機械基礎緒論及自由度計算演示文稿當前1頁，總共39頁。

緒論★機器的組成及機器中常用的機構和零件★課程研究的內容性質和任務機械基礎★課程的特點與學習方法當前2頁，總共39頁。本課程研究的主要內容、性質和任務

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發布時間：2009-10-15

被閱覽數：49次來源：鄭州職業技術學院-機械設計基礎精品課程

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課程的性質

本課程是一門技術基礎課，它綜合運用了工程力學、金屬工藝學、機械制圖、公差配合等先修課程知識，分析常用機構及通用零部件的構成和使用問題，較之以往的先修課程更接近工程實際，但也有別于專業課程，它主要是研究各類機械所具有的共性問題，在汽車類專業課程體系中占有重要位置。當前3頁，總共39頁。本課程研究的主要內容1.平面連桿機構、凸輪機構等的組成、原理和運動分析;2.各種聯接零件（如螺紋聯接、鍵、銷聯接等）的類型及作用;3.各種傳動（如齒輪傳動、帶傳動和鏈傳動等）的組成、原理、運動分析和參數計算選擇;4.軸系零件（如軸、軸承、聯軸器等）的功用和使用要求;5.液壓傳動、液力傳動、氣壓傳動。當前4頁，總共39頁。課程的任務1.了解常用機構的工作原理，運動特性及機械設計的基本方法。

2.掌握通用零件的工作原理、選用和維護等方面的知識。

3.培養初步具有運用標準手冊，查閱相關技術資料能力，具有通用零件的參數選擇和計算能力。4.通過本課程的學習為后續專業課程打好基礎。當前5頁，總共39頁。課程的特點與學習方法特點：各章內容聯系不緊，顯得零亂不系統

學習方法：勤奮

要學好本課，您不必很聰明，但必須足夠勤奮。注意方法

注意課程中解決問題的途徑和方法，聯想它用，舉－反三。帶著問題學、勤思多練多交流

能向他人“言傳”而不僅僅是自己“意會”的知識才是真正掌握的知識。

當前6頁，總共39頁。

機械是人類進行生產勞動的主要工具，也是社會生產力發展水平的重要標志。一、機器和機構1.機器當前7頁，總共39頁。牛頭刨床當前8頁，總共39頁。內燃機當前9頁，總共39頁。照相機當前10頁，總共39頁。齒輪機構當前11頁，總共39頁。凸輪機構當前12頁，總共39頁。棘輪機構當前13頁，總共39頁。兩個機器實例：1.內燃機功用：

內燃機是將燃氣燃燒時的熱能轉化為機械能的機器

組成：氣缸體1活塞2進氣閥3排氣閥4連桿5曲軸6凸輪7頂桿8齒輪9★機器的組成及機器中常用的機構和零件當前14頁，總共39頁?！餀C器的組成及機器中常用的機構和零件

活塞下行，進氣閥打開，燃氣被吸入汽缸活塞上行，進氣閥關閉，壓縮燃氣點火后燃氣燃燒膨脹，推動活塞下行，經連桿帶動曲軸輸出轉動

活塞上行，排氣閥打開，排出廢氣工作過程：氣缸體1活塞2進氣閥3排氣閥4連桿5曲軸6凸輪7頂桿8齒輪9當前15頁，總共39頁。2.顎式破碎機功用：壓碎物料組成：見右圖大帶輪4電動機1V帶3小帶輪2軸板7定顎板8動顎板6偏心軸5★機器的組成及機器中常用的機構和零件當前16頁，總共39頁。電動機帶傳動偏心軸轉動

動顎板擺動，與定顎板一起壓碎物料工作過程：★機器的組成及機器中常用的機構和零件當前17頁，總共39頁。原動機部分

傳動部分

執行部分控制系統輔助系統：例如：潤滑、照明、顯示等★機器的組成及機器中常用的機構和零件原動機——轉換其他形式能量為機械能的機器。工作機——利用機械能去變換或傳遞能量、物料等的機器。

