機構(gòu)運動簡圖及平面機構(gòu)自由度

1、機構(gòu)運動簡圖及平面機構(gòu)自由度基本要求基本要求l弄清運動副、運動鏈、約束和自由度等基本概念；弄清運動副、運動鏈、約束和自由度等基本概念；l掌握繪制常見機構(gòu)運動簡圖的方法；掌握繪制常見機構(gòu)運動簡圖的方法；l熟練掌握平面機構(gòu)的自由度計算；熟練掌握平面機構(gòu)的自由度計算；1.研究機構(gòu)的組成及其具有確定運動的條件研究機構(gòu)的組成及其具有確定運動的條件2.按結(jié)構(gòu)特點對機構(gòu)進行分類按結(jié)構(gòu)特點對機構(gòu)進行分類 弄清機構(gòu)包含哪幾個部分弄清機構(gòu)包含哪幾個部分;各部分如何相聯(lián)？各部分如何相聯(lián)？ 以及怎樣的結(jié)構(gòu)才能保證具有確定的相對運動？以及怎樣的結(jié)構(gòu)才能保證具有確定的相對運動？ 這對于這對于設(shè)計新的機構(gòu)顯得尤其重要。設(shè)計

2、新的機構(gòu)顯得尤其重要。機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析研究內(nèi)容及目的機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析研究內(nèi)容及目的不同的機構(gòu)都有各自的特點，把各種機構(gòu)按結(jié)構(gòu)加以分不同的機構(gòu)都有各自的特點，把各種機構(gòu)按結(jié)構(gòu)加以分類，其目的是按其分類建立運動分析和動力分析的一般類，其目的是按其分類建立運動分析和動力分析的一般方法。方法。4.研究機構(gòu)的組成原理研究機構(gòu)的組成原理 3.繪制機構(gòu)運動簡圖繪制機構(gòu)運動簡圖 目的是為運動分析和動力分析作準(zhǔn)備。目的是為運動分析和動力分析作準(zhǔn)備。目的是搞清楚按何種規(guī)律組成的機構(gòu)能滿足運動確定目的是搞清楚按何種規(guī)律組成的機構(gòu)能滿足運動確定性的要求。性的要求。一、機構(gòu)的組成要素一、機構(gòu)的組成要素機構(gòu)是用來傳遞運動和力

3、的、有一個構(gòu)件為機架的、用運動機構(gòu)是用來傳遞運動和力的、有一個構(gòu)件為機架的、用運動副聯(lián)接起來的構(gòu)件系統(tǒng)（副聯(lián)接起來的構(gòu)件系統(tǒng)（GB10853-89）3.1機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成兩個要素：兩個要素：1、構(gòu)件、構(gòu)件所謂構(gòu)件是指機器中獨立的運動單元。所謂構(gòu)件是指機器中獨立的運動單元。零件是加工制造的單元。零件是加工制造的單元。2、運動副、運動副對運動副的理解要把握以下三點：對運動副的理解要把握以下三點：組成運動副的兩個構(gòu)件之間能相對運動組成運動副的兩個構(gòu)件之間能相對運動兩構(gòu)件組成的直接接觸而又能產(chǎn)生相對運動的活動聯(lián)接兩構(gòu)件組成的直接接觸而又能產(chǎn)生相對運動的活動聯(lián)接稱為運動副。稱為運動副。兩構(gòu)件參與接觸

4、而構(gòu)成運動副的部分稱為運動副元素。兩構(gòu)件參與接觸而構(gòu)成運動副的部分稱為運動副元素。運動副由兩個構(gòu)件組成；運動副由兩個構(gòu)件組成；運動副是一種聯(lián)接運動副是一種聯(lián)接,兩構(gòu)件直接接觸；兩構(gòu)件直接接觸；運動副元素不外乎為點、線、面運動副元素不外乎為點、線、面。螺旋副螺旋副球面副球面副轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副移動副移動副運動副類型運動副類型（1）按運動副相對運動形式分）按運動副相對運動形式分低副低副: : 兩構(gòu)件通過面接觸而構(gòu)成兩構(gòu)件通過面接觸而構(gòu)成的運動副統(tǒng)稱為低副的運動副統(tǒng)稱為低副; ; 2.按運動副接觸形式分按運動副接觸形式分高副高副: : 凡兩構(gòu)件系通過點或凡兩構(gòu)件系通過點或線接觸而構(gòu)成的運動副統(tǒng)稱線接觸而構(gòu)

