機(jī)構(gòu)、機(jī)械的定義

1、1-1 機(jī)件、機(jī)構(gòu)、機(jī)械的定義1-2 機(jī)件的種類1-3 運(yùn)動(dòng)傳達(dá)方法1-4 運(yùn)動(dòng)對(duì)與運(yùn)動(dòng)鏈,第一章 概論,,2,機(jī)件原理主要是介紹組成機(jī)械的機(jī)件之種類、用途，及相互間的關(guān)係與其原理的應(yīng)用。在研究機(jī)件原理時(shí)，假設(shè)機(jī)件本身均為剛體(rigid body)。所謂剛體就是受外力而不改變形狀的物體，或稱為抗力體。如圖1-1所示，物體內(nèi)A、B兩點(diǎn)的距離不因外力F作用而伸長(zhǎng)、彎曲、扭轉(zhuǎn)或縮短。,第一章 概論,3,一、機(jī)件 機(jī)械中

2、單獨(dú)的一件機(jī)械元件，稱為機(jī)件 (machine parts)。機(jī)件是構(gòu)成機(jī)械的 基本元素，其種類繁多，如連桿、螺栓 、螺帽、鍵、銷，及齒輪等。,第一章 概論,機(jī)件、機(jī)構(gòu)、機(jī)械的定義,4,二、機(jī)構(gòu) 三機(jī)件或四桿件〔含一固定機(jī)件(如第4頁(yè)說(shuō)明)〕以上的機(jī)件組合體，當(dāng)動(dòng)其一機(jī)件必迫使其他 機(jī)件做預(yù)期的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或限制運(yùn)動(dòng)者，稱為機(jī)構(gòu)（mechanism）。如圖1-2所示車床中之變速機(jī)構(gòu)、自動(dòng)進(jìn)刀，及車削螺絲機(jī)構(gòu)等皆為機(jī)構(gòu)。,第一

3、章 概論,機(jī)件、機(jī)構(gòu)、機(jī)械的定義,5,三、機(jī)械 一個(gè)以上機(jī)構(gòu)的組合體，可接受外來(lái)的能，而 將能轉(zhuǎn)換為功，來(lái)做指定工作者稱為機(jī)械 （machine）。如內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)、發(fā)電機(jī)、車床、汽車等。 機(jī)械具備的條件如下： 1.由一個(gè)以上的機(jī)構(gòu)組成。 2.機(jī)件間會(huì)產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或限制運(yùn)動(dòng)。 3.可將接受的能轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龅墓蚱渌堋?第一章 概論,機(jī)件、機(jī)構(gòu)、機(jī)械的定義,6,機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、機(jī)架之區(qū)別說(shuō)明如下：

4、機(jī)構(gòu)：是機(jī)動(dòng)學(xué)的研究範(fàn)圍，研究機(jī)件間相互運(yùn) 動(dòng)的情形，或機(jī)件間運(yùn)動(dòng)的傳遞。如四連 桿機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)：根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)、靜力學(xué)、材料力學(xué)決定機(jī) 構(gòu)中每一部分所受力的狀況，來(lái)決定各機(jī) 件應(yīng)有的大小和形狀。呆鏈就是屬於結(jié)構(gòu)。機(jī)架：是固定機(jī)件。,第一章 概論,機(jī)件、機(jī)構(gòu)、機(jī)械的定義,7,機(jī)件有許多的形狀及各種不同的功用，但歸納起來(lái)，基本機(jī)件可分為下列五種：1.固定機(jī)件：如圖1-2中之機(jī)架(座)

5、、電動(dòng)機(jī)馬 達(dá)之軸承座及汽車的底盤(pán)等。2.活動(dòng)機(jī)件： (1)繞固定軸迴轉(zhuǎn)或擺動(dòng)的機(jī)件。如軸連接器、 帶輪、鏈輪、摩擦輪、齒輪，及凸輪等。 (2)作直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)件。如帶圈、繩圈、鏈圈， 及滑動(dòng)機(jī)件(如車床之尾座組及鉋床之溜座 對(duì)床軌之運(yùn)動(dòng))。,第一章 概論,機(jī)件的種類,8,3.結(jié)合機(jī)件：如鉚釘、螺栓（釘）、鍵及銷 等。4.控制機(jī)件：如彈簧、制動(dòng)器之來(lái)令片，及

