第2章機構運動分析

機械原理A教師：趙春花機械設計教研室辦公室電話：67791180(行政樓1215室)0緒論0.1機械原理的研究對象0.2本課程的研究內(nèi)容0.3如何學習本課程0.4其他0.1機械原理的研究對象1.機器定義：執(zhí)行機械運動的裝置，用來變換或傳遞能量、物料和信息。原動機：將其他形式的能量變換為機械能的機器。

內(nèi)燃機

電動機

工作機：利用機械能去變換或傳遞能量、物料信息的機器。

發(fā)電機

起重機金屬切削機床錄音機電動機(馬達)一般應用在電力比較緊張的地區(qū)，或者高峰用電負荷比較大的地方，這些地方經(jīng)常會停電，從而影響生產(chǎn)營業(yè)，是一些工廠、企業(yè)、商店的必備品。三峽大壩、小浪底水庫等。發(fā)電機起重機0.1機械原理的研究對象2.機構定義：用來傳遞運動和力的、有一個構件為機架的、用構件間能夠相對運動的連接方式組成的構件系統(tǒng)。連桿機構齒輪機構凸輪機構3.機器與機構的關系機器的主體部分是由機構組成的。機器除了有機構以外還包括電氣、液壓等其他裝置；除了能傳遞運動和力之外，還具有變換或傳遞能量、物料、信息的功能。0.2本課程的內(nèi)容第一章平面機構的結構分析（實驗1：機構運動簡圖測繪）第二章機構的運動分析第三章平面連桿機構第四章凸輪機構第五章齒輪機構（實驗2：漸開線齒廓范成）第六章輪系第七章機械運轉速度波動調節(jié)第八章機械的平衡0.3學習本課程的要求成績考評：考試70%，平時成績30%平時成績包括：出勤作業(yè)上課表現(xiàn)，被我點到名實驗報告不交平時分沒有0.4其他先修課程：工程制圖、工程力學教材：陸寧主編《機械原理》，清華大學出版社主要參考書孫恒主編《機械原理》，高等教育出版社鄭文偉、吳克堅主編《機械原理》第七版，高等教育出版社課件、板書1.1機構的組成1.2機構運動簡圖1.3機構具有確定運動的條件1.4速度瞬心及其在機構速度分析上的應用第一章平面機構的結構分析1.零件定義：制造的單元連桿體連桿蓋螺栓墊圈螺母通用零件：螺栓、墊圈、螺母專用零件：連桿體、連桿蓋1.1機構的組成連桿體連桿蓋螺栓墊圈螺母內(nèi)燃機連桿1.1機構的組成2.構件定義：運動的單元，是相互固結在一起的零件的組合體。3.運動副定義：兩構件直接接觸而組成的可動連接直接接觸可動連接運動副的約束對構件獨立運動的限制1.1機構的組成運動副的分類低副：兩構件通過面接觸組成的運動副轉動副：組成運動副的兩構件只能在平面內(nèi)相對轉動1.1機構的組成移動副：組成運動副的兩構件只能沿某一軸線相對移動運動軌跡為直線1.1機構的組成凸輪高副（點接觸）齒輪高副（線接觸）1.1機構的組成高副：兩構件通過點或線接觸組成的運動副齒輪機構凸輪機構4.運動鏈定義：兩個以上的構件通過運動副連接而成的相對可動的系統(tǒng)。圖（a）圖（b）圖（c）圖（d）1.1機構的組成5.機構用來傳遞運動和力的、有一個構件為機架的、用構件間能夠相對運動的連接方式組成的構件系統(tǒng)有一個構件為機架的運動鏈。1.1機構的組成零件固定裝配構件可動連接機構機器傳遞和變換運動對外做功制造機械1.2機構運動簡圖1.定義僅用簡單的線條和符號來代表構件和運動副，并按一定比例確定各運動副的相對位置，能表示機構中各構件間相對運動關系的簡單圖形。為簡明地表達機構的運動特性和工作原理，要去掉與運動無關的尺寸、外形等因素。用國標規(guī)定的簡單符號和線條代表運動副和構件。確定構件和運動副的相對位置和性質，并按一定比例尺表示機構的運動尺寸，繪制出表示機構的簡明圖形。機構運動簡圖與原機械具有完全相同運動特性。212121222122.常用運動副的符號兩構件為活動構件有一個構件固定轉動副11112兩構件為活動構件有一個構件固定1212121212121212移動副齒輪的輪齒與輪齒接觸凸輪與從動件的接觸高副1212122121213.一般構件的表示方法固定構件同一構件4.繪制機構運動簡圖的步驟1）根據(jù)機構的實際結構和運動情況，找出機構的機架、原動件、工作構件；2）確定機構的傳動部分，即確定構件數(shù)以及運動副數(shù)、類型；3）確定轉動副的相對位置，即在轉動副的位置繪制出轉動副符號；4）用規(guī)定的構件和運動副符號，依次繪出機架、構件、移動副，從而完成機構運動簡圖的繪制。1234abc41(原動件)2(工作構件)3(工作構件)4(機架)動畫例1abc141223344-----1-------2------3-----41234abcabc4-----1-------2------3-----4動畫按鈕例2動畫按鈕14a2344----1----2----3----4cb動畫按鈕ABC1234ABC例3ABCABC例4例5ABCABC1234例6例71234ABC例81.3機構具有確定運動的條件1.機構具有確定運動的條件機構的自由度F：機構中各構件相對于機架所能有的獨立運動的數(shù)目。12341j機構具有確定運動的條件是：機構原動件個數(shù)等于機構自由度的數(shù)目。F≤0，構件間無相對運動，不成為機構。原動件數(shù)=F，運動確定F>0,原動件數(shù)<F，運動不確定原動件數(shù)>F，機構破壞

