第一章平面機(jī)構(gòu)課件

1、第一章 平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析Chapter 1 Structure Analysisi of Planar Mechanism了解機(jī)構(gòu)的組成，運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)鏈、約束和自由度等基本概念；能繪制常用機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；能計(jì)算平面機(jī)構(gòu)的自由度。重點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)鏈的概念、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件及機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算。難點(diǎn)：機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算中有關(guān)虛約束的識(shí)別及處理主要內(nèi)容n1-1研究平面機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)目的n1-2運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)鏈和機(jī)構(gòu)n1-3平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖n1-4平面機(jī)構(gòu)的自由度n1-5平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析1-1研究平面機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)目的n探討機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可能性和具有確定運(yùn)動(dòng)的條件n研究機(jī)構(gòu)的組成

2、原理，并根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi)n合理設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)和創(chuàng)造新機(jī)構(gòu)，了解構(gòu)建機(jī)構(gòu)的規(guī)律n正確繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和機(jī)構(gòu)示意圖1-2運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)鏈和機(jī)構(gòu)n 機(jī)構(gòu)是傳遞運(yùn)動(dòng)和力或者導(dǎo)引構(gòu)件上的機(jī)構(gòu)是傳遞運(yùn)動(dòng)和力或者導(dǎo)引構(gòu)件上的點(diǎn)按給定軌跡運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置。機(jī)構(gòu)的點(diǎn)按給定軌跡運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置。機(jī)構(gòu)的組成要素為組成要素為構(gòu)件構(gòu)件和和運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副1、構(gòu)件、構(gòu)件machine member2、運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)副 kinematic pair3、運(yùn)動(dòng)鏈、運(yùn)動(dòng)鏈 kinematic chain4、機(jī)構(gòu)、機(jī)構(gòu) mechanism （區(qū)分運(yùn)動(dòng)鏈和機(jī)（區(qū)分運(yùn)動(dòng)鏈和機(jī)構(gòu)）構(gòu)）構(gòu)件構(gòu)件n從制造加工角度：機(jī)械由零件組成從制造加工角度：機(jī)械

3、由零件組成n零件零件(component)獨(dú)立獨(dú)立制造制造單元體單元體 n從運(yùn)動(dòng)和功能實(shí)現(xiàn)角度：從運(yùn)動(dòng)和功能實(shí)現(xiàn)角度：n構(gòu)件構(gòu)件獨(dú)立獨(dú)立運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的單元體的單元體內(nèi)燃機(jī)連桿內(nèi)燃機(jī)連桿內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)連桿連桿套筒套筒連桿體連桿體螺栓螺栓墊圈墊圈螺母螺母軸瓦軸瓦連桿蓋連桿蓋在機(jī)構(gòu)中，每個(gè)構(gòu)件都是以一定的方式與其它構(gòu)件相互聯(lián)接聯(lián)接 。運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副n 運(yùn)動(dòng)副：運(yùn)動(dòng)副：(兩構(gòu)件直接接觸并兩構(gòu)件直接接觸并) 能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接聯(lián)接(joint)。n 運(yùn)動(dòng)副元素運(yùn)動(dòng)副元素: (兩個(gè)構(gòu)件直接接觸構(gòu)成運(yùn)兩個(gè)構(gòu)件直接接觸構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的動(dòng)副的)幾何元素幾何元素（點(diǎn)、線、面）。（點(diǎn)、線、面）。 構(gòu)件間可以通

4、過(guò)點(diǎn)、線、面接觸構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副。構(gòu)件間可以通過(guò)點(diǎn)、線、面接觸構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副。運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形狀決定了兩構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形狀決定了兩構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式。式。根據(jù)構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件的接觸情況進(jìn)行分類(lèi)：n凡是以面接觸的運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為低副低副( (low pairlow pair) )，n而以點(diǎn)或線相接觸的運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為高副高副( (high pairhigh pair) )根據(jù)構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分類(lèi)：n平面運(yùn)動(dòng)副(planar pair)，n空間運(yùn)動(dòng)副(spatial pair)螺旋副螺旋副 screw pair orhelical pair球面副球面副 spherical pair

