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1、第 二 章 平 面 機 構(gòu) 的 運 動 簡 圖 及 自 由 度學(xué) 習(xí) 要 求 :1) 了 解 機 構(gòu) 的 組 成 , 掌 握 各 種 平 面 運 動 副 的 一 般 表示 方 法 , 能 看 懂 平 面 機 構(gòu) 運 動 簡 圖 。 初 步 掌 握 將 實 際 機構(gòu) 繪 制 成 機 構(gòu) 運 動 簡 圖 的 技 能 。2) 能 識 別 平 面 機 構(gòu) 運 動 簡 圖 中 的 復(fù) 合 鉸 鏈 、 局 部 自由 度 和 虛 約 束 , 會 運 用 公 式 計 算 平 面 機 構(gòu) 的 自 由 度 并 判斷 其 運 動 是 否 確 定 。重 點 :1) 平 面 機 構(gòu) 自 由 度 的 計 算 。 (什 么
2、 是 復(fù) 合 鉸 鏈 、 局 部自 由 度 和 虛 約 束 ? 如 何 判 斷 ? )2) 機 構(gòu) 具 有 確 定 運 動 的 條 件 。 當(dāng) 不 滿 足 此 條 件 時 ,會 出 現(xiàn) 什 么 情 況 ? 2-1 運 動 副 及 其 分 類平 面 機 構(gòu) 所 有 構(gòu) 件 都 在 同 一 平 面 或 相 互 平 行 的 平面 內(nèi) 運 動 的 機 構(gòu) 。一 、 運 動 副 及 分 類運 動 副 使 兩 構(gòu) 件 直 接 接 觸 并 產(chǎn) 生 一 定 相 對 運 動 的連 接 稱 為 運 動 副 。運 動 副 的 類 型 :按 接 觸 方 式 , 運 動 副 分 為 :1.低 副 兩 構(gòu) 件 通 過 面
3、 接 觸 組 成 的 運 動 副 。 ( 1) 轉(zhuǎn) 動 副 ( 回 轉(zhuǎn) 副 、 鉸 鏈 ) : 組 成 運 動 副 的 兩 構(gòu)件 只 能 在 一 個 平 面 內(nèi) 作 相 對 轉(zhuǎn) 動 。固 定 鉸 鏈 其 中 一 個 構(gòu) 件 是 固 定 的 。活 動 鉸 鏈 兩 構(gòu) 件 都 是 活 動 的 。 ( 2) 移 動 副 : 組 成 運 動 副 的 兩 構(gòu) 件 只 能 沿 某 一 直 線作 相 對 移 動 。 2.高 副 兩 構(gòu) 件 通 過 點 、 線 接 觸 組 成 的 運 動 副 。高 副 的 承 載 能 力 差 , 但 能 傳 遞 較 復(fù) 雜 的 運 動 。 空 間 運 動 副 : 球 面 副
4、螺 旋 副 二 、 構(gòu) 件 的 分 類按 運 動 性 質(zhì) , 構(gòu) 件 分 為 :1.固 定 件 ( 機 架 )用 來 支 乘 活 動 構(gòu) 件 的 構(gòu) 件 , 相 對 于 參 考 系 是 靜 止 不 動的 2.原 動 件 ( 主 動 件 )動 力 所 作 用 的 構(gòu) 件 , 其 運 動 規(guī) 律 已 知 的 活 動 構(gòu) 件 。3.從 動 件 ( 輸 出 構(gòu) 件 )隨 主 動 件 運 動 而 運 動 的 其 余 構(gòu) 件 。 一 、 平 面 機 構(gòu) 運 動 簡 圖 的 概 念不 考 慮 那 些 與 運 動 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)
5、 目 等 ) , 只 說 明 機 構(gòu) 中 各 構(gòu) 件 的相 對 運 動 關(guān) 系 的 簡 單 圖 形 , 稱 為 機 構(gòu) 運 動 簡 圖 。 2-2 平 面 機 構(gòu) 的 運 動 簡 圖 二 、 平 面 機 構(gòu) 運 動 簡 圖 的 繪 制1.構(gòu) 件 和 運 動 副 的 表 示1) 轉(zhuǎn) 動 副 小 圓 的 圓 心 必 須 與 回 轉(zhuǎn) 軸 線 重 合21 2 21 1 2) 移 動 副2 112 2 21 11 2 2 1( 導(dǎo) 槽 ) ( 導(dǎo) 桿 )(滑 塊 ) 滑 塊 、 導(dǎo) 槽 、 導(dǎo) 桿 的 導(dǎo) 路 必 須 與 相 對 移 動 方 向 一 致 3) 高 副 表 示 出 接 觸 處 的 曲 線
