平面機(jī)構(gòu)的組成分析

平面機(jī)構(gòu)的組成分析軍械學(xué)院專用第1頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一§1機(jī)構(gòu)及其組成一、構(gòu)件的自由度構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)稱為構(gòu)件的自由度。一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立構(gòu)件有三個(gè)自由度；一個(gè)作空間運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立構(gòu)件有六個(gè)自由度。

yxθ(x,y)軍械學(xué)院專用第2頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一二、運(yùn)動(dòng)副及其分類a)兩個(gè)構(gòu)件、b)直接接觸、c)有相對運(yùn)動(dòng)例如：滾子凸輪、齒輪齒廓、活塞與缸套等。1、定義：

運(yùn)動(dòng)副－－兩個(gè)構(gòu)件直接接觸組成的可動(dòng)聯(lián)接三個(gè)條件，缺一不可軍械學(xué)院專用第3頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一2、運(yùn)動(dòng)副的分類：

②低副－面接觸，應(yīng)力低例如：滾動(dòng)副、凸輪副、齒輪副等。例如：轉(zhuǎn)動(dòng)副（回轉(zhuǎn)副）、移動(dòng)副。①高副－點(diǎn)、線接觸，應(yīng)力高。軍械學(xué)院專用第4頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一運(yùn)動(dòng)鏈－兩個(gè)以上的構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副的聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。三、運(yùn)動(dòng)鏈

閉鏈、開鏈軍械學(xué)院專用第5頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一在運(yùn)動(dòng)鏈中，如果以某一個(gè)構(gòu)件作為參考坐標(biāo)系，當(dāng)其中另一個(gè)（或少數(shù)幾個(gè)）構(gòu)件相對于該坐標(biāo)系按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，其余所有的構(gòu)件都能得到確定的運(yùn)動(dòng)，那么，該運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)。四、機(jī)構(gòu)從機(jī)構(gòu)組成的角度得到機(jī)構(gòu)的定義。定義：具有確定運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈稱為機(jī)構(gòu)。軍械學(xué)院專用第6頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一若干1個(gè)或幾個(gè)1個(gè)機(jī)架－作為參考系的構(gòu)件，如機(jī)床床身、車輛底盤、飛機(jī)機(jī)身。機(jī)構(gòu)的組成：機(jī)構(gòu)＝機(jī)架＋原動(dòng)件＋從動(dòng)件原（主）動(dòng)件－按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件分為三種：從動(dòng)件－其余可動(dòng)構(gòu)件。軍械學(xué)院專用第7頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一構(gòu)件運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)直接接觸系統(tǒng)化確定運(yùn)動(dòng)小結(jié)：軍械學(xué)院專用第8頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一§2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖作用：1.表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況。2.作為運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析的依據(jù)。用簡單的線條和符號(hào)來表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按比例定出各運(yùn)動(dòng)副的位置，以說明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡化圖形----機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。3.便于機(jī)構(gòu)的綜合。軍械學(xué)院專用第9頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖應(yīng)滿足的條件：

2.運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目與實(shí)際相符

3.運(yùn)動(dòng)副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實(shí)際機(jī)構(gòu)成比例。

1.構(gòu)件數(shù)目與實(shí)際相同軍械學(xué)院專用第10頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一二、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖繪制方法步驟：1.運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，搞清楚運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目；4.檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是否滿足運(yùn)動(dòng)確定的條件。2.測量各運(yùn)動(dòng)副之間的尺寸，選投影面（多為運(yùn)動(dòng)平面），繪制示意圖。3.按比例繪制運(yùn)動(dòng)簡圖。簡圖比例尺：μl=實(shí)際尺寸m/圖上長度mm思路：先定原動(dòng)部分和工作部分（一般位于傳動(dòng)線路末端），弄清運(yùn)動(dòng)傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運(yùn)動(dòng)副的類型，并用符號(hào)表示出來。舉例：繪制破碎機(jī)和偏心泵的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。軍械學(xué)院專用第11頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一繪制曲柄搖桿泵的運(yùn)動(dòng)簡圖。軍械學(xué)院專用第12頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一繪制平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖應(yīng)注意的問題：1、主動(dòng)件取一般位置2、機(jī)架上有陰影線3、主動(dòng)件上有箭頭軍械學(xué)院專用第13頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一定義：保證機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)稱為機(jī)構(gòu)的自由度?！?平面機(jī)構(gòu)的自由度軍械學(xué)院專用第14頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式y(tǒng)xθ(x,y)平面上單個(gè)自由構(gòu)件的自由度為3軍械學(xué)院專用第15頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2得：構(gòu)件自由度＝3－約束數(shù)θ經(jīng)運(yùn)動(dòng)副相聯(lián)后，構(gòu)件自由度會(huì)有變化：＝自由構(gòu)件的自由度數(shù)－約束數(shù)軍械學(xué)院專用第16頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一活動(dòng)構(gòu)件數(shù)

n

計(jì)算公式：

F=3n－(2PL+Ph)構(gòu)件總自由度低副約束數(shù)

高副約束數(shù)

3×n2×PL1

×Ph①計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)PL=4F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1

高副數(shù)PH=0S3123推廣到一般：軍械學(xué)院專用第17頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一②計(jì)算鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)的自由度解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=4低副數(shù)PL=5F=3n－2PL－PH

=3×4－2×5=2

高副數(shù)PH=01234θ1軍械學(xué)院專用第18頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一③計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=2低副數(shù)PL=2F=3n－2PL－PH

