《機械原理》第一章平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)

第一章平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析本章教學(xué)內(nèi)容§

1-1研究機構(gòu)結(jié)構(gòu)的目的§

1-2運動副、運動鏈和機構(gòu)§

1-3平面機構(gòu)運動簡圖§

1-4平面機構(gòu)的自由度§

1-5平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析1、研究平面機構(gòu)具有確定運動的條件；2、對機構(gòu)進行分類并按其分類來建立運動分析和動力分析的一般方法；3、了解平面機構(gòu)組成的基本原理；4、如何正確繪制常用機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖?！?-1研究機構(gòu)結(jié)構(gòu)的目的一、運動副

◆運動副：指兩構(gòu)件直接接觸形成的可動聯(lián)接。

◆運動副元素：參與接觸而構(gòu)成運動副的點、線、面?！?-2運動副、運動鏈和機構(gòu)運動副元素不外乎為點、線、面。構(gòu)件的自由度：指一個構(gòu)件相對另一個構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立運動的數(shù)目。一個自由構(gòu)件在空間具有6個自由度。作平面運動的自由構(gòu)件具有3個自由度。約束：指通過運動副聯(lián)接的兩構(gòu)件之間的某些相對獨立運動所受到的限制。運動副引入的約束數(shù)=兩構(gòu)件自由度減少的數(shù)目。構(gòu)件的自由度與約束低副：面接觸的運動副。轉(zhuǎn)動副：兩構(gòu)件只作相對轉(zhuǎn)動的運動副。移動副：兩構(gòu)件只作相對移動的運動副。轉(zhuǎn)動副移動副按照接觸特性把運動副分為低副和高副。1個低副帶來2個約束慣性篩機構(gòu)齒輪副凸輪副高副：點接觸或線接觸的運動副。1個高副帶來1個約束按運動副的運動空間分:平面運動副：指構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件之間的相對運動為平面運動的運動副?？臻g運動副：指構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件之間的相對運動為空間運動的運動副。只講平面運動副。球面副二、運動鏈運動鏈：指兩個以上的構(gòu)件通過運動副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)?！锲矫孢\動鏈：各構(gòu)件間的相對運動為平面運動的運動鏈。★空間運動鏈：各構(gòu)件間的相對運動為空間運動的運動鏈?！镩]鏈:運動鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。★開鏈:運動鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。平面運動鏈2314空間運動鏈三、機構(gòu)機構(gòu):在運動鏈中將一構(gòu)件加以固定,而其余構(gòu)件都具有確定的運動，則運動鏈便成為機構(gòu)。機架原動件機構(gòu)≈運動鏈?機架原動件原動件◆機架◆原動件◆從動件◆平面機構(gòu):機構(gòu)中各構(gòu)件間的相對運動為平面運動。◆空間機構(gòu):機構(gòu)中各構(gòu)件間的相對運動為空間運動。依據(jù)機構(gòu)的運動是平面運動還是空間運動分為：§1-3機構(gòu)運動簡圖內(nèi)燃機一、

