機械原理自由度課件

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1、第 1章 平 面 機 構 的 結 構 分 析 基 本 要 求 及 重 點 、 難 點 運 動 副 及 其 分 類 平 面 機 構 運 動 簡 圖 平 面 機 構 的 自 由 度 計 算 基 本 要 求 和 重 點 了 解 研 究 機 構 結 構 的 目 的 、 機 構 的 組 成 ，熟 練 掌 握 運 動 簡 圖 的 繪 制 和 機 構 自 由 度 的計 算 ， 會 進 行 平 面 機 構 組 成 原 理 和 結 構 分析 1.1 研 究 機 構 的 目 的1、 探 討 機 構 運 動 的 可 能 性 和 確 定 性2、 對 機 構 按 結 構 進 行 分 類 ， 并 建 立 運動 分 析 和

2、 動 力 分 析 的 一 般 方 法3、 了 解 機 構 的 組 成 原 理4、 繪 制 機 構 運 動 簡 圖 1.2 運 動 副 、 運 動 鏈 和 機 構1、 運 動 副 ： 兩 個 構 件 直 接 接 觸 形 成 的 可 動 聯(lián) 接 。2、 運 動 副 元 素 ： 兩 構 件 構 成 運 動 副 時 直 接 接 觸 的 點 、線 、 面 部 分 。 自 由 度 和 約 束 自 由 度 ： 構 件 具 有 的 獨 立 運 動 的 數(shù) 目（ 確 定 構 件 位 置 的 獨 立 參 變 量 的 數(shù) 目 約 束 ： 對 獨 立 運 動 所 加 的 限 制 3、 運 動 副 分 類 ：（ 1）

3、按 運 動 副 的 接 觸 形 式 分 為 低 幅 和 高 副低 幅 ： 面 與 面 接 觸 的 運 動 副 ； 接 觸 面 壓 強 較 低 。高 副 ： 點 或 線 接 觸 的 運 動 副 。 接 觸 面 壓 強 較 高 ， 易 磨 損 。 常 見 低 幅 常 見 高 副 （ 2） 按 相 對 運 動 形 式 分 平 面 副 和 空 間 副 平 面 副 空 間 副 運 動 鏈 由 兩 個 或 兩 個 以 上 構 件 通 過 運 動 副 聯(lián) 接 而構 成 的 系 統(tǒng) 。 分 兩 類 ： 閉 式 和 開 式 。 開 式 運 動 鏈 機 構 原 動 件 ： 按 給 定 運 動 規(guī) 律 獨力 運 動

4、 的 構 件 。 從 動 件 ： 其 余 的 活 動 構 件 。 機 架 ： 固 定 不 動 的 構 件 。 機 構 分 類 ： 閉 式 鏈 機 構 和 開 式 鏈 機 構 。 1.2 平 面 機 構 的 運 動 簡 圖 必 須 與 原 機 構 具 有 完 全 相 同 的 運 動 特 性 ， 它 不 僅 可以 用 來 表 示 機 構 的 運 動 情 況 ， 而 且 還 可 以 根 據(jù) 機 構 簡 圖對 機 構 進 行 運 動 分 析 和 受 力 分 析 ， 它 是 一 種 用 簡 單 線 條和 符 號 表 示 機 構 的 工 程 圖 形 語 言 。 應 表 明 ： 機 構 的 種類 ， 構 件

5、 的 數(shù) 目 及 相 互 傳 動 的 路 線 ， 運 動 副 的 種 類 、 數(shù)目 。 沒 有 嚴 格 按 比 例 繪 制 的 簡 圖 稱 為 機 構 示 意 圖 。1.2.1 機 構 運 動 簡 圖 及 其 用 途機 構 運 動 簡 圖 用 國 標 規(guī) 定的 簡 單 符 號 和 線 條 表 示 運 動 副 和 構件 ， 并 按 一 定 的 比 例 表 示 運 動 副 的位 置 ， 這 種 用 來 說 明 機 構 各 構 件 間相 對 運 動 關 系 的 圖 形 ， 稱 為 機 構 運動 簡 圖 。 運 動 副 與 構 件 的 表 示 方 法 2. 運 動 副 的 表 示 方 法 3. 構 件

6、 的 表 示 方 法 轉 動 副 符 號 移 動 副 符 號 高 副 符 號 1. 構 件 的 種 類 1） 固 定 件 或 機 架 ； 2） 原 動 件 ； 3） 從 動 件*必須有一個機架，至少有一個原動件，其余為活動構件。 用 途 ： 分 析 現(xiàn) 有 機 械 ， 構 思 設 計 新 機 械 。 其 他 零 部 件 的 表 示 方 法 可 參 看 G B446084“ 機 構 運動 簡 圖 符 號 ” 。 繪 制 小 型 壓 力 機 機 構 運 動 簡 圖 1.3 平 面 機 構 的 自 由 度 自 由 度 可 能 出 現(xiàn) 的 獨 立 運 動 稱 為 構 件 的 自 由 度 。 設 平 面