6、 調(diào)速器之機(jī)件等。5.流體機(jī)件：如管子、閥，及管接頭等。,第一章 概論,機(jī)件的種類,9,一、常用符號(hào),第一章 概論,運(yùn)動(dòng)傳達(dá)方法,10,一、常用符號(hào),第一章 概論,運(yùn)動(dòng)傳達(dá)方法,11,二、主動(dòng)件、從動(dòng)件 在一機(jī)構(gòu)中，首先受到外界賦予之動(dòng)力而最先 運(yùn)動(dòng)的機(jī)件，稱為主動(dòng)件(driver)或原動(dòng)件。 凡受主動(dòng)件影響而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的機(jī)件，稱為從動(dòng) 件(follower)。如圖1-3所示。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)傳達(dá)方法,1-3,1

7、2,三、運(yùn)動(dòng)傳達(dá)種類 1.直接接觸（direct contact）傳動(dòng) (1)滾動(dòng)接觸：如圖1-4所示之摩擦輪。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)傳達(dá)方法,1-4,13,(2)滑動(dòng)接觸：如車床床臺(tái)上之床軌與刀具溜 座（床鞍）的接觸傳動(dòng)，如圖 1-5。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)傳達(dá)方法,1-5-1,1-5-2,14,2.間接接觸(intermediate contact)傳動(dòng)：主

8、 動(dòng)件與從動(dòng)件間必須藉中間連接物來(lái)傳動(dòng)。 (1)剛體連接物：如圖1-6所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)之 連桿，能傳送推力及拉力。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)傳達(dá)方法,1-6,15,(2)撓性體連接物：只能傳送拉力，而不能傳送 推力。如圖1-7所示之皮帶、繩索，及鏈條等。 (3)流體連接物：將流體限制於密閉容器中，可傳 送推力。如油壓、氣壓機(jī)構(gòu)。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)傳達(dá)方法,16,3.非接觸(non-contact)傳動(dòng)

9、：主動(dòng)件與從 動(dòng)件間利用「超距力」來(lái)傳送動(dòng)力或運(yùn) 動(dòng)者，如利用電磁作用的磁浮列車、電 磁離合器等。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)傳達(dá)方法,17,一、運(yùn)動(dòng)對(duì)兩機(jī)件經(jīng)組合而互相接觸並產(chǎn)生一定之相對(duì)運(yùn)動(dòng)者，稱為運(yùn)動(dòng)對(duì)(kinematic pair)，或稱為「對(duì)偶」、「副」。運(yùn)動(dòng)對(duì)依維持接觸方法之不同，可分為自鎖對(duì)與力鎖對(duì)(不完全對(duì))。自鎖對(duì)是不藉外力作用即能維持接觸者，如螺栓與螺帽的接觸。力鎖對(duì)則須藉著外力作用才能維持接觸，

10、如車床床臺(tái)上之床軌與床鞍(如圖1-5)須藉著重力才能維持接觸。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)對(duì)與運(yùn)動(dòng)鏈,18,運(yùn)動(dòng)對(duì)的自由度：運(yùn)動(dòng)對(duì)(對(duì)偶)的自由度(degree of freedom)，是指運(yùn)動(dòng)對(duì)中一機(jī)件固定，而另一受約束機(jī)件之自由運(yùn)動(dòng)的空間，亦稱為可動(dòng)度(mobility)。1.一個(gè)自由剛體未受任何約束，不論形狀為何 ，其自由度為6。即三個(gè)軸向(X、Y、Z軸)的 平移及三個(gè)軸向的旋轉(zhuǎn)。如圖1-8(a)所示。,第一章 概論

11、,運(yùn)動(dòng)對(duì)與運(yùn)動(dòng)鏈,19,2.運(yùn)動(dòng)對(duì)受到彼此間的約束而喪失其中的一個(gè)或多個(gè)自由度。對(duì)偶的自由度最少為1，最多為5。如圖1-8(b)所示。3.螺旋對(duì)本身具有直線及迴轉(zhuǎn)之相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但因直線運(yùn)動(dòng)受約束，故其自由度只有1。如圖1-8(c)所示。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)對(duì)與運(yùn)動(dòng)鏈,1-8A,1-8B,1-8C,20,運(yùn)動(dòng)對(duì)依兩機(jī)件間接觸性質(zhì)之不同，可分為低對(duì)與高對(duì)兩種。1.低對(duì)(lower pair)：兩機(jī)件係以面接觸者，稱為低對(duì)。低對(duì)又分為六