當前18頁，總共39頁。機器的共同特征（1）都是人為的各種實體的組合；（2）組成機器的各種實體間具有確定的相對運動；（3）能完成有用的機械功或轉換機械能，代替或減輕人的勞動。凡具備上述三個特征的實物組合就稱為機器

機器：執行機械運動，用以變換或傳遞能量、物料或信息。如：

牛頭刨床——實現確定的機械運動，又作有用的機械功內燃機——轉換能量

機械手——傳遞物料照相機——傳遞信息★機器的組成及機器中常用的機構和零件當前19頁，總共39頁。

機構：具有確定相對運動的各種實體的組合。作用：執行機械運動。如：齒輪機構——傳遞運動

凸輪機構——轉換運動

機械：機器和機構的總稱。

★機器的組成及機器中常用的機構和零件當前20頁，總共39頁。

構件：組成機器和機構的各個相對運動的實體。是運動的單元。如：單一零件——曲軸多個零件的剛性組合——連桿★機器的組成及機器中常用的機構和零件主動件從動件當前21頁，總共39頁。通用零件：在各類機械中常見的零件。專用零件：在專用機械中特有的零件。

例如：齒輪、軸、螺栓、鍵、花鍵、銷；等

例如：曲軸、活塞等。部件：若干個零件的裝配體。例如：滾動軸承、減速器等?！餀C器的組成及機器中常用的機構和零件

零件：制造的單元。零件可分為兩類：

當前22頁，總共39頁。第二章平面機構的運動簡圖及自由度分析機構或設計機構時，工程上常用規定的簡單符號和線條，繪制出機構運動簡圖，來表示機構的運動關系。如何繪制機構運動簡圖，也是本章要討論的內容。

機構是由若干構件組合而成的，但是若干構件不一定能組成機構。當前23頁，總共39頁。一：運動副運動副兩構件直接接觸并能產生一定相對運動的聯接。根據兩構件的接觸性質，平面機構中的運動副可分為：1）低副兩構件為面接觸?？煞譃檗D動副和移動副。第一節機構的組成運動副及其分類二：運動副分類1：平面運動副當前24頁，總共39頁。機械中還經常用到兩種空間運動副：球面副和螺旋副。2）高副兩構件為點或線接觸。2：空間運動副當前25頁，總共39頁。1：機構中的構件的分類：機構中的構件可分為三類：（１）固定件或機架———用來支撐活動構件的構件。研究機構中活動構件的運動時，常以固定件作為參考坐標系。（２）原動件———運動規律已知的活動構件。它的運動是由外界輸入的，故又稱為輸入構件。（３）從動件———機構中隨著原動件的運動而運動的其余活動構件。其中輸出機構為預期運動的從動件稱為輸出構件，其他從動件則起傳遞運動的作用。在一般的運動簡圖的繪制中，必有一個構件被相對地看作固定件，在活動構件中，必須有一個或幾個原動件，其余的是從動件。兩構件組成高副時，在簡圖中應該畫出兩構件接觸處的曲線輪廓。第二節平面機構運動簡圖當前26頁，總共39頁。

自由度和約束的概念自由度運動構件相對于參考系所具有的獨立運動的數目，稱為構件的自由度。一個作平面運動的自由構件具有三個自由度。約束對于相對運動所加的限制稱為約束。運動副約束數目和約束特點取決于運動副是低副還是高副.

