機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析

1、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析5-1 運(yùn)動(dòng)副及其分類5-2 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖5-3 平面機(jī)構(gòu)的自由度5-4 速度瞬心尋釁及其速度分析中應(yīng)用基本要求基本要求: :v掌握基本概念掌握基本概念v熟練掌握機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制熟練掌握機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制v熟練掌握機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法熟練掌握機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析一、構(gòu)件二、運(yùn)動(dòng)副三、機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析一、構(gòu)件一、構(gòu)件構(gòu)件：構(gòu)件：獨(dú)立影響機(jī)構(gòu)功能并能獨(dú)立運(yùn)獨(dú)立影響機(jī)構(gòu)功能并能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單元體動(dòng)的單元體（實(shí)物、剛體、運(yùn)動(dòng)的整體實(shí)物、剛體、運(yùn)動(dòng)的整體）機(jī)架

2、機(jī)架、原動(dòng)構(gòu)件、從動(dòng)構(gòu)件原動(dòng)構(gòu)件、從動(dòng)構(gòu)件零件：零件：單獨(dú)加工的制造單元體單獨(dú)加工的制造單元體通用零件、專用零件通用零件、專用零件v構(gòu)件可以由一個(gè)零件組成構(gòu)件可以由一個(gè)零件組成v也可以由幾個(gè)零件組成也可以由幾個(gè)零件組成原動(dòng)件原動(dòng)件1234從動(dòng)件從動(dòng)件機(jī)架機(jī)架機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析與動(dòng)力與動(dòng)力源組合源組合機(jī)器的組成機(jī)器的組成( (從運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)看從運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)看) )由構(gòu)件組成由構(gòu)件組成( (從制造觀點(diǎn)看從制造觀點(diǎn)看) )由零件組成由零件組成機(jī)械機(jī)械機(jī)器機(jī)器機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)件零件零件通用零件通用零件專用零件專用零件原動(dòng)構(gòu)件原動(dòng)構(gòu)件從動(dòng)構(gòu)件從動(dòng)構(gòu)件機(jī)機(jī) 架架零件零件構(gòu)件構(gòu)件機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)機(jī)器機(jī)器靜

3、聯(lián)接靜聯(lián)接動(dòng)聯(lián)接動(dòng)聯(lián)接(運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析xyov運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副: : 兩構(gòu)件直接接觸而形成的可動(dòng)聯(lián)接兩構(gòu)件直接接觸而形成的可動(dòng)聯(lián)接v運(yùn)動(dòng)副元素：運(yùn)動(dòng)副元素：構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副時(shí)直接接觸的點(diǎn)、線、面部分構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副時(shí)直接接觸的點(diǎn)、線、面部分v接觸形式接觸形式: : 點(diǎn)、線、面點(diǎn)、線、面機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析v按接觸形式分類v按相對運(yùn)動(dòng)分類機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析按接觸形式分類：按接觸形式分類：v接觸形式接觸形式: 點(diǎn)、線、面點(diǎn)、線、面v低副低副：面接觸：面接觸v高副高副：點(diǎn)、線接觸：點(diǎn)、線接觸平面低副平面低副空間低副空間低副xyo高副高副高副

4、高副空間低副空間低副平面低副平面低副平面低副平面低副機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析按相對運(yùn)動(dòng)分類：按相對運(yùn)動(dòng)分類：v運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)（即運(yùn)動(dòng)副引入的約束）確定了兩構(gòu)件的相運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)（即運(yùn)動(dòng)副引入的約束）確定了兩構(gòu)件的相對運(yùn)動(dòng)對運(yùn)動(dòng)v按相對運(yùn)動(dòng)分類：按相對運(yùn)動(dòng)分類：轉(zhuǎn)動(dòng)副：相對轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)副：相對轉(zhuǎn)動(dòng) 回轉(zhuǎn)副、鉸鏈回轉(zhuǎn)副、鉸鏈移動(dòng)副：相對移動(dòng)移動(dòng)副：相對移動(dòng) 螺旋副：螺旋運(yùn)動(dòng)螺旋副：螺旋運(yùn)動(dòng) 球面副：球面運(yùn)動(dòng)球面副：球面運(yùn)動(dòng) 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析運(yùn)動(dòng)副類型小結(jié)運(yùn)動(dòng)副類型小結(jié)v平面低副平面低副: 轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副 （面接觸面接觸）v平面高副平面高副: 齒輪副、凸輪副

