第二章機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析2011

1、內(nèi)容簡介內(nèi)容簡介: : 一、機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容和目的一、機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容和目的 二、機構(gòu)的組成二、機構(gòu)的組成 三、機構(gòu)運動簡圖三、機構(gòu)運動簡圖 四、機構(gòu)具有確定運動的條件四、機構(gòu)具有確定運動的條件 五、機構(gòu)自由度的計算五、機構(gòu)自由度的計算 六、計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項六、計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項 七、平面機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析七、平面機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析 八、機構(gòu)結(jié)構(gòu)的型綜合及其設(shè)計八、機構(gòu)結(jié)構(gòu)的型綜合及其設(shè)計第二章第二章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析一、一、機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容和目的機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容和目的 （1）研究機構(gòu)的組成及機構(gòu)運動簡圖的畫法研

2、究機構(gòu)的組成及機構(gòu)運動簡圖的畫法 （2）了解機構(gòu)具有確定運動的條件了解機構(gòu)具有確定運動的條件 （3）研究機構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類研究機構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類二、機構(gòu)的組成二、機構(gòu)的組成1.1.構(gòu)件構(gòu)件 構(gòu)件構(gòu)件 運動副運動副機構(gòu)的兩個組成要素機構(gòu)的兩個組成要素構(gòu)件構(gòu)件 作為一個整體參與機構(gòu)運動的剛性單元作為一個整體參與機構(gòu)運動的剛性單元構(gòu)件與零件的區(qū)別構(gòu)件與零件的區(qū)別構(gòu)件是運動的單元構(gòu)件是運動的單元零件是加工制造的單元零件是加工制造的單元4 從運動的觀點看，任何機器都從運動的觀點看，任何機器都是由若干個（兩個以上）構(gòu)件組合是由若干個（兩個以上）構(gòu)件組合而成的。而成的。2.2.運動副運動副 兩個

3、構(gòu)件直接接觸而組成的可動的連接稱為兩個構(gòu)件直接接觸而組成的可動的連接稱為運動副運動副。（1）運動副是一種聯(lián)接）運動副是一種聯(lián)接（2）運動副由兩個構(gòu)件組成）運動副由兩個構(gòu)件組成（3）組成運動副的兩個構(gòu)件之間有相對運動）組成運動副的兩個構(gòu)件之間有相對運動軸與軸承軸與軸承、 滑塊與導軌滑塊與導軌、 兩輪齒嚙合兩輪齒嚙合凸輪與從動件的接觸凸輪與從動件的接觸、圓柱與平面的接觸圓柱與平面的接觸6運動副元素運動副元素 兩構(gòu)件上參與接觸而構(gòu)成運動副的表面為運動副元素兩構(gòu)件上參與接觸而構(gòu)成運動副的表面為運動副元素 包括：點、線、面三種形式包括：點、線、面三種形式7自由度（自由度（f） 構(gòu)件在做平面或空間運動時，

4、可分別分解為構(gòu)件在做平面或空間運動時，可分別分解為3個或個或6個獨立個獨立運動，構(gòu)件的這種獨立運動稱之為自由度運動，構(gòu)件的這種獨立運動稱之為自由度f 。 構(gòu)件做平面運動時有構(gòu)件做平面運動時有3個自由度，個自由度， f = 3 構(gòu)件做空間運動時有構(gòu)件做空間運動時有6個自由度，個自由度，f = 6yxoy0 x0o08約束約束( (s) ) 當構(gòu)件組成運動副以后，由于構(gòu)件直接接觸，某些獨立當構(gòu)件組成運動副以后，由于構(gòu)件直接接觸，某些獨立運動必然受到限制，自由度也隨之減少。運動必然受到限制，自由度也隨之減少。 兩構(gòu)件間的運動副所起的作用是限制構(gòu)件間的相對運動，兩構(gòu)件間的運動副所起的作用是限制構(gòu)件間的

5、相對運動，這種限制作用稱為約束。這種限制作用稱為約束。 兩構(gòu)件之間約束的性質(zhì)和數(shù)量完全取決于運動副型式。兩構(gòu)件之間約束的性質(zhì)和數(shù)量完全取決于運動副型式。 約束數(shù)約束數(shù) s 最少最少 ？；最多為？；最多為？自由度數(shù)自由度數(shù) f 與與 s 的關(guān)系？的關(guān)系？9（1 1）根據(jù)運動副所引入的約束數(shù)分類）根據(jù)運動副所引入的約束數(shù)分類 I I級副、級副、級副、級副、 級副、級副、 級副、級副、 級副級副 運動副的分類運動副的分類I I級副級副II級副級副III級副級副IV級副級副V級副級副1V級副級副2V級副級副310（2 2）根據(jù)構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件接觸情況分類根據(jù)構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件接觸情況分類低副低副 以

