最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件

機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合

本章要求了解機構(gòu)的組成，運動副、運動鏈、約束和自由度等基本概念；能繪制常用機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖；能計算平面機構(gòu)的自由度。

重點：運動副和運動鏈的概念、機構(gòu)運動簡圖的繪制、機構(gòu)具有確定運動的條件及機構(gòu)自由度的計算。

難點：機構(gòu)自由度計算中有關(guān)虛約束的識別及處理。本章要求了解機構(gòu)的組成，運動副、運動鏈、約束和自由2最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件3最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件4最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件5最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件6最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件7最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件82、運動副兩構(gòu)件之間的直接接觸而又能產(chǎn)生一定相對運動的活動聯(lián)接稱為運動副。兩構(gòu)件參與接觸而構(gòu)成運動副的部分稱為運動副元素?；蚪M成運動副的點、線、面稱為運動副元素。運動副元素2、運動副兩構(gòu)件之間的直接接觸而又能產(chǎn)生一定相對9（1）自由度

一個自由構(gòu)件作平面運動時有三個獨立運動的可能性，這種可能出現(xiàn)的獨立運動稱為自由度。（1）自由度一個自由構(gòu)件作平面運動時有三10（2）約束兩構(gòu)件間的運動副所起的作用是限制構(gòu)件間的相對運動，這種限制作用稱為約束。（2）約束兩構(gòu)件間的運動副所起的作用是限制構(gòu)件間的相113、運動鏈若干個構(gòu)件通過運動副聯(lián)結(jié)組成的構(gòu)件系統(tǒng)稱為運動鏈。如果運動鏈中的各構(gòu)件構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng)則稱為閉式鏈,否則稱為開式鏈。3、運動鏈若干個構(gòu)件通過運動副聯(lián)結(jié)組成的構(gòu)件系統(tǒng)稱為12機架：支承活動構(gòu)件的構(gòu)件；原動件(主動件)：運動規(guī)律已知的構(gòu)件，又稱輸入件；從動件：隨原動件運動而運動的構(gòu)件。機構(gòu)要按一定的要求實現(xiàn)運動的傳遞與變換，各構(gòu)件要具有確定的運動規(guī)律。為描述其傳遞和變換關(guān)系及各構(gòu)件的位置，須選定一個構(gòu)件作為參照體，將其視為與靜止坐標(biāo)固結(jié)，即取一個構(gòu)件作為機架。4、機構(gòu)機架：支承活動構(gòu)件的構(gòu)件；機構(gòu)要按一定的要求實現(xiàn)運動13二、運動副的分類1)根據(jù)運動副所引入的約束數(shù)分類：把引入一個約束數(shù)的運動副稱為I級副，引入兩個約束數(shù)的運動副稱為Ⅱ級副，依此類推，最末為V級副。二、運動副的分類1)根據(jù)運動副所引入的約束數(shù)分類：142)根據(jù)構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件的接觸情況進行分類：凡是以面接觸的運動副稱為低副，而以點或線相接觸的運動副稱為高副。2)根據(jù)構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件的接觸情況進行分類：15平面低副平面低副的約束數(shù)為２，自由度為1。平面低副平面低副的約束數(shù)為２，自由度為1。16低副又分為轉(zhuǎn)動副和移動副。轉(zhuǎn)動副：允許構(gòu)件作相對轉(zhuǎn)動的運動副。移動副：允許構(gòu)件作相對移動的運動副。低副又分為轉(zhuǎn)動副和移動副。17最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件18平面高副平面高副的約束數(shù)為１，自由度為2。平面高副平面高副的約束數(shù)為１，自由度為2。193)根據(jù)構(gòu)成運動副的兩元素間相對運動的空間形式進行分類：如果運動副元素間只能相互作平面平行運動，則稱之為平面運動副，否則稱為空間運動副。3)根據(jù)構(gòu)成運動副的兩元素間相對運動的空間形式進行分類：20三機構(gòu)運動簡圖的繪制（一）機構(gòu)運動簡圖的定義（二）機構(gòu)運動簡圖的繪制三機構(gòu)運動簡圖的繪制（一）機構(gòu)運動簡圖的定義21（一）機構(gòu)運動簡圖的定義用簡單的線條和符號代表構(gòu)件和運動副，并按比例定出各運動副位置，表示機構(gòu)的組成和傳動情況。這樣繪制出的簡明圖形就稱為機構(gòu)運動簡圖。為了表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)情況，不嚴(yán)格按比例繪制的機構(gòu)簡圖，稱為機構(gòu)示意圖。（一）機構(gòu)運動簡圖的定義用簡單的線條和符號代表構(gòu)件和22（二）機構(gòu)運動簡圖的繪制1、運動副的表示方法：機架:（二）機構(gòu)運動簡圖的繪制1、運動副的表示方法：23低副低副24高副高副25