=3×2－2×2－1=1高副數(shù)PH=1123軍械學(xué)院專用第19頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一二、平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件

機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)即是機(jī)構(gòu)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。通常機(jī)構(gòu)中的每個(gè)原動(dòng)件具有一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)（如電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子具有一個(gè)獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)的活塞具有一個(gè)獨(dú)立的直線移動(dòng)），因此，機(jī)構(gòu)的自由度也是機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有的原動(dòng)件的數(shù)目。

機(jī)構(gòu)自由度、原動(dòng)件數(shù)與機(jī)構(gòu)確定運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系如何呢？機(jī)構(gòu)的自由度:軍械學(xué)院專用第20頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一分析1：四桿鉸鏈機(jī)構(gòu)計(jì)算四桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度n=3PL=4、PH=0F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=11234θ11234θ1θ2當(dāng)原動(dòng)件=1時(shí)：機(jī)構(gòu)所具有確定運(yùn)動(dòng)。當(dāng)原動(dòng)件=2時(shí)（原動(dòng)件數(shù)>F)：機(jī)構(gòu)干涉---卡死ABCDABCD軍械學(xué)院專用第21頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一12345五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)F=3n－2PL－PH

=3×4－2×5=2

分析2：當(dāng)原動(dòng)件=2(原動(dòng)件=F)時(shí)：機(jī)構(gòu)所具有確定運(yùn)動(dòng)。當(dāng)原動(dòng)件=1(原動(dòng)件<F)時(shí)：機(jī)構(gòu)能動(dòng)----亂動(dòng)12345θ1θ21234θ15BACDEABC1C2D1ED2軍械學(xué)院專用第22頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一三桿鉸鏈構(gòu)件系統(tǒng)分析3：123F=2n－3PL－PH

=2×3－3×2=0三角形結(jié)構(gòu)-----不能動(dòng),為剛性結(jié)構(gòu)(看成一個(gè)構(gòu)件)。分析4：2134F=3n－5PL－PH

=3×3－2×5=-1不能動(dòng)----超靜定結(jié)構(gòu)。ACBABCDE軍械學(xué)院專用第23頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一綜合：1當(dāng)F≤0時(shí)：剛性結(jié)構(gòu)2當(dāng)F＞0時(shí)：能動(dòng)原動(dòng)件數(shù)>F：機(jī)構(gòu)干涉---卡死原動(dòng)件數(shù)<F：機(jī)構(gòu)能動(dòng)----亂動(dòng)原動(dòng)件數(shù)=F:機(jī)構(gòu)具有確定的相對運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：（1）機(jī)構(gòu)的自由度F必須大于零；（2）原動(dòng)件數(shù)與機(jī)構(gòu)的自由度必須相等。軍械學(xué)院專用第24頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一三、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng)12345678ABCDEF計(jì)算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動(dòng)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軍械學(xué)院專用第25頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一1.復(fù)合鉸鏈

－－兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)。計(jì)算：m個(gè)構(gòu)件,有m－1轉(zhuǎn)動(dòng)副。兩個(gè)低副軍械學(xué)院專用第26頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一上例：在B、C、D、E四處應(yīng)各有

2

個(gè)運(yùn)動(dòng)副。重新計(jì)算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度：解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)PL=10F=3n－2PL－PH

=3×7－2×10－0=112345678ABCDEF圓盤鋸機(jī)構(gòu)軍械學(xué)院專用第27頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一計(jì)算圖示兩種凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。解：n=3，PL=3，F(xiàn)=3n－2PL－PH

=3×3－2×3－1=2PH=1對于右邊的機(jī)構(gòu)，有：

F=3×2－2×2－1=1事實(shí)上，兩個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)相同，且F=1123123軍械學(xué)院專用第28頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一2.局部自由度F=3n－2PL－PH－FP

=3×3－2×3－1－1=1本例中局部自由度

FP=1或計(jì)算時(shí)把滾子和鉸鏈焊?。?/p>

F=3×2－2×2－1=1定義：構(gòu)件局部運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的自由度。出現(xiàn)在加裝滾子的場合，計(jì)算時(shí)應(yīng)去掉Fp。123123軍械學(xué)院專用第29頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一解：n=4，PL=6，F(xiàn)=3n－2PL－PH

=3×4－2×6=0PH=03.虛約束

－－對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際不起作用的約束。計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)去掉虛約束。此例中，構(gòu)件1、4、3之一為虛約束。例：已知：AB＝CD＝EF，計(jì)算圖示平行四邊形機(jī)構(gòu)的自由度。

1234ABCDEF軍械學(xué)院專用第30頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一重新計(jì)算：n=3,PL=4,PH=0F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：1234ABCDEF4FAB＝CD＝EF軍械學(xué)院專用第31頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一出現(xiàn)虛約束的場合：

1.兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合2.兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副，且導(dǎo)路平行。

如平行四邊形機(jī)構(gòu)，火車輪等軍械學(xué)院專用第32頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一4.運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩構(gòu)件上的兩點(diǎn)距離始終不變。3.兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且同軸。5.對運(yùn)動(dòng)不起作用的對稱部分。如多個(gè)行星輪。EF軍械學(xué)院專用第33頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一虛約束的作用：①改善構(gòu)件的受力情況，如多個(gè)行星輪。②增加機(jī)構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。③使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)順利，避免運(yùn)動(dòng)不確定，如車輪。軍械學(xué)院專用第34頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一CDABGFoEE’計(jì)算圖