機(jī)械原理：平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖

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1、第 二 章 平 面 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 及 自 由 度學(xué) 習(xí) 要 求 ：1） 了 解 機(jī) 構(gòu) 的 組 成 ， 掌 握 各 種 平 面 運(yùn) 動(dòng) 副 的 一 般 表示 方 法 ， 能 看 懂 平 面 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 。 初 步 掌 握 將 實(shí) 際 機(jī)構(gòu) 繪 制 成 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 的 技 能 。2） 能 識 別 平 面 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 中 的 復(fù) 合 鉸 鏈 、 局 部 自由 度 和 虛 約 束 ， 會 運(yùn) 用 公 式 計(jì) 算 平 面 機(jī) 構(gòu) 的 自 由 度 并 判斷 其 運(yùn) 動(dòng) 是 否 確 定 。重 點(diǎn) ：1） 平 面 機(jī) 構(gòu) 自 由 度 的 計(jì) 算 。 (什 么

2、 是 復(fù) 合 鉸 鏈 、 局 部自 由 度 和 虛 約 束 ？ 如 何 判 斷 ？ ）2） 機(jī) 構(gòu) 具 有 確 定 運(yùn) 動(dòng) 的 條 件 。 當(dāng) 不 滿 足 此 條 件 時(shí) ，會 出 現(xiàn) 什 么 情 況 ？ 2-1 運(yùn) 動(dòng) 副 及 其 分 類平 面 機(jī) 構(gòu) 所 有 構(gòu) 件 都 在 同 一 平 面 或 相 互 平 行 的 平面 內(nèi) 運(yùn) 動(dòng) 的 機(jī) 構(gòu) 。一 、 運(yùn) 動(dòng) 副 及 分 類運(yùn) 動(dòng) 副 使 兩 構(gòu) 件 直 接 接 觸 并 產(chǎn) 生 一 定 相 對 運(yùn) 動(dòng) 的連 接 稱 為 運(yùn) 動(dòng) 副 。運(yùn) 動(dòng) 副 的 類 型 ：按 接 觸 方 式 ， 運(yùn) 動(dòng) 副 分 為 ：1.低 副 兩 構(gòu) 件 通 過 面

3、 接 觸 組 成 的 運(yùn) 動(dòng) 副 。 （ 1） 轉(zhuǎn) 動(dòng) 副 （ 回 轉(zhuǎn) 副 、 鉸 鏈 ） ： 組 成 運(yùn) 動(dòng) 副 的 兩 構(gòu)件 只 能 在 一 個(gè) 平 面 內(nèi) 作 相 對 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。固 定 鉸 鏈 其 中 一 個(gè) 構(gòu) 件 是 固 定 的 ?；?動(dòng) 鉸 鏈 兩 構(gòu) 件 都 是 活 動(dòng) 的 。 （ 2） 移 動(dòng) 副 ： 組 成 運(yùn) 動(dòng) 副 的 兩 構(gòu) 件 只 能 沿 某 一 直 線作 相 對 移 動(dòng) 。 2.高 副 兩 構(gòu) 件 通 過 點(diǎn) 、 線 接 觸 組 成 的 運(yùn) 動(dòng) 副 。高 副 的 承 載 能 力 差 ， 但 能 傳 遞 較 復(fù) 雜 的 運(yùn) 動(dòng) 。 空 間 運(yùn) 動(dòng) 副 ： 球 面 副

4、螺 旋 副 二 、 構(gòu) 件 的 分 類按 運(yùn) 動(dòng) 性 質(zhì) ， 構(gòu) 件 分 為 ：1.固 定 件 （ 機(jī) 架 ）用 來 支 乘 活 動(dòng) 構(gòu) 件 的 構(gòu) 件 ， 相 對 于 參 考 系 是 靜 止 不 動(dòng)的 2.原 動(dòng) 件 （ 主 動(dòng) 件 ）動(dòng) 力 所 作 用 的 構(gòu) 件 ， 其 運(yùn) 動(dòng) 規(guī) 律 已 知 的 活 動(dòng) 構(gòu) 件 。3.從 動(dòng) 件 （ 輸 出 構(gòu) 件 ）隨 主 動(dòng) 件 運(yùn) 動(dòng) 而 運(yùn) 動(dòng) 的 其 余 構(gòu) 件 。 一 、 平 面 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 的 概 念不 考 慮 那 些 與 運(yùn) 動(dòng) 無 關(guān) 的 因 素 （ 構(gòu) 件 的 形 狀 、 具 體 構(gòu)造 、 組 成 構(gòu) 件 的 零 件 數(shù)

