第1章機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

1、什么是平面機(jī)構(gòu)？什么是平面機(jī)構(gòu)？ 平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)相對。只是機(jī)構(gòu)發(fā)生運動的平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)相對。只是機(jī)構(gòu)發(fā)生運動的空間不同：平面機(jī)構(gòu)，可以認(rèn)為組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件在同空間不同：平面機(jī)構(gòu)，可以認(rèn)為組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件在同一個平面內(nèi)運動，或在相互平行的平面內(nèi)運動?？臻g一個平面內(nèi)運動，或在相互平行的平面內(nèi)運動?？臻g機(jī)構(gòu)的運動可以分解為平面機(jī)構(gòu)的運動；因此，課堂機(jī)構(gòu)的運動可以分解為平面機(jī)構(gòu)的運動；因此，課堂上以平面機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)來研究機(jī)構(gòu)學(xué)。上以平面機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)來研究機(jī)構(gòu)學(xué)。第第1 1章章 平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的1.研究機(jī)構(gòu)的組成及其具有確定運動的條件研

2、究機(jī)構(gòu)的組成及其具有確定運動的條件目的是2.繪制機(jī)構(gòu)運動簡圖繪制機(jī)構(gòu)運動簡圖 目的是為運動分析和動力分析作準(zhǔn)備。目的是為運動分析和動力分析作準(zhǔn)備。弄清機(jī)構(gòu)包含哪幾個部分弄清機(jī)構(gòu)包含哪幾個部分;各部分如何相聯(lián)？各部分如何相聯(lián)？ 以及怎樣的結(jié)構(gòu)才能保證具有確定的相對運動？以及怎樣的結(jié)構(gòu)才能保證具有確定的相對運動？ 這對于設(shè)計新的機(jī)構(gòu)顯得尤其重要。3.研究機(jī)構(gòu)的組成原理，按結(jié)構(gòu)特點對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類研究機(jī)構(gòu)的組成原理，按結(jié)構(gòu)特點對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類 目的是搞清楚按何種規(guī)律組成的機(jī)構(gòu)能滿足運動目的是搞清楚按何種規(guī)律組成的機(jī)構(gòu)能滿足運動確定性的要求。不同的機(jī)構(gòu)都有各自的特點，把各種確定性的要求。不同的機(jī)構(gòu)都有各自

3、的特點，把各種機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)加以分類，其目的是按其分類建立運動分機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)加以分類，其目的是按其分類建立運動分析和動力分析的一般方法。析和動力分析的一般方法。第第1 1章章 平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 1-1 機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成 1-2 機(jī)構(gòu)運動簡圖機(jī)構(gòu)運動簡圖 1-3 平面機(jī)構(gòu)自由度平面機(jī)構(gòu)自由度 1-4 機(jī)構(gòu)的組成原理機(jī)構(gòu)的組成原理一、組成機(jī)構(gòu)的兩要素：一、組成機(jī)構(gòu)的兩要素：11 機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成1.構(gòu)件構(gòu)件-忽略其具體的結(jié)構(gòu)、形狀作為獨立的運動單元忽略其具體的結(jié)構(gòu)、形狀作為獨立的運動單元 作者：仝美娟a)兩個構(gòu)件、兩個構(gòu)件、b) 直接接觸、直接接觸、c) 有相對運動有相對運動

4、運動副元素運動副元素直接接觸的部分（點、線、面）直接接觸的部分（點、線、面）例如：例如：凸輪凸輪、齒輪齒廓齒輪齒廓、活塞與缸套活塞與缸套等。等。2.運動副兩個構(gòu)件直接接觸組成的仍能產(chǎn)生某些相運動副兩個構(gòu)件直接接觸組成的仍能產(chǎn)生某些相對運動的聯(lián)接。對運動的聯(lián)接。三個條件，缺一不可三個條件，缺一不可作者：仝美娟舉例：舉例：內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)運動副的可動連接有什么特點？運動副的可動連接有什么特點？類別和構(gòu)件之間的相對運動有無關(guān)系？類別和構(gòu)件之間的相對運動有無關(guān)系？1. 按運動副元素分有：按運動副元素分有： 高副高副 點、線接觸，應(yīng)力高。點、線接觸，應(yīng)力高。低副低副(lower pair)面接觸，應(yīng)力低。面

