緒論及機(jī)構(gòu)組成原理及可動(dòng)性分析

緒論及機(jī)構(gòu)組成一、機(jī)械原理課程的研究對(duì)象指執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，它用來(lái)變換和傳遞能量、物料與信息。緒論1、對(duì)象：2、機(jī)器：而機(jī)械是機(jī)器與機(jī)構(gòu)的總稱(chēng)。是機(jī)械。內(nèi)燃機(jī)插齒機(jī)構(gòu)動(dòng)力機(jī)器工作機(jī)器信息機(jī)器機(jī)器是能量變換的裝置，即可將某種形式的能量變換成機(jī)械能，或者把機(jī)械能變換成其他形式的能量。是完成有用的機(jī)械功或者是搬運(yùn)物品。是用來(lái)獲得和變換信息。機(jī)器一定要作機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)能量物料和信息的變換。機(jī)器與其它裝置的主要區(qū)別是：機(jī)器是由機(jī)構(gòu)組成的。平底凸輪機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)組合機(jī)構(gòu)常用的機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)滾輪凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)直齒輪的嚙合電影機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)凸輪組合機(jī)構(gòu)組合機(jī)構(gòu)一.機(jī)械原理課程的性質(zhì):

它的任務(wù)是使學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)械動(dòng)力學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，初步具有擬定機(jī)械傳動(dòng)方案、分析和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的能力?！?-2機(jī)械原理課程的內(nèi)容

是研究機(jī)械性能分析與設(shè)計(jì)的基本理論與方法的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程之一。機(jī)構(gòu)分析：根據(jù)給定的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖來(lái)研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性和傳力特性。機(jī)構(gòu)綜合：根據(jù)給定的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性和傳力特性來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。二.機(jī)械原理研究的基本問(wèn)題：機(jī)械原理研究的基本問(wèn)題：機(jī)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)綜合3、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)。三.機(jī)械原理的教學(xué)內(nèi)容1、研究機(jī)構(gòu)的組成及具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。2、研究四種基本機(jī)構(gòu)的特性和設(shè)計(jì)方法：連桿機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)，齒輪機(jī)構(gòu)，間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu).4、機(jī)構(gòu)及其系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)。結(jié)束機(jī)構(gòu)組成原理§1-1機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一.機(jī)構(gòu)的組成組成要素構(gòu)件運(yùn)動(dòng)副構(gòu)件是由一個(gè)或若干個(gè)零件組成。

（一）構(gòu)件零件——制造的單元體。齒輪軸鍵構(gòu)件分成機(jī)架（或固定構(gòu)件）活動(dòng)構(gòu)件主動(dòng)件從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的活動(dòng)構(gòu)件稱(chēng)為原動(dòng)件。作用有驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩的活動(dòng)構(gòu)件稱(chēng)為主動(dòng)件。輸出運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力的從動(dòng)件稱(chēng)為輸出件。機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)單元體。內(nèi)燃機(jī)用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)結(jié)后，彼此的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到某些約束.兩個(gè)構(gòu)件在用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)結(jié)前有六個(gè)獨(dú)立的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。構(gòu)件2xzy構(gòu)件1O機(jī)構(gòu)中兩構(gòu)件直接接觸的可動(dòng)聯(lián)接?！?-1機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一.機(jī)構(gòu)的組成（一）構(gòu)件（二）運(yùn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副21

（1）

根據(jù)運(yùn)動(dòng)副對(duì)被聯(lián)結(jié)的兩個(gè)構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)約束數(shù)的不同，可將運(yùn)動(dòng)副分為至級(jí)副§1-1機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一.機(jī)構(gòu)的組成（一）構(gòu)件（二）運(yùn)動(dòng)副球面副（級(jí)副）球銷(xiāo)副（）轉(zhuǎn)動(dòng)副（）

球銷(xiāo)副轉(zhuǎn)動(dòng)副（2）

根據(jù)運(yùn)動(dòng)副中構(gòu)件間的接觸形式分：移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副