6、面接觸的運動副以面接觸的運動副高副高副 以點或線相接觸的運動副以點或線相接觸的運動副移動副移動副轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副球面高副球面高副柱面高副柱面高副球面低副球面低副11（3 3）根據(jù)構(gòu)成運動副的兩元素間相對運動形式分類）根據(jù)構(gòu)成運動副的兩元素間相對運動形式分類轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副或鉸鏈）轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副或鉸鏈）螺旋副螺旋副球面副球面副移動副移動副 根據(jù)構(gòu)成運動副的兩元素間相對運動的空間形式分類根據(jù)構(gòu)成運動副的兩元素間相對運動的空間形式分類 平面運動副平面運動副 空間運動副空間運動副低副（轉(zhuǎn)動副、移動副）低副（轉(zhuǎn)動副、移動副）和和平面高副平面高副12球銷副球銷副螺旋副螺旋副圓柱套筒副圓柱套筒副移動副移動副轉(zhuǎn)動副

7、轉(zhuǎn)動副13（4 4）按運動副接觸部分的幾何形狀分類）按運動副接觸部分的幾何形狀分類 圓柱副、球面副、螺旋副；平面與平面副、圓柱副、球面副、螺旋副；平面與平面副、 柱面與平面副、球面與平面副、球面與圓柱副柱面與平面副、球面與平面副、球面與圓柱副14運動副常用規(guī)定的簡單符號來表達（運動副常用規(guī)定的簡單符號來表達（GB446084） 運動副符號運動副符號 各種常用運動副類型各種常用運動副類型常用運動副的符號表常用運動副的符號表153.3.運動鏈運動鏈 若干個構(gòu)件通過運動副聯(lián)接組成的相對可動的構(gòu)件若干個構(gòu)件通過運動副聯(lián)接組成的相對可動的構(gòu)件系統(tǒng)。系統(tǒng)。閉式運動鏈閉式運動鏈閉鏈（一般機械中）閉鏈（一般機

8、械中）開式運動鏈開式運動鏈開鏈（機器人機構(gòu)中）開鏈（機器人機構(gòu)中）運動鏈運動鏈開式運動鏈開式運動鏈閉式運動鏈閉式運動鏈1712341234空間閉式運動鏈空間閉式運動鏈123412345平面閉式運動鏈平面閉式運動鏈平面開式運動鏈平面開式運動鏈空間開式運動鏈空間開式運動鏈4.4.機構(gòu)機構(gòu) 具有固定構(gòu)件的運動鏈稱為機構(gòu)。具有固定構(gòu)件的運動鏈稱為機構(gòu)。機架機架 機構(gòu)中作為參考系的構(gòu)件。機構(gòu)中作為參考系的構(gòu)件。機架機架原動件原動件從動件從動件主動件（原動件）主動件（原動件）機構(gòu)中按給定運動規(guī)律運動的構(gòu)件稱為機構(gòu)中按給定運動規(guī)律運動的構(gòu)件稱為 主動件，主動件，常以轉(zhuǎn)向箭頭表示。常以轉(zhuǎn)向箭頭表示。從動件從動

9、件 隨主動件運動的構(gòu)件稱為從動件。隨主動件運動的構(gòu)件稱為從動件。19 機構(gòu)常分為機構(gòu)常分為平面機構(gòu)平面機構(gòu)和和空間機構(gòu)空間機構(gòu)兩類，兩類，其中其中平面機構(gòu)平面機構(gòu)應(yīng)用最應(yīng)用最為廣泛。為廣泛。1234機架機架原動件原動件從動件從動件1234機架機架從動件從動件原動件原動件平面鉸鏈四桿機構(gòu)平面鉸鏈四桿機構(gòu)空間鉸鏈四桿機構(gòu)空間鉸鏈四桿機構(gòu)三、機構(gòu)運動簡圖的繪制三、機構(gòu)運動簡圖的繪制 在對現(xiàn)有機械進行分析或設(shè)計新機器時，都需要繪出其在對現(xiàn)有機械進行分析或設(shè)計新機器時，都需要繪出其機構(gòu)運動簡圖。機構(gòu)運動簡圖。 根據(jù)機構(gòu)的運動尺寸，按一定的比例尺定出根據(jù)機構(gòu)的運動尺寸，按一定的比例尺定出各運動副的位置，各

10、運動副的位置，機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖 采用運動副及常用機構(gòu)運動簡圖符號和構(gòu)件的采用運動副及常用機構(gòu)運動簡圖符號和構(gòu)件的表示方法，將機構(gòu)運動傳遞情況表示出來的簡化圖形。表示方法，將機構(gòu)運動傳遞情況表示出來的簡化圖形。 不嚴格按比例繪出，只表示不嚴格按比例繪出，只表示表明機構(gòu)的運動表明機構(gòu)的運動狀態(tài)或各構(gòu)件的相互關(guān)系狀態(tài)或各構(gòu)件的相互關(guān)系。機構(gòu)示意圖機構(gòu)示意圖1.1.機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖21222.2.機構(gòu)運動簡圖的繪制機構(gòu)運動簡圖的繪制（2 2）選定視圖平面；）選定視圖平面； （3）選適當比例尺，作出各運動副的相對位置，再畫出各運）選適當比例尺，作出各運動副的相對位置，再畫出各運動副和機構(gòu)