5、接觸，應(yīng)力低。例如：例如：滾動滾動副副、凸輪副凸輪副、齒輪副齒輪副等。等。以圓柱面接觸稱為以圓柱面接觸稱為轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副（又稱為回轉(zhuǎn)副、鉸鏈（又稱為回轉(zhuǎn)副、鉸鏈-固定固定鉸鏈及活動鉸鏈）鉸鏈及活動鉸鏈）二、運動副的分類：二、運動副的分類： 以平面接觸稱之為以平面接觸稱之為移動副移動副2.移動副，移動副，決定了兩構(gòu)件之間的相對運動只能為相對移動，比決定了兩構(gòu)件之間的相對運動只能為相對移動，比如：活塞與汽缸體之間的低副。如：活塞與汽缸體之間的低副。低副的運動特點：低副的運動特點：1. 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副，決定了兩構(gòu)件之間的相對運動只能為相對轉(zhuǎn)動，決定了兩構(gòu)件之間的相對運動只能為相對轉(zhuǎn)動，比如：活塞與連桿之

6、間的運動副；連桿與連桿與曲軸之間；曲軸與汽缸體的運比如：活塞與連桿之間的運動副；連桿與連桿與曲軸之間；曲軸與汽缸體的運動副等。動副等。這類低副稱之為轉(zhuǎn)動副，又稱為這類低副稱之為轉(zhuǎn)動副，又稱為鉸鏈鉸鏈，若其中一個構(gòu)，若其中一個構(gòu)件不動，稱之為件不動，稱之為固定鉸鏈固定鉸鏈；若兩構(gòu)件都為活動構(gòu)件則稱之為；若兩構(gòu)件都為活動構(gòu)件則稱之為活動鉸鏈活動鉸鏈。 先了解獨立自由構(gòu)件的運動，即沒有和其它構(gòu)件形成運動先了解獨立自由構(gòu)件的運動，即沒有和其它構(gòu)件形成運動副之前的運動：副之前的運動：獨立自由構(gòu)件的自由度獨立自由構(gòu)件的自由度 獨立自由構(gòu)件在平面內(nèi)的運動可以用三個獨立運動來表述：獨立自由構(gòu)件在平面內(nèi)的運動可

7、以用三個獨立運動來表述：沿著沿著x方向移動；沿著方向移動；沿著y方向移動；垂直于方向移動；垂直于xoy平面的轉(zhuǎn)動。平面的轉(zhuǎn)動。獨立自由構(gòu)件在空間的運動可以用獨立自由構(gòu)件在空間的運動可以用6個自由度來描述。個自由度來描述。把獨立運動稱之為把獨立運動稱之為自由度自由度，即獨立構(gòu)件在平面內(nèi)有，即獨立構(gòu)件在平面內(nèi)有3個自由度；個自由度；平面運動副中約束平面運動副中約束+自由度自由度=3；空間運動副中約束空間運動副中約束+自由度自由度=6約束約束-運動的限制運動的限制約束和自由度相對。約束和自由度相對。2.運動副中最多可以有多少約束？運動副中最多可以有多少約束？ 最少可以有幾個自由度？最少可以有幾個自由