常用的運(yùn)動(dòng)副齒輪副凸輪副低副：面接觸的運(yùn)動(dòng)副高副：點(diǎn)、線(xiàn)接觸的運(yùn)動(dòng)副。（3）根據(jù)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分：平面運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副齒輪副球頂凸輪副§1-1機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一.機(jī)構(gòu)的組成（一）構(gòu)件（二）運(yùn)動(dòng)副（三）運(yùn)動(dòng)鏈用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)結(jié)而成的相對(duì)可動(dòng)的構(gòu)件系統(tǒng)稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)鏈1234ABC1234ABCD123456ABCDEFG開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈閉式運(yùn)動(dòng)鏈單閉環(huán)運(yùn)動(dòng)鏈多閉環(huán)運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)械手運(yùn)動(dòng)鏈§1-1機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一.機(jī)構(gòu)的組成（一）構(gòu)件（二）運(yùn)動(dòng)副（三）運(yùn)動(dòng)鏈（四）機(jī)構(gòu)1234ABCD機(jī)構(gòu)是用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和力且有一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架的用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)結(jié)而成的構(gòu)件系統(tǒng)。機(jī)構(gòu)的形成§1-1機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一.機(jī)構(gòu)的組成（一）構(gòu)件（二）運(yùn)動(dòng)副（三）運(yùn)動(dòng)鏈（四）機(jī)構(gòu)二.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖用線(xiàn)條和簡(jiǎn)單圖形代表構(gòu)件，用規(guī)定符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)副，按比例作出的圖形。121212212121轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副直齒輪的嚙合球頂凸輪副CAB12344'D55'6內(nèi)燃機(jī)ECAB1DFG2345678HI插齒機(jī)§1-2機(jī)構(gòu)可動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)條件機(jī)構(gòu)可動(dòng)的條件可動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)條件可動(dòng)的力學(xué)條件能動(dòng)嗎？一.機(jī)構(gòu)自由度的一般公式機(jī)構(gòu)自由度——機(jī)構(gòu)中各活動(dòng)構(gòu)件相對(duì)于機(jī)架的可能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。含有運(yùn)動(dòng)副個(gè)數(shù)為：運(yùn)動(dòng)副級(jí)別運(yùn)動(dòng)副個(gè)數(shù)p1p2p3p4p5則或213ACB4D若機(jī)構(gòu)中有n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，§1-2機(jī)構(gòu)可動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)條件一.機(jī)構(gòu)自由度的一般公式二.公共約束與平面機(jī)構(gòu)自由度1.公共約束——在有些機(jī)構(gòu)中，由于運(yùn)動(dòng)副的特殊配置而使機(jī)構(gòu)中的所有活動(dòng)構(gòu)件共同失去了某些自由度，即給機(jī)構(gòu)中的所有構(gòu)件施加了某些公共的約束。1234ABCDOxzY12作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件有3個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。2.平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算式（有3個(gè)公共約束）3.具有m個(gè)公共約束的機(jī)構(gòu)，其自由度計(jì)算式：123ACB[例]m=4所以平面構(gòu)件三自由度三.機(jī)構(gòu)可動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)條件§1-2機(jī)構(gòu)可動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)條件一.機(jī)構(gòu)自由度的一般公式二.公共約束與平面機(jī)構(gòu)自由度P5=4,P4=1,F=0n=3,n=2,P5=3,F=0231123ACB4Dn=3,P5=5,F=1B2C4ADE13n=3,P5=4,F=114123ABCD14C2B54ADE13n=4,P5=5,F=2C'結(jié)論：1.機(jī)構(gòu)可能運(yùn)動(dòng)的條件是：2.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：