11、的符號，最后用簡單線條連接，即得機構(gòu)運動簡圖。動副和機構(gòu)的符號，最后用簡單線條連接，即得機構(gòu)運動簡圖。繪制方法及步驟：繪制方法及步驟： （1 1）搞清機械的構(gòu)造及運動情況，沿著運動傳遞路線，查明）搞清機械的構(gòu)造及運動情況，沿著運動傳遞路線，查明組成機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目、運動副的類別及其位置；組成機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目、運動副的類別及其位置；思路：先定原動部分和工作部分（一般位于傳動線路末端），弄清運思路：先定原動部分和工作部分（一般位于傳動線路末端），弄清運 動傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運動副的類型，并用符號表示出來。動傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運動副的類型，并用符號表示出來。順口溜：先兩頭，后中間，順口溜：先

12、兩頭，后中間， 從頭至尾走一遍，從頭至尾走一遍， 數(shù)數(shù)構(gòu)件是多少，數(shù)數(shù)構(gòu)件是多少， 再看它們怎相聯(lián)。再看它們怎相聯(lián)。 簡圖比例尺：簡圖比例尺：l l = =實際尺寸實際尺寸 m / m / 圖上長度圖上長度mmmmF 繪制牛頭刨床的機構(gòu)運動簡圖繪制牛頭刨床的機構(gòu)運動簡圖解：解：(1) (1) 從主動件開始，按運動傳動順序，分析各構(gòu)件之間相對運從主動件開始，按運動傳動順序，分析各構(gòu)件之間相對運動性質(zhì)，并確定聯(lián)接各構(gòu)件的運動副類型。動性質(zhì)，并確定聯(lián)接各構(gòu)件的運動副類型。(2) (2) 合理選擇視圖。本題選擇與各回轉(zhuǎn)軸線垂直的平面作為視合理選擇視圖。本題選擇與各回轉(zhuǎn)軸線垂直的平面作為視圖平面。圖平面

13、。(3) (3) 合理選擇長度比例尺合理選擇長度比例尺 ( (m/mm) )，繪制機構(gòu)運動簡圖，繪制機構(gòu)運動簡圖，標出標出原動件的方向原動件的方向，如圖所示。，如圖所示。25 練習：繪制機構(gòu)運動簡圖。練習：繪制機構(gòu)運動簡圖。26內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖繪制內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖繪制顎式破碎機機構(gòu)運動簡圖繪制顎式破碎機機構(gòu)運動簡圖繪制F 舉例舉例 ：27繪制圖示鄂式繪制圖示鄂式破碎機破碎機的運動簡圖的運動簡圖注：繪圖時應(yīng)注意選擇原動件的位置。注：繪圖時應(yīng)注意選擇原動件的位置。F 繪制小型壓力機的機構(gòu)運動簡圖繪制小型壓力機的機構(gòu)運動簡圖解：解：(1) (1) 分析機構(gòu)的組成情況，動作原理和運動情況。分析機構(gòu)

14、的組成情況，動作原理和運動情況。(2) (2) 分析各連接構(gòu)件之間相對運動性質(zhì)，確定各運動副類型。分析各連接構(gòu)件之間相對運動性質(zhì)，確定各運動副類型。(3) (3) 選擇視圖投影面及比例尺，繪制出機構(gòu)運動簡圖，標出原選擇視圖投影面及比例尺，繪制出機構(gòu)運動簡圖，標出原動件轉(zhuǎn)向。動件轉(zhuǎn)向。小結(jié)小結(jié) 機器和機構(gòu)的區(qū)別是什么？機器和機構(gòu)的區(qū)別是什么？ 構(gòu)件和零件的區(qū)別是什么？構(gòu)件和零件的區(qū)別是什么？ 構(gòu)件必須由多個零件組成嗎？構(gòu)件必須由多個零件組成嗎？ 運動副有哪些常用類型？運動副有哪些常用類型？ 機構(gòu)和運動鏈的區(qū)別是什么？機構(gòu)和運動鏈的區(qū)別是什么？ 如何繪制機構(gòu)運動簡圖？如何繪制機構(gòu)運動簡圖？ 機構(gòu)運

15、動簡圖和機構(gòu)示意圖的區(qū)別是什么？機構(gòu)運動簡圖和機構(gòu)示意圖的區(qū)別是什么？ 掌握常用運動副的特點；掌握常用運動副的特點； 掌握常用機構(gòu)構(gòu)件和運動副的簡圖符號；掌握常用機構(gòu)構(gòu)件和運動副的簡圖符號； 掌握以下名詞概念：掌握以下名詞概念： 構(gòu)件、零件、運動副、運動副元素、約束、運動鏈、機構(gòu)件、零件、運動副、運動副元素、約束、運動鏈、機構(gòu)構(gòu)30結(jié)束結(jié)束31第第2講講32知識回顧知識回顧（1 1）平面）平面低副：低副：（2 2）平面）平面高副：高副：2 2種：轉(zhuǎn)動副、移動副。種：轉(zhuǎn)動副、移動副。例如例如齒輪副、凸輪副等。齒輪副、凸輪副等。33（1 1）一個平面運動構(gòu)件有）一個平面運動構(gòu)件有3 3個自由度。個

