精密機械設(shè)計基礎(chǔ)課件(合肥工業(yè)大學(xué))第四章

1、第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析參考文獻參考文獻n張策主編，張策主編，機械原理與機械設(shè)計機械原理與機械設(shè)計（上（上冊），機械工業(yè)出版社，冊），機械工業(yè)出版社，2004n黃錫愷等，黃錫愷等，機械原理機械原理，高等教育出版，高等教育出版社，社，1997n孫桓等孫桓等, 機械設(shè)計機械設(shè)計,高等教育出版社高等教育出版社n其他機械原理的相關(guān)書籍其他機械原理的相關(guān)書籍第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析本章重點本章重點n構(gòu)件、運動副、機構(gòu)、自由度、約束等概構(gòu)件、運動副、機構(gòu)、自由度、約束等概念。念。n機構(gòu)具有確定運動的條件。機構(gòu)具有確定運動的條件

2、。n平面機構(gòu)自由度的計算。平面機構(gòu)自由度的計算。 注：本章只研究平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析。注：本章只研究平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析。第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析主要內(nèi)容主要內(nèi)容n第一節(jié)第一節(jié) 概述概述n第二節(jié)第二節(jié) 運動副及其分類運動副及其分類n第三節(jié)第三節(jié) 平面機構(gòu)的運動簡圖平面機構(gòu)的運動簡圖n第四節(jié)第四節(jié) 平面機構(gòu)的自由度平面機構(gòu)的自由度n第五節(jié)第五節(jié) 平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第一節(jié)第一節(jié) 概述概述機構(gòu)、構(gòu)件和零件機構(gòu)、構(gòu)件和零件 機構(gòu)是按一定方式聯(lián)接的構(gòu)件組合體，機構(gòu)是按一定方式聯(lián)接的構(gòu)件組合體，是用來傳遞運動和力

3、或改變運動的形式。是用來傳遞運動和力或改變運動的形式。機器機器機構(gòu)機構(gòu)構(gòu)件構(gòu)件零件零件獨立的運動單元獨立的運動單元獨立的制造單元獨立的制造單元內(nèi)燃機內(nèi)燃機儀表機構(gòu)儀表機構(gòu)運動副運動副第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 由四個桿件組成的裝置，當(dāng)以桿件由四個桿件組成的裝置，當(dāng)以桿件1為原動為原動件，并做給定的獨立運動，桿件件，并做給定的獨立運動，桿件2，3隨之隨之作確定的運動。該四個桿件組成一個機構(gòu)。作確定的運動。該四個桿件組成一個機構(gòu)。 第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 由五個桿件組成的裝置，當(dāng)以桿件由五個桿件組成的裝置，當(dāng)以桿件1為原動為原動件，并作給定的獨立運動，桿件件，并

4、作給定的獨立運動，桿件2，3，4的的運動不確定。此種情況下，該五個桿件的運動不確定。此種情況下，該五個桿件的組合不能稱為機構(gòu)。組合不能稱為機構(gòu)。 第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n研究機構(gòu)的目的研究機構(gòu)的目的探討機構(gòu)運動的可能性及具有確定運探討機構(gòu)運動的可能性及具有確定運動的條件；動的條件；將機構(gòu)進行分類，并建立相應(yīng)的運動將機構(gòu)進行分類，并建立相應(yīng)的運動和動力分析的一般方法；和動力分析的一般方法；正確繪制機構(gòu)運動簡圖；正確繪制機構(gòu)運動簡圖；熟悉構(gòu)件組成機構(gòu)的規(guī)律，了解機構(gòu)熟悉構(gòu)件組成機構(gòu)的規(guī)律，了解機構(gòu)的組成原理的組成原理。第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析缸體缸體活塞活塞連

5、桿連桿曲軸曲軸曲柄曲柄連桿連桿機構(gòu)機構(gòu)齒輪系齒輪系凸輪凸輪機構(gòu)機構(gòu)第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析零件連桿體零件連桿體1、連桿頭、連桿頭2、軸套、軸套3、軸瓦、軸瓦4和和5、螺桿、螺桿6、螺母、螺母7、開口銷、開口銷8構(gòu)件連桿構(gòu)件連桿第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析儀表機構(gòu)儀表機構(gòu)第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第二節(jié)第二節(jié) 運動副及其分類運動副及其分類n運動副：機構(gòu)中使兩構(gòu)件直接接觸，并能運動副：機構(gòu)中使兩構(gòu)件直接接觸，并能產(chǎn)生一定相對運動的聯(lián)接。產(chǎn)生一定相對運動的聯(lián)接。轉(zhuǎn)動副齒輪副移動副第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n運動副的要素運動副的要素 構(gòu)成

