1、 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 與 應(yīng) 用機(jī)械工程學(xué)院工程3平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析目 錄 運(yùn)動(dòng)副及其分類1 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖2 平面機(jī)構(gòu)的自在度和機(jī)構(gòu)具 有確定運(yùn)動(dòng)的條件3顎式破碎機(jī) 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析顎式破碎機(jī) 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析圖3-1顎式破碎機(jī)1機(jī)架2偏心軸3動(dòng)顎4肘板5帶輪機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件怎樣聯(lián)接在一同？機(jī)構(gòu)具備什么條件才干具有確定的相對運(yùn)動(dòng)？本工程主要討論運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制方法；機(jī)構(gòu)自在度的計(jì)算；對已有構(gòu)件進(jìn)展任務(wù)分析、判別機(jī)構(gòu)能否具有確定相對運(yùn)動(dòng)，為機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供條件。平面機(jī)構(gòu)中構(gòu)件是靠運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接的，所以討論平面機(jī)構(gòu)首先要研討運(yùn)動(dòng)副。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析3.1運(yùn)動(dòng)副及其分類一、構(gòu)件的自在度圖3-2平面運(yùn)

2、動(dòng)剛體的自在度 一個(gè)做平面運(yùn)動(dòng)的自在構(gòu)件有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的能夠性。 如圖3 - 2所示, 在xOy坐標(biāo)系中, 構(gòu)件可隨其上任一點(diǎn)沿x軸、 y軸方向挪動(dòng)， 也可在xOy平面(繞垂直于xOy平面的軸線z)轉(zhuǎn)動(dòng), 這三個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)稱為該構(gòu)件的自在度。 因此，一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自在構(gòu)件有三個(gè)自在度。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析運(yùn)動(dòng)副 機(jī)構(gòu)是由多個(gè)構(gòu)件組成，機(jī)構(gòu)的每個(gè)構(gòu)件都是以一定的方式與其他構(gòu)件相互聯(lián)接。這種使構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接稱為運(yùn)動(dòng)副。 如：軸與軸承的聯(lián)接、活塞與氣缸的聯(lián)接、車輪與鋼軌以及一對傳動(dòng)齒輪兩個(gè)輪齒間的嚙合等都構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副。當(dāng)兩個(gè)構(gòu)件直接接觸組成運(yùn)動(dòng)副之后, 它們的相對運(yùn)動(dòng)就遭到限

3、制, 自在度隨之減少。 運(yùn)動(dòng)副是經(jīng)過點(diǎn)、線或面的接觸來實(shí)現(xiàn)的。按兩構(gòu)件間的接觸特性，平面運(yùn)動(dòng)副通常分為低副和高副兩類。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析二、低副 兩構(gòu)件經(jīng)過面接觸組成的運(yùn)動(dòng)副稱為低副。 平面機(jī)構(gòu)中的低副有轉(zhuǎn)動(dòng)副和挪動(dòng)副兩種。 (1)轉(zhuǎn)動(dòng)副 組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能在一個(gè)平面內(nèi)相對轉(zhuǎn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)副稱為轉(zhuǎn)動(dòng)副，如圖3-3a所示。(2)挪動(dòng)副 組成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)構(gòu)件只能沿某一軸線相對挪動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)副稱為挪動(dòng)副，如圖3-3b所示。圖3-3平面低副a)轉(zhuǎn)動(dòng)副b)挪動(dòng)副圖3-3平面低副a)轉(zhuǎn)動(dòng)副b)挪動(dòng)副 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析三、高副 兩構(gòu)件經(jīng)過點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副稱為高副。 如圖34a中的輪齒1與輪齒2在

4、接觸處A組成高副，圖34b中的凸輪3與從動(dòng)件4、圖34c中車輪6與鋼軌5等，分別組成高副。 組成平面高副兩構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)是沿接觸處切線tt方向的相對挪動(dòng)和在平面內(nèi)的相對轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3-4平面高副a)齒輪副b)凸輪副c)高副1、2輪齒3凸輪4從動(dòng)件5鋼軌6車輪 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析四、空間運(yùn)動(dòng)副 機(jī)械中常用的運(yùn)動(dòng)副還有球面副，如圖3-5a所示；螺旋副，如圖3-5b所示,這些運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)是空間運(yùn)動(dòng)，屬于空間運(yùn)動(dòng)副。圖3-5空間運(yùn)動(dòng)副 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析3.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 一、運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件的表示 為了便于研討機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，可不思索構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的實(shí)踐構(gòu)造，只思索與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的構(gòu)件數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副類