機構(gòu)運動簡圖的定義及作用機構(gòu)的示意圖：指僅僅以構(gòu)件和運動副的符號表示機構(gòu)，不要求嚴(yán)格地按比例而繪制的簡圖。1、機構(gòu)運動簡圖：不考慮那些與運動無關(guān)的因素，僅僅用簡單的線條和規(guī)定的符號來代表構(gòu)件和運動副，并按一定比例表示運動副的相對位置。這種能準(zhǔn)確表達機構(gòu)運動特性的簡單圖形稱為機構(gòu)運動簡圖。作用：利用機構(gòu)運動簡圖可以對機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)、運動和動力等的分析。2、常用運動副的符號3、構(gòu)件的表示方法凹槽凸輪步驟：1、首少先要搞禁清楚所穗繪制機孫械的結(jié)貝構(gòu)和動強作原理挑。確定論機構(gòu)中籃的機架錦、原動僵部分、床傳動部健分和執(zhí)蹈行部分盡；2、從蔬原動件攔開始，塵按照運怎動傳遞嶄的順序返給構(gòu)件輔編號，撫并逐一銳分析每貴兩個構(gòu)己件間相縫對運動呈的性質(zhì)依，確定套運動副倚的類型糊和數(shù)目府;3、恰當(dāng)翻地選擇投游影面：一穗般選擇與叔機械的多溫數(shù)構(gòu)件的宗運動平面蜂相平行的旁平面作為鏟投影面；4、選擇詢適當(dāng)?shù)谋润w例尺,陵定出各運貌動副之間厭的相對位鬼置，用規(guī)愉定的簡單膽線條和各甲種運動副陡符號,禾將機構(gòu)運滋動簡圖畫徑出來；5、標(biāo)出爪原動件。二、機深構(gòu)運動尖簡圖的鄙繪制例1清繪液制小型塔壓力機春的機構(gòu)貍運動簡作圖沖床例1＇：繪制夫圖示顎高式破碎庭機的機公構(gòu)運動鞋簡圖分析：該陵機構(gòu)有6早個構(gòu)件和裂7個轉(zhuǎn)動的副。123456顎式破碎殃機§1-且4余平面機幫構(gòu)的自堅由度一、平面報機構(gòu)的自劃由度機構(gòu)的自縮慧由度：機塞構(gòu)中各構(gòu)辟件相對于慢機架所具贏有的獨立鍵運動的數(shù)切目。平面自豎由構(gòu)件竊：3個燙自由度平面低男副：引揉入2個泉約束平面高副銜：引入1襲個約束假設(shè)平碌面機構(gòu)暗有n個蒜活動構(gòu)岔件：3n個自碰由度有PL個低副侍和PH個高副：販引入(2PL+PH)約束平面機構(gòu)響的自由度趁計算公式目：F=3n毒-(2薦pl+ph)=3n黑-2pL-pH二、機構(gòu)新具有確定引運動的條打件F=3n獻-2pl–ph=3×泛3-盾2×組4-0派=1四桿機構(gòu)給定一粗個獨立春運動參痕數(shù)：其余構(gòu)大件有確三定運動挺。機構(gòu)中給謠定獨立運耕動參數(shù)的倉構(gòu)件為原警動件。五桿機構(gòu)給定一個祥獨立運動謀參數(shù)：機構(gòu)沒裝有確定扶運動。機構(gòu)具究有確定押運動時跨所必須翅給定的朵獨立運禍動參數(shù)犬的數(shù)目濕稱為機哥構(gòu)的自快由度。給定兩個庸獨立運動慌參數(shù)：機構(gòu)有確駁定運動。F=3n僑-2pl–ph=3×4定-2這×5-0撕=2

Fa=3×2-2×3=0

Fb=3×3-2×5=-1F0運動鏈不能運動，不成為機構(gòu)

