$number{01}機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課件-2-2運(yùn)動副平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖及自由度2024-01-12匯報人：AA目錄運(yùn)動副概述平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖平面機(jī)構(gòu)自由度計算平面機(jī)構(gòu)類型與特性分析平面機(jī)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)實驗與案例分析01運(yùn)動副概述兩個構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運(yùn)動的連接稱為運(yùn)動副。運(yùn)動副定義根據(jù)兩構(gòu)件的接觸形式通常把運(yùn)動副分為低副和高副兩類。運(yùn)動副分類運(yùn)動副定義與分類運(yùn)動副元素構(gòu)成運(yùn)動副的兩個構(gòu)件。運(yùn)動約束兩構(gòu)件上參與接觸而構(gòu)成運(yùn)動副的點、線、面等元素被稱為運(yùn)動副元素。運(yùn)動副元素及約束機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動時所必須給定的獨立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目（亦即為了使機(jī)構(gòu)的位置得以確定，必須給定的獨立的廣義坐標(biāo)的數(shù)目），稱為機(jī)構(gòu)自由度（degreeoffreedomofmechanism），其數(shù)目常以F表示。自由度定義如果有n個構(gòu)件組合而成的機(jī)構(gòu)，在平面機(jī)構(gòu)中，各構(gòu)件只作平面運(yùn)動。所以每個構(gòu)件具有3個自由度。而每個平面低副引入2個約束，每個高副引入1個約束。設(shè)平面機(jī)構(gòu)中共有PL個低副和PH個高副，則機(jī)構(gòu)中全部運(yùn)動副所引入的約束總數(shù)為：2PL+PH。因此，機(jī)構(gòu)的自由度F應(yīng)為：F=3n-2PL-PH。自由度計算運(yùn)動副自由度計算02平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖由固定件、運(yùn)動件和連接件組成，其中連接件又稱為運(yùn)動副，是實現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動的關(guān)鍵。通常采用圖形符號表示機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件和運(yùn)動副，例如用線段表示構(gòu)件，用帶箭頭的線段表示主動件，用圓圈表示轉(zhuǎn)動副等。機(jī)構(gòu)組成及表示方法表示方法機(jī)構(gòu)組成123機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制規(guī)則清晰原則繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖時應(yīng)盡量使圖形清晰、簡潔，以便于理解和分析。簡化原則在繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖時，應(yīng)忽略構(gòu)件的形狀和尺寸，只保留與運(yùn)動有關(guān)的幾何元素。比例原則機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖中的各元素應(yīng)按一定比例繪制，以便于觀察和計算。齒輪機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)常見平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖示例由兩個或多個齒輪組成，是一種傳遞動力和運(yùn)動的常用機(jī)構(gòu)。其運(yùn)動簡圖可以表示出齒輪的齒數(shù)、模數(shù)和嚙合方式等關(guān)鍵參數(shù)。由曲柄、連桿和搖桿組成，是一種常見的平面機(jī)構(gòu)。其運(yùn)動簡圖可以清晰地表示出各構(gòu)件之間的連接關(guān)系和相對運(yùn)動。由凸輪、從動件和機(jī)架組成，是一種將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運(yùn)動的機(jī)構(gòu)。其運(yùn)動簡圖可以表示出凸輪的輪廓形狀和從動件的運(yùn)動規(guī)律。03平面機(jī)構(gòu)自由度計算自由度定義機(jī)構(gòu)中具有獨立運(yùn)動的構(gòu)件數(shù)目。自由度意義衡量機(jī)構(gòu)運(yùn)動確定性的重要指標(biāo)，即機(jī)構(gòu)運(yùn)動時，其構(gòu)件所具有的獨立運(yùn)動的數(shù)目。自由度概念及意義F=3n-2PL-Ph計算公式F為機(jī)構(gòu)自由度；n為活動構(gòu)件數(shù)；PL為低副數(shù)；Ph為高副數(shù)。公式解釋在計算自由度時，需要正確識別活動構(gòu)件、低副和高副，并遵循正確的計算步驟。注意事項平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式復(fù)合鉸鏈?zhǔn)侵竷蓚€以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接時構(gòu)成的運(yùn)動副。在計算自由度時，復(fù)合鉸鏈的處理方法是將其視為一個單獨的鉸鏈，即只計算一個轉(zhuǎn)動副。復(fù)合鉸鏈處理局部自由度是指機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的局部運(yùn)動，并不影響其他構(gòu)件的運(yùn)動。在計算自由度時，局部自由度的處理方法是將其忽略不計，即不將其計入機(jī)構(gòu)的自由度中。局部自由度處理復(fù)合鉸鏈與局部自由度處理04平面機(jī)構(gòu)類型與特性分析

平面連桿機(jī)構(gòu)類型與特點鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)由四個鉸鏈連接的桿件組成，包括曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)等。具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、工作可靠等特點。滑塊四桿機(jī)構(gòu)由四個桿件和一個滑塊組成，滑塊可以在某一桿件上滑動。具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、承載能力強(qiáng)等特點。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)由兩個導(dǎo)桿和兩個滑塊組成，導(dǎo)桿之間通過滑塊連接。具有傳動精度高、穩(wěn)定性好、適用于高速重載等特點。由凸輪和從動件組成，凸輪輪廓為盤形。具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、易于設(shè)計制造等特點。