8、度？1.平面低副中帶來了幾個約束？平面低副中帶來了幾個約束？ 高副帶來幾個約束？高副帶來幾個約束？ 問題：問題：2. 按相對運動范圍分有：按相對運動范圍分有： 平面運動副平面運動副平面運動平面運動平面機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)全部由平面運動副組成的機(jī)構(gòu)。全部由平面運動副組成的機(jī)構(gòu)。例如：球鉸鏈、拉桿天線、螺旋、生物關(guān)節(jié)。例如：球鉸鏈、拉桿天線、螺旋、生物關(guān)節(jié)?？臻g運動副空間運動副空間運動空間運動空間機(jī)構(gòu)空間機(jī)構(gòu)至少含有一個空間運動副的機(jī)構(gòu)。至少含有一個空間運動副的機(jī)構(gòu)。作者：仝美娟3. 按引入的約束數(shù)分有：按引入的約束數(shù)分有： I級副級副II級副級副III級副級副I級副、級副、II級副、級副、III級副、級

9、副、IV級副、級副、V級副。級副。IV級副級副V級副級副1V級副級副2V級副級副3兩者關(guān)聯(lián)三、常見運動副符號的表示三、常見運動副符號的表示: 國標(biāo)國標(biāo)GB446084 常用運動副的符號常用運動副的符號運動副運動副名稱名稱運動副符號運動副符號兩運動構(gòu)件構(gòu)成的運動副兩運動構(gòu)件構(gòu)成的運動副轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動副副移移動動副副12121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時的運動副兩構(gòu)件之一為固定時的運動副122121平平面面運運動動副副平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球球銷銷副副121212空空間間運運動動副副121212四、構(gòu)件的表示方法四、構(gòu)件的表示

10、方法:一般構(gòu)件的表示方法一般構(gòu)件的表示方法 桿、軸構(gòu)件桿、軸構(gòu)件固定構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件同一構(gòu)件三（運動）三（運動）副構(gòu)件副構(gòu)件 兩兩(運動運動)副構(gòu)件副構(gòu)件 一般構(gòu)件的表示方法一般構(gòu)件的表示方法 運動鏈兩個以上的構(gòu)件通過運動副運動鏈兩個以上的構(gòu)件通過運動副的聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。的聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。注意事項注意事項:作者：仝美娟 畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實際外形，而只考慮運動畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實際外形，而只考慮運動副的性質(zhì)副的性質(zhì)。閉式鏈閉式鏈(Close chain) 3. 運動鏈運動鏈 (Kinematic chain) 作者：仝美娟開式鏈開式鏈(Open chain)若干若干1個或幾個個或幾

11、個1個個五、五、 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)定義定義：具有確定運動的運動鏈稱為機(jī)構(gòu)具有確定運動的運動鏈稱為機(jī)構(gòu) 。機(jī)架機(jī)架作為參考系的構(gòu)件作為參考系的構(gòu)件，如機(jī)床床身、車輛如機(jī)床床身、車輛底盤、飛機(jī)機(jī)身。底盤、飛機(jī)機(jī)身。機(jī)構(gòu)的組成：機(jī)構(gòu)的組成：機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)機(jī)架原動件從動件機(jī)架原動件從動件機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件經(jīng)運動副聯(lián)接而成的，很顯然，機(jī)構(gòu)歸屬于運動鏈，那么，運動鏈在什么條件下就能稱為機(jī)構(gòu)呢？即各部分運動確定。分別用四桿機(jī)構(gòu)和五桿機(jī)構(gòu)模型演示得出如下結(jié)論：在運動鏈中，如果以某一個構(gòu)件作為參考坐標(biāo)系，當(dāng)其中另一個（或少數(shù)幾個）構(gòu)件相對于該坐標(biāo)系按給定的運動規(guī)律運動時，其余所有的構(gòu)件都能得到確定的運動，那么，該運動鏈便成為機(jī)