5、齒輪副、凸輪副 （點(diǎn)、線接觸點(diǎn)、線接觸）v空間低副空間低副: 螺旋副、球面副、圓柱副螺旋副、球面副、圓柱副 （面接觸面接觸）v空間高副空間高副: 球和圓柱與平面、球與圓柱副球和圓柱與平面、球與圓柱副 (點(diǎn)、線接觸點(diǎn)、線接觸)v運(yùn)動(dòng)副特性運(yùn)動(dòng)副特性: :運(yùn)動(dòng)副一經(jīng)形成運(yùn)動(dòng)副一經(jīng)形成, , 組成它的兩個(gè)構(gòu)件間的可組成它的兩個(gè)構(gòu)件間的可能的相對運(yùn)動(dòng)就確定。而且能的相對運(yùn)動(dòng)就確定。而且這種可能的相對運(yùn)動(dòng)這種可能的相對運(yùn)動(dòng), , 只與運(yùn)只與運(yùn)動(dòng)副類型有關(guān)動(dòng)副類型有關(guān), , 而與運(yùn)動(dòng)副的具體結(jié)構(gòu)無關(guān)。而與運(yùn)動(dòng)副的具體結(jié)構(gòu)無關(guān)。v工程上常用一些規(guī)定的符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)副工程上常用一些規(guī)定的符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)副機(jī)械設(shè)計(jì)基

6、礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析平面副平面副低副低副：轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副：轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副( (面接觸面接觸) )高副高副：齒輪副、凸輪副：齒輪副、凸輪副( (點(diǎn)、點(diǎn)、線接觸線接觸) )xyoxyottnnnt機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析空間副空間副高副高副：點(diǎn)、線接觸：點(diǎn)、線接觸球面副球面副螺旋副螺旋副了解了解機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析v機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副連接而成的機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副連接而成的v原動(dòng)件：原動(dòng)件：按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件v從動(dòng)件：從動(dòng)件：其余的活動(dòng)構(gòu)件其余的活動(dòng)構(gòu)件v機(jī)機(jī) 架：架：固定不動(dòng)的構(gòu)件固定不動(dòng)的構(gòu)件原動(dòng)件原動(dòng)件123

7、4從動(dòng)件從動(dòng)件機(jī)架機(jī)架閉鏈閉鏈開鏈開鏈機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析1 概述2 構(gòu)件的表示方法3 運(yùn)動(dòng)副的表示方法4 運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制方法5 例題機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析1 概述概述v機(jī)構(gòu)各部分的運(yùn)動(dòng)，取決于：機(jī)構(gòu)各部分的運(yùn)動(dòng)，取決于：原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、各運(yùn)動(dòng)副的類型、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、各運(yùn)動(dòng)副的類型、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸(確定各運(yùn)動(dòng)副相對位置的尺寸確定各運(yùn)動(dòng)副相對位置的尺寸)v機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖:（表示機(jī)構(gòu)（表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特征運(yùn)動(dòng)特征的一種工程用圖）的一種工程用圖）用簡單線條表示構(gòu)件用簡單線條表示構(gòu)件規(guī)定符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)副規(guī)定符號(hào)代表運(yùn)動(dòng)副按比例定出運(yùn)動(dòng)副

