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

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1、第2章平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,（時(shí)間：2次課，4學(xué)時(shí)）,第2章平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,本章要點(diǎn)及學(xué)習(xí)指導(dǎo)：本章首先介紹組成機(jī)構(gòu)最基本的環(huán)節(jié)——運(yùn)動(dòng)副及其類(lèi)型；然后介紹工程中常用的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的畫(huà)法；最后重點(diǎn)討論機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件及其計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束事項(xiàng)。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)習(xí)者了解運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)，熟識(shí)各種平面運(yùn)動(dòng)副的一般表達(dá)方法；熟練看懂教材中各種平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；能夠正確判斷和處理平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中的復(fù)合鉸鏈、局部自由度和常見(jiàn)的虛約束，綜合運(yùn)用公式F=3n-2PL-PH，進(jìn)行平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算，并能判斷機(jī)構(gòu)是否具有確

2、定的運(yùn)動(dòng)。,第2章平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,案例導(dǎo)入：繪制和閱讀平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖是機(jī)械類(lèi)工程技術(shù)人員的基本能力之一，是進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析的基礎(chǔ)。沖床是機(jī)械產(chǎn)品中常見(jiàn)的一種機(jī)械裝置。學(xué)習(xí)者可以通過(guò)沖床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪，學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法、及其計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束事項(xiàng)，以及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪的基本步驟。,第2章平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,在進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪時(shí)，須解決以下問(wèn)題：(1)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪的步驟是什么？一個(gè)正確的平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖應(yīng)能說(shuō)明哪些內(nèi)容？原動(dòng)件的位置對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖有何影響？為什么？(2)平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算，對(duì)測(cè)繪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖有

3、何幫助？自由度大于或小于原動(dòng)件的數(shù)目時(shí)，會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果？(3)計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意哪些問(wèn)題？,第2章平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度,2.1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)2.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度實(shí)訓(xùn)一機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪習(xí)題與練習(xí),2.1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi),2.1.1低副2.1.2高副,,2.1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi),一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件具有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，如圖2.1所示，在xoy坐標(biāo)中構(gòu)件可隨其上任一點(diǎn)A沿x、y軸移動(dòng)和繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。這種相對(duì)于參考系構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為構(gòu)件的自由度，所以一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件有三個(gè)自由度。當(dāng)構(gòu)件組成機(jī)構(gòu)時(shí)，每個(gè)構(gòu)件都以一定的型式與其他構(gòu)件相互聯(lián)接，且相互聯(lián)接的兩構(gòu)件間

4、保留著一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種使兩構(gòu)件直接接觸而又彼此有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)副。如齒輪間的嚙合、軸與軸承的聯(lián)接和活塞與氣缸的聯(lián)接等都構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副。構(gòu)件組成運(yùn)動(dòng)副后，其獨(dú)立運(yùn)動(dòng)受到約束，自由度便隨之減少。根據(jù)組成運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件之間的接觸特性，運(yùn)動(dòng)副可分為低副和高副。,2.1運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi),圖2.1作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件具有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng),,2.1.1低副,兩構(gòu)件通過(guò)面接觸形成的運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為低副。根據(jù)它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是轉(zhuǎn)動(dòng)還是移動(dòng)，又可分為轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副。1.轉(zhuǎn)動(dòng)副若組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件之間只能繞某一軸線作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為轉(zhuǎn)動(dòng)副或鉸鏈。如圖2.2所示，它又可分為固定鉸鏈和活動(dòng)鉸鏈。2.移動(dòng)副若組

5、成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能沿某一軸線相對(duì)直線移動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為移動(dòng)副。如圖2.3所示。,2.1.1低副,圖2.2轉(zhuǎn)動(dòng)副,2.1.1低副,圖2.3移動(dòng)副,2.1.2高副,兩構(gòu)件間通過(guò)點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副，稱(chēng)為高副。如圖2.4所示，它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是沿切線t-t和繞A點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)副還有螺旋副、球面副。它們皆屬空間運(yùn)動(dòng)副。,2.1.2高副,圖2.4高副,,2.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,2.2.1運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)2.2.2機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的分類(lèi)2.2.3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制,,2.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,實(shí)際機(jī)構(gòu)一般由外形和結(jié)構(gòu)都較復(fù)雜的構(gòu)件組成，為便于分析和研究機(jī)構(gòu)有必要撇開(kāi)那些與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的構(gòu)件外形和運(yùn)動(dòng)副具體