5、自由度(Degree of Freedom or d.o.f.)n可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱(chēng)為自由度自由度。n一個(gè)自由構(gòu)件作平面運(yùn)動(dòng)時(shí)有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的可能性。n平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件有三個(gè)自由度。n空間運(yùn)動(dòng)構(gòu)件有六個(gè)自由度？運(yùn)動(dòng)副的約束(constraint)n兩構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)副所起的作用是限制構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種限制作用稱(chēng)為約束。約束。平面低副的約束數(shù)為2，自由度為1。轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副 revolute pair移動(dòng)副移動(dòng)副 prismatic pair運(yùn)動(dòng)副的約束(constraint)n平面高副的約束數(shù)為，自由度為平面高副的約束數(shù)為，自由度為2。運(yùn)動(dòng)鏈(Kinematic Chain):若干個(gè)構(gòu)件通過(guò)

6、運(yùn)動(dòng)副聯(lián)結(jié)組成的構(gòu)件系統(tǒng)構(gòu)件系統(tǒng)稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)鏈。 閉鏈閉鏈: : 運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首的各構(gòu)件構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。尾封閉的系統(tǒng)。 開(kāi)鏈開(kāi)鏈: : 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件未鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首尾封閉構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。的系統(tǒng)。作者：潘存云教授運(yùn)動(dòng)鏈n平面運(yùn)動(dòng)鏈平面運(yùn)動(dòng)鏈(Planar kinematic chain): 各各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈。構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈。 n 空間運(yùn)動(dòng)鏈空間運(yùn)動(dòng)鏈(Spatial kinematic chain): 各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈 。空間運(yùn)動(dòng)鏈空間運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)n在運(yùn)動(dòng)鏈中將一構(gòu)件加以固定

7、作為機(jī)架在運(yùn)動(dòng)鏈中將一構(gòu)件加以固定作為機(jī)架或參考構(gòu)件或參考構(gòu)件, 并給定另外一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)并給定另外一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，則運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，則運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)n有確定運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈有確定運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈n機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成：n機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)機(jī)架機(jī)架原動(dòng)件原動(dòng)件從動(dòng)件從動(dòng)件按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件機(jī)構(gòu)中固定不動(dòng)構(gòu)件機(jī)構(gòu)中固定不動(dòng)構(gòu)件其余可動(dòng)的構(gòu)件其余可動(dòng)的構(gòu)件1-3平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖kinematicsketchofplanarmechanismn1）影響機(jī)械運(yùn)動(dòng)的因素：影響機(jī)械運(yùn)動(dòng)的因素： 原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律； 運(yùn)動(dòng)副類(lèi)型；運(yùn)動(dòng)副類(lèi)型； 構(gòu)件

8、的尺寸。構(gòu)件的尺寸。n2）不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的因素：不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的因素：構(gòu)件的外形尺寸；斷面形狀；構(gòu)件的外形尺寸；斷面形狀； 運(yùn)動(dòng)副的具體構(gòu)造。運(yùn)動(dòng)副的具體構(gòu)造。n機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：表明機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：表明機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和和運(yùn)動(dòng)特運(yùn)動(dòng)特征征的簡(jiǎn)單圖形的簡(jiǎn)單圖形平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖n用簡(jiǎn)單的線條和符號(hào)代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按比例定出各運(yùn)動(dòng)副位置，表示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。這樣繪制出的簡(jiǎn)明圖形就稱(chēng)為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。n為了表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)情況，不嚴(yán)格按比例繪制的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，稱(chēng)為機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)示意圖。繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖n思思 路：路： 先定原動(dòng)部分和工作部分（一般位于傳動(dòng)線路末端），弄清運(yùn)先定原動(dòng)部

9、分和工作部分（一般位于傳動(dòng)線路末端），弄清運(yùn)動(dòng)傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型，并用符號(hào)表示出動(dòng)傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型，并用符號(hào)表示出來(lái)。來(lái)。n順口溜：順口溜： 先兩頭，后中間，從頭至尾走一遍；先兩頭，后中間，從頭至尾走一遍； 數(shù)數(shù)構(gòu)件是多少，再看它數(shù)數(shù)構(gòu)件是多少，再看它們?cè)跸嗦?lián)。們?cè)跸嗦?lián)。n步步 驟：驟： 1）運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，搞清楚運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目；）運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，搞清楚運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目； 2）測(cè)量各運(yùn)動(dòng)副之間的尺寸，選投影面，繪制示意圖。）測(cè)量各運(yùn)動(dòng)副之間的尺寸，選投影面，繪制示意圖。 3）按比例繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。比例尺）按比例繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。比例尺:l =實(shí)際尺