7、 機 構 共 有 N個 構 件 ， 低 副 和 高 副 數(shù) 目 分 別 為 PL和 PH，如 將 機 構 中 某 一 構 件 固 定 為 機 架 ， 則 機 構 中 的 活 動 構 件 數(shù) 為n=N 1。 由 于 活 動 構 件 給 機 構 帶 進 3n個 自 由 度 ， 而 機 構 中 全 部運 動 副 所 引 入 的 約 束 總 數(shù) 為 2 PL + PH。 因 此 活 動 構 件 的 自 由 度總 數(shù) 減 去 由 運 動 副 引 入 的 約 束 總 數(shù) 就 是 該 機 構 的 自 由 度 ， 用 F表 示 ， 即 HL23 PPnF 1.3.1 平 面 機 構 自 由 度 及 其 計 算

8、 公 式 1.3.2 機 構 具 有 確 定 相 對 運 動 的 條 件 機 構 具 有 確 定 相 對 運 動 的 條 件 : 機 構 的 自 由 度 等 于 原 動 件 個 數(shù) 。原 動 件 活塞 ， 自 由度 為 1。將 直 線 運動 變 位 往復 擺 動 。 1.3.3 計 算 平 面 機 構 自 由 度 的 注 意 事 項 1 復 合 鉸 鏈 兩 個 以 上 的 構 件 在 同 一 軸 線 上 用 轉動 副 連 接 起 來 形 成 復 合 鉸 鏈 。 由 K個 構件 匯 交 成 的 復 合 鉸 鏈 應 當 包 含 (K 1)個回 轉 副 。 計 算 時 不 可 漏 算 。 計 算 自

9、 由 度 17*25*3 23 HL ppnFA為 復 合 鉸 鏈 例 ： 計 算 圖 所 示 圓 盤 鋸 主 體機 構 的 自 由 度 。 解 機 構 中 有 7個 活 動 構 件 ，n =7， E， B， C， D 4處都 是 3個 構 件 匯 交 成 的 復合 鉸 鏈 ， 各 有 二 個 回 轉副 ， 故 PL=10。 11027323 HL PPnFF與 機 構 原 動 件 個 數(shù) 相 等 。 因 此 ， 當 原 動 件 8轉 動 時 ， 圓 盤 中 心E將 確 定 地 沿 直 線 EE 移 動 。 2 局 部 自 由 度 機 構 中 某 些 構 件 所 具 有 的 自 由 度 僅 與

10、 其 自 身 的 局 部 運動 有 關 ， 并 不 影 響 其 它 構 件 的 運 動 ， 則 稱 該 自 由 度 為 局 部自 由 度 。 發(fā) 生 場 合 ： 有 滾 子 的 地 方 ， 就 一 定 有 局 部 自 由 度 解 決 方 法 ： 將 滾 子 與 安 裝 滾 子 的 構 件 固 結 在 一 起 ， 將二 者 視 為 一 個 構 件 。 3 虛 約 束 在 特 定 幾 何 條 件 或 結 構 條 件 下 ， 某 些 運 動 副 所 引 入 的約 束 可 能 與 其 它 運 動 副 所 起 的 限 制 作 用 一 致 ， 這 種 不 起 獨立 限 制 作 用 的 重 復 約 束 為

11、序 約 束 ， 計 算 自 由 度 時 去 掉 。 虛 約 束 經 常 出 現(xiàn) 場 合 ：（ 1） 兩 構 件 構 成 多 個 運 動 副 時兩 構 件 構 成 多 個 轉 動 副 ， 但 其 軸 線 相 重 合 ： 為 了 改 善 構 件受 力 情 況 。 兩 構 件 構 成 多 個 運 動 副 時 ， 但 其 導 路 相 互 平 行 或 重合 ： 為 了 改 善 構 件 受 力 情 況 。 兩 構 件 組 成 多 個 平 面 高 副 ， 但 接 觸 點 之間 的 距 離 為 常 數(shù) （ 2） 兩 構 件 上 某 兩 點 間 的 距 離 在 運 動 過程 中 始 終 保 持 不 變 。 （

