基本要求及重點(diǎn)、難點(diǎn)1.1運(yùn)動(dòng)副及其分類1.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1.3平面機(jī)構(gòu)的自由度

第1章平面機(jī)構(gòu)的自由度

計(jì)劃學(xué)時(shí)：6h制作人：向敬忠基本要求:1）運(yùn)動(dòng)副的概念及各類運(yùn)動(dòng)副特點(diǎn)。2）能夠讀懂機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。3）平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算。難點(diǎn)：1）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

重點(diǎn)：1）運(yùn)動(dòng)副的概念及各類運(yùn)動(dòng)副特點(diǎn)。2）平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算。作業(yè):

1-5~1-10；自由度、運(yùn)動(dòng)副、局部自由度、復(fù)合鉸鏈、虛約束的概念；運(yùn)動(dòng)副的分類及特點(diǎn)

機(jī)構(gòu)——具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件組合

研究目的——探討機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可能性及具有確定運(yùn)動(dòng)的條件研究對(duì)象——平面機(jī)構(gòu)——所有構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面都相互平行的機(jī)構(gòu)稱為平面機(jī)構(gòu)。研究方法——機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖——一種用簡(jiǎn)單線條和符號(hào)來(lái)表示機(jī)構(gòu)的工程語(yǔ)言。自由度——在任意時(shí)刻完全確定機(jī)械系統(tǒng)位置所需要的獨(dú)立的廣義坐標(biāo)數(shù)。

機(jī)構(gòu)自由度——使機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目。1.1運(yùn)動(dòng)副及其分類

移動(dòng)副——組成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)構(gòu)件只能沿某一軸線相對(duì)移動(dòng)。運(yùn)動(dòng)副——兩構(gòu)件之間直接接觸，又能作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接，稱為運(yùn)動(dòng)副。低副——兩構(gòu)件通過(guò)面接觸構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。實(shí)例移動(dòng)導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動(dòng)副——組成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為轉(zhuǎn)動(dòng)，則稱為轉(zhuǎn)動(dòng)副或回轉(zhuǎn)副，又稱鉸鏈。實(shí)例光滑圓柱鉸鏈高副——兩構(gòu)件通過(guò)點(diǎn)接觸或線接觸構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。實(shí)例齒輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)1）低副為面接觸，而高副為點(diǎn)或線接觸。

2）低副因其兩構(gòu)件接觸處的壓強(qiáng)小，故承載能力大，耐磨損，壽命長(zhǎng)，且因形狀簡(jiǎn)單，所以容易制造；而高副則相反。低副與高副的區(qū)別：3）低副的兩構(gòu)件之間只能作相對(duì)滑動(dòng)，而高副的兩構(gòu)件之間則可作相對(duì)滑動(dòng)或滾動(dòng)，或二者并存。

注意運(yùn)動(dòng)副的三層含義1）兩個(gè)構(gòu)件“副”——“成對(duì)”2）直接接觸“直接接觸”——“約束”——“副”3）相對(duì)運(yùn)動(dòng)“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”——“運(yùn)動(dòng)”副運(yùn)動(dòng)副元素——構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的點(diǎn)、線、面1.2平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖——僅用簡(jiǎn)單線條和規(guī)定的符號(hào)表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并用一定的比例表示運(yùn)動(dòng)副的位置，這種用來(lái)說(shuō)明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的圖形，稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖必須與原機(jī)構(gòu)具有完全相同的運(yùn)動(dòng)特性，它不僅可以用來(lái)表示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，而且還可以根據(jù)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和受力分析。它是一種用簡(jiǎn)單線條和符號(hào)表示機(jī)構(gòu)的工程圖形語(yǔ)言。應(yīng)表明：機(jī)構(gòu)的種類，構(gòu)件的數(shù)目及相互傳動(dòng)的路線，運(yùn)動(dòng)副的種類、數(shù)目。1.2.1運(yùn)動(dòng)副與構(gòu)件的表示方法

2.運(yùn)動(dòng)副的表示方法

1.構(gòu)件的種類

1）固定件或機(jī)架；2）原動(dòng)件；3）從動(dòng)件*必須有一個(gè)機(jī)架，至少有一個(gè)原動(dòng)件，其余為活動(dòng)構(gòu)件。

轉(zhuǎn)動(dòng)副符號(hào)移動(dòng)副符號(hào)3.構(gòu)件的表示方法

高副符號(hào)

凸輪齒輪其他零部件的表示方法可參看GB4460—84“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)”。

1.2.2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制

一般步驟：①分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，找出機(jī)架、原動(dòng)件與從動(dòng)件。②從原動(dòng)件開(kāi)始，按照運(yùn)動(dòng)的傳遞順序，分析各構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，確定活動(dòng)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)選擇能較好表示運(yùn)動(dòng)關(guān)系的平面為視圖平面。④選擇合適的比例尺，長(zhǎng)度比例尺用l表示：

l=圖示長(zhǎng)度／實(shí)際長(zhǎng)度⑤按比例定出各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，用規(guī)定符號(hào)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。⑥各轉(zhuǎn)動(dòng)中心標(biāo)以大寫的英文字母，各構(gòu)件標(biāo)阿拉伯?dāng)?shù)字，機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件以箭頭標(biāo)明。A1234BCD例顎式破碎機(jī)例：繪制縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖例：繪制牛頭刨床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1.分析機(jī)構(gòu)的組成情況、動(dòng)作原理和運(yùn)動(dòng)情況1）組成情況