10、寸實(shí)際尺寸 m / 圖上長(zhǎng)圖上長(zhǎng)度度mm 4) 檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是否滿足運(yùn)動(dòng)確定的條件。檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是否滿足運(yùn)動(dòng)確定的條件。構(gòu)件的表示方法：構(gòu)件的表示方法： 軸、桿 n固定件 機(jī)架 :n 低副n 高副3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中常用的規(guī)定符號(hào)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中常用的規(guī)定符號(hào)（GB446084）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(dòng)動(dòng)帶帶傳傳動(dòng)動(dòng)圓圓錐錐齒齒輪輪傳傳動(dòng)動(dòng)鏈鏈傳傳動(dòng)動(dòng)圓柱圓柱蝸桿蝸桿蝸輪蝸輪傳動(dòng)傳動(dòng)凸凸輪輪傳傳動(dòng)動(dòng)外嚙外嚙合圓合圓柱齒柱齒輪傳輪傳動(dòng)動(dòng)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(dòng)動(dòng) 例題一：例題一：繪制圖示顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制圖示顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖分析：分析：該

11、機(jī)構(gòu)有該機(jī)構(gòu)有6 6個(gè)構(gòu)件和個(gè)構(gòu)件和7 7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。123456機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖例題二：例題二：繪制圖示偏心泵傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制圖示偏心泵傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖作者：潘存云教授偏心泵偏心泵1234分析分析: : 原動(dòng)件原動(dòng)件, ,繞固定中心繞固定中心A A轉(zhuǎn)動(dòng)的菱形盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的菱形盤(pán)1,1,與滑塊與滑塊2 2在在B B點(diǎn)鉸接點(diǎn)鉸接 滑塊滑塊2 2推動(dòng)撥叉推動(dòng)撥叉3 3繞固定軸繞固定軸C C轉(zhuǎn)動(dòng)，撥叉轉(zhuǎn)動(dòng)，撥叉3 3與圓盤(pán)與圓盤(pán)4 4為同一為同一 構(gòu)件構(gòu)件. . 當(dāng)圓盤(pán)當(dāng)圓盤(pán)4 4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿5 5使沖頭使沖頭6 6實(shí)現(xiàn)沖壓運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)沖壓運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)

12、圖ABCDE123456例題三：例題三：繪制圖示沖床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制圖示沖床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 例例3 3:繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖ECAB1DFG2345678HI插齒機(jī)1-4平面機(jī)構(gòu)的自由度1.4.1 平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算n一個(gè)平面機(jī)構(gòu)有K個(gè)構(gòu)件，活動(dòng)件個(gè)數(shù) n=K-1；這些活動(dòng)構(gòu)件在未組成運(yùn)動(dòng)副前總共有3 n個(gè)自由度，組成運(yùn)動(dòng)副后，自由度將減少。n若機(jī)構(gòu)中有PL個(gè)低副和PH個(gè)高副，則機(jī)構(gòu)的自由度F為:F= 3n - 2PL- PHn計(jì)算油泵機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的自由度n解：n=3, =4, =01.4.2 平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件n問(wèn)題：?jiǎn)栴}：運(yùn)動(dòng)鏈中，選定機(jī)架、原運(yùn)動(dòng)鏈中，選定機(jī)架、原動(dòng)件即構(gòu)成機(jī)構(gòu)

