機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

第二章機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析教學(xué)目的：（1）明確構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副、約束、自由度、運(yùn)動(dòng)鏈及機(jī)構(gòu)等重要概念；（2） 能繪制簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；（3） 掌握平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算，并判斷其具有確定運(yùn)動(dòng)的條件；（4） 了解平面機(jī)構(gòu)的組成原理。課時(shí)安排：4h重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)一平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算；難點(diǎn)一繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖、自由度計(jì)算時(shí)注意事項(xiàng)的處理。§2-1機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的1.研究機(jī)構(gòu)的組成及其具有確定運(yùn)動(dòng)的條件目的是弄清機(jī)構(gòu)包含哪幾個(gè)部分，各部分如何相聯(lián)，以及怎樣的結(jié)構(gòu)才能保證機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類不同的機(jī)構(gòu)有各自的特點(diǎn)，把各種機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)加以分類，其目的是按其分類建立運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析的一般方法。3.繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖研究機(jī)構(gòu)特性的工具。4.研究機(jī)構(gòu)的組成原理研究按何種規(guī)律組成的機(jī)構(gòu)能滿足運(yùn)動(dòng)確定性的要求?！?-2機(jī)構(gòu)的組成一、 構(gòu)件從制造加工角度：機(jī)械由零件組成。零彳一制造單元體從運(yùn)動(dòng)功能角度：機(jī)械由機(jī)構(gòu)組成，而機(jī)構(gòu)由構(gòu)件組成。構(gòu)彳一獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單元體注意：構(gòu)件可以是單一零件，也可以是幾個(gè)零件的剛性聯(lián)接。二、 運(yùn)動(dòng)副定義：指兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。運(yùn)動(dòng)副元素：指兩個(gè)構(gòu)件直接接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的部分。構(gòu)件的自由度：指一個(gè)構(gòu)件相對(duì)另一個(gè)構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。一個(gè)自由構(gòu)件在空間具有6個(gè)自由度，作平面運(yùn)動(dòng)時(shí)有3個(gè)自由度。約束：指通過運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接的兩構(gòu)件之間的某些相對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所受到的限制。運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)等于兩構(gòu)件相對(duì)自由度減少的數(shù)目。運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)最多為5個(gè)。5.運(yùn)動(dòng)副分類1） 按運(yùn)動(dòng)副相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、螺旋副、球面副等2） 按運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)分I級(jí)副、II級(jí)副、m級(jí)副、w級(jí)副、v級(jí)副3） 按運(yùn)動(dòng)副接觸形式分低副：兩構(gòu)件通過面接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副統(tǒng)稱為低副；高副：凡兩構(gòu)件系通過點(diǎn)或線接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副統(tǒng)稱為高副。4）按運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)空間分平面運(yùn)動(dòng)副：指構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副；空間運(yùn)動(dòng)副：指構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)。三、 運(yùn)動(dòng)鏈指兩個(gè)以上的構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。閉鏈：運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。開鏈：運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。平面運(yùn)動(dòng)鏈：各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈。空間運(yùn)動(dòng)鏈：各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈。四、 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)：在運(yùn)動(dòng)鏈中將某一構(gòu)件加以固定（機(jī)架），另一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件（原動(dòng)件）按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，而其余構(gòu)件（從動(dòng)件）都具有確定的運(yùn)動(dòng)，則運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)。分為：平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)§2-3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一、 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖指根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，按一定的比例尺定出各運(yùn)動(dòng)副的位置，并用國(guó)標(biāo)規(guī)定的簡(jiǎn)單線條和符號(hào)代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，繪制出表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)明圖形。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖與原機(jī)械具有完全相同運(yùn)動(dòng)特性。根據(jù)該圖可以方便的對(duì)機(jī)械進(jìn)行分析或設(shè)計(jì)。繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖是工程技術(shù)人員必備的基本技能。機(jī)構(gòu)的示意圖：指為了表明機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況，不要求嚴(yán)格地按比例而繪制的簡(jiǎn)圖。二、 常用運(yùn)動(dòng)副、構(gòu)件和常用機(jī)構(gòu)的表示方法（見表2-1、表2-2、表2-3）三、 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制分析機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)情況：確定機(jī)構(gòu)中的機(jī)架、原動(dòng)部分、傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分，以確定構(gòu)件的數(shù)目。循著運(yùn)動(dòng)傳遞的路線，逐一分析每?jī)蓚€(gè)構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目。恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面：一般選擇與機(jī)械的多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面相平行的平面作為投影面。選擇適當(dāng)?shù)谋壤呃L圖：定出各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，用規(guī)定的簡(jiǎn)單線條和各種運(yùn)動(dòng)副符號(hào)，將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖畫出來(lái)。標(biāo)注：用字母給運(yùn)動(dòng)副標(biāo)號(hào)，用數(shù)字給構(gòu)件標(biāo)號(hào)，同一構(gòu)件用焊接符號(hào)固聯(lián)，原動(dòng)件用箭頭表示，機(jī)架加陰影線。例2-1：繪制圖示顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖例2-2：繪制圖示模型的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