6、形 狀 , 其 曲 率 中 心 須 與 實 際 輪廓 相 同 2 21 1 4) 組 合 表 示一 個 構(gòu) 件 , 兩 個 回 轉(zhuǎn) 副 。 一 個 構(gòu) 件 , 一 個 回 轉(zhuǎn) 副 、 一 個 移 動 副 一 個 構(gòu) 件 , 三 個 轉(zhuǎn) 動 副一 個 構(gòu) 件 , 兩 個 移 動 副= 2.運 動 簡 圖 的 繪 制 方 法 和 步 驟1) 根 據(jù) 機 械 的 功 能 分 析 機 械 的 組 成 和 運 動 情 況 , 認清 固 定 件 、 主 動 件 和 從 動 件 。2) 從 主 動 件 開 始 , 按 照 運 動 的 傳 遞 順 序 , 分 析 各 構(gòu)件 之 間 相 對 運 動 的 性 質(zhì)
7、, 從 而 確 定 構(gòu) 件 的 數(shù) 目 及 運 動 副的 種 類 和 數(shù) 目 。3) 選 擇 適 當(dāng) 的 比 例 , 定 出 各 運 動 副 的 相 對 位 置 , 用構(gòu) 件 和 運 動 副 的 規(guī) 定 符 號 繪 制 出 機 構(gòu) 運 動 簡 圖 。 例 : 繪 制 沖 床 的 機 構(gòu) 運動 簡 圖 。 例 : 繪 制 內(nèi) 燃 機 的 機 構(gòu) 運 動 簡 圖 。 例 : 繪 制 機 構(gòu) 運 動 簡 圖 。 例 : 繪 制 機 構(gòu) 運 動 簡 圖 。 以 圖 2.10 所 示 , 一 偏 心 輪 曲 柄 滑 塊 機 構(gòu) 為 例 , 說 明 機 構(gòu) 運 動 簡 圖 的 繪 制方 法 。 圖 2.1
8、0 偏 心 輪 曲 柄 滑 塊 機 構(gòu) 圖 2.11 對 應(yīng) 的 機 構(gòu) 運 動 簡 圖 例 題 2.12: 繪 制 圖 示 顎 式 破 碎 機 的 運 動 簡 圖分 析 : 該 機 構(gòu) 有 6個 構(gòu) 件 和 7個 轉(zhuǎn) 動 副 。 圖 2.12 顎 式 破 碎 機 構(gòu) 圖 2.13 對 應(yīng) 的 機 構(gòu) 運 動 簡 圖 例 : 繪 制 機 構(gòu) 運 動 簡 圖 。 例 : 繪 制 沖 床 機 構(gòu) 的 運 動 簡 圖 。 一 個 作 平 面 運 動 的 自 由 構(gòu)件 具 有 三 個 自 由 度 。 2-3 平 面 機 構(gòu) 的 自 由 度一 、 機 構(gòu) 的 自 由 度1.自 由 度 及 約 束 自 由
9、 度 機 構(gòu) 或 構(gòu)件 所 具 有 的 獨 立 運 動 參 數(shù)的 數(shù) 目 。 約 束 對 獨 立 運 動的 限 制 。 2.平 面 機 構(gòu) 自 由 度 計 算構(gòu) 件 組 成 運 動 副 后 , 其獨 立 運 動 受 到 約 束 , 自 由度 將 減 少 。移 動 副 : 引 入 兩 個 約 束( 一 個 移 動 、 一 個 轉(zhuǎn) 動 ) 轉(zhuǎn) 動 副 : 引 入 兩 個 約 束( 兩 個 移 動 ) 高 副 : 引 入 一 個 約 束 , 有 兩 個 自 由 度 , 轉(zhuǎn) 動 + 移 動 。 自 由 度 計 算 公 式 : F=3n-2PL-PH式 中 : n 活 動 構(gòu) 件 的 數(shù) 目 。 PL
10、低 副 的 數(shù) 目 。 PH 高 副 數(shù) 。 例 : 計 算 圖 中 機 構(gòu) 的 自 由 度 。 解 : n=5, PL=7 , PH=0F=3n-2P LPH=3 5-2 7-0=1 二 、 機 構(gòu) 具 有 確 定 運 動 的 條 件 F=0( 或 F 0) , 是 靜 定 ( 超 靜 定 ) 桁 架 。 F 0, 當(dāng) F 主 動 件 數(shù) 目 時 , 運 動 不 確 定 。 當(dāng) F 主 動 件 數(shù) 目 時 , 不 能 運 動 。機 構(gòu) 具 有 確 定 運 動 的 條 件 : F 0且 當(dāng) F=主 動 件 數(shù) 目。 三 、 計 算 自 由 度 時 應(yīng) 注 意 的 問 題1.復(fù) 合 鉸 鏈 兩