16、自由度。（2 2）平面運動副）平面運動副2 21 11 12 21 12 2低副低副(轉(zhuǎn)動副移動副轉(zhuǎn)動副移動副)引入引入2 個約束。個約束。高副高副引入引入 1 個約束。個約束。自由度與約束自由度與約束自由度自由度 構(gòu)件獨立運動的數(shù)目構(gòu)件獨立運動的數(shù)目約約 束束 構(gòu)件運動的限制作用構(gòu)件運動的限制作用34設(shè)：設(shè)：1.1.平面機構(gòu)自由度的計算公式平面機構(gòu)自由度的計算公式 （平面機構(gòu)結(jié)構(gòu)公式）（平面機構(gòu)結(jié)構(gòu)公式） F = 3n - 2PL - PH有有 n n 個活動構(gòu)件，個活動構(gòu)件，P PL L個低副，個低副，P PH H個高副，個高副， 則則四四 、機構(gòu)自由度的計算、機構(gòu)自由度的計算 F=342

17、5 1=135F計算牛頭刨床機構(gòu)的自由度計算牛頭刨床機構(gòu)的自由度3(2)3 6(2 8 1)1LHFnPP 36 計算右圖所示運動鏈的自由度，并考慮其可能的運動情況？計算右圖所示運動鏈的自由度，并考慮其可能的運動情況？3 22 30aF 3 32 51bF q 運動鏈約束過多，已成為桁架，不能成為機構(gòu)。運動鏈約束過多，已成為桁架，不能成為機構(gòu)。0F 37 計算如圖所示運動鏈的自由度，并考慮其可能的運動情況？計算如圖所示運動鏈的自由度，并考慮其可能的運動情況？q 但原動件數(shù)小于自由度數(shù)，運動鏈沒有確定的但原動件數(shù)小于自由度數(shù)，運動鏈沒有確定的運動，不能成為機構(gòu)。運動，不能成為機構(gòu)。0F 3 32

18、 41F q 但原動件數(shù)大于自由度數(shù)，運動鏈將破壞，不但原動件數(shù)大于自由度數(shù)，運動鏈將破壞，不能成為機構(gòu)。能成為機構(gòu)。0F 34252F 38CF = 2 1 12 23 34 45 5BADE 1 1 4 4F=2,F=2,機構(gòu)給定機構(gòu)給定2 2個原動件個原動件運動確定運動確定39機構(gòu)的自由度機構(gòu)的自由度F F、機構(gòu)原動件的數(shù)目和機構(gòu)運動的關(guān)系：、機構(gòu)原動件的數(shù)目和機構(gòu)運動的關(guān)系：五五. . 機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件(1) 若若，則，則機構(gòu)不能動機構(gòu)不能動；(2) 若若且與原動件數(shù)相等，則且與原動件數(shù)相等，則 機構(gòu)各構(gòu)件間的機構(gòu)各構(gòu)件間的相對運動是確定的相對運動是確定的；

19、(3) 若若0，而，而原動件數(shù)原動件數(shù)，而，而原動件數(shù)原動件數(shù)F，則，則 構(gòu)件間構(gòu)件間不能運動或產(chǎn)生破壞不能運動或產(chǎn)生破壞。40機構(gòu)的自由度數(shù)機構(gòu)的自由度數(shù)是機構(gòu)應(yīng)當具有的原動件數(shù)目。是機構(gòu)應(yīng)當具有的原動件數(shù)目。機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件： 機構(gòu)的原動件數(shù)等于機構(gòu)的自由度數(shù)。機構(gòu)的原動件數(shù)等于機構(gòu)的自由度數(shù)。機構(gòu)的自由度機構(gòu)的自由度，實質(zhì)上是機構(gòu)具有確定位置時所必須，實質(zhì)上是機構(gòu)具有確定位置時所必須給定的獨立運動參數(shù)數(shù)目。給定的獨立運動參數(shù)數(shù)目。41【例題例題】計算圖示機構(gòu)的自由度。計算圖示機構(gòu)的自由度。【解解】 n = 5 PL =PH = 0F = 3n - 2PL -

20、PH =36= 35 - 26 - 0 1 12A15436EDCB42六、計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項六、計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項要正確計算運動副的數(shù)目要正確計算運動副的數(shù)目要除去局部自由度要除去局部自由度 要除去虛約束要除去虛約束 43（1）復合鉸鏈復合鉸鏈由兩個以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動副稱為由兩個以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動副稱為復合鉸鏈復合鉸鏈。1 12 23 31 12 23 3若有若有 m 個構(gòu)件個構(gòu)件, , 則有則有 m1 個轉(zhuǎn)動副。個轉(zhuǎn)動副。要正確計算運動副的數(shù)目要正確計算運動副的數(shù)目442A15436EDCBF = 3n - 2PL - PH =1= 35 - 2