即主動(dòng)件數(shù)等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F。輸入的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F。機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F1?！?-2機(jī)構(gòu)可動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)條件四.計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題（一）虛約束虛約束——機(jī)構(gòu)中那些對(duì)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束?；蚍Q(chēng)消極約束。4F5ABCDEF123ADBCE？123ADBCE機(jī)構(gòu)的虛約束機(jī)構(gòu)的虛約束2常見(jiàn)的虛約束：1.機(jī)構(gòu)中聯(lián)結(jié)構(gòu)件與被聯(lián)結(jié)構(gòu)件的軌跡重合？2.兩構(gòu)件組成若干個(gè)導(dǎo)路中心線(xiàn)互相平行或重疊的移動(dòng)副2CAB1343CAD=SD=DC2AB14D二維移動(dòng)副虛約束常見(jiàn)的虛約束：4.在機(jī)構(gòu)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其中某兩構(gòu)件上兩點(diǎn)之間的距離始終不變。5.機(jī)構(gòu)中自由度F=–1的對(duì)稱(chēng)部分。ACBD1232'4CAB1325DEFBC=EF，AB=CD，BE=CF，AE=DF。2132'2"O3.兩構(gòu)件組成若干個(gè)軸線(xiàn)互相重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副。二維2Kh行星輪系四.計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題（一）虛約束（二）局部自由度局部自由度——機(jī)構(gòu)中個(gè)別構(gòu)件所具有的不影響其它構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，即與整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的自由度。21ACB43?21ACB3四.計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題（一）虛約束（二）局部自由度（三）正確確定運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目？A2CB134DE56324復(fù)合鉸鏈——由個(gè)m構(gòu)件在一處組成軸線(xiàn)重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副。實(shí)際有(m-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。[例]如圖所示F、B、D、C處是復(fù)合鉸鏈二維直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)A[例]2CB13DE5647局部自由度虛約束機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng),因?yàn)橹鲃?dòng)件數(shù)等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F。EABCDOFGH§1-3機(jī)構(gòu)可動(dòng)的力學(xué)條件機(jī)構(gòu)可動(dòng)的力學(xué)條件不考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)可動(dòng)的力學(xué)條件考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)可動(dòng)的力學(xué)條件一.平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角（一）壓力角與傳動(dòng)角在不計(jì)摩擦力、重力、慣性力的條件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使輸出件運(yùn)動(dòng)的力的方向線(xiàn)與輸出件上受力點(diǎn)的速度方向線(xiàn)所夾的銳角。vcFF1F21ABCD234壓力角：傳動(dòng)角：壓力角的余角。越小，受力越好。越大，受力越好。許用傳動(dòng)角FvcABC12FvB3??2aAB134Cbvc畫(huà)出壓力角B123ACvFB132C（二）機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角位置的確定1.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，原動(dòng)件為AB為曲柄。4vcABCDF123fB2C2B1C1一.平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角（一）壓力角與傳動(dòng)角當(dāng)為銳角時(shí)，傳動(dòng)角當(dāng)為鈍角時(shí)，傳動(dòng)角以AB為原動(dòng)件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄和機(jī)架處于兩共線(xiàn)位置時(shí)，連桿和輸出件的夾角最小和最大（）。vcFC4DAB123abcd2.AB為主動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)FvcB1C1

只有使偏置方位、曲柄轉(zhuǎn)向、輸出件工作行程方向正確匹配，方能保證最小傳動(dòng)角的瞬時(shí)位置，剛好處于工作較小的空回行程中。34AaB1Cb2e1當(dāng)=90o時(shí)，可得min為§1-3機(jī)構(gòu)可動(dòng)的力學(xué)條件一.平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角二.不考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)可動(dòng)的力學(xué)條件（一）機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置畫(huà)出壓力角1C234ABDabcd死點(diǎn)位置——在不計(jì)構(gòu)件重力、慣性力和運(yùn)動(dòng)副中摩擦力的條件下，當(dāng)機(jī)構(gòu)處于傳動(dòng)角=0o（或壓力角=90o）的機(jī)構(gòu)位置。在此位置下，無(wú)論給機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩有多大，均不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。vB1FB1縫紉機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)踏板D腳AB1C1vBFBB2C22aAB134CbvcvBFB請(qǐng)思考：下列機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置在哪里；怎樣使機(jī)構(gòu)通過(guò)死點(diǎn)位置。B123AC死點(diǎn)的利用：AB1C1DB2C2地面飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)（二）不考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)可動(dòng)的力學(xué)條件其條件是：該機(jī)構(gòu)不處于死點(diǎn)位置。三.考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)可動(dòng)的力學(xué)條件§1-3機(jī)構(gòu)可動(dòng)的力學(xué)條件一.平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角二.不考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)可動(dòng)的力學(xué)條件