6、運動副的點、線、面。構(gòu)成運動副的點、線、面。 運動副要素的幾何形狀決定了兩構(gòu)件的相運動副要素的幾何形狀決定了兩構(gòu)件的相對運動形式。對運動形式。n運動副分類運動副分類 根據(jù)相對運動是平面的還是空間的，可分根據(jù)相對運動是平面的還是空間的，可分為平面運動副和空間運動副。為平面運動副和空間運動副。 本書主要討論平面運動副。本書主要討論平面運動副。第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n自由度自由度 構(gòu)件所具有的獨構(gòu)件所具有的獨立運動數(shù)目。立運動數(shù)目。n約束約束 對構(gòu)件獨立運動對構(gòu)件獨立運動所加的限制。所加的限制。三個獨立參變量：三個獨立參變量：x、y、 第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n

7、平面運動副的分類：平面運動副的分類：低副低副：兩構(gòu)件之間以面接觸的運動副。：兩構(gòu)件之間以面接觸的運動副。 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副 移動副移動副 具有兩個約束。具有兩個約束。高副高副：兩構(gòu)件之間以點或線接觸的運動副。：兩構(gòu)件之間以點或線接觸的運動副。 具有一個約束。具有一個約束。運動鏈、機構(gòu)運動鏈、機構(gòu)第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面低副平面低副轉(zhuǎn)動副（曲面接觸）轉(zhuǎn)動副（曲面接觸）移動副（平面接觸）移動副（平面接觸）第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面高副平面高副凸輪高副（點接觸）凸輪高副（點接觸）齒輪高副（線接觸）齒輪高副（線接觸）第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第三節(jié)

8、第三節(jié) 平面機構(gòu)的運動簡圖平面機構(gòu)的運動簡圖 n機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖 表示機構(gòu)中各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡單表示機構(gòu)中各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡單圖形（用簡單的線條和符號代表構(gòu)件和運圖形（用簡單的線條和符號代表構(gòu)件和運動副，并按一定比例表示各運動副間的相動副，并按一定比例表示各運動副間的相對位置）。對位置）。 不按比例繪制的簡圖稱為機構(gòu)示意圖。不按比例繪制的簡圖稱為機構(gòu)示意圖。 注意：機構(gòu)運動簡圖與原機構(gòu)具有完全相注意：機構(gòu)運動簡圖與原機構(gòu)具有完全相同的運動特性！同的運動特性！第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n機構(gòu)運動簡圖的繪制機構(gòu)運動簡圖的繪制分析機械的結(jié)構(gòu)和工作原理，分析機械的結(jié)

9、構(gòu)和工作原理，沿著運動傳遞沿著運動傳遞路線，路線，找出原動件、工作執(zhí)行構(gòu)件及機架。找出原動件、工作執(zhí)行構(gòu)件及機架。確定構(gòu)件數(shù)，運動副的數(shù)目、類型和相對位確定構(gòu)件數(shù)，運動副的數(shù)目、類型和相對位置。置。選擇構(gòu)件的運動平面作為簡圖的投影面。選擇構(gòu)件的運動平面作為簡圖的投影面。選擇適當(dāng)?shù)拈L度比例尺，確定運動副的位置，選擇適當(dāng)?shù)拈L度比例尺，確定運動副的位置，并用構(gòu)件和運動副的符號繪出機構(gòu)的運動簡并用構(gòu)件和運動副的符號繪出機構(gòu)的運動簡圖。圖。 第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析常用平面運動副表示法常用平面運動副表示法第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分