12、3） 聯(lián) 接 構 件 與 被 聯(lián) 接 構 件 上 聯(lián) 接 點 的軌 跡 重 合 （ 4） 機 構 中 對 運 動 不 起 作 用 的 對 稱 部 分 計 算 圖 示 大 篩 機 構 的 自 由 度復 合 鉸 鏈 ： C點 ； 局 部 自 由 度 ： 滾 在 9與 活 塞 4視 為 一 體 ；虛 約 束 ： 與 兩 處 移 動 副 ， 去 掉 一 個 虛 約 束 ； 彈 簧10不 影 響 機 構 自 由 度 ， 去 掉 。 得 機 構 1.4 機 構 的 組 成 原 理 和 結 構 分 析1.4.1 平 面 機 構 的 高 副 低 代 根 據(jù) 一 定 條 件 對 機 構 中 的 高 副 以 低

13、副 代 替 ，稱 為 高 副 低 代 。 代 替 條 件 ： 代 替 前 后 機 構 自 由 度 不 變 ； 瞬 時度 和 瞬 時 加 速 度 不 變 。 方 法 ： 一 個 構 件 加 兩 個 低 幅 。 構 件 ： 過 接 觸點 法 線 ， 兩 個 低 幅 ： 即 為 接 觸 點 圓 弧 曲 率 中 心 。 高 副 接 觸 有 三 種 ： 圓 弧 和 圓 弧 接 觸 ； 點 和 圓弧 接 觸 ； 線 和 圓 弧 接 觸 。 1、 圓 弧 和 圓 弧 接 觸（ 1） 圓 形 曲 線 ： 圖 示 ， 兩 構 件 在 c點 構 成 高 副 ， 機 構在 運 動 過 程 中 ， AO 1、 BO

14、、 O 1O 長 度 不 變 ， 用 一 桿O 1O 加 兩 副 O 1和 O 代 替 了 原 高 副 C。 （ 2） 非 圓 形 曲 線由 于 曲 線 各 處 曲 率 中 心 的 位 置 不 同 ， 故 在 機 構 運 動 中 隨 著接 觸 點 的 改 變 ， 曲 率 中 心 O O 1相 對 于 構 件 1、 2的 位 置 及O O 1間 的 距 離 也 會 隨 之 改 變 。 因 此 對 于 一 般 的 高 副 機 構 ，在 不 同 的 位 置 有 不 同 的 瞬 時 替 代 機 構 。 實 例如 果 是 一 對 齒 輪 ， 如 何 替 代 ？ 2、 點 和 圓 弧 接 觸 2、 直 線

15、 和 圓 弧 接 觸 1.4.2 機 構 的 組 成 原 理 （ 低 副 機 構 ） 任 何 機 構 中 都 包 含 原 動 件 、 機 架 和 從 動 件 系統(tǒng) 三 部 分 ， 而 原 動 件 的 個 數(shù) 與 自 由 度 相 等 ， 所 以去 掉 原 動 件 ， 從 動 件 系 統(tǒng) 的 自 由 度 為 零 。 桿 組 ： 從 動 件 系 統(tǒng) 可 分 解 成 若 干 個 不 可 再 分的 自 由 度 為 零 的 構 件 組 合 ， 稱 為 基 本 桿 組 。 簡 稱桿 組 。 分 類 ： 從 動 件 系 統(tǒng) 的 自 由 度 F=3n-2PL=01） n=2， P L=3 -二 類 桿 組 （

16、二 桿 三 副 ）2） n=4， PL=6 -多 類 桿 組 （ 四 桿 六 副 ）更 高 級 別 的 基 本 桿 組 在 實 際 機 構 中 很 少 遇 到 。 常 見 二 級 桿 組 ： 常 見 多 級 桿 組 ： 最 常 見 的 是 如 左圖 所 示 的 三 級桿 組 。 其 特 征是 具 有 一 個 三副 構 件 ， 而 每個 內 副 所 聯(lián) 接的 分 支 機 構 是雙 福 機 構 。 機 構 的 組 成 原 理 ： 把 若 干 個 自 由 度 為 零 的 基 本 桿 組 依 次 聯(lián) 接 到原 動 件 和 機 架 上 ， 就 可 組 成 一 個 新 的 機 構 ， 其 自由 度 數(shù) 與 原 動 件 數(shù) 目 相 等 。設 計 機 構 的 準 則 ： 在 滿 足 相 同 工 作 要 求 的 前 提 下 ，機 構 的 結 構 越 簡 單 ， 桿 組 的 級 別 越 低 ， 構 件 的 運動 副 數(shù) 目 越 少 越 好 。 1、 拆 桿 組 ： 流 程 如 下 圖1.4. 機 構 的 結 構 分 析 實 例 1 拆 成 4個 二 級 桿 組 實 例 2 機 構 的 級 別 ：