機構(gòu)的摩自由度樓F、原齡動件的比數(shù)目與翁機構(gòu)運孝動特性盤之間的煩關(guān)系：1）F≤0時紡剛變性桁架，否構(gòu)件間不匙能產(chǎn)生相答對運動。2）F>膠0時，F(xiàn)斯<原動件婆數(shù)，機構(gòu)憲遭到破壞細；F>原動舅件數(shù)，機謎構(gòu)運動不拔確定（能卵動但是亂福動）；F=原欠動件數(shù)線，機構(gòu)勾具有確享定運動艘。◆結(jié)論例2例2＇、少例3＇三、計算掘機構(gòu)自由副度應(yīng)注意袖的事項（1）復(fù)京合鉸鏈:兩個以上暑構(gòu)件同在悟一處以轉(zhuǎn)哈動副相聯(lián)帝接即構(gòu)成徒復(fù)合鉸鏈洽。m個構(gòu)良件以復(fù)合殺鉸鏈聯(lián)接亭所構(gòu)成的左轉(zhuǎn)動副數(shù)香為(m-錘1)個。復(fù)合鉸那鏈八桿機構(gòu)竟.avi例3解：F=刑3n-2宿pl–ph=3×7遼-2敘×6-0已=9解：F=完3n-2敬pl–ph=3×7溜-2族×10-0=悄1例4＇準(zhǔn)確識恢別復(fù)合視鉸鏈舉框例關(guān)鍵：分辨清夾楚哪幾歐個構(gòu)件臺在同一匠處形成木了轉(zhuǎn)動乏副123134212341321432312兩個轉(zhuǎn)動繳副兩個轉(zhuǎn)動嗓副兩個轉(zhuǎn)動尼副兩個轉(zhuǎn)動直副兩個轉(zhuǎn)動肯副兩個轉(zhuǎn)動鋪副例5＇章（P4991-6京）解：F=并3n-2爛pl–ph=3×3答-2鋸×3-1萬=2方法：葬假想構(gòu)鉤件2和鹽3焊成直一體F=3n澡-2pl–ph=3×2屠-2必×2-1得=1（2）局部自由悶度機構(gòu)中圓某些構(gòu)吃件所產(chǎn)支生的局漸部運動殲并不影法響其他押構(gòu)件的陜運動,脆把這蟻種局部堤運動的著自由度請稱為局疤部自由曾度。注意：計填算機構(gòu)自元由度時,載應(yīng)將局陰部自由度差除去不計魯。例4凸輪例6＇（3）虛約束指機構(gòu)在雁某些特定肢幾何條件唯或結(jié)構(gòu)條笛件下，有態(tài)些運動副捎帶入的約守束對機構(gòu)瀉運動實際禾上起不到龜獨立的約冤束作用,假這些對饅機構(gòu)運動發(fā)實際上不摘起約束作登用的約束上稱為虛約剪束。注意：在退計算自由文度時，應(yīng)跟將虛約束住除去不計豎。去除虛約繪束的方法星：不計引起枝虛約束的神附加構(gòu)件豪和運動副因數(shù)。F=3n問-2pl–ph虛約束旋常出現(xiàn)局的情況嚼：1）機堵構(gòu)運動你過程中延,某累兩構(gòu)件巾上的兩池點之間貞的距離瞧始終保位持不變擊,將勸此兩點裂以構(gòu)件御相聯(lián),速則將覽帶入1搬個虛約虹束。F=3n循-2pl–ph=3×3店-2抖×4-0副=1F=3欲n-2活pl–ph=3×暖4-扎2×盤6-0域=0虛約束腳1F=3既n-2叔pl–ph=3×4滿-2膊×6-0攻=0當(dāng)構(gòu)件上電某點的軌歲跡為直線鍵時，若在逗該點鉸接牌一個滑塊蟲并使其導(dǎo)懂路與該直瞞線重合，鍋此時也引滔入一個虛麥約束。（哥機構(gòu)中兩訊構(gòu)件未聯(lián)狡接前的聯(lián)讓接點軌跡薯重合,警則該聯(lián)接起引入虛約動束。）正確計刷算：●不計引軌起虛約束婆的附加構(gòu)別件和運動輪副數(shù)。F=3蹈n-2享pl–ph=3×3桂-2舌×4-0撲=1橢圓儀只有一個斑運動副起演約束作用胃,其它各封處均為虛壞約束;2）兩構(gòu)邪件在幾處被接觸而構(gòu)司成移動副殿且導(dǎo)路互捎相平行或倡重合。3）兩蓋個構(gòu)件變組成在委幾處構(gòu)秤成轉(zhuǎn)動僅副且各獅轉(zhuǎn)動副質(zhì)的軸線鹿是重合安的。演軸承支假撐4）某準(zhǔn)些不影壘響機構(gòu)頂運動的四對稱部樂分或重乓復(fù)部分湊所帶入創(chuàng)的約束斧為虛約雀束。對稱機構(gòu)塑1、2目的：為了傳遞胸較大功率產(chǎn)，保持機陵構(gòu)受力平活衡。5）慨若兩構(gòu)件體在多處相種接觸構(gòu)成傷平面高副挖，且各接寨觸點處的撈公法線重床合,則只潤能算一個正平面高副把。若公法燙線方向不掛重合，將維提供2個污約束。有一處為電虛約束此兩種餐情況沒邊有虛約薦束等徑凸虎輪小結(jié)存在于轉(zhuǎn)順動副處正確處理謝方法：復(fù)擔(dān)合鉸鏈處右有m個構(gòu)勒件則有(逗m-1)稻個轉(zhuǎn)動副◆復(fù)望合鉸鏈◆局部自貝由度常發(fā)生榴在為減枝小高副緞磨損而設(shè)將滑動昏摩擦變應(yīng)成滾動餅?zāi)Σ了黾拥呐L子處玻。正確處理商方法：將狹滾子和桿浴焊接為一炕體，計算悄自由度時緣瑞將局部自踏由度減去俯。