常用機(jī)構(gòu)-平面機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)簡圖

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常用機(jī)構(gòu),常用機(jī)構(gòu),各種機(jī)械中經(jīng)常使用的機(jī)構(gòu)。,各種機(jī)械中普遍使用的零件。,,,,,通用零件,第1章平面機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)簡圖,本章要點(diǎn)： 各種常用機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)副的概念 機(jī)構(gòu)自由度的概念,,,平面運(yùn)動(dòng)副 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖繪制 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算,,,應(yīng)掌握內(nèi)容：,第1章 平面機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)簡圖,1.1 平面運(yùn)動(dòng)副,,,構(gòu)件和構(gòu)件之間既要相互連接（接觸）在一起，又要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。而兩構(gòu)件之間這種可動(dòng)的連接（接觸）就稱為運(yùn)動(dòng)副。,運(yùn)動(dòng)副元素：兩構(gòu)件上直接參加接觸構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的部分。,1.1.1 運(yùn)動(dòng)副,運(yùn)動(dòng)副：,? 平面運(yùn)動(dòng)副,,,1.1.2 自由度和運(yùn)動(dòng)副約束,自由度：把構(gòu)件相對(duì)于參考系具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱為自由度,? 平面運(yùn)動(dòng)副,,,,按兩構(gòu)件接觸情況，常分為低副、高副兩大類。,1.低副 兩構(gòu)件以面接觸而形成的運(yùn)動(dòng)副。,(1) 轉(zhuǎn)動(dòng)副：只允許兩構(gòu)件作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，又稱作鉸鏈。,a)固定鉸鏈,一、平面運(yùn)動(dòng)副,? 平面運(yùn)動(dòng)副,,,b)活動(dòng)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副,,,(2) 移動(dòng)副：只允許兩構(gòu)件作相對(duì)移動(dòng)。,,移動(dòng)副,? 平面運(yùn)動(dòng)副,,,2.高副 兩構(gòu)件以點(diǎn)或線接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。,凸輪副,,? 平面運(yùn)動(dòng)副,? 平面運(yùn)動(dòng)副,,,齒輪副,? 平面運(yùn)動(dòng)副,,,二、空間運(yùn)動(dòng)副,若兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)均為空間運(yùn)動(dòng)，則稱為空間運(yùn)動(dòng)副。,螺旋副,球面副,? 第9章,,,1.2 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,1.2.1 運(yùn)動(dòng)副及構(gòu)件的表示方法,? 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,,,2.轉(zhuǎn)動(dòng)副,構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，如下圖表示。圖垂直于回轉(zhuǎn)軸線時(shí)用圖a表示； 圖面不垂直于回轉(zhuǎn)軸線時(shí)用圖b表示。 表示轉(zhuǎn)動(dòng)副的圓圈，其圓心必須與回轉(zhuǎn)軸線重合。 一個(gè)構(gòu)件具有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，則應(yīng)在兩條交叉處涂黑，或在其內(nèi)畫上斜線。,,? 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,,,3. 移動(dòng)副,兩構(gòu)件組成移動(dòng)副，其導(dǎo)路必須與相對(duì)移動(dòng)方向一致。,? 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,,,4. 平面高副,兩構(gòu)件組成平面高副時(shí)，其運(yùn)動(dòng)簡圖中應(yīng)畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓，對(duì)于凸輪、滾子，習(xí)慣劃出其全部輪廓；對(duì)于齒輪，常用點(diǎn)劃線劃出其節(jié)圓。,? 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,,,1.2.2 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的步驟,1）功能分析。確定機(jī)械系統(tǒng)的總功能和進(jìn)行功能分解。,2）繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。,3）執(zhí)行（工作）機(jī)構(gòu)選型。,4）繪制機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案圖。,5）機(jī)構(gòu)的尺度綜合。,6）繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡圖。,? 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,,,例 題 1,試?yán)L制內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖,? 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,,,例 題 1,,解：1）分析運(yùn)動(dòng)，確定構(gòu)件的類型和數(shù)量,2）確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目,3）選擇視圖平面,4）選取比例尺，根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸，定出各運(yùn)動(dòng)副間的相對(duì)位置,5）畫出各運(yùn)動(dòng)副和機(jī)構(gòu)符號(hào)，并表示出各構(gòu)件,? 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,,,例 題 1,? 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,,,例 題 2,繪制右圖所示機(jī)構(gòu)模型的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖,解：觀察動(dòng)畫可知，構(gòu)件１、４構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，中心為Ｃ點(diǎn)；構(gòu)件１、２在Ａ點(diǎn)構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；構(gòu)件２、３在Ｂ點(diǎn)構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；構(gòu)件３、４構(gòu)成移動(dòng)副。 由于構(gòu)件３、４的表達(dá)不同，該機(jī)構(gòu)模型的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖有兩種，分別稱為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和搖塊機(jī)構(gòu)。這個(gè)例子說明：實(shí)現(xiàn)同樣功能的機(jī)械是可以用不同的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。,,,1.3 平面機(jī)構(gòu)的自由度,1.實(shí)例分析,不能產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),1.3.1 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,,,給定構(gòu)件1運(yùn)動(dòng)參數(shù) = ( t )，構(gòu)件2、3、4的運(yùn)動(dòng)是不確定的,再給定構(gòu)件4運(yùn)動(dòng)參數(shù) = ( t )，構(gòu)件2、3的運(yùn)動(dòng)是確定的,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,2.結(jié)論,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)參數(shù)的數(shù)目稱機(jī)構(gòu)的自由度。