13、，動(dòng)件即構(gòu)成機(jī)構(gòu)，那么機(jī)構(gòu)在什那么機(jī)構(gòu)在什么條件下才具有確定運(yùn)動(dòng)？么條件下才具有確定運(yùn)動(dòng)？F 小于等于零小于等于零;F 大于零若獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)大于自由度大于零若獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)大于自由度F 大于零若獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)小于自由度大于零若獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)小于自由度F 大于零若獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)等于自由度大于零若獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)等于自由度結(jié)論結(jié)論機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為：機(jī)構(gòu)自由度大于機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為：機(jī)構(gòu)自由度大于0,0,且原動(dòng)件數(shù)且原動(dòng)件數(shù)d d等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目。等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目。給定一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)：給定一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)：機(jī)構(gòu)沒(méi)有確定運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)沒(méi)有確定運(yùn)動(dòng)。給定兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)：給定兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)：機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)

14、。機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件1.4.3 機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算應(yīng)注意問(wèn)題n1、復(fù)合鉸鏈n2、局部自由度n3、虛約束1 1、復(fù)合鉸鏈、復(fù)合鉸鏈 由兩個(gè)以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合重合轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副稱(chēng)為復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈。n 由m個(gè)構(gòu)件匯集而成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當(dāng)包含（m-1）個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。例例：計(jì)算直線機(jī)構(gòu)的自由度n解：2 2、局部自由度、局部自由度n 對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)（或其他構(gòu)件）運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的自由度稱(chēng)為局部自由度局部自由度。在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，局部自由度應(yīng)當(dāng)舍棄不計(jì)。21ACB4321ACB3213233F?112232F3 3、虛約束、虛約束 在機(jī)構(gòu)中不起獨(dú)立限制作用的（或著說(shuō)這些約束所起的限制作用是重復(fù)的

15、）約束稱(chēng)為虛約束虛約束。軌跡重合軌跡重合: :如果機(jī)構(gòu)中兩活動(dòng)構(gòu)件上某兩點(diǎn)的距離始終保持不變，此時(shí)若用具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的附加構(gòu)件來(lái)連接這兩個(gè)點(diǎn)，則將會(huì)引入一個(gè)虛約束。常見(jiàn)的虛約束常見(jiàn)的虛約束(1)(1)常見(jiàn)的虛約束常見(jiàn)的虛約束(2)(2)移動(dòng)副導(dǎo)路平行移動(dòng)副導(dǎo)路平行: : 當(dāng)兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副，且其導(dǎo)路互相平行或重合時(shí)，則只有一個(gè)移動(dòng)副起約束作用，其余都是虛約束，2CAB134ABCDEF06243F？14233F4F5123ADBCE123ADBCE轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合: :當(dāng)兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且軸線互相重合時(shí)，則只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副起作用，其余轉(zhuǎn)副都是虛約束。常見(jiàn)的虛約束常見(jiàn)的虛約束

16、(3)(3)常見(jiàn)的虛約束常見(jiàn)的虛約束(4)(4)n機(jī)構(gòu)存在對(duì)運(yùn)動(dòng)起重復(fù)約束作用的部分機(jī)構(gòu)存在對(duì)運(yùn)動(dòng)起重復(fù)約束作用的部分123233Fn如果兩構(gòu)件在多處接如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，觸而構(gòu)成平面高副，且在接觸點(diǎn)處的公法且在接觸點(diǎn)處的公法線彼此重合線彼此重合, ,則只能則只能算一個(gè)平面算一個(gè)平面高副高副。例例：計(jì)算內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)的自由度n解： n=5, =6, =2CAB12344D556324存在于轉(zhuǎn)動(dòng)副處存在于轉(zhuǎn)動(dòng)副處計(jì)算計(jì)算：鉸鏈處：鉸鏈處m m個(gè)構(gòu)件個(gè)構(gòu)件, ,有有(m-1)(m-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈局部自由度局部自由度為減小高副磨損，將滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)為減小高副磨

17、損，將滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦所增加的滾子處。摩擦所增加的滾子處。計(jì)算：計(jì)算：將局部自由度減去。將局部自由度減去。虛約束虛約束存在于特定的幾何條件下。存在于特定的幾何條件下。計(jì)算：計(jì)算：不計(jì)算引起虛約束的不計(jì)算引起虛約束的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副。小結(jié)小結(jié)例題例題1：計(jì)算圖示某包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷計(jì)算圖示某包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷該機(jī)構(gòu)是否有確定運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)是否有確定運(yùn)動(dòng)。分析：分析：復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈：D D處處2 2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副( (桿桿4 4和和7)7)局部自由度局部自由度：F=2F=2虛約束虛約束：桿：桿8 8及轉(zhuǎn)動(dòng)副及轉(zhuǎn)動(dòng)副F F、I I引引入入1 1個(gè)虛約束。個(gè)虛約束

