《平面機(jī)構(gòu)的組成》課件

平面機(jī)構(gòu)的組成平面機(jī)構(gòu)由多個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件組成，它們通過(guò)運(yùn)動(dòng)副連接在一起，形成一個(gè)整體，在力的作用下可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)和功能。課程大綱什么是平面機(jī)構(gòu)？平面機(jī)構(gòu)是由多個(gè)剛體通過(guò)鉸鏈連接而成的機(jī)構(gòu)，所有運(yùn)動(dòng)都限制在同一平面內(nèi)。平面機(jī)構(gòu)的組成要素平面機(jī)構(gòu)由剛體、鉸鏈、滑動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副和平移副等組成，它們共同構(gòu)成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)體系。平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度是指機(jī)構(gòu)能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的程度，它決定了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式和復(fù)雜程度。平面機(jī)構(gòu)的分類(lèi)平面機(jī)構(gòu)可分為平移機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、平面四桿機(jī)構(gòu)、八桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)和七桿機(jī)構(gòu)等。什么是平面機(jī)構(gòu)？平面機(jī)構(gòu)是指所有運(yùn)動(dòng)部件都限制在同一個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，它們?cè)诠I(yè)和生活中有著廣泛應(yīng)用。例如，我們常見(jiàn)的自行車(chē)、汽車(chē)、門(mén)窗、機(jī)器手臂等都包含了平面機(jī)構(gòu)。平面機(jī)構(gòu)的組成要素剛體剛體是組成平面機(jī)構(gòu)的基本單元，它在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保持形狀和尺寸不變。運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副是指兩個(gè)或多個(gè)剛體之間允許相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接，它限制了剛體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式。約束約束是指限制剛體運(yùn)動(dòng)的條件，它們可以是幾何約束，也可以是力約束。驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)是指使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源，它可以是電機(jī)、液壓缸或氣動(dòng)缸等。剛體定義剛體是指在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其形狀和大小保持不變的物體。特點(diǎn)剛體內(nèi)部各點(diǎn)之間的相對(duì)位置保持不變，應(yīng)用在平面機(jī)構(gòu)中，大部分構(gòu)件都可視為剛體，鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副鉸鏈?zhǔn)瞧矫鏅C(jī)構(gòu)中常見(jiàn)的連接方式，允許兩個(gè)剛體繞固定軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。固定軸線(xiàn)鉸鏈的固定軸線(xiàn)稱(chēng)為轉(zhuǎn)動(dòng)副，它限制了兩個(gè)剛體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使其只能繞固定軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)?；瑒?dòng)副1定義滑動(dòng)副是一種低副，它允許兩個(gè)構(gòu)件之間沿一個(gè)直線(xiàn)方向運(yùn)動(dòng)。2特點(diǎn)滑動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)形式為直線(xiàn)滑動(dòng)，具有一個(gè)自由度。3應(yīng)用滑動(dòng)副廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械機(jī)構(gòu)中，例如活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)、滑動(dòng)軸承等。轉(zhuǎn)動(dòng)副定義轉(zhuǎn)動(dòng)副允許兩個(gè)剛體之間繞固定軸線(xiàn)進(jìn)行相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)限制其相對(duì)平移運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)副通常由軸承或銷(xiāo)釘構(gòu)成，允許兩個(gè)剛體之間自由轉(zhuǎn)動(dòng)，但限制其相對(duì)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。平移副定義平移副是機(jī)構(gòu)中兩個(gè)構(gòu)件之間的一種低副，其中一個(gè)構(gòu)件可以在另一個(gè)構(gòu)件上做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。特點(diǎn)平移副允許一個(gè)構(gòu)件相對(duì)于另一個(gè)構(gòu)件沿直線(xiàn)方向移動(dòng)，同時(shí)限制了其他方向的運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用平移副廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中，例如：滑動(dòng)導(dǎo)軌、抽屜、線(xiàn)性滑軌等。極限位置機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其運(yùn)動(dòng)范圍是有限的。當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到其運(yùn)動(dòng)范圍的邊界點(diǎn)時(shí)，稱(chēng)為極限位置。機(jī)構(gòu)在極限位置時(shí)，其各構(gòu)件之間的相對(duì)位置是確定的，且機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變。極限位置是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析中一個(gè)重要的概念，它可以用來(lái)確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)范圍和運(yùn)動(dòng)方向。