5、成的運動副統(tǒng)稱為高副為高副; ;螺旋副螺旋副球面副球面副3.按運動副的運動空間分按運動副的運動空間分:平面運動副平面運動副: :指構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件之間的相對運動為平指構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件之間的相對運動為平面運動的運動副面運動的運動副; ;空間運動副空間運動副: :指構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件之間的相對運指構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件之間的相對運動為空間運動。動為空間運動。二、運動鏈二、運動鏈閉鏈閉鏈: : 運動鏈的各構(gòu)運動鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首尾封閉的件構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。系統(tǒng)。開鏈開鏈: : 運動鏈的各運動鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首尾封構(gòu)件未構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。閉的系統(tǒng)。運動鏈運動鏈: :指兩個以上的構(gòu)件通過運動副聯(lián)接而構(gòu)

6、成的相指兩個以上的構(gòu)件通過運動副聯(lián)接而構(gòu)成的相對可動的系統(tǒng)。對可動的系統(tǒng)。三、機構(gòu)三、機構(gòu)機構(gòu)機構(gòu): :在運動鏈中將一構(gòu)件加在運動鏈中將一構(gòu)件加以固定作為機架或參考構(gòu)件以固定作為機架或參考構(gòu)件, , 則則運動鏈便成為機構(gòu)。運動鏈便成為機構(gòu)。機架：機構(gòu)中固定不動構(gòu)件。機架：機構(gòu)中固定不動構(gòu)件。原動件原動件: : 機構(gòu)中按給定的運動機構(gòu)中按給定的運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件。規(guī)律獨立運動的構(gòu)件。從動件從動件: :機構(gòu)其余活動構(gòu)件。機構(gòu)其余活動構(gòu)件。3.2 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖DCBA1432完全反映原機械具有的運動特性。完全反映原機械具有的運動特性。為什么要畫機構(gòu)運動簡圖？為什么要畫機構(gòu)運動簡圖？模

7、型不是越真實越好，在滿足應(yīng)模型不是越真實越好，在滿足應(yīng)用要求的前提下，越簡單越好！用要求的前提下，越簡單越好！機構(gòu)運動簡圖的要求機構(gòu)運動簡圖的要求A 滿足應(yīng)用要求：分析機構(gòu)組成滿足應(yīng)用要求：分析機構(gòu)組成 工作原理工作原理 運動分析、受力分析運動分析、受力分析B 表達簡捷表達簡捷C 符號統(tǒng)一、便于交流符號統(tǒng)一、便于交流機構(gòu)的運動特性與哪些因素有關(guān)？機構(gòu)的運動特性與哪些因素有關(guān)？運動副類型運動副類型構(gòu)件構(gòu)件原動件運動規(guī)律原動件運動規(guī)律運動副相對位置運動副相對位置與構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、與構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀、運動副的具體構(gòu)造是否相關(guān)？運動副的具體構(gòu)造是否相關(guān)？機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖為了表明機構(gòu)結(jié)

8、構(gòu)狀況為了表明機構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況, , 不要求嚴(yán)格地按比例而繪制不要求嚴(yán)格地按比例而繪制的簡圖稱為機構(gòu)的示意圖。的簡圖稱為機構(gòu)的示意圖。 指根據(jù)機構(gòu)的運動尺寸指根據(jù)機構(gòu)的運動尺寸, , 按一定的比例尺定出各運動按一定的比例尺定出各運動副的位置副的位置, , 并用國標(biāo)規(guī)定的簡單線條和符號代表構(gòu)件和運并用國標(biāo)規(guī)定的簡單線條和符號代表構(gòu)件和運動副，繪制出表示機構(gòu)運動關(guān)系的簡明圖形。動副，繪制出表示機構(gòu)運動關(guān)系的簡明圖形。常用運動副的符號常用運動副的符號運動副符號運動副符號兩運動構(gòu)件構(gòu)成的運動副兩運動構(gòu)件構(gòu)成的運動副轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動副副移動移動副副121212121212212121平平面面運運動動副副兩構(gòu)件之一為