11、個 以 上 的 構(gòu) 件 在 同 一 處 用 轉(zhuǎn) 動 副 連接 。 1 231 23 k個 構(gòu) 件 用 復(fù) 合 鉸 鏈 連 接 , 則 轉(zhuǎn) 動 副 數(shù) 目 為 :( k-1) 例 : 計 算 圓 盤 鋸 主 體 機 構(gòu) 的 自 由 度 。解 : n=7,A、 B、 C、 D處 有 復(fù) 合 鉸 鏈 , PL=10F=3n-2 PL-PH=3 7-2 10-0=1 2.局 部 自 由 度 與 整個 機 構(gòu) 運 動 無 關(guān) 的 自 由 度( 即 多 余 的 ) 。 計 算 時 , 應(yīng) 排 除 局部 自 由 度 。常 見 于 凸 輪 機 構(gòu) 滾 子 從 動 件 以 及 類 似 將 滑 動 摩 擦 變 為
12、 滾 動 摩 擦 的 情 況 中 。 3.虛 約 束 對 機 構(gòu) 的 運 動 不 產(chǎn) 生 實 際 約 束 效 果 的 重復(fù) 約 束 。計 算 時 , 應(yīng) 除 取 虛 約 束 ( 包 括 有 關(guān) 的 構(gòu) 件 及 運 動 副 )虛 約 束 常 見 于 以 下 情 況 :( 1) 兩 構(gòu) 件 之 間 形 成 多 個 導(dǎo) 路 平 行 的 移 動 副 。 11( 虛 約 束 )( 虛 約 束 )1 H G ( 2) 兩 構(gòu) 件 間 形 成 多 個 軸 線 重 合 的 轉(zhuǎn) 動 副 。( 3) 兩 構(gòu) 件 間 形 成 多 個 高 副 。( 虛 約 束 )1帶 虛 約 束 的 曲 軸 ( 4) 軌 跡 重 合
13、 ( 平 行 四 邊 形 機 構(gòu) )( 虛 約 束 ) ( 5) 機 構(gòu) 中 對 運 動 不起 獨 立 作 用 的 對 稱 部 分 。 帶 虛 約 束 的 行 星 輪 系 例 : 計 算 自 由 度 。解 : ABCD E有 兩 處 虛 約 束 、 C處 存 在 局 部 自 由 度 。 n=4, P L=4, PH=2 F=3n-2PL PH=3 4-2 4-2=2 7 A C 1 2B 3 D E F G H I 4 5 6局 部 自 由 度 虛 約 束118263 23 1;8;6 H HL PPnF PPn L解 : 例 : 求 圖 示 機 構(gòu) 的 自 由 度 。 例 : 求 圖 示 機
14、 構(gòu) 的 自 由 度 。 并 判 斷 機 構(gòu) 有 無 確 定 的 運動 。 解 : n=7, PL=9, PH=1 F=3n-2P L PH=3 7-2 9-1=2F=主 動 件 數(shù) 目 , 所 以 , 有 確 定 運 動 。 例 : 圖 示 為 簡 易 沖 床 設(shè) 計 方 案 , 畫 出 機 構(gòu) 運 動 簡 圖 并分 析 其 能 否 運 動 , 設(shè) 法 改 正 錯 誤 。解 : 繪 制 簡 圖計 算 自 由 度 n=3, P L=4, PH=1。 F=3n 2PL PH =3 3 2 4 1 = 0該 構(gòu) 件 組 合 不 能 運 動 . b a c d 修 改 , 使 F=1方 案 1: 在
15、 機 構(gòu) 的 適 當(dāng) 位 置 增 加 一 個 活 動 構(gòu) 件 和 一 個低 副 , 增 加 一 個 自 由 度 ( 3-2=1) 。 b a c d b a c d 方 案 2: 在 機 構(gòu) 的 適 當(dāng) 位 置 用 一 個 高 副 代 替 一 個 低 副, 減 少 一 個 約 束 。 b a c d 例 :圖 示 牛 頭 刨 床 設(shè) 計 方 案 草 圖 。 設(shè)計 思 路 為 : 動 力 由 曲 柄 1輸 入 , 通 過 滑塊 2使 擺 動 導(dǎo) 桿 3 作 往 復(fù) 擺 動 , 并 帶動 滑 枕 4作 往 復(fù) 移 動 , 已 達 到 刨 削 加工 目 的 。 試 問 圖 示 的 構(gòu) 件 組 合 是 否 能達 到 此 目 的 ? 如 果 不 能 , 該 如 何 修 改 ? 1 23 4 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: 2-15 2-19 2-20 附 加 : 2-12