5、型及相對位置。 用簡單線條和規(guī)定的符號表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按一定的比例確定運(yùn)動(dòng)副的相對位置及與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的尺寸，這種可以表達(dá)機(jī)構(gòu)的組成和各構(gòu)件間相對真實(shí)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡單圖形，稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析 一、運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件的表示 實(shí)踐中，有時(shí)不要求嚴(yán)厲按比例尺繪制簡圖，只定性地表示機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動(dòng)原理的簡圖，稱為機(jī)構(gòu)表示圖。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖中運(yùn)動(dòng)副及構(gòu)件的表示方法如圖3-6、圖3-7、圖3-8所示。圖3-6轉(zhuǎn)動(dòng)副的表示方法 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析 一、運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件的表示圖3-7挪動(dòng)副的表示方法 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析 一、運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件的表示3-8平面高副的表示方法 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析二、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)

6、簡圖的繪制 1.機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的分類 (1) 固定件(機(jī)架) 機(jī)架是指機(jī)構(gòu)中固定不動(dòng)的、用來支承活動(dòng)構(gòu)件(運(yùn)動(dòng)構(gòu)件)的構(gòu)件。 (2) 原動(dòng)件(自動(dòng)件) 原動(dòng)件是指機(jī)構(gòu)中作用有驅(qū)動(dòng)力或知運(yùn)動(dòng)規(guī)律的構(gòu)件，它的運(yùn)動(dòng)是由外界輸入的，普通與機(jī)架相連。 (3) 從動(dòng)件 從動(dòng)件是指機(jī)構(gòu)中除原動(dòng)件以外的一切活動(dòng)構(gòu)件。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析二、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制 2.運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制步驟 1) 分析研討機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)原理，確定機(jī)架、原動(dòng)件和從動(dòng)件。 2) 由原動(dòng)件開場，按照各構(gòu)件之間運(yùn)動(dòng)傳送道路，依次分析構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)方式，確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目。 3) 選擇適當(dāng)?shù)囊晥D平面，以便清楚地表達(dá)各構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。

7、4) 選擇適當(dāng)?shù)谋壤?=構(gòu)件實(shí)踐尺寸/構(gòu)件圖樣尺寸(單位：m/mm或mm/mm)，按照各運(yùn)動(dòng)副間的間隔和相對位置，以規(guī)定的線條和符號繪出運(yùn)動(dòng)簡圖。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析二、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制1) 確定構(gòu)件的數(shù)目。2) 確定運(yùn)動(dòng)副的種類和數(shù)目。3) 選擇與構(gòu)件運(yùn)動(dòng)平行的平面作為視圖平面。4) 選擇適當(dāng)?shù)谋壤撸L制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。3-1繪制圖3-9a所示的顎式破碎機(jī)主體機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析二、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制1) 確定構(gòu)件的數(shù)目。2) 確定運(yùn)動(dòng)副的種類和數(shù)目。3) 選擇與構(gòu)件運(yùn)動(dòng)平行的平面作為視圖平面。4) 選擇適當(dāng)?shù)谋壤撸L制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。3-2繪制圖3-10所示牛頭

8、刨床主體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析3.3 平面機(jī)構(gòu)的自在度和機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 一、平面機(jī)構(gòu)的自在度計(jì)算 1.平面機(jī)構(gòu)的自在度計(jì)算 (1)約束 當(dāng)兩構(gòu)件組成運(yùn)動(dòng)副后，它們之間的某些相對運(yùn)動(dòng)遭到限制，這種對相對運(yùn)動(dòng)所施加的限制稱為約束。 (每加上一個(gè)約束，自在構(gòu)件便失去一個(gè)自在度) 平面低副引入兩個(gè)約束，保管一個(gè)自在度； 平面高副引入一個(gè)約束，保管兩個(gè)自在度。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析3.3 平面機(jī)構(gòu)的自在度和機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 一、平面機(jī)構(gòu)的自在度計(jì)算 (2)機(jī)構(gòu)自在度的計(jì)算 機(jī)構(gòu)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目，稱為機(jī)構(gòu)的自在度。 設(shè)有一個(gè)平面機(jī)構(gòu)由N個(gè)構(gòu)件組成， 1個(gè)構(gòu)件為機(jī)架， 活動(dòng)