18、。 計(jì)算前可直接去除虛約計(jì)算前可直接去除虛約束和局部自由度：束和局部自由度： n=6 p5=7 p4=3 F=3n-2p5-p4=1 計(jì)算自由度典型例題分析計(jì)算自由度典型例題分析 機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件11112832345ppnF例題例題2 2：計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)的自由度，如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)的自由度，如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束，需明確指出。和虛約束，需明確指出。復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈局部自由度局部自由度1 1個(gè)虛約束個(gè)虛約束復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈計(jì)算自由度典型例題分析計(jì)算自由度典型例題分析機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件例題例題3 3 計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算圖

19、示機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)自由度。分析：該機(jī)構(gòu)具有5個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，有7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，即低副，沒(méi)有高副。于是機(jī)構(gòu)自由度為123456機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件F=3n-2 p5 p4=35 - 27-0=11-5平面機(jī)構(gòu)組成原理和結(jié)構(gòu)分析1.5.1平面機(jī)構(gòu)的高副低代平面機(jī)構(gòu)的高副低代 為了使平面低副機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析和為了使平面低副機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動(dòng)分析的方法適用于所有平面機(jī)構(gòu)，需要進(jìn)行平面運(yùn)動(dòng)分析的方法適用于所有平面機(jī)構(gòu)，需要進(jìn)行平面機(jī)構(gòu)的高副低代。機(jī)構(gòu)的高副低代。n2) 高副低代的含義：根據(jù)一定條件對(duì)平面高副機(jī)構(gòu)的高副低代的含義：根據(jù)一定條件對(duì)平面高副

20、機(jī)構(gòu)的中高副虛擬地用低副來(lái)代替的方法。中高副虛擬地用低副來(lái)代替的方法。n3) 高副低代的條件：高副低代的條件：n代替前后機(jī)構(gòu)的自由度不變；代替前后機(jī)構(gòu)的自由度不變；n代替前后機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度不變。代替前后機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度不變。高副低代方法高副低代方法 結(jié)論結(jié)論：用一個(gè)含有兩個(gè)低副的虛擬構(gòu)件來(lái)代替高副，且用一個(gè)含有兩個(gè)低副的虛擬構(gòu)件來(lái)代替高副，且兩低副位置分別在兩高副兩元素接觸點(diǎn)處的曲率中心。兩低副位置分別在兩高副兩元素接觸點(diǎn)處的曲率中心。高副兩元素均為圓弧高副兩元素均為圓弧高副元素為非圓曲線高副元素為非圓曲線平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析高副兩元素之一為直線高副兩元素之一為直

21、線高副兩元素之一為一點(diǎn)高副兩元素之一為一點(diǎn)因其曲率半徑為零，其中一因其曲率半徑為零，其中一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副就在該點(diǎn)處。個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副就在該點(diǎn)處。因其曲率中心在無(wú)窮遠(yuǎn)處，則因其曲率中心在無(wú)窮遠(yuǎn)處，則其中的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副變?yōu)橐聘?；其中的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副變?yōu)橐聘?；平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析高副兩元素之一為直線高副兩元素之一為直線因其曲率中心在無(wú)窮遠(yuǎn)處，則因其曲率中心在無(wú)窮遠(yuǎn)處，則其中的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副變?yōu)橐聘保黄渲械囊粋€(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副變?yōu)橐聘保?.5.2平面機(jī)構(gòu)的組成原理（1）桿組：）桿組：機(jī)構(gòu)中最后不能再拆分的自由度為零的構(gòu)件機(jī)構(gòu)中最后不能再拆分的自由度為零的構(gòu)件組稱(chēng)為機(jī)構(gòu)的桿組。組稱(chēng)為機(jī)構(gòu)的桿組。機(jī)架和原動(dòng)件與從動(dòng)件組分開(kāi)，機(jī)架和