平面機(jī)構(gòu)的自由度1自由度定義自由度是指機(jī)構(gòu)在空間運(yùn)動(dòng)時(shí)，獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。2影響因素機(jī)構(gòu)的自由度受其組成要素、約束條件以及運(yùn)動(dòng)類(lèi)型的影響。3自由度意義了解機(jī)構(gòu)的自由度可以預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性和功能。平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算平面機(jī)構(gòu)的自由度是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立參數(shù)的個(gè)數(shù)，決定了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜程度。自由度計(jì)算公式平面機(jī)構(gòu)的自由度F=3n-2j-h其中，n為機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)，j為低副數(shù)（鉸鏈），h為高副數(shù)（滑動(dòng)副）。平面機(jī)構(gòu)的分類(lèi)11.自由度自由度是指機(jī)構(gòu)能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的變量數(shù)，是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)能力的體現(xiàn)。22.運(yùn)動(dòng)形式機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式可以是平移、轉(zhuǎn)動(dòng)或兩者結(jié)合，根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式可以將平面機(jī)構(gòu)分為平移機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和混合機(jī)構(gòu)。33.構(gòu)件數(shù)根據(jù)構(gòu)件數(shù)可以將平面機(jī)構(gòu)分為四桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)、八桿機(jī)構(gòu)等。44.構(gòu)件連接方式機(jī)構(gòu)的構(gòu)件通過(guò)鉸鏈、滑塊等連接方式構(gòu)成閉合回路，連接方式的不同也會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方式的差異。平移機(jī)構(gòu)定義所有運(yùn)動(dòng)副都為平移副的機(jī)構(gòu)。特點(diǎn)機(jī)構(gòu)中所有構(gòu)件只能做平移運(yùn)動(dòng)，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備，如滑動(dòng)導(dǎo)軌、液壓缸等。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)是一種常見(jiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)齒輪的嚙合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的傳遞和速度、扭矩的變換。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)等。凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)通過(guò)凸輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)從動(dòng)件作復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，例如開(kāi)合閥門(mén)、控制發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)的動(dòng)作。螺旋機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)利用螺旋面的形狀實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的相互轉(zhuǎn)換，常見(jiàn)于螺絲、螺桿等。平面四桿機(jī)構(gòu)11.基本結(jié)構(gòu)平面四桿機(jī)構(gòu)由四個(gè)剛性桿體組成，其中一個(gè)桿體固定不動(dòng)，稱(chēng)為機(jī)架，另外三個(gè)桿體可以運(yùn)動(dòng)。22.運(yùn)動(dòng)形式四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式取決于各桿體的長(zhǎng)度以及連接方式，可以實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)形式，例如旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)等。33.典型應(yīng)用四桿機(jī)構(gòu)在機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，例如內(nèi)燃機(jī)、汽車(chē)懸掛系統(tǒng)、機(jī)床等。44.優(yōu)缺點(diǎn)四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)靈活、可靠性高，但其運(yùn)動(dòng)精度和承載能力有限。八桿機(jī)構(gòu)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)八桿機(jī)構(gòu)通常比四桿機(jī)構(gòu)更復(fù)雜，擁有更多自由度。多種應(yīng)用八桿機(jī)構(gòu)適用于各種應(yīng)用，例如機(jī)器人、自動(dòng)化設(shè)備和精密儀器。設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)設(shè)計(jì)八桿機(jī)構(gòu)需要仔細(xì)考慮運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)因素，以確保其功能和性能。平面六桿機(jī)構(gòu)六個(gè)構(gòu)件包括一個(gè)固定構(gòu)件，五個(gè)活動(dòng)構(gòu)件。七個(gè)低副通過(guò)鉸鏈或滑動(dòng)副連接。復(fù)雜運(yùn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)形式，如旋轉(zhuǎn)、平移、擺動(dòng)等。平面七桿機(jī)構(gòu)七桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介七桿機(jī)構(gòu)是指由七個(gè)剛性桿體組成的平面機(jī)構(gòu)。七桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式更加復(fù)雜，通常具有更高的自由度。