机械设计基础(第五版)讲义

§1-1运动副及其分类§1-2平面机构运动简图§1-3平面机构的自由度习题平面机构的自由度和速度分析§1-1运动副及其分类一、运动副及其分类1.运动副的定义使两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接。2.运动副的分类平面运动副空间运动副低副高副转动副移动副固定铰链活动铰链转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。a)固定铰链§1-1运动副及其分类b)活动铰链§1-1运动副及其分类移动副：只允许两构件作相对移动。§1-1运动副及其分类高副：两构件以点或线接触而构成的运动副。凸轮副§1-1运动副及其分类齿轮副§1-1运动副及其分类空间运动副若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。螺旋副球面副§1-1运动副及其分类1.转动副一、运动副的表示方法§1-2平面机构运动简图（a）（b）（c）（d）两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。2.移动副§1-2平面机构运动简图凸轮、滚子——画出其全部轮廓齿轮——点划线画出其节圆3.平面高副§1-2平面机构运动简图二、构件的表示方法及分类1.构件的表示方法2.构件的分类固定构件：机架原动件：主动件从动件§1-2平面机构运动简图三、机构运动简图的绘制步骤分析机构实际构造和运动情况，确定构件的类型和数量确定运动副的类型和数目选择恰当的视图选取比例尺，根据机构尺寸，定出各运动副间的相对位置绘制出各运动副、机构符号，表示出各机构，完成运动简图§1-2平面机构运动简图例1-1绘制颚式破碎机的机构运动简图§1-2平面机构运动简图例1-2绘制内燃机的机构运动简图§1-2平面机构运动简图气缸体1活塞2进气阀3排气阀4连杆5曲轴6凸轮7顶杆8齿轮9§1-2平面机构运动简图自由度：构件相对于参考系的独立运动。一、自由度§1-3平面机构的自由度二、平面运动副对构件的约束运动副类型示意图引入约束失去自由度保留自由度转动副2个约束两个移动的自由度2个1个转动的自由度移动副2个约束沿一轴方向的移动约束在平面内转动2个1个沿另一轴移动的自由度高副1个约束沿接触处公法线n-n方向的移动1个2个沿接触处公切线t-t方向移动的自由度绕接触处传动的自由度不同运动副对机构自由度的影响§1-3平面机构的自由度三、平面机构的自由度HL23PPnF式中：n——活动件个数PL——低幅个数PH——高副个数§1-3平面机构的自由度例1-3计算颚式破碎机机构的自由度活动件个数n=3低幅个数PL=4高副个数PH=01423323HLPPnF§1-3平面机构的自由度例1-4计算图示机构的自由度活动件个数n=2低幅个数PL=2高副个数PH=111222323HLPPnF§1-3平面机构的自由度三、平面机构具有确定运动的条件n=2，PL=3，PH=003223Fn=3，PL=5，PH=015233Fn=3，PL=4，PH=014233Fn=4，PL=5，PH=025243F§1-3平面机构的自由度1)F≤0讨论：机构不能动2)F0，原动件数F机构运动不确定3)F0，原动件数F机构将卡死或损坏4)F0，原动件数=F机构具有确定的运动机构具有确定运动条件：①机构运动的可能性，自由度F0。②机构运动的确定性，自由度F=原动件(主动件)数。§1-3平面机构的自由度四、计算平面机构自由度的注意事项1.复合铰链活动构件的个数n=5计算右图所示机构的自由度低副均为转动副，则PL=6没有高副，即PH=03625323HLPPnF但是，实际上该机构的自由度应该为1，而不是3。§1-3平面机构的自由度复合铰链——两个以上构件同时在一处用转动副相连接就构成了复合铰链。§1-3平面机构的自由度处理方法：K个构件汇交而成的复合铰链具有(K-1)个转动副。例1-5计算图示圆盘锯主体机构的自由度n=7PL=10(A、C、D、F为复合铰链)PH=011027323HLPPnF§1-3平面机构的自由度2.局部自由度21323323HLPPnF11222323HLPPnF§1-3平面机构的自由度局部自由度—机构中某些构件所具有的自由度仅与其自身的局部运动有关，并不影响其他构件的运动，称为局部自由度或多余自由度。处理方法：计算自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件焊成一体，视为一个构件。§1-3平面机构的自由度3.虚约束是重复约束或对机构运动不起限制作用的约束，又叫消极约束。意义：增加构件的刚度、使构件受力均衡；要求制造精度高，加工误差大可能会将虚约束变成实际约束。处理方法：计算自由度时，应将虚约束去除，将产生虚约束的构件及该构件有关的运动副去除不计。§1-3平面机构的自由度虚约束的常见情况①两构件之间组成多个移动副，且其导路互相平行或重合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。带虚约束的凸轮机构§1-3平面机构的自由度②两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。带虚约束的曲轴同轴转动副§1-3平面机构的自由度③机构中对运动起重复限制作用的对称部分，传递运动不起独立作用。带虚约束的行星轮系§1-3平面机构的自由度④存在一个构件同两个以上构件组成运动副，而其中任意两个都使该构件运动轨迹相同。带虚约束的杆机构§1-3平面机构的自由度小结：KK11.存在于转动副处复合铰链:2.正确处理方法：复合铰链处有个构件则有个转动副.1.常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变为滚动摩擦所增加的滚子处局部自由度2.正确处理方法：计算自由度时将局部自由度减去1.存在于特定的几何条件或结构条件下虚约束:2.正确处理方法：将引起虚约束的构件和运动副除去不计.◆◆◆§1-3平面机构的自由度1-1计算大筛机构的自由度，并指出机构运动简图中复合铰链、局部自由度、虚约束。F处为局部自由度n=7C为复合铰链PH=1PL=9E处为虚约束21927323HLPPnF习题1-2计算锯木机机构的自由度，并指出机构运动简图中的复合铰链、局部自由度、虚约束。(书中课后习题1-6)1个局部自由度n=8PL=11PH=1111128323HLPPnF习题1-3计算图示机构的自由度，并指出机构运动简图中的复合铰链、局部自由度、虚约束。3个复合铰链n=6PL=7PH=313726323HLPPnF习题1-4计算图示机构的自由度，并指出机构运动简图中的复合铰链、局部自由度、虚约束。1个复合铰链n=4PL=5PH=111524323HLPPnF习题1-5计算图示机构的自由度，并指出机构运动简图中的复合铰链、局部自由度、虚约束。1个局部自由度n=6PL=8PH=11个虚约束11826323HLPPnF习题1-6计算图示机构的自由度，并指出机构运动简图中的复合铰链、局部自由度、虚约束。(与课后习题1-10类似，简化了一个虚约束)1个局部自由度n=9PL=12PH=21个复合铰链121229323HLPPnF习题1-7计算图示机构的自由度，并指出机构运动简图中的复合铰链、局部自由度、虚约束。1个复合铰链n=7PL=10PH=111027323HLPPnF习题F=2，原动件数=2F=2，原动件数=1