2、構(gòu)件的表示方法：軸、桿固定件2、構(gòu)件的表示方法：軸、桿固定件26常用機構(gòu)運動簡圖符號常用機構(gòu)運動簡圖符號27最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件283、機構(gòu)運動簡圖繪制步驟1）確定機構(gòu)中的原動部分和工作部分，然后再把兩者之間的傳動搞清楚，從而找出組成機構(gòu)的所有構(gòu)件并確定構(gòu)件間的運動副類型。2）恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面。一般選擇機構(gòu)中與多數(shù)構(gòu)件的運動平面相平行的面作為繪制機構(gòu)運動簡圖的投影面。3、機構(gòu)運動簡圖繪制步驟1）確定機構(gòu)中的原動部分和工作部分293）選擇適當(dāng)?shù)谋壤?，確定各運動副之間的相對位置，用規(guī)定的符號畫出各類運動副，并將同一構(gòu)件上的運動副元素用簡單線條連接起來，即為所繪的機構(gòu)運動簡圖。3）選擇適當(dāng)?shù)谋壤撸_定各運動副之間30例1：繪制油泵機構(gòu)運動簡圖例1：繪制油泵機構(gòu)運動簡圖31例2:繪制內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖CAB12344'D55'6例2:繪制內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖CAB12344'D55'632例3:繪制機構(gòu)運動簡圖ECAB1DFG2345678HI插齒機例3:繪制機構(gòu)運動簡圖ECAB1DFG2345678HI插齒33§2-3機構(gòu)自由度的計算一、平面機構(gòu)自由度的計算公式二、機構(gòu)自由度的意義及機構(gòu)具有確定運動的條件三、計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項四、空間機構(gòu)自由度簡述§2-3機構(gòu)自由度的計算一、平面機構(gòu)自由度的計算公式34一、平面機構(gòu)自由度的計算公式

設(shè)一個平面機構(gòu)有K個構(gòu)件，其中必有一個構(gòu)件為機架，機架的自由度為零，則活動件個數(shù)n=K-1；這些活動構(gòu)件在未組成運動副之前總共有3n個自由度，組成運動副后，自由度將減少。若機構(gòu)中有PL個低副和PH個高副，則引入的約束數(shù)為(2PL+PH)，機構(gòu)的自由度F為:F=3n-(2PL+PH)=3n-2PL-PH

一、平面機構(gòu)自由度的計算公式設(shè)一個平面機構(gòu)有K個構(gòu)件35例1：計算油泵機構(gòu)機構(gòu)的自由度解：n=3,ＰL=4,ＰH=0Ｆ＝３ｎ－２ＰL－ＰH＝３×3－２×4－0＝1例1：計算油泵機構(gòu)機構(gòu)的自由度解：n=3,ＰL=4,ＰH36例2：計算牛頭刨床機構(gòu)的自由度解：Ｆ＝３ｎ－２ＰL－ＰH＝３×6－２×8－1＝1例2：計算牛頭刨床機構(gòu)的自由度解：37二、機構(gòu)自由度的意義及機構(gòu)具有確定運動的條件自由度：是描述或確定一個機械系統(tǒng)運動或位置所必須的的獨立參數(shù)。