12、構(gòu)。 原（主）動件原（主）動件按給定運動規(guī)律運動的構(gòu)件按給定運動規(guī)律運動的構(gòu)件。從動件從動件其余可動構(gòu)件。其余可動構(gòu)件。12 平面機(jī)構(gòu)運動簡圖平面機(jī)構(gòu)運動簡圖問題：問題： 機(jī)構(gòu)作為能執(zhí)行某種運動的可動裝置。如何表述其在機(jī)構(gòu)作為能執(zhí)行某種運動的可動裝置。如何表述其在運動的過程中動作的原理？運動的過程中動作的原理？-機(jī)構(gòu)運動簡圖機(jī)構(gòu)運動簡圖（1）所繪制的圖樣和實際機(jī)構(gòu)之間的尺寸差異如何表述？）所繪制的圖樣和實際機(jī)構(gòu)之間的尺寸差異如何表述？-采取適當(dāng)?shù)谋壤?！采取適當(dāng)?shù)谋壤撸。?）機(jī)構(gòu)是在運動中，如何把動態(tài)在圖紙上以靜態(tài)的方式表）機(jī)構(gòu)是在運動中，如何把動態(tài)在圖紙上以靜態(tài)的方式表述出來？述出來？-選

13、取運動中易于表達(dá)各構(gòu)件相對運動關(guān)系的瞬間選取運動中易于表達(dá)各構(gòu)件相對運動關(guān)系的瞬間（3）機(jī)構(gòu)是有其立體形狀的，而圖紙是平面的，如何解決？）機(jī)構(gòu)是有其立體形狀的，而圖紙是平面的，如何解決？-選擇合適的繪圖投影面選擇合適的繪圖投影面12 平面機(jī)構(gòu)運動簡圖平面機(jī)構(gòu)運動簡圖一、機(jī)構(gòu)運動簡圖一、機(jī)構(gòu)運動簡圖-用簡單的線條代表構(gòu)件，用簡單的線條代表構(gòu)件，規(guī)定的符號代表運動副，采用一定的比例尺繪制出規(guī)定的符號代表運動副，采用一定的比例尺繪制出代表其運動過程的原理簡圖，以說明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件代表其運動過程的原理簡圖，以說明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系的簡單圖形。之間的相對運動關(guān)系的簡單圖形。作用：作用： （1）

14、.表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動情況。表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動情況。u 機(jī)動示意圖不按比例繪制的簡圖（機(jī)動示意圖不按比例繪制的簡圖（僅表示機(jī)構(gòu)僅表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成情況，而不能用于定量分析機(jī)構(gòu)的運動的結(jié)構(gòu)組成情況，而不能用于定量分析機(jī)構(gòu)的運動）（2）.作為運動分析和動力分析的依據(jù)。作為運動分析和動力分析的依據(jù)?，F(xiàn)摘錄了部分現(xiàn)摘錄了部分GB446084機(jī)構(gòu)示意圖如下表機(jī)構(gòu)示意圖如下表。常用機(jī)構(gòu)運動簡圖符號常用機(jī)構(gòu)運動簡圖符號 在在機(jī)機(jī)架架上上的的電電機(jī)機(jī)齒齒輪輪齒齒條條傳傳動動帶帶傳傳動動圓圓錐錐齒齒輪輪傳傳動動鏈鏈傳傳動動圓柱圓柱蝸桿蝸桿蝸輪蝸輪傳動傳動凸凸輪輪傳傳動動外嚙外嚙合圓合圓柱齒柱齒輪傳輪傳動動u

15、機(jī)構(gòu)運動簡圖機(jī)構(gòu)運動簡圖應(yīng)滿足的條件應(yīng)滿足的條件： （1）.構(gòu)件數(shù)目與實際相同構(gòu)件數(shù)目與實際相同 （2）.運動副的性質(zhì)、數(shù)目與實際相符運動副的性質(zhì)、數(shù)目與實際相符 （3）.運動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實際運動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實際機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) 成比例。成比例。棘棘輪輪機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)內(nèi)嚙內(nèi)嚙合圓合圓柱齒柱齒輪傳輪傳動動二、二、 繪制機(jī)構(gòu)運動簡圖繪制機(jī)構(gòu)運動簡圖順口溜：順口溜：先兩頭，后中間，先兩頭，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)。步驟：步驟：1.運轉(zhuǎn)機(jī)械，搞清楚運動副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目；運轉(zhuǎn)機(jī)械，搞清楚運動