5、 目 等 ） ， 只 說 明 機(jī) 構(gòu) 中 各 構(gòu) 件 的相 對 運(yùn) 動(dòng) 關(guān) 系 的 簡 單 圖 形 ， 稱 為 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 。 2-2 平 面 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 二 、 平 面 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 的 繪 制1.構(gòu) 件 和 運(yùn) 動(dòng) 副 的 表 示1） 轉(zhuǎn) 動(dòng) 副 小 圓 的 圓 心 必 須 與 回 轉(zhuǎn) 軸 線 重 合21 2 21 1 2） 移 動(dòng) 副2 112 2 21 11 2 2 1（ 導(dǎo) 槽 ） （ 導(dǎo) 桿 ）(滑 塊 ） 滑 塊 、 導(dǎo) 槽 、 導(dǎo) 桿 的 導(dǎo) 路 必 須 與 相 對 移 動(dòng) 方 向 一 致 3） 高 副 表 示 出 接 觸 處 的 曲 線

6、形 狀 ， 其 曲 率 中 心 須 與 實(shí) 際 輪廓 相 同 2 21 1 4） 組 合 表 示一 個(gè) 構(gòu) 件 ， 兩 個(gè) 回 轉(zhuǎn) 副 。 一 個(gè) 構(gòu) 件 ， 一 個(gè) 回 轉(zhuǎn) 副 、 一 個(gè) 移 動(dòng) 副 一 個(gè) 構(gòu) 件 ， 三 個(gè) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 副一 個(gè) 構(gòu) 件 ， 兩 個(gè) 移 動(dòng) 副= 2.運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 的 繪 制 方 法 和 步 驟1） 根 據(jù) 機(jī) 械 的 功 能 分 析 機(jī) 械 的 組 成 和 運(yùn) 動(dòng) 情 況 ， 認(rèn)清 固 定 件 、 主 動(dòng) 件 和 從 動(dòng) 件 。2） 從 主 動(dòng) 件 開 始 ， 按 照 運(yùn) 動(dòng) 的 傳 遞 順 序 ， 分 析 各 構(gòu)件 之 間 相 對 運(yùn) 動(dòng) 的 性 質(zhì)

7、， 從 而 確 定 構(gòu) 件 的 數(shù) 目 及 運(yùn) 動(dòng) 副的 種 類 和 數(shù) 目 。3） 選 擇 適 當(dāng) 的 比 例 ， 定 出 各 運(yùn) 動(dòng) 副 的 相 對 位 置 ， 用構(gòu) 件 和 運(yùn) 動(dòng) 副 的 規(guī) 定 符 號 繪 制 出 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 。 例 ： 繪 制 沖 床 的 機(jī) 構(gòu) 運(yùn)動(dòng) 簡 圖 。 例 ： 繪 制 內(nèi) 燃 機(jī) 的 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 。 例 ： 繪 制 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 。 例 ： 繪 制 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 。 以 圖 2.10 所 示 ， 一 偏 心 輪 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) 為 例 ， 說 明 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 的 繪 制方 法 。 圖 2.1

8、0 偏 心 輪 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) 圖 2.11 對 應(yīng) 的 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 例 題 2.12： 繪 制 圖 示 顎 式 破 碎 機(jī) 的 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖分 析 ： 該 機(jī) 構(gòu) 有 6個(gè) 構(gòu) 件 和 7個(gè) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 副 。 圖 2.12 顎 式 破 碎 機(jī) 構(gòu) 圖 2.13 對 應(yīng) 的 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 例 ： 繪 制 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 。 例 ： 繪 制 沖 床 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 。 一 個(gè) 作 平 面 運(yùn) 動(dòng) 的 自 由 構(gòu)件 具 有 三 個(gè) 自 由 度 。 2-3 平 面 機(jī) 構(gòu) 的 自 由 度一 、 機(jī) 構(gòu) 的 自 由 度1.自 由 度 及 約 束 自 由