6、構(gòu)造，僅用簡(jiǎn)單的線條和符號(hào)來(lái)表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按此比例定出各運(yùn)動(dòng)副的位置，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)化圖形，稱(chēng)為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖保持其實(shí)際機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特征，它不僅簡(jiǎn)明地表達(dá)了實(shí)際機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，且還可通過(guò)該圖進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析及動(dòng)力分析。,2.2.1運(yùn)動(dòng)副的符號(hào),圖2.5(a)，(b)，(c)是兩個(gè)構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的表示方法，用圓圈表示轉(zhuǎn)動(dòng)副，其圓心代表相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線。(a)表示兩個(gè)構(gòu)件均為活動(dòng)構(gòu)件，(b)、(c)表示一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，應(yīng)把代表機(jī)架的構(gòu)件1畫(huà)上斜線。圖2.6(a)、(b)、(c)是兩個(gè)構(gòu)件組成移動(dòng)副的方法，移動(dòng)副的導(dǎo)路必須與相對(duì)移動(dòng)方向一致，與上述相同，應(yīng)把代表機(jī)架的構(gòu)

7、件畫(huà)上斜線。,2.2.1運(yùn)動(dòng)副的符號(hào),圖2.5兩個(gè)構(gòu)件組成的轉(zhuǎn)動(dòng)副的符號(hào),2.2.1運(yùn)動(dòng)副的符號(hào),圖2.6兩個(gè)構(gòu)件組成的移動(dòng)副的符號(hào),2.2.1運(yùn)動(dòng)副的符號(hào),圖2.7表示高副。畫(huà)高副時(shí)，應(yīng)將接觸部分的外形畫(huà)出。對(duì)于凸輪、滾子，習(xí)慣上畫(huà)出其全部輪廓；對(duì)于齒輪，常用點(diǎn)畫(huà)線畫(huà)出其節(jié)圓。圖2.8為構(gòu)件的表示方法。圖2.8(a)表示參與構(gòu)成兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的構(gòu)件。圖2.8(b)、圖2.8(c)表示參與構(gòu)成三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的構(gòu)件，為了說(shuō)明三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副是在同一構(gòu)件上，可在三角形內(nèi)畫(huà)上剖面線如圖2.8(b)所示，或在三個(gè)角涂上焊縫標(biāo)記，如圖2.8(c)所示，一個(gè)構(gòu)件上有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且轉(zhuǎn)動(dòng)副中心在一條直線上，則可用圖2.8(

8、d)表示。如圖2.8(e)、2.8(f)所示表示參與構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副的構(gòu)件。其他表示方法可參看有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。,2.2.1運(yùn)動(dòng)副的符號(hào),圖2.7高副的表示方法,2.2.1運(yùn)動(dòng)副的符號(hào),圖2.8構(gòu)件的表示方法,2.2.2機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的分類(lèi),組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件，根據(jù)運(yùn)動(dòng)副性質(zhì)可分為三類(lèi)：(1)固定構(gòu)件(機(jī)架)是用來(lái)支承活動(dòng)構(gòu)件的構(gòu)件，如圖1.1中的氣缸體。(2)原動(dòng)件(主動(dòng)件、輸入構(gòu)件)機(jī)構(gòu)中作用有驅(qū)動(dòng)力或力矩的構(gòu)件(或運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的構(gòu)件)；如圖1.1所示中的活塞。(3)從動(dòng)件機(jī)構(gòu)中除了主動(dòng)件以外，隨著主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的其余可動(dòng)件皆稱(chēng)為從動(dòng)件。其中輸出預(yù)期運(yùn)動(dòng)的從動(dòng)件稱(chēng)為輸出構(gòu)件，其他從動(dòng)件則起傳

9、遞運(yùn)動(dòng)的作用。,2.2.3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一般可按以下步驟進(jìn)行試?yán)L：(1)分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳遞情況，找出固定件(機(jī)架)、原動(dòng)件和從動(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)件間的運(yùn)動(dòng)副性質(zhì)，從而確定有多少構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型和數(shù)目。(3)選擇視圖平面。(4)選取合適的比例尺，確定各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，用簡(jiǎn)單的線條和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)副符號(hào)畫(huà)出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。,2.2.3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制,下面分別以例2-1、例2-2為例，說(shuō)明其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制方法。例2-1試?yán)L制如圖1.l所示內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。解由圖1.1可知，此內(nèi)燃機(jī)的主體機(jī)構(gòu)是由氣缸1、活塞2、連桿5和曲軸6所組成的

