第02章平面機(jī)構(gòu)及自由度計(jì)算

1、第2章 平面機(jī)構(gòu)及自由度計(jì)算,平面機(jī)構(gòu)及自由度計(jì)算,所有構(gòu)件均在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu) 稱為平面機(jī)構(gòu)。工程中常用機(jī)構(gòu)大多數(shù)都是平面機(jī)構(gòu)。如圖 2-1(a)所示的卡車自動(dòng)卸料機(jī)構(gòu)、如圖2-1(b)所示的內(nèi)燃機(jī) 中的機(jī)構(gòu)都屬于平面機(jī)構(gòu)。,圖2-1 平面機(jī)構(gòu),平面機(jī)構(gòu)及自由度計(jì)算,2.1 平面機(jī)構(gòu)的組成,2.2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,2.3 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算,2.1.1 機(jī)構(gòu)的組成,機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件按其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不同可以分為3類，即主動(dòng)件、從動(dòng)件、機(jī)架。 (1) 主動(dòng)件(或原動(dòng)件)。機(jī)構(gòu)中由外界給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的活動(dòng)構(gòu)件。如圖2-2所示，顎式破碎機(jī)中的大帶輪1是主動(dòng)件，它由電動(dòng)機(jī)和帶傳動(dòng)給定運(yùn)動(dòng)

2、規(guī)律。 (2) 從動(dòng)件。機(jī)構(gòu)中隨主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的其他活動(dòng)構(gòu)件。如圖2-2所示的動(dòng)顎板2和肘板3都是從動(dòng)件，它們隨主動(dòng)件大帶輪1運(yùn)動(dòng)。 (3) 機(jī)架。機(jī)架是機(jī)構(gòu)中固定不動(dòng)的構(gòu)件，它支承著機(jī)構(gòu)中的活動(dòng)構(gòu)件。如圖2-2所示的構(gòu)件4是機(jī)架，它支承著大帶輪1和肘板3等活動(dòng)構(gòu)件。,2.1.2 構(gòu)件的自由度,自由度是構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。對(duì)于一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，具有3個(gè)自由度。如圖2-3所示的平面物體可沿x軸和y軸方向移動(dòng)，以及在xOy平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。為了使組合起來(lái)的構(gòu)件能產(chǎn)生確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有必要探討平面機(jī)構(gòu)自由度和平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。,圖2-3 構(gòu)件的自由度,1.1.3 課程任務(wù),機(jī)構(gòu)由若干個(gè)相互

3、聯(lián)接起來(lái)的構(gòu)件組成。機(jī)構(gòu)中兩構(gòu)件之間直接接觸并能作確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)聯(lián)接稱為運(yùn)動(dòng)副。如圖2-1(b)所示的內(nèi)燃機(jī)的軸與軸承之間的聯(lián)接，活塞與汽缸之間的聯(lián)接，凸輪與推桿之間的聯(lián)接，兩齒輪的齒和齒之間的聯(lián)接等。 兩個(gè)構(gòu)件構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副后，構(gòu)件的某些獨(dú)立運(yùn)動(dòng)受到限制，這種運(yùn)動(dòng)副對(duì)構(gòu)件的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制稱為約束。運(yùn)動(dòng)副每引入一個(gè)約束，構(gòu)件就失去一個(gè)自由度。 兩構(gòu)件間的平面運(yùn)動(dòng)副按接觸性質(zhì)可分為低副和高副。,圖2-4 低副,平面機(jī)構(gòu)及自由度計(jì)算,2.1 平面機(jī)構(gòu)的組成,2.2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,2.3 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算,2.2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,在對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和設(shè)計(jì)時(shí)，為了使問(wèn)題簡(jiǎn)化，只考慮與運(yùn)

4、動(dòng)有關(guān)的運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目、類型及相對(duì)位置，不考慮與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的因素，如構(gòu)件的形狀、運(yùn)動(dòng)副的具體構(gòu)造等，僅用簡(jiǎn)單線條和規(guī)定符號(hào)表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按一定比例畫出各運(yùn)動(dòng)副的位置，這種表示機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形，稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 只是為了表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成及運(yùn)動(dòng)原理而不嚴(yán)格按比例繪制的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，稱為機(jī)構(gòu)示意圖。,2.2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的一般步驟如下： (1) 分析機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動(dòng)，找出機(jī)架、主動(dòng)件與從動(dòng)件。 (2) 從主動(dòng)件開始，按照運(yùn)動(dòng)傳遞的順序，分析各構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)和接觸情況，確定構(gòu)件數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目。 (3) 合理選擇視圖平面。應(yīng)選擇能充分表明各

5、構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的平面為視圖平面。 (5) 按比例定出各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，用構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的規(guī)定符號(hào)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。轉(zhuǎn)動(dòng)副代號(hào)用大寫英文字母表示，構(gòu)件代號(hào)用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件用箭頭標(biāo)明。,(4) 選擇合適的比例尺，長(zhǎng)度比例尺用 表示，在機(jī)械設(shè)計(jì)中規(guī)定如下,平面機(jī)構(gòu)及自由度計(jì)算,2.1 平面機(jī)構(gòu)的組成,2.2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,2.3 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算,2.3.1 平面機(jī)構(gòu)的自由度及其計(jì)算,機(jī)構(gòu)相對(duì)于機(jī)架所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目，稱為機(jī)構(gòu)的自由度。 設(shè)一個(gè)平面機(jī)構(gòu)由N個(gè)構(gòu)件組成，其中必定有1個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，則機(jī)構(gòu)中活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為n = N-1。一個(gè)沒(méi)有任何約束的構(gòu)件有3個(gè)自由度，則這些

6、活動(dòng)構(gòu)件在未組合成運(yùn)動(dòng)副之前共有3n個(gè)自由度，在聯(lián)接成運(yùn)動(dòng)副之后便引入了約束，減少了自由度。設(shè)機(jī)構(gòu)共有PL個(gè)低副、PH個(gè)高副，因?yàn)樵谄矫鏅C(jī)構(gòu)中每個(gè)低副失去2個(gè)自由度，每個(gè)高副失去1個(gè)自由度，故平面機(jī)構(gòu)的自由度F為,2.3.2 計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng),實(shí)際工作中，機(jī)構(gòu)的組成比較復(fù)雜，運(yùn)用公式 計(jì)算自由度時(shí)可能出現(xiàn)差錯(cuò)，這是由于機(jī)構(gòu)中常常存在一些特殊的結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算時(shí)需要特殊處理。,2.3.3 平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,機(jī)構(gòu)相對(duì)機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副組成的系統(tǒng)，機(jī)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)傳遞和變換，必須使其運(yùn)動(dòng)具有可能性和確定性。 如圖2-14(a)所示的機(jī)構(gòu)，自由度F=0；如圖2-14(b)所示的機(jī)構(gòu)，自由度F=-1，機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)。,圖2-14 不能運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu),圖2-15 運(yùn)動(dòng)不確定的機(jī)構(gòu),2.3.3 平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,如圖2-6所示，縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu)的自由度F=1，若有兩個(gè)主動(dòng)件1、3，則主動(dòng)件數(shù)大于自由度數(shù)，機(jī)構(gòu)會(huì)