機械原理第八版第二章講解課件

1、第二章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-1 機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的2-2 機構(gòu)的組成及分類2-3 機構(gòu)運動簡圖2-4 機構(gòu)具有確定運動的條件2-5 機構(gòu)自由度的計算2-6 計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項2-7 平面機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析返回 研究機構(gòu)的組成及機構(gòu)運動簡圖的畫法研究機構(gòu)是怎樣組成的，并對機構(gòu)進行分析與綜合，研究如何用簡單圖形，把機構(gòu)的結(jié)構(gòu)狀況表示出來 了解機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)要正常工作必須具有確定的運動，因而必須知道機構(gòu)具有確定運動的條件 研究機構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類研究機構(gòu)的組成原理有利于創(chuàng)造新機械，根據(jù)組成原理可對各種機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)分類，有利于對機構(gòu)進行運動及動力分析和

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計氣缸體連桿凸輪軸曲軸齒輪活塞一、機構(gòu)的組成1.零件和構(gòu)件任何機器都是由許多零件組合而成機器中的獨立制造單元體稱為零件機器中的獨立運動單元體稱為構(gòu)件從運動的觀點來看，任何機器都是由若干個（兩個以上）構(gòu)件組合而成的推桿2.運動副 運動副由兩個構(gòu)件直接接觸而組成的可動的連接稱為運動副 運動副元素兩構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運動副的表面稱為運動副元素（軸與軸承、滑塊與導(dǎo)軌、兩輪齒嚙合） 構(gòu)件的自由度構(gòu)件的獨立運動參數(shù)的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度一個平面自由構(gòu)件和一個空間自由構(gòu)件自由度分別是多少？運動副的自由度和約束度的關(guān)系？ 運動副分類 根據(jù)運動副引入的約束度的不同分 級副、級副、級副 根據(jù)運動副元素

3、的不同分 高副、低副 根據(jù)構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件之間的相對運動不同分 轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副或鉸鏈）、移動副、螺旋副、球面副 運動副還可分為平面運動副與空間運動副 運動副符號為便于表示運動副和繪制機構(gòu)運動簡圖，運動副常用簡單的圖形符號來表示（GB4460/T1984）平面閉式運動鏈空間閉式運動鏈平面開式運動鏈空間開式運動鏈3.運動鏈 運動鏈構(gòu)件通過運動副的連接而構(gòu)成的可相對運動的系統(tǒng)稱為運動鏈 運動鏈的分類機架原動件從動件4.機構(gòu) 機構(gòu)具有固定構(gòu)件的運動鏈稱為機構(gòu) 機構(gòu)的組成機構(gòu)中的固定構(gòu)件稱為機架機構(gòu)中按給定的已知運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件稱為原動件常在其上畫表示運動方向的箭頭機構(gòu)中的其余活動構(gòu)件稱為從動件

4、注意：機架只有1個，原動件至少1個二、機構(gòu)的分類根據(jù)機構(gòu)的運動情況可將機構(gòu)分為平面機構(gòu)和空間機構(gòu)根據(jù)組成機構(gòu)的構(gòu)件的情況和機構(gòu)的工作原理的不同，可將機構(gòu)分為連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、螺旋機構(gòu)等類型的機構(gòu)在對現(xiàn)有機械進行分析或設(shè)計新機器時，都需要繪出其機構(gòu)運動簡圖一、機構(gòu)運動簡圖1.影響構(gòu)件運動的因素機構(gòu)中各構(gòu)件的運動是由原動件的運動規(guī)律、各運動副的類型和機構(gòu)的運動尺寸（確定各運動副相對位置的尺寸）決定的。與構(gòu)件的實際形狀（高副機構(gòu)運動副元素除外）、斷面尺寸、組成構(gòu)件的零件數(shù)目及固連方式無關(guān)2.機構(gòu)運動簡圖根據(jù)機構(gòu)運動尺寸，按一定比例尺定出各運動副位置，用運動副及常用機構(gòu)

5、運動簡圖的代表符號和一般構(gòu)件的表示方法將機構(gòu)的運動傳遞情況表示出來的簡化圖形稱為機構(gòu)運動簡圖3.機構(gòu)示意圖只是為了表明機械的結(jié)構(gòu)狀況，也可以不按嚴格的比例繪制的簡圖稱為機構(gòu)示意圖二、機構(gòu)運動簡圖的繪制1.分析機構(gòu) 首先確定原動件和執(zhí)行構(gòu)件（最后輸出運動的構(gòu)件） 然后沿著運動傳遞路線從原動件開始搞清楚原動件的運動是如何經(jīng)過傳動部分傳遞到執(zhí)行構(gòu)件的 最后搞清楚機構(gòu)由多少構(gòu)件組成、各構(gòu)件間運動副的類型以及各運動副所在的相對位置（轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動中心、移動副的方位直線、高副的接觸點）2.選定視圖平面一般選擇機構(gòu)多數(shù)構(gòu)件的運動平面為視圖平面，以簡單清楚正確地把機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及運動傳遞情況表示出來為原則3.繪制機