16、副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目；2.測量各運動副之間的尺寸，選投影面（運動平面）。測量各運動副之間的尺寸，選投影面（運動平面）。3.選擇比例繪制。選擇比例繪制。 簡圖比例尺：簡圖比例尺： l = =實際尺寸實際尺寸 m / m / 圖上長度圖上長度mm mm 或或思路：思路：先定原動部分和工作部分（一般位于傳動線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。動副的類型，并用符號表示出來。l =實際尺寸實際尺寸 mm / 圖上長度圖上長度mm4.繪制并檢驗機(jī)構(gòu)是否滿足運動確定的條件。繪制并檢驗

17、機(jī)構(gòu)是否滿足運動確定的條件。舉例：舉例：繪制繪制內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運動簡圖。的機(jī)構(gòu)運動簡圖。注意：比例尺注意：比例尺l 的單位的單位m / mm或或mm / mm含義含義:每每mm圖示尺寸代表多少實際尺寸圖示尺寸代表多少實際尺寸 實例實例內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)分析：分析：（1）搞清楚機(jī)械實際構(gòu)造和運）搞清楚機(jī)械實際構(gòu)造和運動情況，包含運動路線。動情況，包含運動路線。構(gòu)件：構(gòu)件：10. 活塞活塞 11.汽缸體汽缸體3. 連桿連桿4. 曲軸曲軸1. 小齒輪小齒輪18. 大齒輪大齒輪7. 凸輪凸輪8. 推桿推桿CBDEAFHI（2）根據(jù)相鄰兩構(gòu)件相對運動性）根據(jù)相鄰兩構(gòu)件相對運動性質(zhì)，確定運動副類型。質(zhì)，確定

18、運動副類型。103：回轉(zhuǎn)副：回轉(zhuǎn)副34：回轉(zhuǎn)副：回轉(zhuǎn)副（41：一體）：一體） 118：高副（齒輪副）：高副（齒輪副）（718：一體）：一體）78：高副（凸輪副）：高副（凸輪副） 1011：滑動副：滑動副42：12: 回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副72: 回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副82：移動副：移動副CBDEAFHIHIABDCxy（2）選擇投影面）選擇投影面（3）比例尺比例尺（4）繪圖及檢查機(jī)構(gòu)是）繪圖及檢查機(jī)構(gòu)是否具有確定的運動否具有確定的運動CBDEAFHIHIABDCE（4）繪圖及檢查機(jī)構(gòu)是）繪圖及檢查機(jī)構(gòu)是否具有確定的運動否具有確定的運動（2）選擇投影面）選擇投影面（3）比例尺比例尺CBDEAFHIHIABDCEF（

19、4）繪圖及檢查機(jī)構(gòu)是）繪圖及檢查機(jī)構(gòu)是否具有確定的運動否具有確定的運動（2）選擇投影面）選擇投影面（3）比例尺比例尺CBDEAFHIHIABDCEF（3）選擇投影面及比例尺）選擇投影面及比例尺（4）繪圖）繪圖（4）繪圖及檢查機(jī)構(gòu)是）繪圖及檢查機(jī)構(gòu)是否具有確定的運動否具有確定的運動（1）首先要搞清楚實際構(gòu)造和運動情況，弄清路線。）首先要搞清楚實際構(gòu)造和運動情況，弄清路線。（2）高副要繪制接觸處的曲線輪廓。高副要繪制接觸處的曲線輪廓。（3）選擇機(jī)構(gòu)的多數(shù)構(gòu)件的運動平面為投影面。）選擇機(jī)構(gòu)的多數(shù)構(gòu)件的運動平面為投影面。u 注意事項：注意事項：（4）比例尺表示方法。）比例尺表示方法。（5）機(jī)架間的相對