2.平面機構自由度計算一個自由構件-----3個自由度一個轉動副--------2個約束一個移動副--------2個約束一個高副-----------1個約束設現(xiàn)有一個平面機構，K個構件，1個固定構件，n=K-1個活動構件，PL個低副，pH個高副。平面機構的自由度數(shù)=活動構件未用運動副連接之前的自由度總數(shù)-運動副引入的約束總數(shù)F=3n-（2PL+PH）=3n-2PL-PHF=1F=23.計算平面機構自由度的注意事項1）復合鉸鏈

定義：兩個以上構件同時在一處用轉動副相連接

處理辦法：m個構件在同一處構成轉動副，實際轉動副數(shù)目為（m-1）個。幾種典型復合鉸鏈3DmFE'56C4m7281AE1（1）有一個復合鉸鏈，不存在局部自由度和虛約束。復合鉸鏈（2）n=7,PL=10,PH=0(3)F=3n－2PL－PH=3×7－2×20-0=1解：2）局部自由度

定義——在某些機構中，不影響其他構件運動的自由度稱為局部自由度。處理辦法——把滾子固化在支承滾子的構件上。3）虛約束

定義：對機構運動實際上不起限制作用的重復約束。

其中AO1∥BO3∥MN（1）不同構件上兩點間的距離保持恒定……

處理辦法：將機構中構成虛約束的構件連同其所附帶的運動副去掉不計。（2）如果兩構件在多處接觸而構成移動副，且移動方向彼此平行或重合，則只能算一個移動副。自由度為何不同??平行移動副（3）如果兩構件在多處相配合而構成轉動副，且轉動軸線重合，則只能算一個轉動副。同軸轉動副（4）如果兩構件在多處相接觸而構成平面高副，且各接觸點處的公法線彼此重合，則只能算一個平面高副。（5）在輸入件與輸出件之間用多組完全相同的運動鏈來傳遞運動

虛約束的引入，一般是為了改善機構受力，增大傳遞功率或者其它特殊需求；計算機構自由度時，不考慮虛約束的作用；虛約束的成立，要滿足一定的幾何條件或者結構條件，如果這些條件被破壞，將轉化了實約束，影響機構運動；虛約束問題小結：

機械設計中如果需要采用虛約束，必須保證設計、加工、裝配精度，以確保滿足虛約束存在的條件。求圖示機構的自由度求圖示機構的自由度復合鉸鏈局部自由度1234567計算圖示機構的自由度復合鉸鏈各有兩個移動副轉動副6移動副4構件7自由度1n8，pL11，pH1，F(xiàn)3n2pLpH38211111。216DKO3457CBA109HGFEIJ8216DKO3457CBA109HGFEIJ81.4速度瞬心及其在機構速度分析上的應用1.速度瞬心2.速度瞬心法在機構速度分析上的應用A1(A2)B1(B2)12P121.瞬心定義：兩個作平面相對運動的構件，在任一瞬時，其相對運動可看作是繞某一重合點的轉動。特性：相對速度為零，絕對速度相等類型：絕對速度瞬心相對速度瞬心符號表示:Pij1.速度瞬心2.瞬心數(shù)目

在機構中的瞬心數(shù)目遵循組合規(guī)律，任意兩構件之間具有一個瞬心。公式3.瞬心位置的確定a）兩個構件之間用運動副連接的瞬心位置12P12（1）兩個構件用轉動副連接時的瞬心位置（2）兩個構件用移動副連接時的瞬心位置（3）兩個構件用平面高副連接時的瞬心位置當兩構件組成純滾動的高副時，瞬心位于接觸點當兩構件組成滑動兼滾動的高副時，瞬心位于過接觸點的公法線n-n上純滾動連滾帶滑b)兩個構件之間沒有用運動副連接的瞬心位置三心定理：作平面運動的三個構件有三個瞬心，且位于同一直線上。P13P13VP1312341P13?[例1]找出圖示機構的瞬心1-2-3(P12P23)P13P24？解：瞬心數(shù)目N=？(P12P14)P24(P23P34)P241-4-3(P34P14)P13N=6個1234P12P23P14P13P24P14P34P12P23P12P23P14P341234P12P23P14P13P241234P12P23P14P13P241234P12P23P14P13P241234P34P12P23P14P13P241234P34P12P23P14P13P241234ABCw1q1234Dw3P12P24P14P34P23P13[例2]確定瞬心數(shù)目N=？N=6(P12P23)P13(P34P14)P13(P12P14)P24(P23P34)P241P34P12P23P14P13P241234解：①瞬心數(shù)為6個(=N(N-1)/2=4(4-1)/2)②直接觀察能求出4個：P12、P23、P34、P14余下的2個用三心定理求出。a)鉸鏈機構已知構件2的轉速ω2，求構件4的角速度ω4。P24P13ω2P12P23P34P14VP242341ω42.速度瞬心在機構速度分析中的應用P24P13ω2③求瞬心P24的速度。對構件4：VP24＝μl(P24P14)·ω4

ω4＝ω2·

(P24P12)/P24P14對構件2：VP24＝μl(P24P12)·ω2P12P23P34P14方向:順時針,與ω2相同。相對瞬心位于兩絕對瞬心的同一側，兩構件轉向相同VP242341ω4312b)高副機構已知構件2的轉速ω2，求構件3的角速度ω3。ω2用三心定理求出P23

。求瞬心P23的速度

:對構件3：VP23＝μl(P2