21、7 - 0 45找出右圖中的復合鉸鏈，并計算機構(gòu)的自由度？找出右圖中的復合鉸鏈，并計算機構(gòu)的自由度？3 52 71F 4612345678ACDEFB【例例】計算圖示機構(gòu)的自由度計算圖示機構(gòu)的自由度。n = 7 PL =PH = 0F = 3n - 2PL - PH =110【解解】= 37 - 210 - 0 47（2）同一運動副）同一運動副 如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成運動副，如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成運動副，且符合下列情況者，則為同一運動副，即只能算一個運動且符合下列情況者，則為同一運動副，即只能算一個運動副。副。a）轉(zhuǎn)動副，且轉(zhuǎn)動軸線重合）轉(zhuǎn)動副，且轉(zhuǎn)動軸線重合121248 b）移動副，

22、且移動方向彼此平行或重合）移動副，且移動方向彼此平行或重合121249 c）平面高副，且各接觸點處的公法線彼此重合平面高副，且各接觸點處的公法線彼此重合等寬凸輪等寬凸輪50n1n1n2n2BAn1n1n2n2注意注意：公法線不重合時，變成實際約束！：公法線不重合時，變成實際約束?。?）復合平面高副復合平面高副51【解解】【例例】計算圖示機構(gòu)的自由度計算圖示機構(gòu)的自由度。n = 3 PL = 3F = 3n - 2PL - PH =2PH = 1= 33 - 23 - 1 124352（2）局部自由度局部自由度 對機構(gòu)其他構(gòu)件運動無關(guān)的自由度，稱為對機構(gòu)其他構(gòu)件運動無關(guān)的自由度，稱為局部自由度局

23、部自由度。在計算機構(gòu)自由度時，局部自由度應(yīng)當舍棄不計。在計算機構(gòu)自由度時，局部自由度應(yīng)當舍棄不計。F = 32-22-1 = 1 1243124353F = 32-22-1 = 1 3(2)LhFnPPF另解：如設(shè)機構(gòu)的局部自由度為另解：如設(shè)機構(gòu)的局部自由度為 , ,則機構(gòu)的實際自由度為：則機構(gòu)的實際自由度為：F124354（3）虛約束虛約束 在運動副所加的約束中，有些約束所起的限制作用可能是在運動副所加的約束中，有些約束所起的限制作用可能是重復的，這種重復的，這種起重復限制作用的約束起重復限制作用的約束稱為虛約束。稱為虛約束。 應(yīng)在計算結(jié)果中加上虛約束數(shù)，或應(yīng)在計算結(jié)果中加上虛約束數(shù)，或先將

24、產(chǎn)生虛約束的構(gòu)先將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件和運動副去掉，然后再進行計算件和運動副去掉，然后再進行計算。55找出右圖中的虛約束，并計算機構(gòu)的自由度？找出右圖中的虛約束，并計算機構(gòu)的自由度？3 42 60F 3 32 41F 56常見的虛約束有以下幾種情況：常見的虛約束有以下幾種情況：（1）軌跡重合的情況）軌跡重合的情況 在機構(gòu)中，如果用轉(zhuǎn)動副連接的是兩個構(gòu)件上運動軌跡在機構(gòu)中，如果用轉(zhuǎn)動副連接的是兩個構(gòu)件上運動軌跡相重合的點，該連接將帶入相重合的點，該連接將帶入1 1個虛約束。個虛約束。例如：例如：橢圓儀機構(gòu)橢圓儀機構(gòu)（圖中：（圖中：CADCAD9090，BCBCBDBD）。）。 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副C所連接的

25、所連接的C2、C3兩點兩點的軌跡重合，將帶入一個虛約束。的軌跡重合，將帶入一個虛約束。C CA AB BD D57（2）用雙副桿連接兩構(gòu)件上距離恒定不變的兩點的情況）用雙副桿連接兩構(gòu)件上距離恒定不變的兩點的情況58（3）結(jié)構(gòu)重復的情況結(jié)構(gòu)重復的情況 在機構(gòu)中，不影響機構(gòu)運動傳遞的重復部分所帶入的約束。在機構(gòu)中，不影響機構(gòu)運動傳遞的重復部分所帶入的約束。5923lhpppn 在機構(gòu)中，不影響機構(gòu)運動傳遞的重復部分所帶入的約束為在機構(gòu)中，不影響機構(gòu)運動傳遞的重復部分所帶入的約束為虛約束。如設(shè)機構(gòu)重復部分中的構(gòu)件數(shù)為虛約束。如設(shè)機構(gòu)重復部分中的構(gòu)件數(shù)為 ，低副數(shù)為，低副數(shù)為 及高及高副數(shù)為副數(shù)為 ，

26、則重復部分所帶入的虛約束，則重復部分所帶入的虛約束 為：為：nlphpp2 243 22p 60解：解：n = =9pl= =11局部自由度：局部自由度：虛約束：虛約束：1 1處處, , 構(gòu)件構(gòu)件8 8復合鉸鏈復合鉸鏈: :分析：分析：2 2個個ph = =3p=1, ,F=2例：計算圖示包裝機送紙機構(gòu)的自由度。例：計算圖示包裝機送紙機構(gòu)的自由度。位置位置D D ，2 2個低副個低副F39(21131)2=1F3n(2plph p) F另解：另解：F36273=161a. 使受力狀態(tài)更合理，使受力狀態(tài)更合理，例如例如多個行星輪。多個行星輪。b. 使機構(gòu)平衡，使機構(gòu)平衡，例如例如軸與軸承、機床導