9、固定時的運動副兩構(gòu)件之一為固定時的運動副12122112122112運動副運動副名稱名稱平面平面高副高副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球球銷銷副副1212空空間間運運動動副副122112平平面面運運動動副副21構(gòu)件的表示方法構(gòu)件的表示方法 桿、軸構(gòu)件桿、軸構(gòu)件固定構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件同一構(gòu)件三副構(gòu)件三副構(gòu)件 兩副構(gòu)件兩副構(gòu)件 構(gòu)件的表示方法構(gòu)件的表示方法常用機構(gòu)運動簡圖符號（摘自常用機構(gòu)運動簡圖符號（摘自GB/T4460- -1984）在在支支架架上上的的電電機機齒齒輪輪齒齒條條傳傳動動圓圓錐錐齒齒輪輪傳傳動動帶帶傳傳動動鏈鏈傳傳動動圓圓柱柱桿桿蝸蝸輪輪傳傳動動凸凸輪輪傳

10、傳動動外嚙合外嚙合圓柱齒圓柱齒輪傳動輪傳動常用機構(gòu)運動簡圖符號（續(xù)）常用機構(gòu)運動簡圖符號（續(xù)）常用機構(gòu)運動簡圖符號（續(xù)）常用機構(gòu)運動簡圖符號（續(xù)）內(nèi)嚙合內(nèi)嚙合圓柱齒圓柱齒輪傳動輪傳動棘棘輪輪機機構(gòu)構(gòu)畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實際外形，而只考慮運動副的性質(zhì)。畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實際外形，而只考慮運動副的性質(zhì)。3214（二）繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟與方法（二）繪制機構(gòu)運動簡圖的步驟與方法4. 4. 選擇適當(dāng)?shù)谋壤哌x擇適當(dāng)?shù)谋壤? , 用規(guī)定的簡單線條和各種運動副用規(guī)定的簡單線條和各種運動副符號符號, , 將機構(gòu)運動簡圖畫出來。將機構(gòu)運動簡圖畫出來。1.分析機構(gòu)的組成及運動情況，確定機構(gòu)中的機架、原分析

11、機構(gòu)的組成及運動情況，確定機構(gòu)中的機架、原動部分、傳動部分和執(zhí)行部分，以確定構(gòu)件和運動副的動部分、傳動部分和執(zhí)行部分，以確定構(gòu)件和運動副的數(shù)目。數(shù)目。2. 循著運動傳遞的路線，逐一分析每兩個構(gòu)件間相對運動的循著運動傳遞的路線，逐一分析每兩個構(gòu)件間相對運動的性質(zhì)，確定運動副的類型和數(shù)目性質(zhì)，確定運動副的類型和數(shù)目;還應(yīng)確定與機構(gòu)運動特性相還應(yīng)確定與機構(gòu)運動特性相關(guān)的運動要素：運動副間的相對位置；如轉(zhuǎn)動副中心的位置關(guān)的運動要素：運動副間的相對位置；如轉(zhuǎn)動副中心的位置和移動副導(dǎo)路的方位；高副的廓線形狀，包括其曲率中心和和移動副導(dǎo)路的方位；高副的廓線形狀，包括其曲率中心和曲率半徑等。曲率半徑等。3.

