機(jī)械原理第八版第二章 在線

第二章

機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析§2-1

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的§2-2

機(jī)構(gòu)的組成及分類§2-3

機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖§2-4

機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件§2-5

機(jī)構(gòu)自由度的計算§2-6

計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項§2-7

平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析返回§2-1機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的⑴研究機(jī)構(gòu)的組成及機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的畫法研究機(jī)構(gòu)是怎樣組成的，并對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析與綜合，研究如何用簡單圖形，把機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)狀況表示出來⑵了解機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件機(jī)構(gòu)要正常工作必須具有確定的運(yùn)動，因而必須知道機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件⑶研究機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類研究機(jī)構(gòu)的組成原理有利于創(chuàng)造新機(jī)械，根據(jù)組成原理可對各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分類，有利于對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動及動力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計§2-2機(jī)構(gòu)的組成及分類氣缸體連桿凸輪軸曲軸齒輪一、機(jī)構(gòu)的組成1.零件和構(gòu)件任何機(jī)器都是由許多零件組合而成機(jī)器中的獨(dú)立制造單元體稱為零件機(jī)器中的獨(dú)立運(yùn)動單元體稱為構(gòu)件從運(yùn)動的觀點(diǎn)來看，任何機(jī)器都是由若干個（兩個以上）構(gòu)件組合而成的活塞推桿§2-2機(jī)構(gòu)的組成及分類2.運(yùn)動副⑴運(yùn)動副由兩個構(gòu)件直接接觸而組成的可動的連接稱為運(yùn)動副⑵運(yùn)動副元素兩構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動副的表面稱為運(yùn)動副元素（軸與軸承、滑塊與導(dǎo)軌、兩輪齒嚙合）⑶構(gòu)件的自由度構(gòu)件的獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度一個平面自由構(gòu)件和一個空間自由構(gòu)件自由度分別是多少？運(yùn)動副的自由度和約束度的關(guān)系？§2-2機(jī)構(gòu)的組成及分類⑷運(yùn)動副分類①根據(jù)運(yùn)動副引入的約束度的不同分Ⅰ級副、Ⅱ級副、…Ⅴ級副②根據(jù)運(yùn)動副元素的不同分高副、低副③根據(jù)構(gòu)成運(yùn)動副的兩構(gòu)件之間的相對運(yùn)動不同分轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副或鉸鏈）、移動副、螺旋副、球面副④運(yùn)動副還可分為平面運(yùn)動副與空間運(yùn)動副§2-2機(jī)構(gòu)的組成及分類⑸運(yùn)動副符號為便于表示運(yùn)動副和繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，運(yùn)動副常用簡單的

圖形符號來表示（GB4460/T－1984）§2-2機(jī)構(gòu)的組成及分類平面閉式運(yùn)動鏈空間閉式運(yùn)動鏈平面開式運(yùn)動鏈空間開式運(yùn)動鏈3.運(yùn)動鏈⑴運(yùn)動鏈構(gòu)件通過運(yùn)動副的連接而構(gòu)成的可相對運(yùn)動的系統(tǒng)稱為運(yùn)動鏈⑵運(yùn)動鏈的分類§2-2機(jī)構(gòu)的組成及分類機(jī)架原動件從動件4.機(jī)構(gòu)⑴機(jī)構(gòu)具有固定構(gòu)件的運(yùn)動鏈稱為機(jī)構(gòu)⑵機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)中的固定構(gòu)件稱為機(jī)架機(jī)構(gòu)中按給定的已知運(yùn)動規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動的構(gòu)件稱為原動件常在其上畫表示運(yùn)動方向的箭頭機(jī)構(gòu)中的其余活動構(gòu)件稱為從動件注意：機(jī)架只有1個，原動件至少1個§2-2機(jī)構(gòu)的組成及分類二、機(jī)構(gòu)的分類根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況可將機(jī)構(gòu)分為平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)根據(jù)組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件的情況和機(jī)構(gòu)的工作原理的不同，可將機(jī)構(gòu)分為連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)

構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)等類型的機(jī)構(gòu)§2-3機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖在對現(xiàn)有機(jī)械進(jìn)行分析或設(shè)計新機(jī)器時，都需要繪出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖一、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖1.影響構(gòu)件運(yùn)動的因素機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的運(yùn)動是由原動件的運(yùn)動規(guī)律、各運(yùn)動副的類型和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸（確定各運(yùn)動副相對位置的尺寸）決定的。與構(gòu)件的實際形狀（高副機(jī)構(gòu)運(yùn)動副元素除外）、斷面尺寸、組成構(gòu)件的零件數(shù)目及固連方式無關(guān)§2-3機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動尺寸，按一定比例尺定出各運(yùn)動副位置，用運(yùn)