12、種： (1)滑動(dòng)對(duì)(sliding pair)：兩機(jī)件間作直線 滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。如圖1-9所示。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)對(duì)與運(yùn)動(dòng)鏈,1-9,21,(2)迴轉(zhuǎn)對(duì)(turning pair)：兩機(jī)件間作迴轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)。如圖1-10所示。(3)螺旋對(duì)(screw pair)：兩機(jī)件間因迴轉(zhuǎn)而產(chǎn) 生直線運(yùn)動(dòng)，但其直線運(yùn)動(dòng)受到迴轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)拘 束。如圖1-11所示。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)對(duì)與運(yùn)動(dòng)鏈,1-10,1-11,22,(4)球面

13、對(duì)（globular pair)：兩機(jī)件以球面 接觸，一件靜止，另一件作球面運(yùn)動(dòng)。如圖 1-12所示。(5)圓柱對(duì)（cylindrical pair)：兩機(jī)件間可 單獨(dú)作直線運(yùn)動(dòng)或迴轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，亦可二者同時(shí) 進(jìn)行，且彼此沒(méi)有相互拘束或限制。如圖1- 13所示。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)對(duì)與運(yùn)動(dòng)鏈,1-12,1-13,23,(6)平面對(duì)（flat pair)：兩機(jī)件間以平面與平 面接觸，X軸或Y軸作直線運(yùn)動(dòng)，

14、Z軸作迴轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)。如圖1-14所示。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)對(duì)與運(yùn)動(dòng)鏈,1-14,24,2.高對(duì)（higher pair）：兩機(jī)件以點(diǎn)或線接觸 者。如滾珠、滾柱、凸輪等。如圖1-15所示。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)對(duì)與運(yùn)動(dòng)鏈,1-15,25,二、運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈的種類依其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)可分為三種：1.呆鏈(locked chain)：呆鏈亦稱固定鏈，至少由三根連桿組成，各桿間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，僅能作整體運(yùn)動(dòng)。如圖1-16所示。,第一章 概論,

15、運(yùn)動(dòng)對(duì)與運(yùn)動(dòng)鏈,26,2.拘束鏈(constrained chain)：至少由四連桿 所組成，其各連桿間有確切的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如 圖1-17所示。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)對(duì)與運(yùn)動(dòng)鏈,27,3.無(wú)拘束鏈（unconstrained chain）：凡連桿 組中，各連桿間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無(wú)法確定者均為無(wú)拘束鏈。圖1-18所示為五連桿組。無(wú)拘束鏈可固定多餘的連桿，使成為拘束鏈，以供應(yīng)用。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)對(duì)與運(yùn)動(dòng)鏈,28,設(shè)N表運(yùn)動(dòng)鏈的連桿

16、數(shù)，P表對(duì)偶數(shù)，則運(yùn)動(dòng)鏈的種類可由下列公式判別之。1.若P＞3/2 N－2時(shí)為呆鏈，又稱結(jié)構(gòu)。其自由度為0。2.若P＝3/2 N－2時(shí)為拘束運(yùn)動(dòng)鏈。其自由度為 1。3.若P＜3/2 N－2時(shí)為無(wú)拘束運(yùn)動(dòng)鏈。其自由度大於1。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)對(duì)與運(yùn)動(dòng)鏈,29,使用以上之判別公式應(yīng)注意事項(xiàng)如下：(1)以上公式未涵蓋平面機(jī)構(gòu)中有雙自由度之運(yùn) 動(dòng)對(duì)者，如凸輪對(duì)、齒輪對(duì)等。(2)機(jī)架或固定機(jī)件之連桿數(shù)為1。不論在機(jī)構(gòu)圖

17、 中出現(xiàn)幾處，其連桿數(shù)都只算1件。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)對(duì)與運(yùn)動(dòng)鏈,30,(3) 連桿數(shù)N＝3，對(duì)偶數(shù)P＝2。(4) 連桿數(shù)N＝2，對(duì)偶數(shù)P＝1。(5) 連桿數(shù)N＝1，對(duì)偶數(shù)P＝0。 (6) 連桿數(shù)N＝2，對(duì)偶數(shù)P＝1。(7) 連桿數(shù)N＝4，對(duì)偶數(shù)P＝3。(8) 連桿數(shù)N＝2，對(duì)偶數(shù)P＝1。(9) 連桿數(shù)N＝5，對(duì)偶數(shù)P＝4。,第一章 概論,運(yùn)動(dòng)對(duì)與運(yùn)動(dòng)鏈,31,例題(1