10、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。此外，還有齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等。在燃?xì)獾膲毫ψ饔孟?，活?首先運(yùn)動(dòng)，是主動(dòng)件，然后通過(guò)連桿5使曲軸6輸出回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而為了控制進(jìn)氣和排氣，由固裝于曲軸6上的小齒輪10帶動(dòng)大齒輪9、10使凸輪軸回轉(zhuǎn)，再由凸輪軸上的兩個(gè)凸輪7，分別推動(dòng)頂桿8以控制進(jìn)氣閥3和排氣閥4。構(gòu)件2與構(gòu)件1組成移動(dòng)副，構(gòu)件2與構(gòu)件5組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，構(gòu)件5與構(gòu)件6組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，構(gòu)件10與構(gòu)件9組成高副，構(gòu)件7與構(gòu)件8組成高副，構(gòu)件8、4與構(gòu)件1組成移動(dòng)副。把該內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)造情況及運(yùn)動(dòng)副的組成搞清楚以后，再選定投影面和比例尺，用規(guī)定的線條和符號(hào)來(lái)表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副即不難繪出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，如圖2.9所示。,2.2.3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)

11、簡(jiǎn)圖的繪制,圖2.9內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,2.2.3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制,例2-2試?yán)L制如圖1.2所示顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。解顎式破碎機(jī)的主體機(jī)構(gòu)由機(jī)架、偏心軸(又稱(chēng)曲軸)5、動(dòng)顎板6和肘板7共四個(gè)構(gòu)件組成。帶輪4與偏心軸5固聯(lián)成一整體，它是運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力輸入構(gòu)件，即原動(dòng)件，其余構(gòu)件都是從動(dòng)件。當(dāng)帶輪4和偏心軸5繞軸線A轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)使輸出構(gòu)件動(dòng)顎板6作平面運(yùn)動(dòng)，從而將物料軋碎。在確定構(gòu)件數(shù)目之后，再根據(jù)各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)確定運(yùn)動(dòng)副的種類(lèi)和數(shù)目。偏心軸5與機(jī)架繞軸線A相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故構(gòu)件5與機(jī)架組成以A為中心的轉(zhuǎn)動(dòng)副；動(dòng)顎板6與偏心軸5繞軸線B相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故構(gòu)件5、6組成以B為中心的轉(zhuǎn)動(dòng)副；動(dòng)顎板6與肘板7

12、繞軸線C相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故構(gòu)件6、7組成以C為中心的轉(zhuǎn)動(dòng)副；肘板7與機(jī)架繞軸線D相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故構(gòu)件4與機(jī)架組成以D為中心的轉(zhuǎn)動(dòng)副。選定適當(dāng)比例尺，根據(jù)圖1.2尺寸定出A、B、C、D的相對(duì)位置，用構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的規(guī)定符號(hào)繪出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，如圖2.10所示。,2.2.3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制,圖2.10顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度,2.3.1平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件2.3.2計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng),,2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度,機(jī)構(gòu)是一個(gè)構(gòu)件系統(tǒng)，為了傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間應(yīng)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。然而，機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件僅僅拼湊起來(lái)是不一定能運(yùn)動(dòng)的；即使能運(yùn)動(dòng)，也

13、不一定能有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為此，構(gòu)件應(yīng)如何組合，才能運(yùn)動(dòng)？在什么條件下才具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)？這對(duì)分析現(xiàn)有機(jī)構(gòu)或創(chuàng)新機(jī)構(gòu)是很重要的。若要判定幾個(gè)構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副相連起來(lái)的構(gòu)件系統(tǒng)能否產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)和是否有確切的運(yùn)動(dòng)，就必須研究平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算。,2.3.1平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,平面機(jī)構(gòu)的自由度就是該機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件相對(duì)于機(jī)架的所能有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。我們已經(jīng)知道，對(duì)于一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，具有三個(gè)自由度。當(dāng)它們通過(guò)運(yùn)動(dòng)副相互聯(lián)接之后，它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就受到約束，必然失去一些自由度。但又保留一些自由度。構(gòu)件失去的自由度與它受到的約束條件數(shù)相等。設(shè)平面機(jī)構(gòu)共有k個(gè)構(gòu)件，除去固定構(gòu)