機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副是可動(dòng)聯(lián)結(jié)，但若其中有一個(gè)運(yùn)動(dòng)副在外力及摩擦力的作用下變成不可動(dòng)聯(lián)結(jié)，則機(jī)構(gòu)顯然不可動(dòng)。（一）運(yùn)動(dòng)副中的摩擦和自鎖BANBAFBARBAP當(dāng)

時(shí)，若滑塊A原來(lái)靜止，則無(wú)論外力P增止多大，均不能使滑塊A運(yùn)動(dòng)，即稱(chēng)之謂移動(dòng)副的自鎖。1.移動(dòng)副vAB注意：總反力RBA的方向總是逆著相對(duì)運(yùn)動(dòng)vAB而與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向成（90o+）。三.考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)可動(dòng)的力學(xué)條件（一）運(yùn)動(dòng)副中的摩擦和自鎖1.移動(dòng)副2.轉(zhuǎn)動(dòng)副MdPRBAFBANBA總反力RBA徑向力P和徑向力矩Md合成為一驅(qū)動(dòng)力P'P'摩擦圓BAr軸頸O摩擦圓的半徑：f0—_當(dāng)量摩擦系數(shù)結(jié)論：（1）總反力總是切于摩擦圓，產(chǎn)生的摩擦力矩逆著相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)方向;（2）當(dāng)h時(shí)，即與摩擦圓相割或相切，產(chǎn)生自鎖。P'h三.考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)可動(dòng)的力學(xué)條件（一）運(yùn)動(dòng)副中的摩擦和自鎖（二）機(jī)構(gòu)的自鎖區(qū)32AB14CF（驅(qū)動(dòng)力）M1阻力矩2123R12R32

F43R32R21R41h'由驅(qū)動(dòng)力F通過(guò)運(yùn)動(dòng)副傳給構(gòu)件1的力矩32A14F（驅(qū)動(dòng)力）C1R21R23R'21R'23B1232AB214R'21R21R23R'2322C2自鎖區(qū)——兩臨界自鎖位置所包含的區(qū)間。21R12ObLnn=90oxy對(duì)于傳動(dòng)角始終為90°的機(jī)構(gòu)，其傳力性能最佳且無(wú)死點(diǎn)。但是，即使只移動(dòng)副的摩擦，在一定條件下也會(huì)自鎖。故當(dāng)此機(jī)構(gòu)的自鎖條件為：結(jié)論：機(jī)構(gòu)在某一位置可動(dòng)的力學(xué)條件是，機(jī)構(gòu)中的所有運(yùn)動(dòng)副在外力及摩擦力的作用下均不發(fā)生自鎖?！?-4平面機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析一.平面機(jī)構(gòu)的組成原理平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)目等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)，故平面機(jī)構(gòu)的從動(dòng)系統(tǒng)的自由度數(shù)應(yīng)為零。2134ABCDEF561A6F=1F=0F=0234BCDEF5F=1F=023BCDE4F5桿組定義：不可再分解的自由度為零的運(yùn)動(dòng)鏈被稱(chēng)為基本桿組，簡(jiǎn)稱(chēng)桿組。組成平面機(jī)構(gòu)桿組的條件：平面機(jī)構(gòu)桿組的類(lèi)型含有高副的桿組低副桿組(p4=0)np5p4111230341460單構(gòu)件高副組三構(gòu)件高副組級(jí)組級(jí)組級(jí)組單構(gòu)件高副組213ABCD三構(gòu)件高副組2DC1BDC21DCBDCB級(jí)組21BCD內(nèi)副——聯(lián)結(jié)桿組中構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)副。341224

級(jí)組——包含有三個(gè)內(nèi)副元素的剛性構(gòu)件的桿組。132134

級(jí)組——包含四個(gè)構(gòu)件組成封閉四