10、析例：油泵機構(gòu)例：油泵機構(gòu) 1圓盤圓盤 2柱塞柱塞 3 構(gòu)件構(gòu)件 4機架機架ABC123例題二例題二例題三例題三例題一例題一4第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 例題一：繪制圖示顎式破碎機的機構(gòu)運動簡圖例題一：繪制圖示顎式破碎機的機構(gòu)運動簡圖24563AB1第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析例題二：例題二：繪制圖示偏心輪傳動機構(gòu)的運動簡圖繪制圖示偏心輪傳動機構(gòu)的運動簡圖 第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析例題三：圖示為一沖床。繞固定中心例題三：圖

11、示為一沖床。繞固定中心A轉(zhuǎn)動的菱形盤轉(zhuǎn)動的菱形盤1為原動為原動件，與滑塊件，與滑塊2在在B點鉸接，滑塊點鉸接，滑塊2推動撥叉推動撥叉3繞固定軸繞固定軸C轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動，撥叉撥叉3與圓盤與圓盤4為同一構(gòu)件，當(dāng)圓盤為同一構(gòu)件，當(dāng)圓盤4轉(zhuǎn)動時，通過連桿轉(zhuǎn)動時，通過連桿5使沖使沖頭頭6實現(xiàn)沖壓運動。試繪制其機構(gòu)運動簡圖。實現(xiàn)沖壓運動。試繪制其機構(gòu)運動簡圖。ABCDE123456第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第四節(jié)第四節(jié) 平面機構(gòu)的自由度平面機構(gòu)的自由度 n運動鏈運動鏈閉式鏈閉式鏈 每個構(gòu)件至少兩個運動每個構(gòu)件至少兩個運動副；副； 首末封閉的系統(tǒng)首末封閉的系統(tǒng)開式鏈開式鏈 有的構(gòu)件只包含一個運有

12、的構(gòu)件只包含一個運動副；動副； 未構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng)未構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng) 1x1x111y 1y 1y 1y 1y 第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n機構(gòu)機構(gòu)機架：機架：固定構(gòu)件；一般相對地面固定不動。固定構(gòu)件；一般相對地面固定不動。原動件：原動件：按給定已知運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)按給定已知運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件；常以轉(zhuǎn)向箭頭表示。件；常以轉(zhuǎn)向箭頭表示。從動件：從動件：其余活動構(gòu)件；其運動規(guī)律決定于其余活動構(gòu)件；其運動規(guī)律決定于原動件的運動規(guī)律和機構(gòu)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件尺寸。原動件的運動規(guī)律和機構(gòu)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件尺寸。1234機架原動件從動件返回返回第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n機構(gòu)自由

13、度機構(gòu)自由度 機構(gòu)中各構(gòu)件相對于機架的所具有的獨機構(gòu)中各構(gòu)件相對于機架的所具有的獨立運動的數(shù)目。立運動的數(shù)目。 以以鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)為例。為例。 故機構(gòu)自由度為活動構(gòu)件自由度的總數(shù)與運故機構(gòu)自由度為活動構(gòu)件自由度的總數(shù)與運動副引入的約束總數(shù)之差：動副引入的約束總數(shù)之差： F=3n-2PL-PH1x1x111y 1y 1y 1y 1y 1234 1第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件 觀察：觀察： 1）自由度等于）自由度等于1，鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu) 2）自由度等于）自由度等于2，鉸鏈五桿機構(gòu)鉸鏈五桿機構(gòu) 3）自由度小于等于）自由度小

14、于等于0，桁架桁架 結(jié)論：結(jié)論： 當(dāng)當(dāng)F0F0時，構(gòu)件間不可能有相對運動。時，構(gòu)件間不可能有相對運動。 當(dāng)當(dāng)F F0 0時，原動件數(shù)時，原動件數(shù)F F，機構(gòu)遭破壞；，機構(gòu)遭破壞； 原動件數(shù)原動件數(shù)F F，機構(gòu)運動不確定；，機構(gòu)運動不確定； 原動件數(shù)原動件數(shù)F F，機構(gòu)有確定的運動。，機構(gòu)有確定的運動。 舉例：舉例：牛頭刨床牛頭刨床第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項？ 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈 同一軸線上有兩個以上的構(gòu)件用轉(zhuǎn)動副聯(lián)同一軸線上有兩個以上的構(gòu)件用轉(zhuǎn)動副聯(lián)接時，則形成復(fù)合鉸鏈。接時，則形成復(fù)合鉸鏈。局部自由度局部自由度 有些機構(gòu)