9、 度 機(jī) 構(gòu) 或 構(gòu)件 所 具 有 的 獨(dú) 立 運(yùn) 動(dòng) 參 數(shù)的 數(shù) 目 。 約 束 對 獨(dú) 立 運(yùn) 動(dòng)的 限 制 。 2.平 面 機(jī) 構(gòu) 自 由 度 計(jì) 算構(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 將 減 少 。移 動(dòng) 副 ： 引 入 兩 個(gè) 約 束（ 一 個(gè) 移 動(dòng) 、 一 個(gè) 轉(zhuǎn) 動(dòng) ） 轉(zhuǎn) 動(dòng) 副 ： 引 入 兩 個(gè) 約 束（ 兩 個(gè) 移 動(dòng) ） 高 副 ： 引 入 一 個(gè) 約 束 ， 有 兩 個(gè) 自 由 度 ， 轉(zhuǎn) 動(dòng) + 移 動(dòng) 。 自 由 度 計(jì) 算 公 式 ： F=3n-2PL-PH式 中 ： n 活 動(dòng) 構(gòu) 件 的 數(shù) 目 。 PL

10、低 副 的 數(shù) 目 。 PH 高 副 數(shù) 。 例 ： 計(jì) 算 圖 中 機(jī) 構(gòu) 的 自 由 度 。 解 ： n=5， PL=7 ， PH=0F=3n-2P LPH=3 5-2 7-0=1 二 、 機(jī) 構(gòu) 具 有 確 定 運(yùn) 動(dòng) 的 條 件 F=0（ 或 F 0） ， 是 靜 定 （ 超 靜 定 ） 桁 架 。 F 0， 當(dāng) F 主 動(dòng) 件 數(shù) 目 時(shí) ， 運(yùn) 動(dòng) 不 確 定 。 當(dāng) F 主 動(dòng) 件 數(shù) 目 時(shí) ， 不 能 運(yùn) 動(dòng) 。機(jī) 構(gòu) 具 有 確 定 運(yùn) 動(dòng) 的 條 件 ： F 0且 當(dāng) F=主 動(dòng) 件 數(shù) 目。 三 、 計(jì) 算 自 由 度 時(shí) 應(yīng) 注 意 的 問 題1.復(fù) 合 鉸 鏈 兩

11、個(gè) 以 上 的 構(gòu) 件 在 同 一 處 用 轉(zhuǎn) 動(dòng) 副 連接 。 1 231 23 k個(gè) 構(gòu) 件 用 復(fù) 合 鉸 鏈 連 接 ， 則 轉(zhuǎn) 動(dòng) 副 數(shù) 目 為 :（ k-1) 例 ： 計(jì) 算 圓 盤 鋸 主 體 機(jī) 構(gòu) 的 自 由 度 。解 ： n=7,A、 B、 C、 D處 有 復(fù) 合 鉸 鏈 ， PL=10F=3n-2 PL-PH=3 7-2 10-0=1 2.局 部 自 由 度 與 整個(gè) 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 無 關(guān) 的 自 由 度（ 即 多 余 的 ） 。 計(jì) 算 時(shí) ， 應(yīng) 排 除 局部 自 由 度 。常 見 于 凸 輪 機(jī) 構(gòu) 滾 子 從 動(dòng) 件 以 及 類 似 將 滑 動(dòng) 摩 擦 變 為