12、恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面：一般選擇與機械的多數(shù)構(gòu)件的運動平恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面：一般選擇與機械的多數(shù)構(gòu)件的運動平面相平行的平面作為投影面。面相平行的平面作為投影面。例例4-1 繪制顎式破碎機的構(gòu)運動簡圖繪制顎式破碎機的構(gòu)運動簡圖例例4-1 繪制顎式破碎機的構(gòu)運動簡圖繪制顎式破碎機的構(gòu)運動簡圖(1)機構(gòu)的組成及運動情況，機構(gòu)的組成及運動情況，共四個構(gòu)件：機架共四個構(gòu)件：機架1、偏心軸、偏心軸2、動顎、動顎3和肘板和肘板4(2)運動副的類型及數(shù)量運動副的類型及數(shù)量偏心軸與機架偏心軸與機架 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副A動顎與偏心軸動顎與偏心軸 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副B肘板與動顎肘板與動顎 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副C肘板與機架肘板與機架 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動

13、副D(3)選定投影面和比例尺選定投影面和比例尺,定出各定出各運動副的相對位置運動副的相對位置繪制出機構(gòu)運動簡圖繪制出機構(gòu)運動簡圖DCBA14324AB12C34AB12C34C13AB2123456，7例4-4泵機構(gòu)例4-5沖壓機構(gòu)給定一個獨立參數(shù)給定一個獨立參數(shù)11(t), 機構(gòu)運機構(gòu)運動唯一確定，該機構(gòu)僅需要一個動唯一確定，該機構(gòu)僅需要一個獨立參數(shù)。獨立參數(shù)。 若僅給定若僅給定11(t),則則2 3 4 均不均不能唯一確定。若同時給定能唯一確定。若同時給定1和和4 ，則則3 2 能唯一確定，該機構(gòu)需要兩能唯一確定，該機構(gòu)需要兩個獨立參數(shù)個獨立參數(shù) 。4 412341 1一、機構(gòu)具有確定運動

14、的條件一、機構(gòu)具有確定運動的條件3.3平面機構(gòu)的自由度平面機構(gòu)的自由度3211定義：保證機構(gòu)具有確定運動時所必須給定的定義：保證機構(gòu)具有確定運動時所必須給定的 獨立運動數(shù)目稱為機構(gòu)的自由度獨立運動數(shù)目稱為機構(gòu)的自由度。原動件原動件能獨立運動的構(gòu)件。能獨立運動的構(gòu)件。一個原動件只能提供一個獨立參數(shù)一個原動件只能提供一個獨立參數(shù)機構(gòu)具有確定運動的條件為：機構(gòu)具有確定運動的條件為：自由度原動件數(shù)自由度原動件數(shù)二、二、 平面機構(gòu)自由度的計算平面機構(gòu)自由度的計算作平面運動的剛體的位置需要三個獨立的作平面運動的剛體的位置需要三個獨立的參數(shù)（參數(shù)（x, y, ）才能唯一確定。）才能唯一確定。F = 3單個自

15、由構(gòu)件的自由度為單個自由構(gòu)件的自由度為 3(x , y)yx0自由構(gòu)自由構(gòu)件的自件的自由度數(shù)由度數(shù)運動副運動副 自由度數(shù)自由度數(shù) 約束數(shù)約束數(shù)回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副 1（） + 2（x，y） = 3yx12Syx12R=2, F=1R=2, F=1R=1, F=2結(jié)論：構(gòu)件自由度結(jié)論：構(gòu)件自由度3約束數(shù)約束數(shù)移動副移動副 1（x） + 2（y，）= 3高高 副副 2（x,） + 1（y） = 3經(jīng)運動副相聯(lián)后，構(gòu)件自由度會有變化：經(jīng)運動副相聯(lián)后，構(gòu)件自由度會有變化： 自由構(gòu)件的自由度數(shù)約束數(shù)自由構(gòu)件的自由度數(shù)約束數(shù)xy21活動構(gòu)件數(shù)活動構(gòu)件數(shù) n 計算公式：計算公式： F=3n(2PL +Ph )要求：