15、中，某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運動，有些機構(gòu)中，某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運動，并不影響其他構(gòu)件的運動。這些局部運動的并不影響其他構(gòu)件的運動。這些局部運動的自由度稱為局部自由度。自由度稱為局部自由度。虛約束虛約束 機構(gòu)中，有些運動副引入的約束可能與其機構(gòu)中，有些運動副引入的約束可能與其它運動副的約束重復(fù)，因而實際并無約束作它運動副的約束重復(fù)，因而實際并無約束作用，這類約束為虛約束。用，這類約束為虛約束。第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析存在于轉(zhuǎn)動副處存在于轉(zhuǎn)動副處正確處理方法：復(fù)合鉸鏈處有正確處理方法：復(fù)合鉸鏈處有m個個構(gòu)件則有構(gòu)件則有(m-1)個轉(zhuǎn)動副個轉(zhuǎn)動副 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈局部自由度局部自由

16、度常發(fā)生在為減小高副磨損而將滑動摩常發(fā)生在為減小高副磨損而將滑動摩擦變成滾動摩擦所增加的滾子處。擦變成滾動摩擦所增加的滾子處。正確處理方法：計算自由度時將局部正確處理方法：計算自由度時將局部自由度減去。自由度減去。 虛約束虛約束存在于特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下。存在于特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下。正確處理方法：將引起虛約束的構(gòu)件正確處理方法：將引起虛約束的構(gòu)件和運動副除去不計。和運動副除去不計。第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 例題：計算圖示機構(gòu)的自由度。例題：計算圖示機構(gòu)的自由度。 n=3n=3 P PL L=4=4 P PH H=0=0 F=3F=33-23-24-0=14-0=1 1

17、234虛約束虛約束例題例題1例題例題2例題例題3第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析1234 1取構(gòu)件取構(gòu)件4為機架為機架與構(gòu)件與構(gòu)件1鉸接形成轉(zhuǎn)動副引入兩個約鉸接形成轉(zhuǎn)動副引入兩個約束，構(gòu)件束，構(gòu)件2相對于機架相對于機架4獨立運動數(shù)獨立運動數(shù)為為1，F(xiàn)=（3-2）（）（3-2）。）。引入構(gòu)件引入構(gòu)件1（x1，y1， 1）引入構(gòu)件引入構(gòu)件2（x2，y2， 2）與機架與機架4鉸接形成轉(zhuǎn)動副引入兩個約鉸接形成轉(zhuǎn)動副引入兩個約束，構(gòu)件束，構(gòu)件1相對于機架相對于機架4的獨立運動的獨立運動數(shù)只剩一個數(shù)只剩一個 1 。則。則F=3-2。同理引入構(gòu)件同理引入構(gòu)件3，與構(gòu)件，與構(gòu)件2鉸接形成轉(zhuǎn)動副引入兩

18、鉸接形成轉(zhuǎn)動副引入兩個約束，構(gòu)件個約束，構(gòu)件3相對于機相對于機架架4的獨立運動數(shù)為的獨立運動數(shù)為1，F(xiàn)=(3-2)+(3-2)+(3-2)。最后構(gòu)件最后構(gòu)件3與機與機架架4鉸接形成轉(zhuǎn)鉸接形成轉(zhuǎn)動副再引入兩個動副再引入兩個約束，此時機構(gòu)約束，此時機構(gòu)的的F=(3-2)+(3-2)+(3-2)-21。第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)1234 1F=1F=1，對于構(gòu)件，對于構(gòu)件1 1的的每一個轉(zhuǎn)動位置，每一個轉(zhuǎn)動位置，構(gòu)件構(gòu)件2 2，3 3便有一個便有一個確定位置，因此自確定位置，因此自由度等于由度等于1 1的機構(gòu)，的機構(gòu)，有一個原動件時運有一個原動件時運動是確定