14、件，則機(jī)構(gòu)中的活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為n=k-1；若機(jī)構(gòu)中共有PL個(gè)低副和PH個(gè)高副，則這些活動(dòng)構(gòu)件在未用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接之前，其自由度總數(shù)為3n。當(dāng)用PL個(gè)低副與PH個(gè)高副聯(lián)接成機(jī)構(gòu)之后，全部運(yùn)動(dòng)副所引入的約束總數(shù)為2PL+PH。因此可動(dòng)構(gòu)件的自由度總數(shù)減去運(yùn)動(dòng)副引入的約束總數(shù)，就是該機(jī)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件相對(duì)機(jī)架獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，亦即為該機(jī)構(gòu)的自由度，以F表示，則有F=3n-2PL-PH(2-1),2.3.1平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,例2-3計(jì)算如圖2.10所示機(jī)構(gòu)的自由度。解該機(jī)構(gòu)有三個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，即n=3；有四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，即PL=4；沒(méi)有高副，即PH=0。由式(2-1)得機(jī)構(gòu)的自由度為F=3n-

15、2PL-PH=33-24-0=1原動(dòng)件的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)是由外界給定的。如果給出的原動(dòng)件數(shù)不等于機(jī)構(gòu)的自由度，則將產(chǎn)生如下影響：如圖2.11(a)所示，由三個(gè)構(gòu)件通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接而成的系統(tǒng)就沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的可能性。計(jì)算其自由度可得F=32-23-0=0，如圖2.11(b)所示系統(tǒng)，n=3，PL=5，PH=0。計(jì)算其自由度可得，F(xiàn)=33-25-0=-1，由于F＜0，已成為超靜定的桁架。又如圖2.11(c)所示的五構(gòu)件系統(tǒng)，若取構(gòu)件1作主動(dòng)件，當(dāng)給定?1時(shí)，構(gòu)件2、3、4的位置是不確定的。但如果給定構(gòu)件1、4的位置參數(shù)?1和?4，則構(gòu)件2、3的位置也就確定。計(jì)算該系統(tǒng)的自由度可得F=34-25-0=2。,2.3.

16、1平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,圖2.11幾種構(gòu)件系統(tǒng)示例,,,2.3.2計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng),在應(yīng)用式(2-1)計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。1.復(fù)合鉸鏈兩個(gè)以上構(gòu)件同時(shí)在一處用轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接就構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。如圖2.12(a)所示為三構(gòu)件在A處構(gòu)成的復(fù)合鉸鏈。圖(b)是它的俯視圖，可以看出，此三個(gè)構(gòu)件共組成兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。當(dāng)由k個(gè)構(gòu)件組成復(fù)合鉸鏈時(shí)，則應(yīng)當(dāng)組成(k-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，應(yīng)仔細(xì)觀察是否有復(fù)合鉸鏈存在，以免影響計(jì)算。,2.3.2計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng),圖2.12復(fù)合鉸鏈,2.3.2計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng),例2-4試計(jì)算如

17、圖2.13所示機(jī)構(gòu)的自由度。解此機(jī)構(gòu)A、B、C、D為復(fù)合鉸鏈，各具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，所以PL=10(全部為轉(zhuǎn)動(dòng)副)，PH=0，可動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=7。由式(2-1)得機(jī)構(gòu)的自由度為F=3n-2PL-PH=37-210-0=1,2.3.2計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng),圖2.13含有復(fù)合鉸鏈的機(jī)構(gòu),2.3.2計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng),2.局部自由度機(jī)構(gòu)中一種與整個(gè)機(jī)構(gòu)主運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的自由度，稱(chēng)為局部自由度，在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，可預(yù)先排除。例2-5試計(jì)算如圖2.14所示機(jī)構(gòu)的自由度。解如圖2.14所示平面凸輪機(jī)構(gòu)中，為減少高副元素的磨損，在從動(dòng)件上安裝一個(gè)滾子3，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦。由于滾子繞其自身軸線

18、的轉(zhuǎn)動(dòng)與否并不影響凸輪與從動(dòng)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此滾子繞其身軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)為機(jī)構(gòu)的局部自由度，在計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)應(yīng)預(yù)先將轉(zhuǎn)動(dòng)副C除去不計(jì)?；蛉鐖D所示，設(shè)想將滾子3與從動(dòng)件固連在一起作為一個(gè)構(gòu)件來(lái)考慮，此時(shí)，該機(jī)構(gòu)中n=2，PL=2，PH=1。故F=3n-2PL-PH=32-22-1=1即此機(jī)構(gòu)只有1個(gè)自由度，是符合實(shí)際情況的。,2.3.2計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng),圖2.14局部自由度,2.3.2計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng),3.虛約束在機(jī)構(gòu)中與其他約束重復(fù)而不起限制運(yùn)動(dòng)作用的約束，稱(chēng)為虛約束。在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)當(dāng)除去不計(jì)。例如，如圖2.15所示的機(jī)構(gòu)中LAB=LCD=LEF，LBF=LA