20、位置很重要（如對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）機(jī)架間的相對位置很重要（如對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 和偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）。和偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）。（6）轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動中心，和移動副的移動導(dǎo)路方向。為了）轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動中心，和移動副的移動導(dǎo)路方向。為了準(zhǔn)確地反映構(gòu)件間原有的相對運動，準(zhǔn)確地反映構(gòu)件間原有的相對運動， 表示轉(zhuǎn)動副的小圓必須與相對回轉(zhuǎn)軸線重合；表示移動副表示轉(zhuǎn)動副的小圓必須與相對回轉(zhuǎn)軸線重合；表示移動副的滑塊，導(dǎo)桿或?qū)Р?，其?dǎo)路必須與相對移動方向一致；表的滑塊，導(dǎo)桿或?qū)Р?，其?dǎo)路必須與相對移動方向一致；表示平面高副的曲線，其曲率中心的位置必須與構(gòu)件的實際輪示平面高副的曲線，其曲率中心的位置必須與構(gòu)件的實際輪廓相等

21、。廓相等。作者：仝美娟1234繪制圖示繪制圖示偏心泵偏心泵的運動簡圖的運動簡圖偏心泵偏心泵機(jī)構(gòu)在怎樣的條件下才具有確定的相對運動？機(jī)構(gòu)在怎樣的條件下才具有確定的相對運動？問題問題1：1-3 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度1-3 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度一、一、 機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件1.1.機(jī)構(gòu)自由度機(jī)構(gòu)自由度(Freedom) (Freedom) ： 保證機(jī)構(gòu)具有確定運動保證機(jī)構(gòu)具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數(shù)稱為機(jī)構(gòu)的自由度。時所必須給定的獨立運動參數(shù)稱為機(jī)構(gòu)的自由度。 用用F表示。表示。 1個獨立運動就有個獨立運動就有1個自由度；獨立的自由構(gòu)件有個自

22、由度；獨立的自由構(gòu)件有3個自由個自由度，當(dāng)其和其它構(gòu)件形成運動副之后，原有的自由度數(shù)度，當(dāng)其和其它構(gòu)件形成運動副之后，原有的自由度數(shù)目減少。目減少。自由度：用來表述其獨立的運動。自由度：用來表述其獨立的運動。舉例：五桿機(jī)構(gòu)舉例：五桿機(jī)構(gòu)F=2F12.2.原動件原動件能獨立運動的構(gòu)件。能獨立運動的構(gòu)件。 原動件一般只和機(jī)架相連，一個原動件原動件一般只和機(jī)架相連，一個原動件只能提供一個獨立參數(shù)。只能提供一個獨立參數(shù)。機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件為：機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件為：自由度原動件數(shù)自由度原動件數(shù)若該機(jī)構(gòu)自由度若該機(jī)構(gòu)自由度原動件數(shù)，其運動情況怎樣？原動件數(shù)，其運動情況怎樣？問題問題2：機(jī)構(gòu)在怎樣的

23、條件下才具有確定的相對運動？機(jī)構(gòu)在怎樣的條件下才具有確定的相對運動？問題問題1：自由度自由度F F原動件數(shù)原動件數(shù)問題問題3：自由度如何計算？自由度如何計算？二、二、 平面機(jī)構(gòu)自由度的計算平面機(jī)構(gòu)自由度的計算！作平面運動的剛體在空間的位置！作平面運動的剛體在空間的位置需要三個獨立的參數(shù)需要三個獨立的參數(shù)（x，y, ）才能唯一確定。即才能唯一確定。即3個自由度個自由度yx(x , y)F = 3單個自由構(gòu)件的自由度為單個自由構(gòu)件的自由度為 3自由構(gòu)自由構(gòu)件的自件的自由度數(shù)由度數(shù)運動副運動副 自由度數(shù)自由度數(shù) 約束數(shù)約束數(shù)回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副 1（） + 2（x，y） = 3yx12Syx12xy12R=