6、構(gòu)運動簡圖 在選定視圖平面和原動件的某一適當(dāng)位置后，便可選擇適當(dāng)比例尺 根據(jù)機械的運動尺寸定出各運動副之間的相對位置 再用運動副的代表符號、常用機構(gòu)運動簡圖符號和構(gòu)件的表示方法將各部分畫出，即可得機構(gòu)運動簡圖4.標(biāo)示應(yīng)注明比例尺及單位：l=實際尺寸/圖示尺寸 mm/mm機架畫出陰影線原動件要畫出表示運動方向的箭頭構(gòu)件用阿拉伯?dāng)?shù)字編號運動副位置處用大寫字母標(biāo)示【例2-1】 活塞泵機構(gòu)運動簡圖繪制【例2-2】 內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖繪制一、機構(gòu)運動實例為了按照一定的要求進行運動的傳遞及變換，當(dāng)機構(gòu)的原動件按給定的運動規(guī)律運動時，其余構(gòu)件的運動一般也應(yīng)是完全確定的。一個機構(gòu)在什么條件下才能實現(xiàn)確定的運動

7、呢？1.鉸鏈四桿機構(gòu) 給定1個獨立運動 給定2個獨立運動2.鉸鏈五桿機構(gòu) 給定1個獨立運動 給定2個獨立運動二、機構(gòu)具有確定運動的條件1.機構(gòu)的自由度機構(gòu)具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數(shù)的數(shù)目稱為機構(gòu)的自由度，其數(shù)目常用F表示2.機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)的原動件數(shù)目應(yīng)等于機構(gòu)的自由度數(shù)目F如果原動件數(shù)F，則會導(dǎo)致機構(gòu)最薄弱環(huán)節(jié)的損壞一、平面機構(gòu)自由度的計算1.運動副與約束的關(guān)系每個低副提供2個約束，每個高副提供1個約束2.平面機構(gòu)自由度計算公式F=3n（2pl+ph）【例2-3】試計算圖示鉸鏈四桿機構(gòu)的自由度解：F3n（2plph）33（24 +0）=1【例2-4】試計算圖示鉸鏈五桿機

8、構(gòu)的自由度解：F3n（2plph）34（25 +0）=2一、要正確計算運動副的數(shù)目1.復(fù)合鉸鏈兩個以上的構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動副連接就構(gòu)成了復(fù)合鉸鏈由m個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈，共有(m-1)個轉(zhuǎn)動副計算機構(gòu)自由度時，應(yīng)注意機構(gòu)中是否存在復(fù)合鉸鏈2.相同約束的運動副兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，且轉(zhuǎn)動軸線重合兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成移動副，且移動方向彼此平行 兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，且各接觸點處的公法線彼此重合A1A23.復(fù)合高副如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，而在各接觸點處的公法線方向彼此不重合（公法線相交和公法線平行），就構(gòu)成了復(fù)合高副，復(fù)合高副相當(dāng)于一個低副二、要除去局部自由度機構(gòu)中某

9、些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運動并不影響其他構(gòu)件的運動，這種局部運動的自由度稱為局部自由度，其數(shù)目以F表示計算機構(gòu)自由度時，應(yīng)從機構(gòu)的自由度中減去局部自由度FF3n(2plph) F試計算滾子推桿凸輪機構(gòu)的自由度解：F3n(2plph) F=33 (231) 1=1三、要除去虛約束增加一個活動構(gòu)件和兩個轉(zhuǎn)動副，等于多引入了一個約束。這個約束對機構(gòu)的運動只起重復(fù)的約束作用，因而是一個虛約束1.虛約束機構(gòu)中有些運動副帶入的對機構(gòu)的運動只起重復(fù)約束作用，這類約束稱為虛約束，虛約束的數(shù)目常以 p表示計算機構(gòu)的自由度時，應(yīng)從機構(gòu)的約束數(shù)中減去虛約束數(shù)p，F(xiàn)3n(2plph p) F2.虛約束常發(fā)生情況 軌跡重合機

