《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課件-第8章

第8章平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖8.1平面運(yùn)動(dòng)副8.2平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖8.3機(jī)構(gòu)的自由度和機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件

8.1平面運(yùn)動(dòng)副

8.1.1運(yùn)動(dòng)副的概念

1.構(gòu)件的自由度

構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，稱(chēng)為構(gòu)件的自由度。如圖8-1所示，在OXY坐標(biāo)系中，一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件，其運(yùn)動(dòng)可以分解為沿X軸和Y軸方向的移動(dòng)及在OXY平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)等三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。由此可見(jiàn)，一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件有三個(gè)自由度。這三個(gè)自由度可以用三個(gè)獨(dú)立參數(shù)x、y和角度j表示。圖8-1構(gòu)件的自由度

2.運(yùn)動(dòng)副

機(jī)構(gòu)的每個(gè)構(gòu)件以一定的方式聯(lián)接而且可以產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種使兩構(gòu)件直接接觸而又能產(chǎn)生一定形式的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)副。運(yùn)動(dòng)副限制了兩構(gòu)件之間的某些獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，這種限制稱(chēng)為約束。軸與軸承的聯(lián)接、液壓缸的聯(lián)接、齒輪之間的聯(lián)接都屬于運(yùn)動(dòng)副。8.1.2運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型及其特點(diǎn)

1.低副

1)轉(zhuǎn)動(dòng)副

轉(zhuǎn)動(dòng)副又稱(chēng)回轉(zhuǎn)副或鉸鏈，是指兩構(gòu)件間只能產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。轉(zhuǎn)動(dòng)副有如圖8-2所示的固定鉸鏈和如圖8-3所示的活動(dòng)鉸鏈(中間鉸鏈)。

低副接觸表面一般為平面或圓柱面，其制造容易，承載能力強(qiáng)，耐磨損。每個(gè)低副有兩個(gè)約束，保留一個(gè)自由度。圖8-2固定鉸鏈圖8-3活動(dòng)鉸鏈

2)移動(dòng)副

兩構(gòu)件間只能產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為移動(dòng)副，如圖8-4所示。圖8-4移動(dòng)副

2.高副

兩構(gòu)件通過(guò)點(diǎn)接觸或線(xiàn)接觸組成的運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為高副。如圖8-5所示的凸輪與推桿，圖8-6所示的輪齒與輪齒，它們分別在接觸處構(gòu)成高副。圖8-5凸輪與尖頂推桿的點(diǎn)接觸圖8-6輪齒之間的線(xiàn)接觸

8.2平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

8.2.1平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的概念

在對(duì)現(xiàn)有機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析或設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)時(shí)，為了使問(wèn)題簡(jiǎn)化，撇開(kāi)實(shí)際機(jī)構(gòu)中與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的因素，僅用簡(jiǎn)單的線(xiàn)條和符號(hào)表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按一定的比例定出各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置。這種說(shuō)明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形稱(chēng)為機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。8.2.2構(gòu)件的分類(lèi)

1.構(gòu)件的分類(lèi)

機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件按其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)可分為三類(lèi)：

(1)機(jī)架：

(2)原動(dòng)件：

(3)從動(dòng)件：

2.帶有運(yùn)動(dòng)副元素構(gòu)件的圖示

運(yùn)動(dòng)副以及帶有運(yùn)動(dòng)副元素的構(gòu)件的畫(huà)法見(jiàn)表8-1。8.2.3平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制步驟如下：

(1)確定機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的數(shù)目及類(lèi)型。

(2)確定運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型和數(shù)目。

(3)選擇視圖平面及機(jī)構(gòu)瞬時(shí)作圖位置。

(4)選擇比例尺，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。

根據(jù)機(jī)構(gòu)實(shí)際尺寸及圖紙大小，以能夠清晰表達(dá)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)為目的，選擇適當(dāng)?shù)谋壤?。比例尺?/p>

m/mm(或mm/mm)

例8-1試?yán)L制圖8-7(a)所示顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)示意圖。

解

(1)確定機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的數(shù)目及類(lèi)型。顎式破碎機(jī)由機(jī)架1、偏心軸2、動(dòng)顎3、肘板4共四個(gè)構(gòu)件組成。偏心軸是原動(dòng)件，動(dòng)顎和肘板是從動(dòng)件。當(dāng)帶輪和偏心軸繞軸線(xiàn)A轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)使動(dòng)顎3作平面運(yùn)動(dòng)，從而將礦石粉碎。圖8-7顎式破碎機(jī)