24、2, F=1R=2, F=1R=1, F=2結(jié)論：結(jié)論：構(gòu)件自由度構(gòu)件自由度3約束數(shù)約束數(shù)移動副移動副 1（x） + 2（y，）= 3高高 副副 2（x,） + 1（y） = 3經(jīng)運動副相聯(lián)后，由于有約束，構(gòu)件自由度會有變化：經(jīng)運動副相聯(lián)后，由于有約束，構(gòu)件自由度會有變化：活動構(gòu)件數(shù)活動構(gòu)件數(shù) n 機(jī)構(gòu)自由度計算公式：機(jī)構(gòu)自由度計算公式： F=3n(2PL +Ph )要求：要求：記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。構(gòu)件總自由度構(gòu)件總自由度低副約束數(shù)低副約束數(shù) 高副約束數(shù)高副約束數(shù) 3n 2 PL1 Ph例題例題計算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。計算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件

25、數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n= 3低副數(shù)低副數(shù)PL= 4F=3n 2PL PH =33 24 =1 高副數(shù)高副數(shù)PH=0S3123推廣到一般：推廣到一般： 機(jī)構(gòu)自由度機(jī)構(gòu)自由度= =活動構(gòu)件帶來總自活動構(gòu)件帶來總自由度由度- -所有運動副帶來的約束數(shù)所有運動副帶來的約束數(shù)例題例題計算五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度計算五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n= 4低副數(shù)低副數(shù)PL=5F=3n 2PL PH =34 25 =2 高副數(shù)高副數(shù)PH=012341 1例題例題計算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。計算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n= 2低副數(shù)低副數(shù)PL=2F=3n 2PL PH =32

26、21-1 =1高副數(shù)高副數(shù)PH=11231.復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈 兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)。副相聯(lián)。計算：計算：m個構(gòu)件個構(gòu)件, 有有m1轉(zhuǎn)動副。轉(zhuǎn)動副。兩個低副兩個低副自由度計算中的自由度計算中的3個特殊問題個特殊問題上例：若忽略在上例：若忽略在B、C、D、E四處各有四處各有 2 個運個運動副，則計算結(jié)果肯定不對！動副，則計算結(jié)果肯定不對！例題例題計算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。計算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)低副數(shù)PL=10F=3n 2PL PH =37 2100 =1可以證明：可以證明：F點的軌跡為一直線。點的軌跡為一直線

27、。12345678ABCDEF作者：仝美娟圓盤鋸機(jī)構(gòu)圓盤鋸機(jī)構(gòu)2.局部自由度局部自由度 計算計算F時去掉滾子和鉸鏈：時去掉滾子和鉸鏈： F=32 22 1 =1定義：定義：構(gòu)件局部運動所產(chǎn)生的自由度。構(gòu)件局部運動所產(chǎn)生的自由度。局部自由度出現(xiàn)在加裝滾子局部自由度出現(xiàn)在加裝滾子的場合，計算時應(yīng)視滾子和的場合，計算時應(yīng)視滾子和推桿為一體。推桿為一體。滾子的作用：滾子的作用：滑動摩擦滑動摩擦滾動摩擦。滾動摩擦。123123事實上，兩個機(jī)構(gòu)的運動相事實上，兩個機(jī)構(gòu)的運動相同，且同，且F=13.虛約束虛約束( formal constraint)對機(jī)構(gòu)的運動實際不起作用的約束。對機(jī)構(gòu)的運動實際不起作用的

28、約束。計算自由度時應(yīng)去掉虛約束。計算自由度時應(yīng)去掉虛約束。作者：仝美娟解：解：n=4， PL=6，F(xiàn)=3n 2PL PH =34 26 =0PH=0例例已知：已知：ABCDEF，計算圖示平行四邊形，計算圖示平行四邊形 機(jī)構(gòu)的自由度。機(jī)構(gòu)的自由度。 1234ABCDEF FEAB CD ，故增加構(gòu)件，故增加構(gòu)件4前后前后E點的軌跡都是圓弧，。點的軌跡都是圓弧，。增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件4。作者：仝美娟重新計算：重新計算：n=3, PL=4, PH=0F=3n 2PL PH =33 24 =1特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：特別注意：此例存在虛約束的幾何條