19、的。動是確定的。若同時讓構(gòu)件若同時讓構(gòu)件3 3也為原動也為原動件，即讓構(gòu)件件，即讓構(gòu)件3 3在由構(gòu)件在由構(gòu)件1 1確定位置后還可以作獨確定位置后還可以作獨立運動，這是無法實現(xiàn)立運動，這是無法實現(xiàn)的，若強迫構(gòu)件的，若強迫構(gòu)件3 3獨立運獨立運動，機構(gòu)將被損壞。動，機構(gòu)將被損壞。第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n鉸鏈五桿機構(gòu)鉸鏈五桿機構(gòu)若只以構(gòu)件若只以構(gòu)件1 1為原動件，則為原動件，則對于構(gòu)件對于構(gòu)件1 1的的每一個獨立運每一個獨立運動，構(gòu)件動，構(gòu)件2 2，3 3，4 4的運動位置的運動位置不確定。不確定。若取構(gòu)件若取構(gòu)件1 1和和4 4為為原動件，可知對原動件，可知對于每一組于每一組(

20、 ( 1, 2), ,構(gòu)件構(gòu)件2 2，3 3便有一便有一個確定的相應(yīng)位個確定的相應(yīng)位置，即機構(gòu)的運置，即機構(gòu)的運動是確定的。動是確定的。第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析1 1）自由度）自由度F=0F=0，此為靜定桁架，各構(gòu)件皆不，此為靜定桁架，各構(gòu)件皆不能產(chǎn)生相對運動。能產(chǎn)生相對運動。2 2）自由度）自由度F=-1F=-1，此為超靜定桁架，所受約束，此為超靜定桁架，所受約束過多。過多。第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 圖示為一牛頭刨床初步設(shè)計方案。動力由圖示為一牛頭刨床初步設(shè)計方案。動力由齒輪齒輪1輸入，通過齒輪機構(gòu)輸入，通過齒輪機構(gòu)1、2，導(dǎo)桿機構(gòu)，導(dǎo)桿機構(gòu)3、4，使滑枕

21、，使滑枕5前后運動，達到刨削目的。前后運動，達到刨削目的。試分析其是否能實現(xiàn)設(shè)計意圖。試分析其是否能實現(xiàn)設(shè)計意圖。 第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 解：作出機構(gòu)運動簡解：作出機構(gòu)運動簡圖。圖。n=5, PL=7, PH =1, 機構(gòu)自由度機構(gòu)自由度 F=35-27-1=0 說明如此設(shè)計該機說明如此設(shè)計該機構(gòu)不能動。因為構(gòu)件構(gòu)不能動。因為構(gòu)件3與構(gòu)件與構(gòu)件5的鉸接點的鉸接點c不不能同時實現(xiàn)沿水平方能同時實現(xiàn)沿水平方向的直線運動和繞向的直線運動和繞A點的圓弧運動。點的圓弧運動。第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n=6,PL =8, PH =1, F=36-28-1=1666第四

22、章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n=5, PL =6, PH=2, F=35-26-2=1第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析3 06253 23hlppnF2 13233 23hlppnF0 06243 23hlppnF？第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析由由m m 個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈，共有個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈，共有( (m m -1)-1)個個轉(zhuǎn)動副。轉(zhuǎn)動副。32 3 52 70 1lhFnpp 注意：復(fù)合鉸鏈只存在于轉(zhuǎn)動副中！注意：復(fù)合鉸鏈只存在于轉(zhuǎn)動副中！第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析計算機構(gòu)自由度時，將局部自由度除去不計。計算機構(gòu)自由度時，將局部自由

23、度除去不計。圖示滾子從動件凸輪機構(gòu)，除去局部自由度后圖示滾子從動件凸輪機構(gòu)，除去局部自由度后 n=2,PL =2,PH =1, F=32-22-1=1 第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 在計算機構(gòu)自由度時，應(yīng)將引入虛約束的在計算機構(gòu)自由度時，應(yīng)將引入虛約束的運動副和構(gòu)件除去不計。運動副和構(gòu)件除去不計。 虛約束發(fā)生的幾種情況：虛約束發(fā)生的幾種情況： 1）連接點的軌跡重合連接點的軌跡重合 2）當(dāng)不同構(gòu)件上）當(dāng)不同構(gòu)件上兩點間的距離保持恒定兩點間的距離保持恒定時，時，在兩點間加上的一個構(gòu)件和兩個轉(zhuǎn)動副，在兩點間加上的一個構(gòu)件和兩個轉(zhuǎn)動副，引入的約束為虛約束。引入的約束為虛約束。第四章第四章