◆虛約頑束存在于閣特定的馬幾何條崖件或結(jié)孫構(gòu)條件增下。正確處醫(yī)理方法菜：將引蝴起虛約捐束的構(gòu)隙件和運撥動副除欺去不計踏。例5：皮計算大伙篩機構(gòu)仆自由度復(fù)合鉸份鏈？局部自導(dǎo)由度？虛約束？n=7PL=9PH=1F=3×7棉-2×腿9–1暈=2一、平爪面機構(gòu)廢的低副瞞代替高桂副法§1－5編平拐面機構(gòu)窩的組成泳原理和漂結(jié)構(gòu)分鋼析◆平面機攪構(gòu)中高問副低代煙的目的為了使平戀面低副機柿構(gòu)結(jié)構(gòu)分皆析和運動給分析的方脈法適用于滲所有平面符機構(gòu)，需蹲要進行平塊面機構(gòu)的熊高副低代突。◆高副欠低代的含私義根據(jù)一定領(lǐng)條件對平勞面高副機足構(gòu)的中高版副虛擬地宜用低副來壇代替的方稅法?！舾吒绷娴痛臈l秀件：①代替前即后機構(gòu)的海自由度不綠變；②代替姑前后機繪構(gòu)的瞬沸時速度咽和瞬時須加速度風(fēng)不變。◆高副勝低代方盾法結(jié)論：用一個聾含有兩個謠低副的虛迎擬構(gòu)件來折代替高副菊，且兩低暗副位置分鴉別在兩高洗副兩元素屋接觸點處評的曲率中笑心。分析：高爛副：提供渡1個約束低副：提桶供2個約宏束高副兩元素均為圓弧高副元素為非圓曲線瞬時替社代機構(gòu)高副兩元驚素之一為直線，則轉(zhuǎn)動仆副演化為左移動副。幾種特漫殊情況疾：用1個滑想塊+1個詢移動副+師1個轉(zhuǎn)動烈副代替。因其曲培率中心票在無窮淺遠處，盞則其中唐的一個辰轉(zhuǎn)動副確變?yōu)橐茲B動副；高副兩漸元素之立一為一點，點的賓曲率半樂徑為零頭。用1個構(gòu)腹件+2個圖轉(zhuǎn)動副（熊其中接觸碌點為1個旦構(gòu)件的曲彩率中心）科代替。因其曲率犧半徑為零拳，其中一念個轉(zhuǎn)動副蘿就在該點儀處。二、機遇構(gòu)的組許成原理1、基本凡桿組：從擊動件系統(tǒng)湖中若干個束不能再拆辱的、自由度為敬零的構(gòu)件候組稱為磁機構(gòu)的架基本桿先組。機架支機利架自由度算數(shù)=0(貧∵靜止）原動件申原遲動件數(shù)放=自由訴度數(shù)從動件壞從動件美自由度朝=0基本桿組垂的分類對于全激低副的楚桿組：n個構(gòu)件撐、pL個低副n和pl為整數(shù)n=2,郵4,6…根據(jù)n的取值基獅本桿組分族為以下幾饑種情況：（1）只厘包含兩副燦構(gòu)件的桿略組稱為Ⅱ績級桿組投n=2樹，PL=3常見Ⅱ級全桿組的形盡式為（2）包挽含具有三盆個運動副潔的剛性構(gòu)桌件的桿組野稱為Ⅲ級桿坡組n=4盡,，垂PL=6（3）刻IV免級桿組結(jié)構(gòu)特點趕：有兩個宴三副桿，腦且4個構(gòu)罰件構(gòu)成四胖邊形結(jié)構(gòu)啊。常見的三繡種形式為更高級別嘴的桿組機構(gòu)組成滴原理指把覺若干個自接由度為零室基本桿組筍依次聯(lián)接棚到原動件沖和機架上爛，就可以室組成自由輪度數(shù)與原筆動件數(shù)相鋸等的新機自構(gòu)。2.漿機構(gòu)的組攤成原理◆機構(gòu)組忠成過程◆機構(gòu)渾創(chuàng)新設(shè)計涉應(yīng)遵循的稍原則利用機塌構(gòu)組成蘿原理進輔行機構(gòu)讀創(chuàng)新時巨，在滿疾足相同次工作要糖求的條廳件下，酒機構(gòu)的削結(jié)構(gòu)越添簡單、排桿組的寧級別越諷低、構(gòu)參件數(shù)和稈運動副射數(shù)越少健越好。見圖1磁-23注意：唐在桿組蝦并聯(lián)時摔，不能鍬將同一洲桿組的殺各個外畫接運動舌副接于鎖同一構(gòu)礦件上，疫否則將事起不到戀增加桿齊組的作時用。圖平面機裹構(gòu)的結(jié)付構(gòu)分類◆II級機黨構(gòu)指機構(gòu)中醒基本桿組幫的最高級痕別為II往級的機構(gòu)胡?！鬒II級雁機構(gòu)指機構(gòu)中錦基本桿組陵的最高級呆別為II嫌I級的機猴構(gòu)。◆Ⅰ級機委構(gòu)只由機壯架和原呆動件組荷成的機姻構(gòu)稱為濃Ⅰ級的濟機構(gòu)。（杠桿機類構(gòu)、斜面馬機構(gòu)）◆機構(gòu)結(jié)構(gòu)餡分類的依射據(jù)：堤根據(jù)正機構(gòu)中基移本桿組的石級別進行新分類。結(jié)構(gòu)分就析目的純：了解機概構(gòu)的組撓成，確握定機構(gòu)亞的級別枕。三、平面漂機構(gòu)的結(jié)聽構(gòu)分析機構(gòu)的瀉結(jié)構(gòu)分陶析：把機構(gòu)垂分解為敘基本桿拍組、機饅架和原季動件。桿組拆分抗要領(lǐng)（原若則）：1）首先孤……2）從離怖原動件最膛遠的構(gòu)件口開始試拆蜂，先拆I兆I級組，損若不成，蹄再拆II招I級組，災(zāi)每拆出一滔個桿組后脊，機構(gòu)的家剩余部分后