27、軌。軸與軸承、機床導軌。c. 考慮機構(gòu)在特殊位置的運動考慮機構(gòu)在特殊位置的運動機構(gòu)中為什么要使用虛約束機構(gòu)中為什么要使用虛約束?62v 機構(gòu)中的虛約束都是在一些特定幾何條件下出現(xiàn)的，如機構(gòu)中的虛約束都是在一些特定幾何條件下出現(xiàn)的，如果這些幾何條件不能滿足，則虛約束就會成為實際有效的果這些幾何條件不能滿足，則虛約束就會成為實際有效的約束，從而使機構(gòu)卡住不能運動。約束，從而使機構(gòu)卡住不能運動。使用虛約束時要注意什么問題使用虛約束時要注意什么問題?從從保證機構(gòu)運動和便于加工裝配保證機構(gòu)運動和便于加工裝配等方面而言，應(yīng)盡量等方面而言，應(yīng)盡量減減少少機構(gòu)的虛約束。機構(gòu)的虛約束。為了為了改善構(gòu)件的受力改善

28、構(gòu)件的受力，增加機構(gòu)的剛度，在實際機械中，增加機構(gòu)的剛度，在實際機械中虛約束又被廣泛地應(yīng)用虛約束又被廣泛地應(yīng)用著。著。v 在機械設(shè)計過程中，在機械設(shè)計過程中，是否使用及如何使用虛約束是否使用及如何使用虛約束，必須，必須對現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備、加工成本、所要求的機器使用壽命和對現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備、加工成本、所要求的機器使用壽命和可靠性等進行全面考慮?？煽啃缘冗M行全面考慮。63平面機構(gòu)自由度的計算公式平面機構(gòu)自由度的計算公式 （平面機構(gòu)結(jié)構(gòu)公式）（平面機構(gòu)結(jié)構(gòu)公式） F = 3n 2pl - ph總結(jié)：總結(jié)：F3n(2plph p) F64F計算如圖所示大篩機構(gòu)的自由度計算如圖所示大篩機構(gòu)的自由度解：機構(gòu)各

29、構(gòu)件均在同一平面運動，可按圖解：機構(gòu)各構(gòu)件均在同一平面運動，可按圖b分析分析圖 (a)圖 (b)3 72 9 12F 65F例例1. 圖示牛頭刨床設(shè)計方案草圖。設(shè)計思路為：動力由曲柄圖示牛頭刨床設(shè)計方案草圖。設(shè)計思路為：動力由曲柄1輸入，通過滑塊輸入，通過滑塊2使擺動導桿使擺動導桿 3 作往復擺動，并帶動滑枕作往復擺動，并帶動滑枕4作往作往復移動，已達到刨削加工目的。試問圖示的構(gòu)件組合是否能達復移動，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？到此目的？如果不能，該如何修改？1 12 23 34解：首先計算設(shè)計方案草圖的自由度解：首先計算設(shè)計方案草圖的自由度0

30、624323HPPnFL 即表示如果按此方案設(shè)計機構(gòu)，機即表示如果按此方案設(shè)計機構(gòu)，機構(gòu)是不能運動的。必須修改，以達到設(shè)構(gòu)是不能運動的。必須修改，以達到設(shè)計目的。計目的。改進措施：改進措施：1. 增加一個低副和一個活動構(gòu)件；增加一個低副和一個活動構(gòu)件；2. 用一個高副代替低副。用一個高副代替低副。練習題練習題661 12 23 34改進圖改進圖 167改進圖改進圖 21 12 23 3468改進圖改進圖 31 12 23 3469改進圖改進圖 41 12 23 3470改進圖改進圖 51 12 23 3471改進圖改進圖 61 12 23 3472改進圖改進圖 71 12 23 3473F例例

31、 2. 已知：已知： DE=FG=HI，且相互平行；，且相互平行；DF=EG，且相互平，且相互平行；行；DH=EI，且相互平行。計算如圖所示機構(gòu)的自由度，且相互平行。計算如圖所示機構(gòu)的自由度 (若存若存在局部自由度、復合鉸鏈、虛約束請標出）。在局部自由度、復合鉸鏈、虛約束請標出）。ADECHGFIBK123456789748 ;11 ;1323 82 11 11LLHHnPPFnPP ADECHGFIBK123456789局部自由度局部自由度復合鉸鏈復合鉸鏈虛約束虛約束10 ;14 ;1;1;13(2)3 10(2 141 1)11LHLHnPPPFFnPPPF 75F例例3. 計算如圖所示機

32、構(gòu)的自由度計算如圖所示機構(gòu)的自由度 (若存在局部自由度、復合鉸若存在局部自由度、復合鉸鏈、虛約束請標出）。鏈、虛約束請標出）。7 7A AC C1 12B B3 3D DE EF FG GH HI I4 45 56 6766 ;8 ;1323 6 2 8 1 1LLHHnPPFnPP 7 7A AC C1 12B B3 3D DE EF FG GH HI I4 45 56 6局部自由度局部自由度虛約束虛約束77F例例4. 已知已知HG=IJ, 且相互平行；且相互平行；GL=JK，且相互平行。計算如，且相互平行。計算如圖所示機構(gòu)的自由度圖所示機構(gòu)的自由度 (若存在局部自由度、復合鉸鏈、虛約束請若