盤形凸輪機(jī)構(gòu)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)端面凸輪機(jī)構(gòu)由圓柱凸輪和從動件組成，凸輪輪廓為圓柱形。具有傳動效率高、承載能力強(qiáng)、適用于重載等特點。由端面凸輪和從動件組成，凸輪輪廓為端面形。具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、適用于高速等特點。030201凸輪機(jī)構(gòu)類型與特點由兩個圓柱齒輪組成，通過齒輪嚙合傳遞運(yùn)動和動力。具有傳動效率高、承載能力強(qiáng)、工作可靠等特點。圓柱齒輪機(jī)構(gòu)由兩個圓錐齒輪組成，通過齒輪嚙合傳遞運(yùn)動和動力。具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、適用于相交軸傳動等特點。圓錐齒輪機(jī)構(gòu)由蝸輪和蝸桿組成，通過蝸桿驅(qū)動蝸輪轉(zhuǎn)動。具有傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、自鎖性能好等特點。蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)類型與特點05平面機(jī)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)設(shè)計原則與方法設(shè)計原則確保機(jī)構(gòu)功能實現(xiàn)，滿足使用要求；力求機(jī)構(gòu)簡單，降低制造成本；提高機(jī)構(gòu)效率，減小能量損失。設(shè)計方法基于功能分析，確定機(jī)構(gòu)類型；根據(jù)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)原理，進(jìn)行機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計；運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計方法，改善機(jī)構(gòu)性能。創(chuàng)新設(shè)計的意義適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品高性能、高效率、高可靠性等要求；提高機(jī)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新性、實用性、經(jīng)濟(jì)性。創(chuàng)新設(shè)計思路從機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)創(chuàng)新出發(fā)，探索新型機(jī)構(gòu)構(gòu)型；運(yùn)用仿生學(xué)原理，借鑒生物運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計；采用組合創(chuàng)新方法，將不同機(jī)構(gòu)優(yōu)點加以集成。機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計思路探討在滿足約束條件下，使機(jī)構(gòu)某項或多項性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)建立機(jī)構(gòu)性能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；選擇合適的優(yōu)化算法進(jìn)行求解；根據(jù)優(yōu)化結(jié)果對機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。優(yōu)化設(shè)計方法連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、凸輪機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等。優(yōu)化設(shè)計實例機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法簡介06實驗與案例分析運(yùn)動副元素測量實驗實驗?zāi)康模和ㄟ^測量運(yùn)動副元素的幾何尺寸和形位誤差，了解運(yùn)動副的組成和特性，為后續(xù)分析和設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。0302實驗步驟01運(yùn)動副元素測量實驗對運(yùn)動副元素進(jìn)行幾何尺寸測量，如長度、直徑、角度等；選擇合適的測量工具和測量方法；實驗注意事項對運(yùn)動副元素進(jìn)行形位誤差測量，如直線度、平面度、圓度等；記錄測量結(jié)果并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。運(yùn)動副元素測量實驗選擇合適的測量工具和測量方法，保證測量精度；010203運(yùn)動副元素測量實驗注意測量過程中的環(huán)境因素，如溫度、濕度等。對測量結(jié)果進(jìn)行多次重復(fù)測量，減小誤差；01實驗?zāi)康模和ㄟ^繪制平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，了解平面機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動特性，為后續(xù)分析和設(shè)計提供基礎(chǔ)圖形。0203平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制實驗實驗步驟選擇合適的繪圖工具和繪圖方法；根據(jù)機(jī)構(gòu)的實際尺寸和比例，繪制機(jī)構(gòu)的輪廓線和主要構(gòu)件；平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制實驗繪制運(yùn)動副和約束，表示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性；標(biāo)注必要的尺寸和說明，完成機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。實驗注意事項平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制實驗選擇合適的繪圖工具和繪圖方法，保證繪圖精度；注意機(jī)構(gòu)的實際尺寸和比例，保證繪圖的準(zhǔn)確性；標(biāo)注必要的尺寸和說明，方便后續(xù)分析和設(shè)計。平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制實驗案例介紹：某平面機(jī)構(gòu)由多個構(gòu)件和運(yùn)動副組成，需要計算其自由度以判斷機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性。平面機(jī)構(gòu)自由度計算案例分析案例分析步驟根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，確定機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)、運(yùn)動副數(shù)和約束數(shù)；利用自由度計算公式，計算機(jī)構(gòu)的