19、E，LFC=LED，在此機(jī)構(gòu)中，n=4，PL=6，PH=0，故其自由度F=3n-2PL-PH=34-26=0這表明該機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)，顯然與實(shí)際情況不符。進(jìn)一步分析可知，機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)軌跡有重疊現(xiàn)象。因?yàn)槿绻サ魳?gòu)件4(轉(zhuǎn)動(dòng)副C、D也不再存在)。當(dāng)原動(dòng)件1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，構(gòu)件2上的C點(diǎn)的軌跡自然是以D點(diǎn)為圓心，以LAB(或LEF)為半徑的圓弧。因此構(gòu)件4及轉(zhuǎn)動(dòng)副C、D是否存在，對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)并無(wú)影響。也就是說(shuō)，機(jī)構(gòu)中加入構(gòu)件4及轉(zhuǎn)動(dòng)副C、D后，雖然使機(jī)構(gòu)增加了一個(gè)約束，但此約束并不起限制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的作用，所以是虛約束。因此在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)除去構(gòu)件4和轉(zhuǎn)動(dòng)副C、D，此時(shí)，n=3，PL=4，PH=0，則F=

20、33-24=1此結(jié)果與實(shí)際情況相符。,2.3.2計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng),圖2.15虛約束示意,2.3.2計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng),對(duì)于虛約束，只要求理解和熟悉下列三種情況：(1)兩構(gòu)件間組成多個(gè)導(dǎo)路平行的移動(dòng)副，只有一個(gè)起作用，另一個(gè)為虛約束。例如，如圖2.14(a)所示凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，其主動(dòng)件、從動(dòng)件與機(jī)座間組成兩個(gè)移動(dòng)副，但其中只有一個(gè)起作用。故可用如圖2.14(b)所示的一個(gè)移動(dòng)副來(lái)代替。(2)兩個(gè)構(gòu)件間組成多個(gè)軸線重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副，只有一個(gè)起作用，其余為虛約束。例如，兩個(gè)軸承支持一根軸只能看作一個(gè)移動(dòng)副。(3)機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對(duì)稱(chēng)部分。如圖2.16所示行星輪

21、系中，星輪2′對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用與行星輪2一樣，但2′將引入一個(gè)約束，也是虛約束，計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)拆去2′及其帶入的轉(zhuǎn)動(dòng)副及兩個(gè)高副。,2.3.2計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng),圖2.16對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的虛約束,2.3.2計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng),例2-6計(jì)算如圖2.17所示凸輪連桿機(jī)構(gòu)的自由度。解機(jī)構(gòu)中滾子處有一個(gè)局部自由度，除去滾子與構(gòu)件6之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副。從AB開(kāi)始給每個(gè)構(gòu)件編號(hào)，共有8個(gè)可動(dòng)構(gòu)件；構(gòu)件5與機(jī)架由導(dǎo)路平行的兩個(gè)移動(dòng)副F、F′相連，其中一個(gè)移動(dòng)副為虛約束，應(yīng)除去一個(gè)移動(dòng)副。構(gòu)件2、3及4之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副D是復(fù)合鉸鏈。合計(jì)有11個(gè)低副，1個(gè)高副。由式(2-1)有F=3n-2PL-PH=38-

22、211-1=1,2.3.2計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng),圖2.17凸輪連桿機(jī)構(gòu),實(shí)訓(xùn)一機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪,1.實(shí)訓(xùn)目的(1)掌握平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪及其運(yùn)動(dòng)尺寸正確標(biāo)注的基本方法。(2)掌握平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是否確定的判別方法。(3)鞏固和擴(kuò)展對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及其工作原理的分析能力。2.實(shí)訓(xùn)設(shè)備和工具(1)若干機(jī)構(gòu)實(shí)物或機(jī)構(gòu)模型(如簡(jiǎn)易沖床)；(2)鋼板尺、卷尺，精密測(cè)繪時(shí)還應(yīng)配備游標(biāo)卡尺及內(nèi)外卡鉗；(3)直尺、鉛筆、橡皮(自備)和稿紙(自備)。,,實(shí)訓(xùn)一機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪,3.實(shí)訓(xùn)原理機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)取決于機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件數(shù)目和運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目、種類(lèi)及相對(duì)位置等，與構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)副的具體結(jié)構(gòu)無(wú)