9、構(gòu)件數(shù)為：n=N-1 在未組成運(yùn)動(dòng)副前，活動(dòng)構(gòu)件的自在度總數(shù)為：3n 當(dāng)引入約束后，自在度減少。假設(shè)共有PL個(gè)低副、PH個(gè)高副平面機(jī)構(gòu) 的自在度F的計(jì)算公式為： F=3n- 2PL- PH 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析 2.計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自在度時(shí)的特殊情況 (1)復(fù)合鉸鏈 兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以同軸線構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為復(fù)合鉸鏈。如圖3-12所示是三個(gè)構(gòu)件匯交成的復(fù)合鉸鏈,圖中構(gòu)件1分別與構(gòu)件2、構(gòu)件3構(gòu)成兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。依此類推，m個(gè)構(gòu)件在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連, 應(yīng)具有m-1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。 因此在統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)目時(shí)應(yīng)留認(rèn)識別復(fù)合鉸鏈, 防止脫漏。圖3-12復(fù)合鉸鏈 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析計(jì)算如圖3-13所示圓盤鋸主體機(jī)構(gòu)的

10、自在度。圖3-13 圓盤鋸機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu)中，A、B、C、D四點(diǎn)均為由三個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈，每處有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。 因此，該機(jī)構(gòu)n=7,PL=10,PH=0， 其自在度 F=37-210-0=1。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析(2) 部分自在度 機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件產(chǎn)生的與其他運(yùn)動(dòng)無關(guān)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，稱為部分自在度。 在計(jì)算機(jī)構(gòu)自在度時(shí)，部分自在度應(yīng)除去不計(jì)。圖3-14部分自在度1凸輪2從動(dòng)件3滾子機(jī)構(gòu)中n=2,PL=2,PH=1， 其自在度 F=32-22-1=1 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析 (3) 虛約束 機(jī)構(gòu)中與其他約束反復(fù)而對機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不起限制造用的約束，稱為虛約束。 1) 兩構(gòu)件間構(gòu)成多個(gè)具有一樣作用的運(yùn)動(dòng)副，分別有以下

11、三種情況： 兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)軸線重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副，如圖3-15a所示，輪軸1與機(jī)架2在A、B兩處組成了兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，從運(yùn)動(dòng)關(guān)系看，只需一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副起約束作用，其他各處的引入約束均為虛約束，計(jì)算機(jī)構(gòu)自在度時(shí)應(yīng)按一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副計(jì)算。 兩構(gòu)件組成多個(gè)挪動(dòng)方向一致的挪動(dòng)副，如圖3-15b所示，構(gòu)件1與機(jī)架組成了A、B、C三個(gè)導(dǎo)路平行的挪動(dòng)副，計(jì)算機(jī)構(gòu)自在度時(shí)應(yīng)按一個(gè)挪動(dòng)副計(jì)算。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析兩構(gòu)件組成多處接觸點(diǎn)公法線重合的高副，如圖3-15c所示，同樣應(yīng)只思索一處高副，其他為虛約束。圖3-15兩構(gòu)件組成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副a)軸線重合引入的虛約束b)挪動(dòng)方向一致引入的虛約束c)接觸點(diǎn)公法線重合引入的虛約束 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)

12、造分析2) 兩構(gòu)件構(gòu)上聯(lián)接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡相互重合。圖a自在度 F=3n-2PL-PH=33-24-0=1 圖b，假設(shè)用一附加構(gòu)件5在E和F兩點(diǎn)鉸接，EF平行AB及CD，那么構(gòu)件5上的E點(diǎn)的軌跡與桿3上的E點(diǎn)的軌跡重合。構(gòu)件5對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)并不產(chǎn)生影響，為虛約束。計(jì)算其自在度可按圖a計(jì)算。 圖c不滿足上述幾何條件，EF桿的約束為有效約束，此時(shí)計(jì)算其自在度F=0，機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析3) 機(jī)構(gòu)中存在不起作用的對稱部分。 如下圖，為使受力均勻，安裝三個(gè)一樣的行星輪對稱布置，從運(yùn)動(dòng)關(guān)系看，只需一個(gè)行星輪2就能滿足要求，如圖a所示。其他行星引入的約束均為虛約束，應(yīng)除去不計(jì)。 該機(jī)構(gòu)的自在度為：