24、 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 3）當(dāng)兩構(gòu)件構(gòu)成多個移動副而其導(dǎo)路又互）當(dāng)兩構(gòu)件構(gòu)成多個移動副而其導(dǎo)路又互相平行；或兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副而其軸相平行；或兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副而其軸線互相重合時，則只有一個移動副或轉(zhuǎn)動線互相重合時，則只有一個移動副或轉(zhuǎn)動副起作用，其余的都視為虛約束。即兩構(gòu)副起作用，其余的都視為虛約束。即兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成運動副。件在幾處接觸而構(gòu)成運動副。第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n=3Pl=4PH=0F=3n-(2Pl+PH)=33-24=1 兩構(gòu)件在幾處接兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成運動副觸而構(gòu)成運動副兩構(gòu)件在幾處構(gòu)成轉(zhuǎn)動兩構(gòu)件在幾處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副且各轉(zhuǎn)動副的軸線是副

25、且各轉(zhuǎn)動副的軸線是重合的。重合的。只有一個運動副起約束只有一個運動副起約束作用作用,其它各處均為虛其它各處均為虛約束約束;只按一個計算！只按一個計算！第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析4 4）機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分會出）機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分會出現(xiàn)虛約束?，F(xiàn)虛約束。行星輪系行星輪系 第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析用于連接構(gòu)件用于連接構(gòu)件2和和3的轉(zhuǎn)動副的轉(zhuǎn)動副C即屬此種情況。因為即屬此種情況。因為C2和和C3在未連接前的軌跡都沿在未連接前的軌跡都沿Y軸。此時轉(zhuǎn)動副軸。此時轉(zhuǎn)動副C將引入一個虛約束。計算時去掉構(gòu)件將引入一個虛約束。計算時去掉構(gòu)件3和轉(zhuǎn)動副和轉(zhuǎn)動

26、副C以以及及3和機架移動副。和機架移動副。F=3n-2plph=34-26-0=0正確計算：不計引起虛約正確計算：不計引起虛約束的附加構(gòu)件和運動副數(shù)束的附加構(gòu)件和運動副數(shù)F=33-24-0=1第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析F=3n-2pLpH=33-24-0=1F=3n-2pLpH=34-26-0=0分析：分析：E3和和E5點的軌跡重合，引入一個虛約束點的軌跡重合，引入一個虛約束正確：正確：n=3 PL=4 PH=0 F=3n-(2PL+PH)=3 3-2 4=1 第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析解法：解法：復(fù)合鉸鏈：復(fù)合鉸鏈：D包含包含2個轉(zhuǎn)個轉(zhuǎn)動副動副(桿桿4和和7)

27、局部自由度：局部自由度：F=2虛約束：桿虛約束：桿8及轉(zhuǎn)動副及轉(zhuǎn)動副F、I引入引入1個虛約束。個虛約束。計算自由度前直接去除計算自由度前直接去除虛約束和局部自由度：虛約束和局部自由度： n=6 p n=6 pL L=7 p=7 pH H=3=3 F=3n-2p F=3n-2pL L-p-pH H=1=1 例題一例題一 一包裝機構(gòu)一包裝機構(gòu)第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析323 8 2 11 1 1LHFnpp 例題二：計算圖示機構(gòu)的自由度，如有復(fù)合例題二：計算圖示機構(gòu)的自由度，如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束鉸鏈、局部自由度和虛約束, ,需明確指出。畫需明確指出。畫箭頭的構(gòu)件為原動件

28、。箭頭的構(gòu)件為原動件。復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈局部自由度局部自由度1 1個虛約束個虛約束復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析例題三：例題三：計算圖示機構(gòu)自由度。計算圖示機構(gòu)自由度。分析：該機構(gòu)具有分析：該機構(gòu)具有5 5個個活動構(gòu)件，有活動構(gòu)件，有7 7個轉(zhuǎn)動個轉(zhuǎn)動副，即低副，沒有高副。副，即低副，沒有高副。于是機構(gòu)自由度為于是機構(gòu)自由度為123456 F=3n-2pLpH=35-27-0=1第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 第五節(jié)第五節(jié) 平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析 n平面機構(gòu)的高副低代平面機構(gòu)的高副低代 為了便于對含有高副的平面機構(gòu)進行分析