8、的相對位置按比例定出運(yùn)動(dòng)副的相對位置與原機(jī)械具有完全相同的運(yùn)動(dòng)特性與原機(jī)械具有完全相同的運(yùn)動(dòng)特性v比較：比較：機(jī)構(gòu)示意圖：機(jī)構(gòu)示意圖：沒嚴(yán)格按照比例繪制的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖沒嚴(yán)格按照比例繪制的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖v用途：用途：分析現(xiàn)有機(jī)械，構(gòu)思設(shè)計(jì)新機(jī)械分析現(xiàn)有機(jī)械，構(gòu)思設(shè)計(jì)新機(jī)械機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析2 構(gòu)件的表示方法構(gòu)件的表示方法v桿、軸類構(gòu)件桿、軸類構(gòu)件v機(jī)架機(jī)架v同一構(gòu)件同一構(gòu)件v兩副構(gòu)件兩副構(gòu)件v三副構(gòu)件三副構(gòu)件機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析3 運(yùn)動(dòng)副的表示方法運(yùn)動(dòng)副的表示方法v轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副v移動(dòng)副移動(dòng)副v高副高副（齒輪副、（齒輪副、凸輪副）凸輪副）機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自

9、由度和速度分析4 運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制方法運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制方法v步驟：步驟：確定構(gòu)件數(shù)目及原動(dòng)件、輸出構(gòu)件確定構(gòu)件數(shù)目及原動(dòng)件、輸出構(gòu)件各構(gòu)件間構(gòu)成何種運(yùn)動(dòng)副？（注意微動(dòng)部分）各構(gòu)件間構(gòu)成何種運(yùn)動(dòng)副？（注意微動(dòng)部分）選定比例尺選定比例尺、投影面，確定原動(dòng)件某一位置，、投影面，確定原動(dòng)件某一位置，按規(guī)定按規(guī)定符號(hào)繪制運(yùn)動(dòng)簡圖符號(hào)繪制運(yùn)動(dòng)簡圖標(biāo)明機(jī)架、原動(dòng)件和作圖比例尺標(biāo)明機(jī)架、原動(dòng)件和作圖比例尺v繪制路線：繪制路線：原動(dòng)件原動(dòng)件中間傳動(dòng)件中間傳動(dòng)件 輸出構(gòu)件輸出構(gòu)件v觀察重點(diǎn)：觀察重點(diǎn)：各構(gòu)件間構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副類型各構(gòu)件間構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副類型v良好習(xí)慣：良好習(xí)慣：各種運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件用規(guī)定符號(hào)表達(dá)各種運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件用

10、規(guī)定符號(hào)表達(dá)v誤誤 區(qū)：區(qū)：構(gòu)件外形構(gòu)件外形機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析5 例題：例題：內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析ABCEFDG例題：例題：破碎機(jī)破碎機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析1 12 23 34 4ABC141223A14B12C2343 32 24 41 14例題：例題：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析1 平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算2 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件3 幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈局部自由度局部自由度虛約束虛約束4 小結(jié)小結(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析1 平面

11、機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算(1) 平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的自由度平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的自由度(構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng))(2) 平面運(yùn)動(dòng)副引入的約束平面運(yùn)動(dòng)副引入的約束R(對獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)所加的限制對獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)所加的限制)xy21 與其它構(gòu)件未連之前：與其它構(gòu)件未連之前：3 用運(yùn)動(dòng)副與其它構(gòu)件連接后用運(yùn)動(dòng)副與其它構(gòu)件連接后, 運(yùn)運(yùn)動(dòng)副引入約束動(dòng)副引入約束, 原自由度減少原自由度減少xyoxyottnnR=2R=2R=1結(jié)論：結(jié)論：平面低副引入平面低副引入2個(gè)約束個(gè)約束平面高副引入平面高副引入1個(gè)約束個(gè)約束機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析(3) 平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式平面機(jī)構(gòu)自由度