13、F=3n-2PL-PH=33-23-2=1 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析 機(jī)構(gòu)中滾子有一個(gè)部分自在度；頂桿DF與機(jī)架組成兩個(gè)導(dǎo)路平行的挪動(dòng)副，故其中一個(gè)為虛約束；C處為復(fù)合鉸鏈。去除部分自在度和虛約束，按圖b所示機(jī)構(gòu)計(jì)算自在度。F=3n-2PL-PH=37-29-1=2此機(jī)構(gòu)中的自在度等于2，有兩個(gè)原動(dòng)件。3-4計(jì)算圖3-18a所示篩料機(jī)構(gòu)的自在度。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析 機(jī)構(gòu)中刨頭6與機(jī)架7組成兩個(gè)導(dǎo)路平行的挪動(dòng)副，故其中一個(gè)為虛約束；去除虛約束，機(jī)構(gòu)自在度為：F=3n-2PL-PH=36-28-1=1此機(jī)構(gòu)中的自在度等于1，有1個(gè)原動(dòng)件。3-5計(jì)算圖3-11所示牛頭刨床主機(jī)構(gòu)的自在度。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造

14、分析二、平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件在機(jī)構(gòu)分析中，都要求機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)，顯然，不能產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)或作無規(guī)那么運(yùn)動(dòng)的一些構(gòu)件難以用來傳送運(yùn)動(dòng)。為了使組合起來的構(gòu)件能產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)并具有運(yùn)動(dòng)確定性，有必要討論機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析圖3-19原動(dòng)件數(shù)大于自在度數(shù) 圖3-19所示，圖中原動(dòng)件數(shù)等于2，機(jī)構(gòu)自在度 F=3n-2PL-PH=33-24-0=1， 原動(dòng)件數(shù)大于機(jī)構(gòu)的自在度。假設(shè)機(jī)構(gòu)同時(shí)要滿足原動(dòng)件1和原動(dòng)件3的給定運(yùn)動(dòng)，那么勢必將桿2拉斷。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析圖3-20 原動(dòng)件數(shù)小于自在度數(shù)的構(gòu)件組合 圖3-20所示，圖中原動(dòng)件數(shù)等于1，機(jī)構(gòu)自在度 F=3n-2PL-PH=3

15、4-25-0=2， 原動(dòng)件數(shù)小于機(jī)構(gòu)的自在度。當(dāng)只給定原動(dòng)件1的位置1時(shí)，從動(dòng)件2、3、4的位置可以處于實(shí)現(xiàn)位置，也可以處于圖中雙點(diǎn)畫線位置或其他位置，闡明從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)是不確定的。因此，只需給出兩個(gè)原動(dòng)件，使構(gòu)件1、4處于給定位置，才干使從動(dòng)件獲得確定運(yùn)動(dòng)。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析圖3-21自在度數(shù)等于零的構(gòu)件組合 圖3-21所示，機(jī)構(gòu)自在度F=3n-2PL-PH=34-26-0=0， 即機(jī)構(gòu)自在度為零的構(gòu)件組合，各構(gòu)件之間不能產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)。 由此得到機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為： 自在度F0，且機(jī)構(gòu)的自在度數(shù)F等于機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)目。 平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析實(shí)際中常見問題解析 1)要使機(jī)構(gòu)可以運(yùn)動(dòng)，應(yīng)使機(jī)構(gòu)自在度F0；假設(shè)F0，闡明機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)。 2)計(jì)算機(jī)構(gòu)自在度時(shí)，應(yīng)先判別能否有復(fù)合鉸鏈、部分自在度和虛約束三種特殊情況，假設(shè)有，那么應(yīng)處置后再計(jì)算機(jī)構(gòu)自在度。 3)運(yùn)用機(jī)