機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)理論學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)(jigu)理論理論第一頁，共41頁。=2,4fC =3,3fC =4,2fC =5,1fC 第1頁/共40頁第二頁，共41頁。單環(huán)閉鏈：構(gòu)件總數(shù)N與運(yùn)動(dòng)(yndng)副數(shù)P相等，即N=P。閉鏈開鏈：首尾不封閉的運(yùn)動(dòng)(yndng)鏈（或有一個(gè)構(gòu)件只 有1個(gè)運(yùn)動(dòng)(yndng)副） N-P=1 如：N=5P=4N=6P=7L=2第2頁/共40頁第三頁，共41頁。第3頁/共40頁第四頁，共41頁。n1p2p5p1234511223344555555i=1i=1i=1i=16 -(5+4+3+2+1)=6 - (6 - )+(6-2)+(6-3)+(6-4)+(6-5)=6

2、 -6+6()+iiiiFnpppppnp pppppppppnpipnpip5i=1ipp第4頁/共40頁第五頁，共41頁。 為機(jī)構(gòu)中各類運(yùn)動(dòng)(yndng)副所具有的自由度數(shù)目之和，用 表示。則空間閉鏈機(jī)構(gòu)的自由度公式為： （1） 注意： 活動(dòng)構(gòu)件數(shù)； 各類運(yùn)動(dòng)(yndng)副總數(shù)； 各類運(yùn)動(dòng)(yndng)副自由度總數(shù)。 如：空間R3C機(jī)構(gòu)： 空間RSCR機(jī)構(gòu)：5i=1iippi=1ifpi=16( - )+iFn pfnppi=1ifpi=16( - )+=6 (3-4)+(1+3 2)=1iFn pfpi=16( - )+=6 (3-4)+(1+3+2+1)=1iFn pf第5頁/共40

3、頁第六頁，共41頁。 2.2 空間開鏈機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算 因?yàn)殚_鏈機(jī)構(gòu)中，活動(dòng)構(gòu)件數(shù) 與運(yùn)動(dòng)副總數(shù) 相等，即 ，代入式（1），得： （2） 開鏈機(jī)構(gòu)在串聯(lián)式機(jī)械(jxi)手中多有應(yīng)用，如SCARA機(jī)器人，由三個(gè)平行的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行的移動(dòng)關(guān)節(jié)串聯(lián)而成。 又如：空間RPRC2R機(jī)械(jxi)手，np=n ppi=1iFfpi=1=4iFfpi=1=5+2=7iFf第6頁/共40頁第七頁，共41頁。 機(jī)構(gòu)中如果出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)副位置的特殊(tsh)布置或機(jī)構(gòu)中存在特殊(tsh)的幾何約束條件，則機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算不能直接套用前面的相關(guān)公式。如：4,66()62 30iinpFnpfFf 事實(shí)上2

4、 3 11iFf 第7頁/共40頁第八頁，共41頁。mpi=1(6- )( - )+iFm n pf-= -1n pppi=1i=1(6)=iiFfmfppLLi=1j=1i=1j=1-min-min6-)ijijFfFfm 或 （Lp n第8頁/共40頁第九頁，共41頁。=3mpi=1(6)=4(63)=1iFfm3=14,2- =3-2=1iimFf第9頁/共40頁第十頁，共41頁?？臻g(kngjin)4P機(jī)構(gòu)3=13,3- =4-3=1iimFf 機(jī)構(gòu)(jgu)中各轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相交于一點(diǎn)，則各構(gòu)件均失去3個(gè)移動(dòng)自由度，m=3 。 如：球面4R機(jī)構(gòu)(jgu) 3=13,3- =4-3=1ii

5、mFf如果上述情況均不存在，則公共約束較難直觀判別(pnbi)，此時(shí)可分析末桿的自由度。第10頁/共40頁第十一頁，共41頁。PR3,3PR6PRRPR=1=4,=5,=5piinpfP第11頁/共40頁第十二頁，共41頁。21,()RC轉(zhuǎn)軸“ ” 軸線22541RPiFf一共，一共11,()2,()RPRA DEA DE轉(zhuǎn)軸“ ” 、 或 軸線兩獨(dú)立移動(dòng)位于“ ” 、 或 軸線的平面內(nèi)Sarrus機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) A、B、C三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)(zhun dng)副軸線平行，副軸線平行， D、E、F三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)(zhun dng)副的軸線也平行。副的軸線也平行。A、B、C三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副產(chǎn)生(chnshn

6、g)：同理： D、E、F產(chǎn)生(chnshng)：因?yàn)?P1、P2不共面，所以：總P=3 總R=2。111,2RPRAR（“ ”軸線的平面，記為P）221,2RPRDR（“ ”軸線的平面,記為P）651iFf 第12頁/共40頁第十三頁，共41頁。7211min10(63)1ijijFf第13頁/共40頁第十四頁，共41頁。92=1=1=-min=12-(4+5)=3iiiiFf第14頁/共40頁第十五頁，共41頁。4p=1=- -=6-3-2=1iiFff 例2：如果構(gòu)件1、3限制在紙平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，那么構(gòu)件2也只能在該平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)球副B、C都只有1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度起作用(zuyng)，另2個(gè)為消