動副及常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的代表符號和一般構(gòu)件的表示方法將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動傳遞情況表示出來的簡化圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)示意圖只是為了表明機(jī)械的結(jié)構(gòu)狀況，也可以不按嚴(yán)格的比例繪制的簡圖稱為機(jī)構(gòu)示意圖§2-3機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖二、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制1.分析機(jī)構(gòu)⑴首先確定原動件和執(zhí)行構(gòu)件（最后輸出運(yùn)動的構(gòu)件）⑵然后沿著運(yùn)動傳遞路線從原動件開始搞清楚原動件的運(yùn)動是如何經(jīng)過傳動部分傳遞到執(zhí)行構(gòu)件的⑶最后搞清楚機(jī)構(gòu)由多少構(gòu)件組成、各構(gòu)件間運(yùn)動副的類型以及各運(yùn)動副所在的相對位置（轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動中心、移動副的方位直線、高副的接觸點(diǎn)）§2-3機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖選定視圖平面一般選擇機(jī)構(gòu)多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動平面為視圖平面，以簡單清楚正確地把機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動傳遞情況表示出來為原則繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖⑴在選定視圖平面和原動件的某一適當(dāng)位置后，便可選擇適當(dāng)比例尺⑵根據(jù)機(jī)械的運(yùn)動尺寸定出各運(yùn)動副之間的相對位置⑶再用運(yùn)動副的代表符號、常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號和構(gòu)件的表示方法將各部分畫出，即可得機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖§2-3機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖4.標(biāo)示應(yīng)注明比例尺及單位：μl=實際尺寸/圖示尺寸mm/mm機(jī)架畫出陰影線原動件要畫出表示運(yùn)動方向的箭頭構(gòu)件用阿拉伯?dāng)?shù)字編號運(yùn)動副位置處用大寫字母標(biāo)示§2-3機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖【例2-1】活塞泵機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制【例2-2】內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制§2-4機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件一、機(jī)構(gòu)運(yùn)動實例為了按照一定的要求進(jìn)行運(yùn)動的傳遞及變換，當(dāng)機(jī)構(gòu)的原動件按給定的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動時，其余構(gòu)件的運(yùn)動一般也應(yīng)是完全確定的。一個機(jī)構(gòu)在什么條件下才能實現(xiàn)確定的運(yùn)動呢？1.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)⑴給定1個獨(dú)立運(yùn)動⑵給定2個獨(dú)立運(yùn)動§2-4機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件2.鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)⑴給定1個獨(dú)立運(yùn)動⑵給定2個獨(dú)立運(yùn)動§2-4機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動時所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的自由度，其數(shù)目常用F表示機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件機(jī)構(gòu)的原動件數(shù)目應(yīng)等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目F如果原動件數(shù)<F，則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動將不確定如果原動件數(shù)>F，則會導(dǎo)致機(jī)構(gòu)最薄弱環(huán)節(jié)的損壞§2-5機(jī)構(gòu)自由度的計算一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計算1.運(yùn)動副與約束的關(guān)系每個低副提供2個約束，每個高副提供1個約束

2.平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式

F=3n－（2pl+ph）§2-5機(jī)構(gòu)自由度的計算【例2-3】試計算圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的自由度解：F＝3n－（2p

＋p

）＝3×3－（2×4

+0）=1l

h【例2-4】試計算圖示鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)的自由度解：F＝3n－（2p

＋p

）＝3×4－（2×5

+0）=2l

h§2-6計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項一、要正確計算運(yùn)動副的數(shù)目1.復(fù)合鉸鏈兩個以上的構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動副連接就構(gòu)成了復(fù)合鉸鏈由m個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈，共有(m-1)個轉(zhuǎn)動副計算機(jī)構(gòu)自由度時，應(yīng)注意機(jī)構(gòu)中是否存在復(fù)合鉸鏈§2-6計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項2.相同約束的運(yùn)動副①兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，且轉(zhuǎn)動軸線重合②兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成移動副，且移動方向彼此平行③兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，且各接觸點(diǎn)處的公法線彼此重合A1A2§2-6計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項3.復(fù)合高副如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，而在各接觸點(diǎn)處的公法線方向彼此不重合（公法線相交和公法線平行），就構(gòu)成了復(fù)合高副，復(fù)合高副相當(dāng)于一個低副§2-6計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項二、要除去局部自由度機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運(yùn)動并不影響其他構(gòu)件的運(yùn)動，這種局部運(yùn)動的自由度稱為局部自由度，其數(shù)目以F′表示計算機(jī)構(gòu)自由度時，應(yīng)從機(jī)構(gòu)的自由度中減去局部自由度F′F＝3n－(2pl＋ph)－