,平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：機(jī)構(gòu)原動(dòng)件個(gè)數(shù)應(yīng)等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目。,◆原動(dòng)件數(shù)＜自由度數(shù)，機(jī)構(gòu)無確定運(yùn)動(dòng),原動(dòng)件數(shù)＞自由度數(shù)，機(jī)構(gòu)在薄弱處損壞,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,1.3.2 平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算,1.構(gòu)件自由度,一個(gè)構(gòu)件未用運(yùn)動(dòng)副與其它構(gòu)件連接之前，有三個(gè)自由度。,當(dāng)用運(yùn)動(dòng)副連接后，構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到約束，失去一些自由度。運(yùn)動(dòng)副不同，失去的自由度數(shù)目和保留的自由度數(shù)目也不同。,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,2.計(jì)算公式,n：機(jī)構(gòu)中活動(dòng)構(gòu)件數(shù)； Pl ：機(jī)構(gòu)中低副數(shù)；,Ph ：機(jī)構(gòu)中高副數(shù)； F ：機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)；,F = 3n - 2Pl - Ph,3.計(jì)算實(shí)例,n = 3, Pl = 4, Ph = 0,F = 3n - 2Pl - Ph,=3×3 - 2Pl - Ph,=3×3 - 2×4 - 0,設(shè),則,= 1,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,計(jì)算實(shí)例,n =5, Pl = 7, Ph = 0,F = 3n – 2Pl – Ph,= 3×5 – 2×7 – 0,= 1,解：,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,1.3.3 自由度計(jì)算時(shí)應(yīng)注意的幾種情況,1.復(fù)合鉸鏈,2.局部自由度,3.虛約束,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,三個(gè)構(gòu)件在同一軸線處，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。 推理：m個(gè)構(gòu)件時(shí)，有m – 1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,慣性篩機(jī)構(gòu),C處為復(fù)合鉸鏈,◆計(jì)算中注意觀察是否有復(fù)合鉸鏈，以免漏算轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)目，出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤。,n = 5, Pl = 7, Ph = 0,= 3×5 -2×7 – 0 = 1,F = 3n - 2Pl – Ph,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,滾子的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度并不影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，屬局部自由度。,,計(jì)入局部自由度時(shí)n = 3, Pl = 3, Ph = 1F =3×3 - 2×- 1 = 2 與實(shí)際不符,,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,應(yīng)除去局部自由度，即把滾子和從動(dòng)件看作一個(gè)構(gòu)件。,處理方法,◆實(shí)際結(jié)構(gòu)上為減小摩擦采用局部自由度，“除去”指計(jì)算中不計(jì)入，并非實(shí)際拆除。,N = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 3×2 - 2×2 – 1 = 1,與實(shí)際相符,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,n = 4, Pl =6, Ph = 0,構(gòu)件5給機(jī)構(gòu)引入三個(gè)自由度，四個(gè)約束。多出的一個(gè)約束對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立的限制作用，是虛約束。,與實(shí)際不符,F = 3×4 -2×6 – 0 = 0,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,n = 3, Pl =4, Ph =0 F = 3×3 - 2×4 – 0 = 1,處理方法,與實(shí)際相符,應(yīng)除去虛約束，即將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件5及運(yùn)動(dòng)副除去不計(jì)。,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,1.兩構(gòu)件未組成運(yùn)動(dòng)副前，連接點(diǎn)處的軌跡已重合為一，組成的運(yùn)動(dòng)副存在虛約束。,◆計(jì)算中應(yīng)將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副一起除去不計(jì)。,虛約束常見情況及處理,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,虛約束常見情況及處理,◆計(jì)算中只計(jì)入一個(gè)移動(dòng)副。,2.兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副，且導(dǎo)路相互平行或重合時(shí)，只有一個(gè)移動(dòng)副起約束作用，其余為虛約束。,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,3.兩構(gòu)件組成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且軸線重合，只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副起約束作用，其余為約束。,虛約束常見情況及處理,◆計(jì)算中只計(jì)入一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,虛約束常見情況及處理,◆計(jì)算中應(yīng)將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副一起除去不計(jì)。,4.兩構(gòu)件兩點(diǎn)間未組成運(yùn)動(dòng)副前距離保持不變，兩點(diǎn)間用另一構(gòu)件連接時(shí)，將產(chǎn)生虛約束。,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,虛約束常見情況及處理,◆計(jì)算中應(yīng)將對(duì)稱部分除去不計(jì)。,5.機(jī)構(gòu)中對(duì)運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對(duì)稱部分，將產(chǎn)生虛約束。,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)的影響,◆機(jī)構(gòu)中虛約束是實(shí)際存在的，計(jì)算中所謂“除去不計(jì)”是從運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)分析做的假想處理，并非實(shí)際拆除。,·虛約束是在一些特定的幾何條件下引入的，如“平行”、“重合”、“距離不變”等。如果幾何條件不滿足，虛約束會(huì)轉(zhuǎn)化為有效約束。,·機(jī)構(gòu)中引入虛約束是為了受力均衡，增大剛度等，同時(shí)也提高了對(duì)制造和裝配精度的要求。,F=3n－2PL－PH=3×7－2×9－1×1=2,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,例 題 3,計(jì)算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度,,解：滾子Ｆ處是一個(gè)局部自由度；推桿與機(jī)架在Ｅ和E'組成兩個(gè)導(dǎo)路平行的移動(dòng)副，其中之一為虛約束；Ｃ處是復(fù)合鉸鏈。今將滾子與推桿焊成一體，去掉移動(dòng)副E‘并在Ｃ點(diǎn)注明轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)，如圖b)所示，由圖b)得，n=7，PL =9（7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副、2個(gè)移動(dòng)副），PH=1，故由得：,,已知： AB∥EF∥CD AB＝EF＝CD,F＝3×6－2 ×7－2＝2,,,? 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,例 題 4,計(jì)算如圖所示機(jī)構(gòu)的自由度。,