12、計(jì)算公式如果：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)：如果：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)：n 低副數(shù)低副數(shù)： pl 高副數(shù)高副數(shù)： phxy21未連接前總自由度：未連接前總自由度： 3n連接后引入的總約束數(shù)：連接后引入的總約束數(shù)：2pl+phF=3n - ( 2pl + ph )v機(jī)構(gòu)自由度機(jī)構(gòu)自由度F：F=3n - 2pl - ph機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析機(jī)構(gòu)自由度舉例：機(jī)構(gòu)自由度舉例：1234F =3n2plph = 3 2 340= 112345F =3n2plph = 3 2 450= 2F =3n2plph = 3 2 221= 1BCAF =3n2plph = 3 2 340 = 1F =3n2plph = 3

13、2 451 = 1機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析F =3n2plph = 3 42 50= 2 F =3n2plph = 3 32 50= -1 F =3n2plph = 3 22 30=0 2 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件F=0,剛性桁架，構(gòu)件之間無相對運(yùn)動(dòng)剛性桁架，構(gòu)件之間無相對運(yùn)動(dòng)原動(dòng)件數(shù)小于原動(dòng)件數(shù)小于F,各構(gòu)件無確定的相對運(yùn)動(dòng)各構(gòu)件無確定的相對運(yùn)動(dòng)原動(dòng)件數(shù)大于原動(dòng)件數(shù)大于F,在機(jī)構(gòu)的薄弱處遭到破壞在機(jī)構(gòu)的薄弱處遭到破壞結(jié)論：結(jié)論：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：1 機(jī)構(gòu)自由度機(jī)構(gòu)自由度 0 2 原動(dòng)件數(shù)原動(dòng)件數(shù) 機(jī)構(gòu)自由度數(shù)機(jī)構(gòu)自由度數(shù)BCAB

14、CADEAEBCD機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析vm個(gè)構(gòu)件個(gè)構(gòu)件(m2)在同一處構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副在同一處構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副vm-1-1個(gè)低副個(gè)低副(1) 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈412356F F 3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 560 3F F 3n3n 2p2pl lp ph h 3 3 2 2 570 1412356錯(cuò)錯(cuò)對對計(jì)算在內(nèi)計(jì)算在內(nèi)5232351m個(gè)構(gòu)件個(gè)構(gòu)件,m-1個(gè)鉸鏈個(gè)鉸鏈3 幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理幾種特殊結(jié)構(gòu)的處理機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析F3n2plph 3 2 33 1 2F3n 2plph 3 2 221 1錯(cuò)錯(cuò)對對排除排除(2) 局部自由度局部自由度

15、v定義：定義：機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的獨(dú)立的局部運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的獨(dú)立的局部運(yùn)動(dòng), , 不影響機(jī)不影響機(jī)構(gòu)輸出運(yùn)動(dòng)的自由度構(gòu)輸出運(yùn)動(dòng)的自由度v局部自由度經(jīng)常發(fā)生的場合：局部自由度經(jīng)常發(fā)生的場合：滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦?xí)r添加滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦?xí)r添加的滾子、軸承中的滾珠的滾子、軸承中的滾珠v解決的方法：解決的方法：計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，設(shè)想將滾子與安裝滾子的計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，設(shè)想將滾子與安裝滾子的構(gòu)件固結(jié)在一起，視作一個(gè)構(gòu)件構(gòu)件固結(jié)在一起，視作一個(gè)構(gòu)件動(dòng)畫動(dòng)畫機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析v不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞的不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞的重復(fù)約束重復(fù)約束v在特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運(yùn)動(dòng)副所