22、原動(dòng)件與從動(dòng)件組分開(kāi)，運(yùn)動(dòng)副仍保留在桿組：運(yùn)動(dòng)副仍保留在桿組： 從動(dòng)從動(dòng)構(gòu)件組自由度為零。構(gòu)件組自由度為零。可以再拆成更簡(jiǎn)單的可以再拆成更簡(jiǎn)單的自由度為零的桿組自由度為零的桿組（2）平面機(jī)構(gòu)的組成原理任何平面機(jī)構(gòu)都可看作是若干個(gè)桿組依次連接到任何平面機(jī)構(gòu)都可看作是若干個(gè)桿組依次連接到原動(dòng)件和機(jī)架或相互連接而成，即原動(dòng)件和機(jī)架或相互連接而成，即自由度為自由度為F的機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)= F個(gè)主動(dòng)桿個(gè)主動(dòng)桿+1個(gè)自由度為個(gè)自由度為0的機(jī)架的機(jī)架+若干個(gè)自由度為若干個(gè)自由度為0的基本桿組的基本桿組（3）桿組分類(lèi)n對(duì)于全低副的桿組：對(duì)于全低副的桿組：n個(gè)構(gòu)件、個(gè)構(gòu)件、pl 個(gè)低副，有個(gè)低副，有F3n2Pl0,

23、n桿組級(jí)別由桿組中包含的桿組級(jí)別由桿組中包含的最高級(jí)別封閉多邊形最高級(jí)別封閉多邊形來(lái)確定來(lái)確定(i)n=2, pl=3：稱(chēng)為：稱(chēng)為級(jí)桿組級(jí)桿組n 常見(jiàn)常見(jiàn)級(jí)桿組的形式有級(jí)桿組的形式有l(wèi)pn32（ii）n=4, p5=6的多桿組，又叫的多桿組，又叫 級(jí)桿組。級(jí)桿組。 特征為桿組特征為桿組中具有一個(gè)三副構(gòu)件。中具有一個(gè)三副構(gòu)件。 常見(jiàn)的三種形式為：常見(jiàn)的三種形式為：(3)機(jī)構(gòu)分類(lèi)機(jī)構(gòu)分類(lèi)機(jī)構(gòu)分類(lèi)的依據(jù)：機(jī)構(gòu)分類(lèi)的依據(jù)：根據(jù)機(jī)構(gòu)中基本桿組的級(jí)別進(jìn)根據(jù)機(jī)構(gòu)中基本桿組的級(jí)別進(jìn)行分類(lèi)。行分類(lèi)。n級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu)-只由機(jī)架和原動(dòng)件組成的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為只由機(jī)架和原動(dòng)件組成的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為級(jí)的機(jī)構(gòu)（杠桿機(jī)構(gòu)、斜面機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)

24、）級(jí)的機(jī)構(gòu)（杠桿機(jī)構(gòu)、斜面機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)）nII級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu) -機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級(jí)別為機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級(jí)別為II級(jí)的級(jí)的機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)nIII級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu)-機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級(jí)別為機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級(jí)別為III級(jí)級(jí)組的機(jī)構(gòu)組的機(jī)構(gòu)1.5.3平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n結(jié)構(gòu)分析目的結(jié)構(gòu)分析目的 ：了解機(jī)構(gòu)的：了解機(jī)構(gòu)的組成組成，確定機(jī)構(gòu)的，確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別級(jí)別。n結(jié)構(gòu)分析的過(guò)程：把機(jī)構(gòu)分解為結(jié)構(gòu)分析的過(guò)程：把機(jī)構(gòu)分解為基本桿組基本桿組、機(jī)機(jī)架架和和原動(dòng)件原動(dòng)件。桿組拆分原則：從桿組拆分原則：從離原動(dòng)件最遠(yuǎn)的構(gòu)件離原動(dòng)件最遠(yuǎn)的構(gòu)件開(kāi)始，開(kāi)始，先先拆拆II級(jí)組級(jí)組，若不成，再拆，若不成，再拆III級(jí)組，每拆出一個(gè)級(jí)組，每拆出一個(gè)桿組后，桿組后，機(jī)構(gòu)的剩余部分仍應(yīng)是一個(gè)與原機(jī)構(gòu)有機(jī)構(gòu)