第二章平面機(jī)構(gòu)基本知識

第2章平面機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)知識機(jī)械·譚劍鋒《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》之機(jī)構(gòu)的兩個特征：人為的實物組合確定的相對運(yùn)動前章基礎(chǔ)知識：本章兩個問題：如何確定所設(shè)計的機(jī)構(gòu)有確定的相對運(yùn)動？給定驅(qū)動原件，如何計算機(jī)構(gòu)各部件運(yùn)動速度？本章知識構(gòu)成：√√目的：便于在設(shè)計中描述和分析各種常用機(jī)構(gòu)內(nèi)容：了解運(yùn)動副、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖及自由度等作用：確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動的前提

2.1平面機(jī)構(gòu)組成１、運(yùn)動副元素——兩個構(gòu)件直接接觸組成的可動聯(lián)接。２、自由度F——構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目oxy二、運(yùn)動副例如：——直接接觸的部分（點、線、面）?

作空間運(yùn)動的構(gòu)件oxyZ6個自由度F

機(jī)構(gòu)是一個構(gòu)件系統(tǒng)，為了傳遞運(yùn)動和動力，各構(gòu)件之間必須通過一定的聯(lián)接而產(chǎn)生確定的相對運(yùn)動。運(yùn)動副oxy３、約束——對獨(dú)立運(yùn)動所加的限制。A?一個作平面運(yùn)動的構(gòu)件3個自由度BA(xA,yA)oxy４、運(yùn)動副的分類：空間運(yùn)動副——空間運(yùn)動按相對運(yùn)動范圍分：平面運(yùn)動副——平面運(yùn)動√空間運(yùn)動副球面副螺旋副

平面運(yùn)動副類型

轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副、鉸鏈）

移動副面接觸，平面低副應(yīng)力低產(chǎn)生約束數(shù)：2自由度：1

滾滑副點、線接觸，應(yīng)力高平面高副ttnnnntt產(chǎn)生約束數(shù)：1自由度：22.2平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖條件：作用：機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動、動力分析與機(jī)構(gòu)的外形、斷面尺寸、構(gòu)件的零件數(shù)目、運(yùn)動副的具體構(gòu)造等這些與運(yùn)動無關(guān)的因素沒有關(guān)系，用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖對機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動、動力進(jìn)行分析。機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖：用簡單的線條和符號來代表構(gòu)件和運(yùn)動副,并按一定的比例表示運(yùn)動副的相對位置和表明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間相對運(yùn)動關(guān)系的簡單圖形。

機(jī)構(gòu)示意圖：定性表明機(jī)構(gòu)的運(yùn)動狀況，不嚴(yán)格按比例來繪制機(jī)構(gòu)簡圖。常用運(yùn)動副的符號運(yùn)動副名稱運(yùn)動副符號兩運(yùn)動構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動副轉(zhuǎn)動副移動副12121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時的運(yùn)動副122121平面運(yùn)動副平面高副螺旋副2112121212球面副球銷副121212空間運(yùn)動副12121221nntt21nntt一般構(gòu)件的表示方法桿、軸構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件三副構(gòu)件兩副構(gòu)件一般構(gòu)件的表示方法四副構(gòu)件常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號在機(jī)架上的電機(jī)齒輪齒條傳動帶傳動圓錐齒輪傳動鏈傳動圓柱蝸桿蝸輪傳動凸輪傳動外嚙合圓柱齒輪傳動內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動棘輪機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制1分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動找出機(jī)構(gòu)的原動件、機(jī)架和從動件，搞清運(yùn)動傳遞的具體過程，從而確定出該機(jī)構(gòu)的數(shù)目及各運(yùn)動副的類型和數(shù)目。2選擇視圖，具有一般性。3選擇適當(dāng)?shù)谋壤呃L圖。

內(nèi)燃機(jī)21569107834152610974活動構(gòu)件數(shù)：通過運(yùn)動副聯(lián)接后，低副產(chǎn)生的約束數(shù)：高副產(chǎn)生的約束數(shù)：設(shè)一平面機(jī)構(gòu)有K個構(gòu)件，通過Pl個低副，Ph個高副聯(lián)接，則：運(yùn)動副聯(lián)接前自由度：一、自由度的計算公式2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計算例1：計算鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的自由度解：活動構(gòu)件數(shù)n=低副數(shù)Pl=高副數(shù)Ph=

問題：原動件數(shù)與自由度有什么關(guān)系，才能使機(jī)構(gòu)具有確定

的運(yùn)動呢？當(dāng)原動件數(shù)>F

卡死不能動或破壞原動件數(shù)=F機(jī)構(gòu)運(yùn)動確定1234二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計算例2:計算鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)的自由度解：活動構(gòu)件數(shù)n=低副數(shù)Pl=高副數(shù)Ph=12345當(dāng)原動件數(shù)<F，從動件運(yùn)動不確定原動件數(shù)=F機(jī)構(gòu)運(yùn)動確定2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計算例3:計算自由度123123解：123例4:計算自由度解：F≤0，機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動。12342.3平面機(jī)構(gòu)自由度計算F>0（必要條件）原動件數(shù)=機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F（充分條件）機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：分隔0222.3平面機(jī)構(gòu)自由度計算沖壓機(jī)機(jī)構(gòu)?√2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計算復(fù)合鉸鏈