23、關(guān)。用簡(jiǎn)單的線條或圖形輪廓表示構(gòu)件，以規(guī)定的符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)副，按一定比例尺寸關(guān)系確定運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，繪制出能忠實(shí)反映機(jī)構(gòu)在某一位置時(shí)各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)圖，即機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。,實(shí)訓(xùn)一機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪,4.實(shí)訓(xùn)步驟和方法(1)緩慢運(yùn)動(dòng)被測(cè)機(jī)構(gòu)或模型，從原動(dòng)件開(kāi)始仔細(xì)觀察機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，分出運(yùn)動(dòng)單元，確定機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目，進(jìn)而確定原動(dòng)件、執(zhí)行構(gòu)件、機(jī)架及各從動(dòng)件。(2)根據(jù)直接接觸的兩構(gòu)件的聯(lián)接方式和相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況，確定各運(yùn)動(dòng)副的種類(lèi)、數(shù)目和相對(duì)位置。(3)按類(lèi)別在某相應(yīng)的位置上用規(guī)定符號(hào)畫(huà)出運(yùn)動(dòng)副，并逐個(gè)標(biāo)注運(yùn)動(dòng)副代號(hào)A、B、C…。(4)將位于同一構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)副用簡(jiǎn)單的線條連接，機(jī)架打上斜線表

24、示，高副構(gòu)件畫(huà)出構(gòu)件高副聯(lián)接處的外廓形狀，然后逐個(gè)標(biāo)注上構(gòu)件的序號(hào)1、2、3…。(5)測(cè)量出運(yùn)動(dòng)副之間的距離和移動(dòng)副導(dǎo)路的位置尺寸或高度，并將測(cè)出的尺寸標(biāo)注在圖上。(6)選取適當(dāng)?shù)谋壤摺⒁晥D平面和原動(dòng)件位置，將示意圖繪制成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。原動(dòng)件要畫(huà)上表示運(yùn)動(dòng)方向的箭頭。長(zhǎng)度比例尺按下式計(jì)算。,實(shí)訓(xùn)一機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪,5.注意事項(xiàng)(1)測(cè)繪出若干個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度，判斷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是否確定。(2)在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中，應(yīng)正確標(biāo)注出有關(guān)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件尺寸的符號(hào)，如桿長(zhǎng)l、偏心距e等。(3)注意一個(gè)構(gòu)件在中部與其他構(gòu)件用轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接的表示方法。(4)機(jī)架的相關(guān)尺寸不應(yīng)遺漏。(5)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副不在同一運(yùn)

25、動(dòng)平面時(shí)，應(yīng)注意其相對(duì)位置尺寸的測(cè)量方法。,實(shí)訓(xùn)一機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪,6.思考題(1)一個(gè)正確的平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖應(yīng)能說(shuō)明哪些內(nèi)容？原動(dòng)件的位置對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖有何影響？為什么？(2)平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算，對(duì)測(cè)繪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖有何幫助？自由度大于或小于原動(dòng)件的數(shù)目時(shí)，會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果？(3)計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意哪些問(wèn)題？本實(shí)訓(xùn)中有無(wú)遇到此類(lèi)問(wèn)題？若有，你是如何處理的？,習(xí)題與練習(xí),1.填空題(1)機(jī)構(gòu)要能夠動(dòng)，自由度必須。(2)機(jī)構(gòu)中的相對(duì)靜止件稱(chēng)為，機(jī)構(gòu)中按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件稱(chēng)為。2.選擇題(1)組成平面高副兩構(gòu)件的接觸必須為_(kāi)______。A.點(diǎn)接觸B.線接觸C.點(diǎn)或線接觸D.面接觸(2)計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，若計(jì)入虛約束，則計(jì)算所得結(jié)果與機(jī)構(gòu)的實(shí)際自由度數(shù)目相比________。A.增多了B.減少了C.相等D.可能增多也可能減少,,習(xí)題與練習(xí),3.判斷題(1)兩個(gè)以上的構(gòu)件在一處用低副相聯(lián)接就構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。()(2)機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)以上構(gòu)件組成的。()4.簡(jiǎn)答題(1)計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意哪些事項(xiàng)？(2)機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是什么?5.分析計(jì)算題(1)繪制如圖2.18(a)、(b)所示的機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并計(jì)算其自由度。,習(xí)題與練習(xí),圖2.18習(xí)題2.5-(1)圖,,Q&A?Thanks!,,