曲軸5（與大齒輪固連）、滑塊2和6、導(dǎo)桿7、刨頭8、床身1、小齒輪4、電動(dòng)機(jī)3等2）動(dòng)作原理和運(yùn)動(dòng)情況電動(dòng)機(jī)3——帶傳動(dòng)（圖中未畫(huà)）——小齒輪4——大齒輪5（曲軸與其一同連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)）——滑塊6（6一方面繞5上的銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)另一方面在7上的導(dǎo)槽中滑動(dòng)）——導(dǎo)桿7擺動(dòng)——刨頭8往復(fù)擺動(dòng)

導(dǎo)桿7下部的導(dǎo)槽與滑塊2連接使8平動(dòng)3）分析機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件、傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分

原動(dòng)件——小齒輪4；執(zhí)行部分——刨頭8；機(jī)架——床身；其余為活動(dòng)構(gòu)件2.分析各連結(jié)結(jié)構(gòu)之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，確定運(yùn)動(dòng)副類型1）低副

轉(zhuǎn)動(dòng)副：4——1、5——1、5——6、2——1、7——8；移動(dòng)副：6——7、7——2、8——12）高副

4——53.選擇試圖投影面和比例尺，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，標(biāo)出原動(dòng)件轉(zhuǎn)向選取投影面垂直齒輪軸線，各運(yùn)動(dòng)副均在此平面或其平行平面內(nèi)1.3平面機(jī)構(gòu)的自由度

自由度——決定機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立參數(shù)。即可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的個(gè)數(shù)稱為構(gòu)件的自由度。

設(shè)平面機(jī)構(gòu)共有N個(gè)構(gòu)件，低副和高副數(shù)目分別為PL和PH，如將機(jī)構(gòu)中某一構(gòu)件固定為機(jī)架，則機(jī)構(gòu)中的活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為n=N－1。由于活動(dòng)構(gòu)件給機(jī)構(gòu)帶進(jìn)3n個(gè)自由度，而機(jī)構(gòu)中全部運(yùn)動(dòng)副所引入的約束總數(shù)為2PL+PH。因此活動(dòng)構(gòu)件的自由度總數(shù)減去由運(yùn)動(dòng)副引入的約束總數(shù)就是該機(jī)構(gòu)的自由度，用F表示，即1.3.1平面機(jī)構(gòu)自由度及其計(jì)算公式

1.3.2機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件

例1：計(jì)算圖所示顎式破碎機(jī)主體機(jī)構(gòu)的自由度。

解：

在顎式破碎機(jī)主體機(jī)構(gòu)中，活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=3;低副數(shù)PL=4；高副

PH=0。所以由公式可得

此機(jī)構(gòu)具有一個(gè)原動(dòng)件(曲軸1)，故原動(dòng)件數(shù)與機(jī)構(gòu)自由度數(shù)相等，此機(jī)構(gòu)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

例2：1.3.3計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng)

1．復(fù)合鉸鏈

兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一軸線上用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接起來(lái)形成復(fù)合鉸鏈。由K個(gè)構(gòu)件匯交成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當(dāng)包含(K－1)個(gè)回轉(zhuǎn)副。計(jì)算時(shí)不可漏算。

復(fù)合鉸鏈

m個(gè)構(gòu)件(m3)在同一處構(gòu)成共軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)副412356F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－

560＝

3F＝3n－2PL－PH

＝3

－2

－

570＝

1m-1個(gè)低副復(fù)—計(jì)算在內(nèi)523要正確計(jì)算運(yùn)動(dòng)副數(shù)目

例3：F＝3n－2PL－PH

＝3－2－760＝

9F＝3n－2PL－PH

＝3－2－7100＝

1?復(fù)復(fù)復(fù)復(fù)例4：

圓盤鋸機(jī)構(gòu)

F與機(jī)構(gòu)原動(dòng)件個(gè)數(shù)相等。因此，當(dāng)原動(dòng)件8轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤中心E將確定地沿直線EE’移動(dòng)。

2．局部自由度

例5：

3．虛約束

F＝3n－2PL－PH

＝3－2－123F＝3n－2PL－PH

＝3－2－231＝-1兩構(gòu)件間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副錯(cuò)221＝1對(duì)

例6：行星輪機(jī)構(gòu)

例7：

例8：常見(jiàn)情況：1）組成高副的元素都是圓2）組成高副的元素分別為圓和點(diǎn)3）組成高副的元素分別為圓和直線

例9：

例題1.組成平面低副的兩個(gè)構(gòu)件為_(kāi)___。

A.點(diǎn)接觸B.線接觸

C.點(diǎn)或線接觸D.面接觸2.平面高副的運(yùn)動(dòng)副元素是___。

A.點(diǎn)或面B.點(diǎn)或線

C.線或面D.面D.面接觸B.點(diǎn)或線

例題1概念題例題2

例題計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)自由度。并判斷該機(jī)構(gòu)是否有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

解：F=3n－２PL－ＰH

n=6，PL=8，ＰH=1F＝３＊６－２＊８－１＝１因原動(dòng)件數(shù)目等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)，故該機(jī)構(gòu)有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)自由度。如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束應(yīng)明確指出。并判斷該機(jī)構(gòu)是否有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。例題3

例題解：F=3n－２PL－ＰH

n=8，PL=11，ＰH=1F＝３＊8－２＊11－１＝１A處為局部自由度

A因自由度大于零，且原動(dòng)件數(shù)目等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)，故該機(jī)構(gòu)有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。QVER計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)自由度。如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束應(yīng)明確指出