第三節

平面機構的自由度計算自由構件的自由度

當前27頁，總共39頁。運動副引入的約束不同，所以保留的自由度也不同。１低副（１）移動副如圖所示移動副，約束了沿一個坐標軸方向的移動和一個在平面內的轉動共兩個自由度，只保留沿另一個坐標軸方向移動的自由度。（２）回轉副如圖所示回轉副，約束了沿兩個坐標軸移動的自由度，只保留一個轉動的自由度。２高副如圖所示，只約束了沿接觸處公法線ｎ－ｎ方向移動的自由度，保留繞接觸處的轉動和沿接觸處公切線ｔ－ｔ方向移動的兩個自由度。一、平面機構自由度計算公式當前28頁，總共39頁。結論：在平面機構中，①每個低副引入兩個約束，使機構失去兩個自由度；②每個高副引入一個約束，使機構失去一個自由度。如果一個平面機構中包含有ｎ個活動構件，其中有ＰＬ個低副和ＰＨ個高副。則這些活動構件在未用運動副連接之前，其自由度總數為３ｎ。當用ＰＬ個低副和ＰＨ個高副連接成機構之后，全部運動副所引入的約束為２ＰＬ＋ＰＨ。因此活動構件的自由度總數減去運動副引入的約束總數，就是該機構的自由度數，用Ｆ表示，有：Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ當前29頁，總共39頁。2：機構運動簡圖用規定的線條和符號(常用構件和運動副的簡圖符號見表:2-1教材P10頁）表示構件和運動副，并按一定的比例確定運動副的相對位置及與運動有關的尺寸，這種表明機構的組成和各構件間運動關系的簡單圖形，稱為機構運動簡圖。不嚴格按比例繪制的機構運動簡圖稱為機構示意圖。

例1：繪制如圖所示的顎式破碎機主體機構的運動簡圖。

當前30頁，總共39頁。

例2

繪制如圖所示單缸內燃機的機構運動簡圖。

當前31頁，總共39頁。二、機構具有確定運動的條件機構的自由度也即是機構所具有的獨立運動的個數。由前所述可知，從動件是不能獨立運動的，只有原動件才能獨立運動。通常每個原動件只具有一個獨立運動，因此，機構自由度必定與原動件的數目相等，即為平面機構具有確定運動的條件。如圖所示的五桿機構中，原動件數等于１，兩構件自由度Ｆ＝３×４－２×５＝２。由于原動件數小于Ｆ，顯然，當只給定原動件１的位置角φ１時，從動件２、３、４的位置既可為實線位置，也可為虛線所處的位置，因此其運動是:不確定的。只有給出兩個原動件，使構件１、４都處于給定位置，才能使從動件獲得確定運動。如圖所示四桿機構中，由于原動件數為２大于機構自由度數Ｆ＝３×２－２×４＝１，因此原動件１和原動件３不可能同時按圖中給定方式運動。綜上所述，機構具有確定運動的條件是：機構自由度必須大于零、且原動件

數與其自由度數必須相等。當前32頁，總共39頁。三、計算平面機構自由度的注意事項１復合鉸鏈若兩個以上的構件同時在一處用回轉副相聯，則該聯接即為復合鉸鏈，如圖所示（a）為三個構件在Ａ處構成復合鉸鏈。由其側視圖（ｂ）可知，此三構件共組成兩個共軸線轉動副。當由Ｋ個構件組成復合鉸鏈時，則應當組成（Ｋ－１）個共軸線轉動副。當前33頁，總共39頁。２局部自由度機構中常出現一種與輸出構件運動無關的自由度，稱為局部自由度或多余自由度。在計算機構自由度時，可預先排除。如圖（ａ）所示的平面凸輪機構中，為了減少高副接觸處的磨損，在從動件上安裝一個滾子３，使其與凸輪輪廓線滾動接觸。顯然，滾子繞其自身軸線轉動與否并不影響凸輪與從動件間的相對運動，因此，滾子繞其自身軸線的轉動為機構的局部自由度，在計算機構的自由度時，應預先將轉動副Ｃ除去不計，或如圖２－１５（ｂ）所示，設想將滾子３與從動件２固聯在一起作為一個構件來考慮。這樣在機構中，ｎ＝２，ＰＬ＝２，ＰＨ＝１，其自由度為Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ＝３×２－２×２－１＝１。即，此凸輪機構中只有一個自由度。當前34頁，總共39頁。３虛約束在運動副引入的約束中，有些約束對機構自由度的影響是重復的。這些對機構運動不起限制作用的重復約束，稱為消極約束或虛約束，在計算機構自由度時，應當除去不計。平面機構中的虛約束常出現在下列場合：（１）兩個構件之間組成多個導路平行的移動副時，只有一個移動副起作