16、引入的約束在特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運(yùn)動(dòng)副所引入的約束可能與其它運(yùn)動(dòng)副所起的限制作用一致，這種不起獨(dú)立限可能與其它運(yùn)動(dòng)副所起的限制作用一致，這種不起獨(dú)立限制作用的運(yùn)動(dòng)副叫制作用的運(yùn)動(dòng)副叫虛約束虛約束v虛約束虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合經(jīng)常發(fā)生的場合v處理方法：處理方法：計(jì)算自由度時(shí)，將虛約束（或虛約束構(gòu)件及其計(jì)算自由度時(shí)，將虛約束（或虛約束構(gòu)件及其所帶入的運(yùn)動(dòng)副）去掉所帶入的運(yùn)動(dòng)副）去掉v結(jié)論結(jié)論F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 23 1- -1錯(cuò)錯(cuò)22 11對對排除排除之一為之一為虛約束虛約束(3) 虛約束

17、虛約束機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合虛約束經(jīng)常發(fā)生的場合A 兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí)兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí)B 兩構(gòu)件某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持不變時(shí)兩構(gòu)件某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持不變時(shí)C 聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合時(shí)聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合時(shí)D 機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動(dòng)不起作用的對稱部分機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動(dòng)不起作用的對稱部分機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析A 兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí)兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí)v兩構(gòu)件組合成多個(gè)兩構(gòu)件組合成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副，且其，且其軸線重合軸線重合v兩構(gòu)件組合成多個(gè)兩構(gòu)件組合成多個(gè)移動(dòng)副移動(dòng)

18、副，其，其導(dǎo)路平行或重合導(dǎo)路平行或重合v兩構(gòu)件組合成若干個(gè)兩構(gòu)件組合成若干個(gè)高副高副，但接觸點(diǎn)之間的，但接觸點(diǎn)之間的距離為常數(shù)距離為常數(shù)123123v目的：目的：為了改善構(gòu)件的受力情況為了改善構(gòu)件的受力情況F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 22 11動(dòng)畫動(dòng)畫機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析B 兩構(gòu)件某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動(dòng)中保持不變時(shí)兩構(gòu)件某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動(dòng)中保持不變時(shí)v在這兩個(gè)例子中，加與不加紅色構(gòu)件在這兩個(gè)例子中，加與不加紅色構(gòu)件ABAB效果完全一樣，效果完全一樣，為虛約束為虛約束v計(jì)算時(shí)應(yīng)將構(gòu)件計(jì)算時(shí)應(yīng)將構(gòu)件ABAB及其引入的約束去掉來計(jì)算及其引入的約束去

19、掉來計(jì)算412351234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 0F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 46 0 0BA錯(cuò)錯(cuò)對對 1F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 01機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析C 兩構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合兩構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合v在該機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件在該機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件2 2上的上的C C點(diǎn)點(diǎn)C C2 2與構(gòu)與構(gòu)件件3 3上的上的C C點(diǎn)點(diǎn)C C3 3軌跡重合，為虛約束軌跡重合，為虛約束v計(jì)算時(shí)應(yīng)將構(gòu)件計(jì)算時(shí)應(yīng)將構(gòu)件3 3及其引入的約束去及其引入的約束去掉來計(jì)算掉來計(jì)算v同理，也可將構(gòu)件同理，也

20、可將構(gòu)件4 4當(dāng)作虛約束，將當(dāng)作虛約束，將構(gòu)件構(gòu)件4 4及其引入的約束去掉來計(jì)算，及其引入的約束去掉來計(jì)算，效果完全一樣效果完全一樣BAC(C2,C3)D1234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 01動(dòng)畫動(dòng)畫機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析D 機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動(dòng)不起作用的對稱部分機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動(dòng)不起作用的對稱部分v在該機(jī)構(gòu)中，齒輪在該機(jī)構(gòu)中，齒輪3 3是齒輪是齒輪2 2的對稱部分，為虛約束的對稱部分，為虛約束v計(jì)算時(shí)應(yīng)將齒輪計(jì)算時(shí)應(yīng)將齒輪3 3及其引入的約束去掉來計(jì)算及其引入的約束去掉來計(jì)算v同理，將齒輪同理，將齒輪2 2當(dāng)作虛約束去掉，完全一樣當(dāng)作虛約束去掉，完全一