29、，為了便于對含有高副的平面機構(gòu)進行分析，將機構(gòu)中的高副根據(jù)一定的條件用一種虛擬將機構(gòu)中的高副根據(jù)一定的條件用一種虛擬的低副和構(gòu)件的適當(dāng)組合來代替。的低副和構(gòu)件的適當(dāng)組合來代替。高副低代的替代條件高副低代的替代條件 替代前后機構(gòu)的自由度、瞬時速度和瞬時替代前后機構(gòu)的自由度、瞬時速度和瞬時加速度保持不變。加速度保持不變。第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析高副低代的方法：用一個含有兩個低副的高副低代的方法：用一個含有兩個低副的虛擬構(gòu)件來代替高副，且兩低副位置分別虛擬構(gòu)件來代替高副，且兩低副位置分別在兩高副兩元素接觸點處的曲率中心。在兩高副兩元素接觸點處的曲率中心。高副兩元素均為圓弧高副兩元素

30、均為圓弧nn4第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 接觸點的法線上找出兩曲線接觸處的曲率中心接觸點的法線上找出兩曲線接觸處的曲率中心 K1、K2，用鉸鏈四桿機構(gòu)，用鉸鏈四桿機構(gòu)O1K1K2O2來來瞬時瞬時代替代替原高副機構(gòu)。原高副機構(gòu)。 高副元素為非圓曲線高副元素為非圓曲線第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 當(dāng)兩接觸輪廓之一為直線時，直線的曲率當(dāng)兩接觸輪廓之一為直線時，直線的曲率中心趨于無窮遠，該轉(zhuǎn)動副演化為移動副。中心趨于無窮遠，該轉(zhuǎn)動副演化為移動副。第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 當(dāng)兩接觸輪廓之一為一點時，其曲率半徑當(dāng)兩接觸輪廓之一為一點時，其曲率半徑為零，該轉(zhuǎn)動

31、副就在該點處。為零，該轉(zhuǎn)動副就在該點處。 第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析兩接觸輪廓分別為直線和點。兩接觸輪廓分別為直線和點。 第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析高副高副元素元素曲線和曲線曲線和曲線曲線和直線曲線和直線 曲線和點曲線和點點和直線點和直線高副高副機構(gòu)機構(gòu)瞬時瞬時替代替代機構(gòu)機構(gòu)常見高副低代類型常見高副低代類型第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n基本桿組基本桿組 不能再拆的最簡單的自由度為零的構(gòu)件組不能再拆的最簡單的自由度為零的構(gòu)件組稱為組成機構(gòu)的基本桿組。稱為組成機構(gòu)的基本桿組。n機構(gòu)的組成原理機構(gòu)的組成原理 任何機構(gòu)都可以看做是有若干個基本桿任何機構(gòu)都

32、可以看做是有若干個基本桿組依次聯(lián)接于原動件和機架上而構(gòu)成。組依次聯(lián)接于原動件和機架上而構(gòu)成。自由度為自由度為F的機構(gòu)的機構(gòu)=F 個主動桿個主動桿 +1個自由度為個自由度為0的機架的機架 +若干個自由度為若干個自由度為0的基本桿組的基本桿組第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n桿組桿組 若基本桿組的構(gòu)件數(shù)為若基本桿組的構(gòu)件數(shù)為n，低副數(shù)為，低副數(shù)為PL 由由F3n2PL0，得，得3n2PL 故故 n 2 4 6 PL 3 6 9 級桿組級桿組級桿組級桿組機構(gòu)的級別取機構(gòu)的級別取決于其所含基決于其所含基本桿組中的最本桿組中的最高級別高級別 如如級機構(gòu)級機構(gòu)第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析八桿機構(gòu)的組成八桿機構(gòu)的組成 第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n注意：桿組的全部外接運動副不能都并接注意：桿組的全部外接運動副不能都并接到一個構(gòu)件上，因為這種并接會使桿組與到一個構(gòu)件上，因為這種并接會使桿組與被并接件形成桁架，如圖所示，起不到增被并接件形成桁架，如圖所示，起不到增加桿組的作用。加桿組的作用。 第四章第四章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 將已知的機構(gòu)分解為原動件、機架和基將已知的機構(gòu)分解為原動件、機架和基本桿組，并確定機構(gòu)的級別。本桿組，并確