7、極自由度。4p=1=- -=8-3-4=1iiFffPp=1=- -iiFff第15頁/共40頁第十六頁，共41頁。13RP，4=1=- -=7- 1+3 -2=1ipiFff（）注意與空間任意注意與空間任意R3C機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)(jgu)的區(qū)別。的區(qū)別。第16頁/共40頁第十七頁，共41頁。P=1=- -itiFff第17頁/共40頁第十八頁，共41頁。4=1=- - =8-6-1=1itiFff185=1=1=- =(312+6)-56-6=6iitiiFff第18頁/共40頁第十九頁，共41頁。0pL0=1=1=+iiptiiFfff 0第19頁/共40頁第二十頁，共41頁。例2：3-RRR一維

8、平移(pn y)機(jī)構(gòu)。01,0,0ptff920=1=1=+12 (5 5) 13iiptiiFfff 920=1=1=+9 (5 5)21iiptiiFfff 02,0,0ptff第20頁/共40頁第二十一頁，共41頁。第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)(jgu)的結(jié)構(gòu)分析的結(jié)構(gòu)分析3.1 桿組桿組另外，作為桿組一定滿足運(yùn)動(dòng)確定性和另外，作為桿組一定滿足運(yùn)動(dòng)確定性和靜力確定性。靜力確定性。3 -2LFnp33 -2=0,=2LLnppn即第21頁/共40頁第二十二頁，共41頁。=2,=3Lnp=4,=6Lnp第22頁/共40頁第二十三頁，共41頁。=6,=9Lnp第23頁/共40頁第二十四頁，共41頁。

9、123456 -(5 +4+3 +2+ )CFnppppp 6 -0n C 6 5-5 60 6 2- 3+4+50（）第24頁/共40頁第二十五頁，共41頁。第25頁/共40頁第二十六頁，共41頁。10311=-=10-(3+3+3)=1iiiiFf或：323 72 101LFnP II級(jí)桿組級(jí)桿組II級(jí)桿組級(jí)桿組II級(jí)桿組級(jí)桿組第26頁/共40頁第二十七頁，共41頁。例2：平面六桿機(jī)構(gòu)(jgu)的結(jié)構(gòu)分析復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈IV級(jí)桿組級(jí)桿組第27頁/共40頁第二十八頁，共41頁。=1piiFf第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)(jigu)綜合綜合第28頁/共40頁第二十九頁，共41頁。3(-1

10、)-2LFNP33-2-4=0,=22LLNPPN 即LNP，第29頁/共40頁第三十頁，共41頁。LNP，構(gòu)件數(shù)構(gòu)件數(shù) N4681012低副數(shù)47101316環(huán)路數(shù) L12345LP+1LPN3=2122LNPNL，得=4=41LNPL，=6=72LNPL，第30頁/共40頁第三十一頁，共41頁。Watt型型Stephenson型型第31頁/共40頁第三十二頁，共41頁。=8=103LNPL，第32頁/共40頁第三十三頁，共41頁。 總之，八桿運(yùn)動(dòng)鏈的基本型有16種，十桿運(yùn)動(dòng)鏈的基本型有230種。所以，隨著(su zhe)構(gòu)件數(shù)的增多，運(yùn)動(dòng)鏈的型式會(huì)增多很多。如果再加上運(yùn)動(dòng)副的演化，機(jī)架的不

11、同選擇，則機(jī)構(gòu)的型式就更多。由此可見機(jī)構(gòu)綜合的復(fù)雜性。 例例1：牛頭刨床：牛頭刨床(ni tu po chun)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) 它是由watt運(yùn)動(dòng)鏈演化得到。以瓦特(wt)鏈中的6為機(jī)架，1為原動(dòng)件，2變成滑塊，與構(gòu)件1以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，與3以移動(dòng)副相連?；?與構(gòu)件4以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，與機(jī)架6以移動(dòng)副相連。第33頁/共40頁第三十四頁，共41頁。它可以看成是stephenson鏈演變得到。以6桿為機(jī)架，1桿變?yōu)榛瑝K，與6以移動(dòng)副相連(xin lin)，與2以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連(xin lin)，桿3也變?yōu)榛瑝K，與2以移動(dòng)副相連(xin lin)，與4以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連(xin lin)。當(dāng)然，實(shí)際結(jié)構(gòu)中為了減少摩擦，還

12、可以將滑塊改為純滾動(dòng)(gndng)的滾子，如：A、C處改為：第34頁/共40頁第三十五頁，共41頁。例例3：大擺角雨刮器機(jī)構(gòu)：大擺角雨刮器機(jī)構(gòu)(jgu)八桿運(yùn)動(dòng)鏈以1為機(jī)架，2為原動(dòng)件，6為輸出(shch)構(gòu)件。1第35頁/共40頁第三十六頁，共41頁。LNP，構(gòu)件數(shù)構(gòu)件數(shù) N5791113 低副數(shù)58111417環(huán)路數(shù) L12345LP典型構(gòu)型： 五桿運(yùn)動(dòng)(yndng)鏈（唯一）：第36頁/共40頁第三十七頁，共41頁。（2）三自由度平面(pngmin)機(jī)構(gòu)簡介構(gòu)件數(shù)構(gòu)件數(shù)N68101214 低副數(shù)69121518環(huán)路數(shù)L12345Lp第37頁/共40頁第三十八頁，共41頁。123453PPPPPP4 5PP、1233PPPP又單自由度空間(kngjin)單環(huán)閉鏈滿足：=1=1617PPiiiiFff ，即也就是(jish)：12312323=73PPPPPP滿足這兩個(gè)條件的運(yùn)動(dòng)副種類組合有8種，分別為：第38頁/共40頁第三十九頁，共41頁。17P125 +P P134 +P P123 +