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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 活動(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)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 2 移動(dòng)副 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形狀 其曲率中心須與實(shí)際輪廓相同 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) 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)?shù)谋壤?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 10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 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 0 F 3n 2PL PH 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 兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接 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 2PL 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?yōu)闈L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 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 帶虛約束的曲軸 4 軌跡重合 平行四邊形機(jī)構(gòu) 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 有兩處虛約束 C處存在局部自由度 n 4 PL 4 PH 2F 3n 2PL PH 3 4 2 4 2 2 局部自由度 虛約束 解 例 求圖示機(jī)構(gòu)的自由度 例 求圖示機(jī)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 1F 3n 2PL 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 PL 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) 修改 使F 1方案1 在機(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 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 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 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 2 152 192 20附加 2 12