10、構(gòu)中，如果用轉(zhuǎn)動副連接的是兩構(gòu)件上運動軌跡相重合的點，則該連接將帶入一個虛約束（將兩構(gòu)件在轉(zhuǎn)動副處拆開，分析兩構(gòu)件在轉(zhuǎn)動副處的軌跡在連接前后是否重合） 距離不變在機構(gòu)運動過程中，若兩構(gòu)件上兩點之間的距離始終保持不變， 若用一雙轉(zhuǎn)動副桿將此兩點相連，將帶入一個虛約束 結(jié)構(gòu)重復(fù)機構(gòu)中不影響機構(gòu)運動傳遞的重復(fù)部分所帶入的約束設(shè)機構(gòu)中重復(fù)部分的構(gòu)件數(shù)為n、機構(gòu)引入重復(fù)部分所帶入的低副數(shù)為pl、高副數(shù)為ph，則重復(fù)部分所帶入的約束數(shù)p 為p（2 pl + ph ）3 n【例2-5】試計算圖示某包裝機送紙機構(gòu)的自由度，并判斷該機構(gòu)是否具有確定的運動解： 在圖中指出注意事項 正確數(shù)出n、pl、ph、p、F

11、寫出公式并代入數(shù)值計算F3n(2plph p) F 39(21131)2 1復(fù)合鉸鏈虛約束局部自由度局部自由度一、平面機構(gòu)的組成原理1.基本桿組不能再拆的最簡單的自由度為零的構(gòu)件組稱為基本桿組，簡稱桿組2.機構(gòu)的組成原理任何機構(gòu)都可看作是由若干個基本桿組依次連接于原動件、機架或基本桿組上而構(gòu)成的，這就是機構(gòu)的組成原理3.平面機構(gòu)組成原理的作用當(dāng)對現(xiàn)有機構(gòu)進行運動分析或動力分析時，可將機構(gòu)分解為機架和原動件及若干基本桿組，然后對相同的基本桿組以相同的方法進行分析當(dāng)設(shè)計一個新機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖時，可先選定一個機架，并將數(shù)目等于機構(gòu)自由度數(shù)的F個原動件用運動副連于機架上，然后再將各基本桿組依次連接于

12、原動件、機架或基本桿組上，從而構(gòu)成一個新的機構(gòu)4.桿組并接注意事項在桿組并接時，不能將同一桿組的各個外接運動副接于同一構(gòu)件上，否則將起不到增加桿組的作用二、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類機構(gòu)結(jié)構(gòu)分類是根據(jù)機構(gòu)中基本桿組的不同進行的1.基本桿組的條件3n2plph0 （低副和高副）3n2pl0 （全低副）2.基本桿組的類型 級組由2個構(gòu)件和3個低副（2外1內(nèi)）構(gòu)成的基本桿組 級組由4個構(gòu)件和6個低副（3外3內(nèi)）構(gòu)成的基本桿組，都有1個包含3個低副構(gòu)件3.機構(gòu)的級別最高級別為級組的基本桿組構(gòu)成的機構(gòu)稱為級機構(gòu)最高級別為級組的基本桿組構(gòu)成的機構(gòu)稱為級機構(gòu)只由機架和原動件構(gòu)成的機構(gòu)稱為級機構(gòu)三、平面機構(gòu)中的高副低

13、代1.高副低代為了便于對含有高副的平面機構(gòu)進行分析研究，可將機構(gòu)中的高副根據(jù)一定的條件虛擬地以低副加以代替，這種將高副以低副來代替的方法稱為高副低代2.高副低代條件 代替前后機構(gòu)的自由度完全相同 代替前后機構(gòu)的瞬時速度和瞬時加速度完全相同3.高副低代方法高副低代時能否用一個低副直接代替一個高副？ 圓弧高副機構(gòu) 非圓弧高副機構(gòu) 點高副機構(gòu) 直線高副機構(gòu)在進行高副低代時，只要用一個虛擬構(gòu)件分別與兩高副構(gòu)件在接觸點的曲率中心處以轉(zhuǎn)動副相連就行了，若曲率中心在無窮遠處時，虛擬構(gòu)件處的轉(zhuǎn)動副將轉(zhuǎn)化為移動副四、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析1.分析目的：了解機構(gòu)的組成，確定機構(gòu)的級別2.分析方法及步驟正確計算機構(gòu)的自由度，并確定原動件除去相同約束的運動副、虛約束和局部自由度如果機構(gòu)中有高副，應(yīng)進行高副低代進行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析（注意復(fù)合鉸鏈）確定機構(gòu)的級別【例2-6】試對顎式破碎機進行結(jié)構(gòu)分析 取構(gòu)件1為原動件 此機構(gòu)為級機構(gòu) 取構(gòu)件5為原動件 先試拆級組；再試拆