12、 滾 動(dòng) 摩 擦 的 情 況 中 。 3.虛 約 束 對 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 不 產(chǎn) 生 實(shí) 際 約 束 效 果 的 重復(fù) 約 束 。計(jì) 算 時(shí) ， 應(yīng) 除 取 虛 約 束 （ 包 括 有 關(guān) 的 構(gòu) 件 及 運(yùn) 動(dòng) 副 ）虛 約 束 常 見 于 以 下 情 況 ：（ 1） 兩 構(gòu) 件 之 間 形 成 多 個(gè) 導(dǎo) 路 平 行 的 移 動(dòng) 副 。 11( 虛 約 束 ）( 虛 約 束 ）1 H G （ 2） 兩 構(gòu) 件 間 形 成 多 個(gè) 軸 線 重 合 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 副 。（ 3） 兩 構(gòu) 件 間 形 成 多 個(gè) 高 副 。( 虛 約 束 ）1帶 虛 約 束 的 曲 軸 （ 4） 軌 跡 重 合

13、 （ 平 行 四 邊 形 機(jī) 構(gòu) ）( 虛 約 束 ） （ 5） 機(jī) 構(gòu) 中 對 運(yùn) 動(dòng) 不起 獨(dú) 立 作 用 的 對 稱 部 分 。 帶 虛 約 束 的 行 星 輪 系 例 ： 計(jì) 算 自 由 度 。解 ： ABCD E有 兩 處 虛 約 束 、 C處 存 在 局 部 自 由 度 。 n=4， P L=4， PH=2 F=3n-2PL PH=3 4-2 4-2=2 7 A C 1 2B 3 D E F G H I 4 5 6局 部 自 由 度 虛 約 束118263 23 1;8;6 H HL PPnF PPn L解 ： 例 ： 求 圖 示 機(jī) 構(gòu) 的 自 由 度 。 例 ： 求 圖 示 機(jī)

14、 構(gòu) 的 自 由 度 。 并 判 斷 機(jī) 構(gòu) 有 無 確 定 的 運(yùn)動(dòng) 。 解 ： n=7， PL=9， PH=1 F=3n-2P L PH=3 7-2 9-1=2F=主 動(dòng) 件 數(shù) 目 ， 所 以 ， 有 確 定 運(yùn) 動(dòng) 。 例 ： 圖 示 為 簡 易 沖 床 設(shè) 計(jì) 方 案 ， 畫 出 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 并分 析 其 能 否 運(yùn) 動(dòng) ， 設(shè) 法 改 正 錯(cuò) 誤 。解 ： 繪 制 簡 圖計(jì) 算 自 由 度 n=3， P L=4， PH=1。 F=3n 2PL PH =3 3 2 4 1 = 0該 構(gòu) 件 組 合 不 能 運(yùn) 動(dòng) . b a c d 修 改 ， 使 F=1方 案 1： 在

15、 機(jī) 構(gòu) 的 適 當(dāng) 位 置 增 加 一 個(gè) 活 動(dòng) 構(gòu) 件 和 一 個(gè)低 副 ， 增 加 一 個(gè) 自 由 度 （ 3-2=1） 。 b a c d b a c d 方 案 2： 在 機(jī) 構(gòu) 的 適 當(dāng) 位 置 用 一 個(gè) 高 副 代 替 一 個(gè) 低 副， 減 少 一 個(gè) 約 束 。 b a c d 例 :圖 示 牛 頭 刨 床 設(shè) 計(jì) 方 案 草 圖 。 設(shè)計(jì) 思 路 為 ： 動(dòng) 力 由 曲 柄 1輸 入 ， 通 過 滑塊 2使 擺 動(dòng) 導(dǎo) 桿 3 作 往 復(fù) 擺 動(dòng) ， 并 帶動(dòng) 滑 枕 4作 往 復(fù) 移 動(dòng) ， 已 達(dá) 到 刨 削 加工 目 的 。 試 問 圖 示 的 構(gòu) 件 組 合 是 否 能達(dá) 到 此 目 的 ？ 如 果 不 能 ， 該 如 何 修 改 ？ 1 23 4 方 案 1 方 案 2 方 案 3 方 案 4 方 案 5 方 案 6 圖 1-7 圖 1-8 作 業(yè) P23-25: 2-15 2-19 2-20 附 加 ： 2-12