21、樣v目的：目的：為了改善構(gòu)件的受力情況為了改善構(gòu)件的受力情況F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 33 2112345動(dòng)畫動(dòng)畫機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析虛約束虛約束結(jié)論結(jié)論v機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn)的，如果這些幾何條件不滿足，則虛約束現(xiàn)的，如果這些幾何條件不滿足，則虛約束將變成有效約束，而使機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)將變成有效約束，而使機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)v采用虛約束是為了采用虛約束是為了: :改善構(gòu)件的受力情況；傳遞較大功率；改善構(gòu)件的受力情況；傳遞較大功率；或滿足某種特殊需要或滿足某種特殊需要v在設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，若為了某種需要而必

22、須使用虛約束時(shí)，則在設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，若為了某種需要而必須使用虛約束時(shí)，則必須嚴(yán)格保證設(shè)計(jì)、加工、裝配的精度，以滿足虛約束所必須嚴(yán)格保證設(shè)計(jì)、加工、裝配的精度，以滿足虛約束所需要的幾何條件需要的幾何條件123機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析4 自由度計(jì)算小結(jié)自由度計(jì)算小結(jié)F3n2plph機(jī)構(gòu)自由度機(jī)構(gòu)自由度3活動(dòng)構(gòu)件數(shù)活動(dòng)構(gòu)件數(shù)(2低副數(shù)低副數(shù)+1高副數(shù)高副數(shù))1、復(fù)合鉸鏈、復(fù)合鉸鏈計(jì)算在內(nèi)計(jì)算在內(nèi)2、局部自由度、局部自由度排除排除3、虛約束、虛約束-重復(fù)約束重復(fù)約束排除排除機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析 5-4速度瞬心應(yīng)用速度瞬心應(yīng)用一、速度瞬心一、速度瞬心 兩構(gòu)件上相對速度為零的重

23、兩構(gòu)件上相對速度為零的重合點(diǎn)，瞬時(shí)絕對速度相同的重合合點(diǎn)，瞬時(shí)絕對速度相同的重合點(diǎn)。點(diǎn)。相對速度瞬心：兩構(gòu)件作相相對速度瞬心：兩構(gòu)件作相對平面運(yùn)動(dòng)時(shí)相對速度為零的點(diǎn)。對平面運(yùn)動(dòng)時(shí)相對速度為零的點(diǎn)。絕對速度瞬心：兩構(gòu)件作相絕對速度瞬心：兩構(gòu)件作相對平面運(yùn)動(dòng)時(shí)絕對速度為零的點(diǎn)。對平面運(yùn)動(dòng)時(shí)絕對速度為零的點(diǎn)。二、機(jī)構(gòu)中瞬心的數(shù)目二、機(jī)構(gòu)中瞬心的數(shù)目2) 1( kkN機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析三、瞬心位置的確定三、瞬心位置的確定 2 2、不形成運(yùn)動(dòng)副、不形成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件的兩構(gòu)件1 1、若已知兩構(gòu)件的相對運(yùn)動(dòng)，用定義確定、若已知兩構(gòu)件的相對運(yùn)動(dòng)，用定義確定(a)(b)M(c)M(d)123機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 平面機(jī)構(gòu)自由度和速度分析四、三心定理四、三心定理作平面運(yùn)動(dòng)的三個(gè)構(gòu)件共有三個(gè)瞬心，它們位于同一直線上作平面運(yùn)動(dòng)的三個(gè)構(gòu)件共有三個(gè)瞬心，它們位于同一直線上證明證明: : 如圖所示如圖所示, , 設(shè)構(gòu)件設(shè)構(gòu)件1 1、2 2、3 3彼此作平面平行運(yùn)動(dòng)彼此作平面平行運(yùn)動(dòng), , 它們它們共有三個(gè)瞬心共有三個(gè)瞬心, , 即即P P1212、P P2323、P P