§2-4機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件問題：取運(yùn)動(dòng)鏈中某個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，并確定原動(dòng)件后，其余構(gòu)件在什么條件下才具有確定運(yùn)動(dòng)?機(jī)構(gòu)的自由度F:機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。實(shí)例分析一：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)給定一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)，余構(gòu)件有確定運(yùn)動(dòng)，即機(jī)構(gòu)的F=1。機(jī)構(gòu)中給定獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的構(gòu)件稱為原動(dòng)件。原動(dòng)作F實(shí)例分析二：鉸鏈五桿機(jī)構(gòu) /給定一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)：機(jī)構(gòu)沒有確定運(yùn)動(dòng)。給定兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)：機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)。 飛?.機(jī)構(gòu)的F=2,原動(dòng)件數(shù)=2結(jié)論：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為：F>0，且原動(dòng)件數(shù)=機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F§2-5機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算平面自由構(gòu)件：3個(gè)自由度；平面低副：引入2個(gè)約束；平面高副：引入1個(gè)約束假設(shè)平面機(jī)構(gòu)有n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件：有3n個(gè)自由度；有Pz個(gè)低副和％個(gè)高副：引入(2P,+PJ約束。平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式F=3n-(2p+p)§2-6計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng)一、復(fù)合釵鏈兩個(gè)以上構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接即構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。m個(gè)構(gòu)件以復(fù)合鉸鏈聯(lián)接所構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)為(m-1)個(gè)。二、局部自由度

二、局部自由度機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運(yùn)動(dòng)并不影響其他構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，把這種局部運(yùn)動(dòng)的自由度稱為局部自由度。數(shù)目用『表示.計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，應(yīng)將局部自由度除去不計(jì)。三、虛約束指機(jī)構(gòu)在某些特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，有些運(yùn)動(dòng)副帶入的約束對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)際上起不到獨(dú)立的約束作用，這些對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)際上不起約束作用的約束稱為虛約束，用p‘表示。在計(jì)算自由度時(shí)，應(yīng)將虛約束除去不計(jì)。因此，考慮局部自由度和虛約束時(shí)，平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式：F=3n-（2p+p-pr）-F，虛約束常出現(xiàn)的情況：1） 機(jī)構(gòu)中兩構(gòu)件未聯(lián)接前的聯(lián)接點(diǎn)軌跡重合，則該聯(lián)接引入1個(gè)虛約束2） 兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副3） 若兩構(gòu)件在多處相接觸構(gòu)成平面高副，且各接觸點(diǎn)處的公法線重合，則只能算一個(gè)平面高副。若公法線方向不重合，將提供各2個(gè)約束4） 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，某兩構(gòu)件上的兩點(diǎn)之間的距離始終保持不變，將此兩點(diǎn)以構(gòu)件相聯(lián)，則將帶入1個(gè)虛約束。5） 某些不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱部分或重復(fù)部分所帶入的約束為虛約束。注意博項(xiàng)小結(jié)'存在于轉(zhuǎn)動(dòng)副批?殳合鉉佳-正一確處M令較飪處個(gè)構(gòu)件圳、有(m-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副r常發(fā)雄行為誠(chéng)八笥引磨戔而珞炬幼摩擦■局部自巾度J變成■靖動(dòng)摩擦.所嘻加的畿了處。」 '[正確處理力制：計(jì)針n由愆時(shí)符局部nI山度誠(chéng)A”"存打于財(cái)W性幾