16、記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。要求：記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。構(gòu)件總自由度構(gòu)件總自由度 低副約束數(shù)低副約束數(shù) 高副約束數(shù)高副約束數(shù) 3n 2 PL1 Ph計算曲柄滑塊機構(gòu)的自由度。計算曲柄滑塊機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)低副數(shù)PL=4F=3n 2PL PH =33 24 =1 高副數(shù)高副數(shù)PH=0S3123推廣到一般：推廣到一般： 計算五桿鉸鏈機構(gòu)的自由度計算五桿鉸鏈機構(gòu)的自由度解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n=4低副數(shù)低副數(shù)PL=5F=3n 2PL PH =34 25 =2 高副數(shù)高副數(shù)PH=012341計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件

17、數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n=2低副數(shù)低副數(shù)PL=2F=3n 2PL PH =32 221 =1高副數(shù)高副數(shù)PH= 1123三、計算平面機構(gòu)自由度的注意事項三、計算平面機構(gòu)自由度的注意事項計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)低副數(shù)PL=6F=3n 2PL PH 高副數(shù)高副數(shù)PH=0=37 26 0=9計算結(jié)果肯定不對！計算結(jié)果肯定不對！12345678ABCDEF1.復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈 兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)。副相聯(lián)。計算：計算：m個構(gòu)件個構(gòu)件,有有m1轉(zhuǎn)動副。轉(zhuǎn)動副。兩個低副兩個低副在在B、C、D、E四處

18、應(yīng)各有四處應(yīng)各有 2 個運動副。個運動副。計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)低副數(shù)PL=10F=3n 2PL PH =37 2100 =1可以證明：可以證明：F點的軌跡為一直線。點的軌跡為一直線。81234567ABCDEFPeaucellier 精確直線機構(gòu)精確直線機構(gòu)FG 準(zhǔn)確識別復(fù)合鉸鏈舉例準(zhǔn)確識別復(fù)合鉸鏈舉例關(guān)鍵：分辨清楚哪幾個構(gòu)件在同一處形成了轉(zhuǎn)動副關(guān)鍵：分辨清楚哪幾個構(gòu)件在同一處形成了轉(zhuǎn)動副 123134212341321432312兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動

19、副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副計算圖示兩種凸輪機構(gòu)的自由度。計算圖示兩種凸輪機構(gòu)的自由度。解：解：n=3，PL=3，F(xiàn)=3n 2PL PH =33 23 1 =2PH=1對于右邊的機構(gòu)，有：對于右邊的機構(gòu)，有： F=32 22 1=1事實上，兩個機構(gòu)的運動相同，且事實上，兩個機構(gòu)的運動相同，且F=11231232.局部自由度局部自由度 F=32 22 1 =1定義：構(gòu)件局部運動所產(chǎn)生的自由度，并不影響定義：構(gòu)件局部運動所產(chǎn)生的自由度，并不影響整個機構(gòu)的運動。整個機構(gòu)的運動。出現(xiàn)在加裝滾子的場合，出現(xiàn)在加裝滾子的場合，計算時應(yīng)去掉滾子和鉸鏈：計算時應(yīng)去掉滾子和鉸鏈：滾子的作用：滑動摩擦滾子的作

20、用：滑動摩擦滾動摩擦。滾動摩擦。123123解：解：n=4， PL=6，F(xiàn)=3n 2PL PH =34 26 =0PH=03.虛約束虛約束 對機構(gòu)的運動實際上不起作用的約束。對機構(gòu)的運動實際上不起作用的約束。計算自由度時應(yīng)去掉虛約束。計算自由度時應(yīng)去掉虛約束。 FEAB CD ，故增加構(gòu)件故增加構(gòu)件4前后前后E點的軌跡都是點的軌跡都是圓弧，。圓弧，。增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件4。已知：已知：ABCDEF，計算圖示平，計算圖示平行四邊形行四邊形 機構(gòu)的自由度。機構(gòu)的自由度。 1234ABCDEF重新計算：重新計算：n=3, PL=4, PH=0F=3n 2PL PH =33 24 =1特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：1234ABCDEF4F已知：已知：ABCDEF，計算圖示平行四邊形，計算圖示平行四邊形 機構(gòu)的自由度。機構(gòu)的自由度。 ABCDEF虛約束虛約束出現(xiàn)虛約束的場合：出現(xiàn)虛約束的場合： 1.兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點