33、存在局部自由度、復合鉸鏈、虛約束請標出）。標出）。 C C2 21 1A AB BE ED DF F3 34 45 56 67 78 89 91 10 01 11 1G GH HI IJ JK KL L781111283231;11;8HHLPPnFPPnL虛約束虛約束C C2 21 1A AB B6 67 78 89 910101111G GH HI IJ JK KL LE ED DF F3 34 45 5局部自由度局部自由度復合鉸鏈復合鉸鏈79A1234567BCDEFGIF練習：計算如圖所示機構(gòu)的自由度（若存在局部自由度、復練習：計算如圖所示機構(gòu)的自由度（若存在局部自由度、復合鉸鏈、虛約

34、束，請指出）。合鉸鏈、虛約束，請指出）。80解題要點：解題要點： C為復合鉸鏈；為復合鉸鏈；G、I之一為虛約束；滾子之一為虛約束；滾子B帶來一個局部自由度，應(yīng)除去滾子引入的局部自帶來一個局部自由度，應(yīng)除去滾子引入的局部自由度，即將其與構(gòu)件由度，即將其與構(gòu)件2固連。固連。解：解： 計算機構(gòu)的自由度：計算機構(gòu)的自由度：21927323HLPPnF814.4.空間機構(gòu)自由度簡述空間機構(gòu)自由度簡述( (自學自學) ) 機構(gòu)中所有構(gòu)件共同失去的自由度稱為機構(gòu)中所有構(gòu)件共同失去的自由度稱為公共約束公共約束。 設(shè)公共約束數(shù)為設(shè)公共約束數(shù)為m，則可得如下，則可得如下機構(gòu)自由度計算公式機構(gòu)自由度計算公式：F=(

35、6m)n(im)Pi 其中其中 m公共約束公共約束 若若n個活動構(gòu)件中有個活動構(gòu)件中有P1個一級副；有個一級副；有P2個二級副；有個二級副；有P3個三級副；有個三級副；有P4個四級副；有個四級副；有P5個五級副，則個五級副，則 空間機構(gòu)的自由度公式：空間機構(gòu)的自由度公式：F=6n- -5P5- -4P4- -3P3- -2P2- -P1 82F計算下圖所示自動駕駛儀操縱裝置的自由度計算下圖所示自動駕駛儀操縱裝置的自由度 活塞活塞2與固定氣缸組成圓柱副（四級副），連桿與固定氣缸組成圓柱副（四級副），連桿3與構(gòu)與構(gòu)件件2，搖桿，搖桿4與機座與機座1均為轉(zhuǎn)動副（五級副）相連，搖桿均為轉(zhuǎn)動副（五級副）

36、相連，搖桿3與與搖桿搖桿4以球面副（三級副）相連。以球面副（三級副）相連。（1 1）分析該裝置中的各構(gòu)件間形成的運動副的類型）分析該裝置中的各構(gòu)件間形成的運動副的類型（2）畫出該裝置的機構(gòu)運動簡圖畫出該裝置的機構(gòu)運動簡圖（3）計算自由度計算自由度5432165432Fnppppp6 3524 13 11F 83具有具有m個公共約束的運動鏈個公共約束的運動鏈 由兩個圓錐齒輪和機架所組成的運由兩個圓錐齒輪和機架所組成的運動鏈中，動鏈中，3個移動自由度均受到約束，個移動自由度均受到約束，故公共約束數(shù)故公共約束數(shù)m=3。構(gòu)件。構(gòu)件1與與2以平面高以平面高副相聯(lián)，又分別以轉(zhuǎn)動副與機架相聯(lián)，副相聯(lián)，又分別

37、以轉(zhuǎn)動副與機架相聯(lián)，故有式：故有式：(63) 2(53) 2(43) 1 1F 84第二講結(jié)束第二講結(jié)束85七、平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析七、平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析1.1.平面機構(gòu)的組成原理平面機構(gòu)的組成原理原動件原動件從動件組從動件組機架機架86將該機構(gòu)的機架和原動件拆去，余下從動件組將該機構(gòu)的機架和原動件拆去，余下從動件組這個從動件組的自由度為零，即：這個從動件組的自由度為零，即：06243236,4LLPnFPn 這個從動件組還可以分解成若干個更簡單的、自由這個從動件組還可以分解成若干個更簡單的、自由度等于零的從動件組。度等于零的從動件組。87分分解解？還能進一步分解嗎？還能進一

