入的約束可能與其它運(yùn)動(dòng)副所起的限制作用是一致的。這種不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束稱為虛約束。7/19/2022共四十一頁(yè)3.4 平面機(jī)構(gòu)(jgu)的自由度計(jì)算問(wèn)題(wnt)3：虛約束場(chǎng)合一：兩個(gè)構(gòu)件之間形成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副 解決方案計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，不考慮虛約束的作用，認(rèn)為兩個(gè)構(gòu)件之間只形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)副 F = 31 - 21 = 1兩個(gè)構(gòu)件之間形成多個(gè)與導(dǎo)路重

12、合或平行的移動(dòng)副7/19/2022共四十一頁(yè)3.4 平面(pngmin)機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算場(chǎng)合二：兩構(gòu)件(gujin)上某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動(dòng)中保持不變 解決方案計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，去除不對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響的構(gòu)件。7/19/2022共四十一頁(yè)3.4 平面(pngmin)機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算場(chǎng)合(chng h)三：機(jī)構(gòu)中存在對(duì)運(yùn)動(dòng)起重復(fù)作用的對(duì)稱部分 解決方案計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，去除重復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。7/19/2022共四十一頁(yè)3.4 平面機(jī)構(gòu)(jgu)的自由度計(jì)算 虛約束的引入，一般是為了(wi le)改善機(jī)構(gòu)受力，增大傳遞功率 或者其它特殊需求； 計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，不考慮虛約束的作用；虛約束問(wèn)題小結(jié)：7/19/2022共四十一頁(yè)=37-2 9-1=2F=3n-2PL-PH345688887127/19/2022共四十一頁(yè)本章(bn zhn)小結(jié)基本概念：機(jī)構(gòu)、構(gòu)件(gujin)、約束、自由度、高副、低副等常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)副：運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制自由度計(jì)算7/19/2022共四十一頁(yè)作業(yè)(zuy)3-3，3-5，3-6，3-7（a，c，d，e，f） 7/19/2022共四十一頁(yè)內(nèi)容摘要平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖與自由度計(jì)算。重點(diǎn)內(nèi)容：繪制平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式。1/31/2022。3.1 概述。3.2 運(yùn)動(dòng)副及其分類。3.2 運(yùn)動(dòng)副及其分類。自由構(gòu)件(空間)：F = 6。自由構(gòu)件(平面)：