29、件是：1234ABCDEF4FABCDEF虛約束虛約束作者：仝美娟出現(xiàn)虛約束的場合：出現(xiàn)虛約束的場合： 1.兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點的軌跡重合，兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點的軌跡重合，2.兩構(gòu)件構(gòu)成多個移動副，且兩構(gòu)件構(gòu)成多個移動副，且導(dǎo)路平行。導(dǎo)路平行。 如如平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)，火車輪火車輪橢圓儀橢圓儀等。等。(需要證明)作者：仝美娟4.運動時，兩構(gòu)件上的運動時，兩構(gòu)件上的兩點距離始終不變。兩點距離始終不變。3.兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，且同軸。且同軸。5.對運動不起作用的對對運動不起作用的對稱部分。如多個行星輪。稱部分。如多個行星輪。EF作者：仝美娟作者：仝美娟作者：仝

30、美娟作者：仝美娟6.兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸，且法線重合。兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸，且法線重合。如如等寬凸輪等寬凸輪W注意：注意：法線不重合時，法線不重合時，變成實際約束！變成實際約束！AAn1n1n2n2n1n1n2n2AA虛約束的作用：虛約束的作用：改善構(gòu)件的受力情況，如多個行星輪。改善構(gòu)件的受力情況，如多個行星輪。增加機(jī)構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。增加機(jī)構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。使機(jī)構(gòu)運動順利，避免運動不確定，如車輪。使機(jī)構(gòu)運動順利，避免運動不確定，如車輪。注意：注意：各種出現(xiàn)虛約束的場合都是有條件的各種出現(xiàn)虛約束的場合都是有條件的 !作者：仝美娟作者：仝美娟B2I9C 3A1

31、J6H87DE4FG5計算圖示包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的自由度。計算圖示包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的自由度。分析：分析：活動構(gòu)件數(shù)活動構(gòu)件數(shù)n：A1B2I9C 3J6H87DE4FG592個低副個低副復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈:局部自由度局部自由度 2個個虛約束虛約束: 1處處I8去掉局部自由度去掉局部自由度和虛約束后：和虛約束后： n =6PL = 7F=3n 2PL PH =36 27 3 =1PH =31-4 機(jī)構(gòu)的組成原理及其結(jié)構(gòu)分類機(jī)構(gòu)的組成原理及其結(jié)構(gòu)分類一、機(jī)構(gòu)的組成原理一、機(jī)構(gòu)的組成原理 a)原動件作移動原動件作移動 (如直線電機(jī)、如直線電機(jī)、 流體壓力作動筒流體壓力作動筒)。21 b)原動件作轉(zhuǎn)動原動件作轉(zhuǎn)動 (如電動如電動 機(jī)機(jī))。211.1.基本機(jī)構(gòu)基本機(jī)構(gòu) 由一個原動件和一個機(jī)架組成的雙桿機(jī)構(gòu)。由一個原動件和一個機(jī)架組成的雙桿機(jī)構(gòu)。2.2.基本桿組基本桿組定義：定義：最簡單的最簡單的F0的構(gòu)件組，稱為基本桿組。的構(gòu)件組，稱為基本桿組。機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件是機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件是原動件數(shù)自由度原動件數(shù)自由度。F=1F=0現(xiàn)設(shè)想將機(jī)構(gòu)中的原動件和機(jī)架斷開，則原動件與機(jī)架現(xiàn)設(shè)想將機(jī)構(gòu)中的原動件和機(jī)架斷開，則原動件與機(jī)架構(gòu)成了基本機(jī)構(gòu)，其構(gòu)成了基本機(jī)構(gòu)，其F1。剩下的構(gòu)件組必有。剩下的構(gòu)件組必有F0。將。將構(gòu)件組繼續(xù)拆分成更簡單構(gòu)件組繼續(xù)拆分成更簡單F0的