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)七桿機(jī)構(gòu)通常包含多個(gè)鉸鏈和滑動(dòng)副，這些副能夠?qū)崿F(xiàn)不同桿體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。平面機(jī)構(gòu)的應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人是常見(jiàn)的應(yīng)用，應(yīng)用于焊接、噴漆、搬運(yùn)等。自動(dòng)化設(shè)備許多自動(dòng)化設(shè)備，如包裝機(jī)、生產(chǎn)線(xiàn)，都需要使用平面機(jī)構(gòu)來(lái)完成特定動(dòng)作。辦公設(shè)備打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等辦公設(shè)備中，平面機(jī)構(gòu)用于紙張的進(jìn)出和定位。家用電器洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)等家用電器中，平面機(jī)構(gòu)用于控制門(mén)開(kāi)關(guān)、調(diào)節(jié)溫度等。工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人是廣泛應(yīng)用于制造業(yè)的自動(dòng)化系統(tǒng)。它們可以執(zhí)行各種任務(wù)，例如焊接、組裝、噴漆和物料搬運(yùn)。工業(yè)機(jī)器人通常由機(jī)械臂、控制器和傳感器組成。工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，它們正在改變制造業(yè)的生產(chǎn)方式。工業(yè)機(jī)器人的使用可以提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本并改善產(chǎn)品質(zhì)量。自動(dòng)化設(shè)備自動(dòng)化設(shè)備廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，顯著提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。自動(dòng)化設(shè)備利用機(jī)械、電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)，將生產(chǎn)流程自動(dòng)化，減少人工干預(yù)，提高生產(chǎn)精度。例如，自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)可以自動(dòng)完成零件的加工、組裝和檢驗(yàn)，提高生產(chǎn)效率并降低生產(chǎn)成本。辦公設(shè)備辦公設(shè)備通常使用平面機(jī)構(gòu)，提高工作效率。比如，打印機(jī)使用連桿機(jī)構(gòu)控制紙張進(jìn)出，復(fù)印機(jī)使用凸輪機(jī)構(gòu)控制掃描過(guò)程。其他辦公設(shè)備，例如文件粉碎機(jī)、訂書(shū)機(jī)，也使用平面機(jī)構(gòu)完成特定功能。這些機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化操作，提升效率，為用戶(hù)提供更便捷的辦公體驗(yàn)。家用電器平面機(jī)構(gòu)在家用電器中應(yīng)用廣泛，例如洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)等。洗衣機(jī)的滾筒機(jī)構(gòu)、冰箱的壓縮機(jī)機(jī)構(gòu)、空調(diào)的冷媒循環(huán)系統(tǒng)等，都利用了平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。平面機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的考量因素結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)精度、工作環(huán)境等因素，以確保機(jī)構(gòu)能夠穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單、緊湊，并易于加工制造和維護(hù)。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析運(yùn)動(dòng)學(xué)分析主要研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，包括位移、速度、加速度等，以確保機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)功能。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析可以幫助工程師優(yōu)化機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使其能夠更加高效、精準(zhǔn)地完成工作。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精確的零件設(shè)計(jì)齒輪機(jī)構(gòu)的精確設(shè)計(jì)，以確保其緊密配合和高效傳動(dòng)。合理的結(jié)構(gòu)布局結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化，以確保機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的預(yù)期功能和性能。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析11.位置分析確定機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件在任意時(shí)刻的位置。22.速度分析計(jì)算機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的速度和加速度。33.運(yùn)動(dòng)軌跡分析研究機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)軌跡，包括位置、速度和加速度的變化規(guī)律。44.運(yùn)動(dòng)約束分析分析機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)約束關(guān)系，確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)自由度。動(dòng)力學(xué)分析力量分析考慮機(jī)構(gòu)各部件所受到的力，包括重力、外力、慣性力等。運(yùn)動(dòng)分析確定機(jī)構(gòu)各部件的加速度、速度和位移等運(yùn)動(dòng)參數(shù)。能量分析評(píng)估機(jī)構(gòu)的能量轉(zhuǎn)換和損失情況，例如摩擦力的影響。材料選擇強(qiáng)度和剛度選擇具有足夠強(qiáng)度和剛度的材料，以承受機(jī)構(gòu)的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)。耐磨性考慮機(jī)構(gòu)的工作環(huán)境，選擇耐磨性好的材料，延長(zhǎng)使用壽命。加工性能選擇易于加工的材料，以降低制造成本，提高效率。成本在滿(mǎn)足性能要求的前提下，