常見情況：1231231231231:復(fù)合鉸鏈——兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)。兩個低副m個構(gòu)件在同一處鉸接,構(gòu)成m-1個轉(zhuǎn)動副三計算自由度時應(yīng)注意的事項2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計算12345678ABCDEF解：活動構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)Pl

=6F=3n－2Pl－Ph

高副數(shù)Ph=0=3×7－2×6－0=9計算結(jié)果肯定不對！10110B、C、D、E四處各含有兩個轉(zhuǎn)動副計算結(jié)果正確﹗例：計算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計算沖壓機(jī)機(jī)構(gòu)+12.3平面機(jī)構(gòu)自由度計算例：計算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。圖a)圖b)

F=3×2－2×2－1=1問題：運(yùn)動相同，自由度不同？12123解：n=Pl=2123Ph=1a)b)計算前先將小滾輪焊接在推桿上處理的方法：2：局部自由度?2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計算動畫沖壓機(jī)機(jī)構(gòu)-1-12.3平面機(jī)構(gòu)自由度計算3：虛約束：對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不起實際約束作用的約束。AB＝

CD例：平行四邊形機(jī)構(gòu)，連桿2作平動，BC線上各點軌跡均為圓EF5若加上桿5，使AB＝CD＝EF桿5上E點的軌跡與桿2上E點的軌跡重合，不影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，但加上一個構(gòu)件兩個低副引入3個自由度4個約束多出一個約束-----虛約束A1234BCD2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計算A1234BCD若加上桿5，使AB＝CD＝EF則桿5上E點的軌跡與桿2上E點的軌跡不重合，其真實的約束作用。EF5虛約束是在特定的幾何條件下產(chǎn)生的若制造誤差太大，“虛”“實”，機(jī)構(gòu)卡死。2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計算123ABCDE4F計算前，先去掉產(chǎn)生虛約束部分。處理方法：2.3平面機(jī)構(gòu)自由度計算若兩構(gòu)件上的點，鉸接前后運(yùn)動軌跡相重合如：平行四邊形機(jī)構(gòu)、火車輪、橢圓儀等。機(jī)構(gòu)中的虛約束常發(fā)生在下列情況：則該聯(lián)接將帶入1個虛約束。2.2平面機(jī)構(gòu)自由度計算1）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或重合，則只能算一個移動副。ABCDD2）兩構(gòu)件在多處相配合而構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，且轉(zhuǎn)動軸線重合，則只能算一個轉(zhuǎn)動副。兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成性質(zhì)相同的運(yùn)動副2.2平面機(jī)構(gòu)自由度計算兩構(gòu)件在多處接觸構(gòu)成平面高副，且各接觸點處的公法線彼此重合，則只能算一個平面高副。如：等寬凸輪注意：法線不重合時，變成實際約束！2.2平面機(jī)構(gòu)自由度計算若兩構(gòu)件上距離始終保持不變的點之間，用一桿將其鉸接對運(yùn)動不起作用的對稱部分或結(jié)構(gòu)重復(fù)部分。EF如：多個中間齒輪。將帶入一個虛約束帶入虛約束。2.2平面機(jī)構(gòu)自由度計算沖壓機(jī)機(jī)構(gòu)-12.2平面機(jī)構(gòu)自由度計算CDABGFoEE’例：計算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度。n=7Pl=9Ph=1復(fù)合鉸鏈局部自由度虛約束推土機(jī)機(jī)構(gòu)鋸木機(jī)機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)機(jī)構(gòu)送紙機(jī)機(jī)構(gòu)沖壓機(jī)機(jī)構(gòu)F=3*3-2*3-2*1=1F=3*4-2*4-2*1=2定義：速度瞬心-兩個剛體作相對運(yùn)動的重合點為瞬時回轉(zhuǎn)中心，簡稱瞬心。數(shù)目：機(jī)構(gòu)中速度瞬心的數(shù)目：任意兩構(gòu)件之間都存在一個瞬心。若機(jī)構(gòu)有N個構(gòu)件則有:2.3速度瞬心及應(yīng)用位置：直接接觸：通過運(yùn)動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心

a.以回轉(zhuǎn)副相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心。

b.以移動副相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心。

c.以平面高副相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心。間接接觸：三心定理不通過運(yùn)動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心

3個作平面運(yùn)動的構(gòu)件共有三個瞬心，且三個

瞬心共線2.3速度瞬心及應(yīng)用確定該機(jī)構(gòu)在圖示位置時其全部瞬心的位置確定該機(jī)構(gòu)在圖示位置時其全部瞬心的位置2.3速度瞬心及應(yīng)用確定該機(jī)構(gòu)在圖示位置時其全部瞬心的位置2.3速度瞬心及應(yīng)用利用速度瞬心進(jìn)行平面機(jī)構(gòu)的速度分析1.平面低副機(jī)構(gòu)為求Vc，可先根據(jù)三心定理求構(gòu)件2、4的相對速度瞬心P24?；瑝KC作直線移動，其上各點速度相等，將P24看成是滑塊上的一點已知各構(gòu)件的長度、位置及構(gòu)件2的角速度ω2，求滑塊C的速度。2.3速度瞬心及應(yīng)用

已知鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件尺寸，原動件2以角速度ω2順時針方向等速回轉(zhuǎn)