(2)確定運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型和數(shù)目。偏心軸2與機(jī)架1組成轉(zhuǎn)動(dòng)副A，動(dòng)顎3與偏心軸2組成轉(zhuǎn)動(dòng)副B，肘板4與動(dòng)顎3組成轉(zhuǎn)動(dòng)副C，肘板4與機(jī)架1組成轉(zhuǎn)動(dòng)副D。整個(gè)機(jī)構(gòu)有四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。

(3)選擇視圖平面及機(jī)構(gòu)瞬時(shí)作圖位置。選擇與各個(gè)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)平面相平行的平面作為視圖平面，并以圖8-7(a)所示位置為機(jī)構(gòu)的作圖位置。

(4)繪制機(jī)構(gòu)示意圖。選定適當(dāng)比例尺，用規(guī)定的符號(hào)畫(huà)出運(yùn)動(dòng)副，將同一構(gòu)件上的運(yùn)動(dòng)副用簡(jiǎn)單的線(xiàn)條連接，繪出機(jī)構(gòu)示意圖，如圖8-7(b)所示。

8.3機(jī)構(gòu)的自由度和機(jī)構(gòu)具有

確定運(yùn)動(dòng)的條件

8.3.1平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式

一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件具有三個(gè)自由度。當(dāng)兩個(gè)構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接時(shí)，它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到約束。每個(gè)低副有兩個(gè)約束，引入一個(gè)低副則限制兩個(gè)自由度；每個(gè)高副有一個(gè)約束，引入一個(gè)高副則限制一個(gè)自由度。若有n個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)構(gòu)件，在沒(méi)通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接之前，共有3n個(gè)自由度；若機(jī)構(gòu)中有PL個(gè)低副，PH個(gè)高副，則機(jī)構(gòu)中引入的總約束為2PL+PH，所剩下的就是機(jī)構(gòu)自由

度F。

F=3n－2PL－PH

(8-1)

機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：機(jī)構(gòu)自由度F等于原動(dòng)件數(shù)W，由于機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)是由外界給定的，因此W>0。該條件可用下式表達(dá)：

W=F=3n－2PL－PH>0

例8-2計(jì)算圖8-8所示唧筒機(jī)構(gòu)的自由度。

解在唧筒機(jī)構(gòu)中，有三個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，即n=3；包含三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，一個(gè)移動(dòng)副，即PL=4；沒(méi)有高副。代入公式

(8-1),得

F=3n－2PL－PH=3×3－2×4－0=1

該機(jī)構(gòu)的手柄為主動(dòng)件，滿(mǎn)足W=F=1>0，故該機(jī)構(gòu)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖8-8唧筒機(jī)構(gòu)8.3.2計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)特殊情況的處理

1.復(fù)合鉸鏈

兩個(gè)以上的構(gòu)件同時(shí)在同一處形成的轉(zhuǎn)動(dòng)副，稱(chēng)為復(fù)合鉸鏈。圖8-9(a)所示會(huì)被誤認(rèn)為是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，若觀察另外一個(gè)視圖(b)，則可以看出這三個(gè)構(gòu)件在此處形成兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。在計(jì)算自由度時(shí)，復(fù)合鉸鏈所代表的轉(zhuǎn)動(dòng)副個(gè)數(shù)應(yīng)是在此處匯交構(gòu)件的個(gè)數(shù)減去1。圖8-9復(fù)合鉸鏈

例8-3計(jì)算圖8-10所示機(jī)構(gòu)的自由度，并檢驗(yàn)該機(jī)構(gòu)是否具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖8-10例8-3圖

解此機(jī)構(gòu)共有可動(dòng)構(gòu)件n=5，在C處2、3、4構(gòu)件共同形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，此處轉(zhuǎn)動(dòng)的個(gè)數(shù)為2。PL=7(A、B、D、C為復(fù)合鉸鏈，E處有轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副)、PH=0和原動(dòng)件數(shù)W=1，由式(8-1)得

F=3n－2PL－PH=3×5－2×7－0=1

且滿(mǎn)足

W=F=1>0

故該機(jī)構(gòu)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

2.局部自由度

機(jī)構(gòu)中常出現(xiàn)一種不影響整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的、局部的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為局部自由度。在計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)將局部自由度去除。如圖8-11所示機(jī)構(gòu)中，滾子的轉(zhuǎn)與不轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)快與轉(zhuǎn)慢都不會(huì)影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。局部自由度雖然不影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，但滾子可以使接觸的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，減少

磨損。圖8-11滾子凸輪機(jī)構(gòu)

3.虛約