F′試計算滾子推桿凸輪機(jī)構(gòu)的自由度解：F＝3n－(2pl＋ph)－F′=3×3－(2×3＋1)－1=1§2-6計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項三、要除去虛約束增加一個活動構(gòu)件和兩個轉(zhuǎn)動副，等于多引入了一個約束。這個約束對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動只起重復(fù)的約束作用，因而是一個虛約束§2-6計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項1.虛約束機(jī)構(gòu)中有些運(yùn)動副帶入的對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動只起重復(fù)約束作用，這類約束稱為虛約束，虛約束的數(shù)目常以

p′表示計算機(jī)構(gòu)的自由度時，應(yīng)從機(jī)構(gòu)的約束數(shù)中減去虛約束數(shù)p′F＝3n－(2pl＋ph

－p′)－

F′§2-6計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項2.虛約束常發(fā)生情況⑴軌跡重合機(jī)構(gòu)中，如果用轉(zhuǎn)動副連接的是兩構(gòu)件上運(yùn)動軌跡相重合的點(diǎn)，則該連接將帶入一個虛約束（將兩構(gòu)件在轉(zhuǎn)動副處拆開，分析兩構(gòu)件在轉(zhuǎn)動副處的軌跡在連接前后是否重合）⑵距離不變在機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中，若兩構(gòu)件上兩點(diǎn)之間的距離始終保持不變，若用一雙轉(zhuǎn)動副桿將此兩點(diǎn)相連，將帶入一個虛約束§2-6計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項⑶結(jié)構(gòu)重復(fù)機(jī)構(gòu)中不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動傳遞的重復(fù)部分所帶入的約束設(shè)機(jī)構(gòu)中重復(fù)部分的構(gòu)件數(shù)為n′、機(jī)構(gòu)引入重復(fù)部分所帶入的低副數(shù)為pl′、高副數(shù)為ph′，則重復(fù)部分所帶入的約束數(shù)p′p′＝（2

pl

′

+

ph′

）－3

n′§2-6計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項【例2-5】試計算圖示某包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷該機(jī)構(gòu)是否具有確定的運(yùn)動§2-6計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項⑶寫出公式并代入數(shù)值計算F＝3n－(2pl＋ph

－p′)－

F′＝3×9－(2×11＋3－1)－2＝1復(fù)合鉸鏈解：⑴在圖中指出注意事項虛約束⑵

正確數(shù)出n、pl、ph、p

、F局部自由度局部自由度§2-7平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析一、平面機(jī)構(gòu)的組成原理基本桿組不能再拆的最簡單的自由度為零的構(gòu)件組稱為基本桿組，簡稱桿組機(jī)構(gòu)的組成原理任何機(jī)構(gòu)都可看作是由若干個基本桿組依次連接于原動件、機(jī)架或基本桿組上而構(gòu)成的，這就是機(jī)構(gòu)的組成原理§2-7平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析3.平面機(jī)構(gòu)組成原理的作用當(dāng)對現(xiàn)有機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析或動力分析時，可將機(jī)構(gòu)分解為機(jī)架和原動件及若干基本桿組，然后對相同的基本桿組以相同的方法進(jìn)行分析當(dāng)設(shè)計一個新機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖時，可先選定一個機(jī)架，并將數(shù)目等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)的F個原動件用運(yùn)動副連于機(jī)架上，然后再將各基本桿組依次連接于原動件、機(jī)架或基本桿組上，從而構(gòu)成一個新的機(jī)構(gòu)§2-7平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析4.桿組并接注意事項在桿組并接時，不能將同一桿組的各個外接運(yùn)動副接于同一構(gòu)件上，否則將起不到增加桿組的作用§2-7平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析二、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分類是根據(jù)機(jī)構(gòu)中基本桿組的不同進(jìn)行的1.基本桿組的條件3n－2p

－p

＝0

（低副和高副）l

h3n－2p

＝0

（全低副）l§2-7平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析2.基本桿組的類型⑴Ⅱ級組—由2個構(gòu)件和3個低副（2外1內(nèi)）構(gòu)成的基本桿組§2-7平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析⑵Ⅲ級組—由4個構(gòu)件和6個低副（3外3內(nèi)）構(gòu)成的基本桿組都有1個包含3個低副構(gòu)件§2-7平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析3.機(jī)構(gòu)的級別最高級別為Ⅱ級組的基本桿組構(gòu)成的機(jī)構(gòu)稱為Ⅱ級機(jī)構(gòu)最高級別為Ⅲ級組的基本桿組構(gòu)成的機(jī)構(gòu)稱為Ⅲ級機(jī)構(gòu)只由機(jī)架和原動件構(gòu)成的機(jī)構(gòu)稱為Ⅰ級機(jī)構(gòu)§2-7平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析三、平面機(jī)構(gòu)中的高副低代高副低代為了便于對含有高副的平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析研究，可將機(jī)構(gòu)中的高副根據(jù)一定的條件虛擬地以低副加以代替，這種將高副以低副來代替的方法稱為高副低代高副低代條件①代替前后機(jī)構(gòu)的自由度完全相同②代替前后機(jī)構(gòu)的瞬時速度和瞬時加速度完全相同§2-7平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析3.高副低代方法高副低代時能否用一個低副直接代替一個高副？⑴圓弧高副機(jī)構(gòu)⑵非圓弧高副機(jī)構(gòu)⑶點(diǎn)高副機(jī)構(gòu)⑷直線高副機(jī)構(gòu)在進(jìn)行高副低代時，只要用一個虛擬構(gòu)件分