38、步分解嗎？還能進一步分解嗎？還能進一步分解嗎？88 基本桿組（阿蘇爾桿組）基本桿組（阿蘇爾桿組） ：最簡單的、不可再分的、最簡單的、不可再分的、自由度為零的構(gòu)件組稱為基本桿組或稱為阿蘇爾桿組。自由度為零的構(gòu)件組稱為基本桿組或稱為阿蘇爾桿組。 這樣的從動件組已經(jīng)不能進一步分解成更簡單、自由這樣的從動件組已經(jīng)不能進一步分解成更簡單、自由度為零的從動件組。度為零的從動件組。 基本桿組的概念非常重要，是機構(gòu)分析的重要理論基礎(chǔ)。基本桿組的概念非常重要，是機構(gòu)分析的重要理論基礎(chǔ)。89機構(gòu)的組成原理機構(gòu)的組成原理 任何機構(gòu)都可以看成是由若干個基本桿組依次聯(lián)任何機構(gòu)都可以看成是由若干個基本桿組依次聯(lián)結(jié)于原動件

39、和機架上組成的系統(tǒng)。結(jié)于原動件和機架上組成的系統(tǒng)。組成平面機構(gòu)基本桿組應(yīng)滿足條件：組成平面機構(gòu)基本桿組應(yīng)滿足條件：F=3n- -2PL- -PH=0 90 如果基本桿組的運動副全為低副，則基本桿組自如果基本桿組的運動副全為低副，則基本桿組自由度的計算公式為：由度的計算公式為：320LFnPLPn32 由于活動構(gòu)件數(shù)由于活動構(gòu)件數(shù)n和低副數(shù)和低副數(shù)PL都必須是整數(shù)，所都必須是整數(shù)，所以以n應(yīng)是應(yīng)是2的倍數(shù)，的倍數(shù)，PL 應(yīng)是應(yīng)是3的倍數(shù)，即的倍數(shù)，即n=2, PL=3n=4, PL=6n=6, PL=991 最簡單的平面基本桿組是由兩個構(gòu)件三個低副組最簡單的平面基本桿組是由兩個構(gòu)件三個低副組成的

40、桿組，稱之為成的桿組，稱之為級桿組，級桿組，級桿組是機構(gòu)中最常級桿組是機構(gòu)中最常見的一類基本桿組。見的一類基本桿組。級桿組有以下五種形式：級桿組有以下五種形式：（1）RRR桿組桿組（2）RRP桿組桿組92（3）RPR桿組桿組（4）PRP桿組桿組（5）RPP桿組桿組93除除級桿組外，還有級桿組外，還有、級等較高級的基本桿組。級等較高級的基本桿組。級桿組級桿組由個構(gòu)件個低副組成，具有一個副構(gòu)件，而由個構(gòu)件個低副組成，具有一個副構(gòu)件，而每個內(nèi)副所連接的分支是雙副構(gòu)件。每個內(nèi)副所連接的分支是雙副構(gòu)件。級桿組級桿組由個構(gòu)件個低副組成，有個內(nèi)副。由個構(gòu)件個低副組成，有個內(nèi)副。94 在同一機構(gòu)中可包含不同級

41、別的基本桿組，把機構(gòu)中所包在同一機構(gòu)中可包含不同級別的基本桿組，把機構(gòu)中所包含的基本桿組的最高級數(shù)作為機構(gòu)的級數(shù)，這就是含的基本桿組的最高級數(shù)作為機構(gòu)的級數(shù)，這就是機構(gòu)的結(jié)構(gòu)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類方法分類方法。分組的目的：為運動、動力分析服務(wù)分組的目的：為運動、動力分析服務(wù)952.2.平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的步驟：機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的步驟： （1）除去虛約束和局部自由度，計算機構(gòu)的自由度）除去虛約束和局部自由度，計算機構(gòu)的自由度并確定原動件。并確定原動件。 （2）拆桿組，）拆桿組，從遠離原動件的構(gòu)件先試拆從遠離原動件的構(gòu)件先試拆級組，級組，若不成；再拆若不成；再拆級組，直至只剩下原

42、動件和機架為止。級組，直至只剩下原動件和機架為止。 （3）確定機構(gòu)的級別。）確定機構(gòu)的級別。96F計算機構(gòu)的自由度，并確定機構(gòu)的級別計算機構(gòu)的自由度，并確定機構(gòu)的級別解：該機構(gòu)無虛約束和局部自由度解：該機構(gòu)無虛約束和局部自由度 F=35-27=1 該機構(gòu)為該機構(gòu)為II級級機構(gòu)機構(gòu)97習題習題1：破碎機機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析。：破碎機機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析。1）若取機構(gòu)）若取機構(gòu)1為原動件時，為原動件時， 此機構(gòu)為此機構(gòu)為級機構(gòu)。級機構(gòu)。2 2）若取構(gòu)件）若取構(gòu)件5 5為原動件時，先試拆為原動件時，先試拆級桿組，級桿組， 再試拆再試拆級組，級組，此機構(gòu)為此機構(gòu)為級機構(gòu)。級機構(gòu)。98習題習題2：計算下列機構(gòu)的自由度，并確定桿組及機構(gòu)的級別（分計算下列機構(gòu)的自由度，并確定桿組及機構(gòu)的級別（分別以構(gòu)件別以構(gòu)件2、4、8為原動件）為原動件） 。99本節(jié)結(jié)束本節(jié)結(jié)束1003.3.平面機構(gòu)的高副低代（自學）平面機構(gòu)的高副低代（自學） 為使平面低副機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和運動分析方法能適用于含有為使平面低副機構(gòu)的結(jié)