ABCDＦ＝３ｎ－２ＰL－ＰH

＝３×3－２×4－0＝1

二、機構(gòu)自由度的意義及機構(gòu)具有確定運動的條件自由度：是描述或38四桿機構(gòu)的運動位置可由B、C兩點的位置確定，平面上的每個點包含兩個位置變量，所以平面四桿機構(gòu)的任意位置狀態(tài)需由四個位置變量確定。另外，四桿機構(gòu)又有三個桿長引入三個桿長約束方程。四個位置變量需滿足三個約束方程，故只有一個變量是獨立的，說明平面四桿機構(gòu)的位置需要一個獨立參數(shù)，即有一個自由度。ABCD四桿機構(gòu)的運動位置可由B、C兩點的位置確定，平39一般，機構(gòu)約束方程的數(shù)目總小于機構(gòu)運動位置變量的數(shù)目；要解出確定的變量，必須引入附加的獨立方程，需引入方程的個數(shù)等于位置變量數(shù)與獨立約束方程間的差值，這個差值便是機構(gòu)的自由度。一般，機構(gòu)約束方程的數(shù)目總小于機構(gòu)運動位置變量的數(shù)目40設(shè)構(gòu)件1為原動件，參變量φ1表示構(gòu)件1的獨立運動，則由圖可見，每給出一個φ1的數(shù)值，從動件2、3便有一個確定的位置。因此，這個自由度等于1的機構(gòu)，在具有一個原動件時的運動是確定的。設(shè)構(gòu)件1為原動件，參變量φ1表示構(gòu)件1的獨立運動，則41五桿機構(gòu)F=3*4-2*5=2AEBCD五桿機構(gòu)F=3*42該機構(gòu)的自由度為2，應(yīng)當(dāng)有2個原動件，若取構(gòu)件1和構(gòu)件4為原動件，φ1和φ4分別表示構(gòu)件1和4的獨立運動。每給定一組φ1和φ4的數(shù)值，從動件2、3便有一個確定的相應(yīng)位置。因此，這個自由度等于2的機構(gòu)在具有兩個原動件時運動是確定的。該機構(gòu)的自由度為2，應(yīng)當(dāng)有2個原動件，若取構(gòu)件1和構(gòu)43小結(jié)機構(gòu)的自由度數(shù)目和機構(gòu)原動件的數(shù)目與機構(gòu)的運動有著密切的關(guān)系：1)若機構(gòu)自由度F≤0，則機構(gòu)不能運動桁架（桁架）。n=2,Pl=3,F=0231小結(jié)機構(gòu)的自由度數(shù)目和機構(gòu)原動件的數(shù)目與機構(gòu)的運442)若Ｆ>0且與原動件數(shù)相等，則機構(gòu)各構(gòu)件間的相對運動是確定的；這就是機構(gòu)具有確定運動的條件。n=3,Pl=4,F=114123ABCD2)若Ｆ>0且與原動件數(shù)相等，則機構(gòu)各構(gòu)件間的相對運動是453)若Ｆ>0，而原動件數(shù)<F，則構(gòu)件間的運動是不確定的；Ｆ＝３ｎ－(２ＰL＋ＰH)＝３×４－（２×５＋０）＝２AEBCD3)若Ｆ>0，而原動件數(shù)<F，則構(gòu)件間的運動是不確定的；464）若Ｆ>0，而原動件數(shù)>F，則構(gòu)件間不能運動或產(chǎn)生破壞。4）若Ｆ>0，而原動件數(shù)>F，則構(gòu)件間不能運動或產(chǎn)生破壞。47機構(gòu)并非是構(gòu)件的任意拼湊組合，而機構(gòu)自由度、原動件數(shù)目與機構(gòu)運動有著密切的關(guān)系。機構(gòu)的自由度數(shù)=機構(gòu)的原動件數(shù)機構(gòu)具有確定運動的條件：機構(gòu)并非是構(gòu)件的任意拼湊組合，而機構(gòu)自由度、原動件數(shù)48三、計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項1、復(fù)合鉸鏈2、局部自由度3、虛約束三、計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項1、復(fù)合鉸鏈491、復(fù)合鉸鏈由兩個以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)合鉸鏈。由m個構(gòu)件匯集而成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當(dāng)包含（m-1）個轉(zhuǎn)動副。1、復(fù)合鉸鏈由兩個以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動50例：計算直線機構(gòu)的自由度解：Ｆ＝３ｎ－２ＰL－ＰH＝３×7－２×10－０＝1例：計算直線機構(gòu)的自由度解：512、局部自由度對整個機構(gòu)（或其他構(gòu)件）運動無關(guān)的自由度稱為局部自由度。在計算機構(gòu)自由度時，局部自由度應(yīng)當(dāng)舍棄不計。21ACB4321ACB3?2、局部自由度對整個機構(gòu)（或其他構(gòu)件）運動無關(guān)的自由523、虛約束在機構(gòu)中不起獨立限制作用的（或著說這些約束所起的限制作用是重復(fù)的）約束稱為虛約束。3、虛約束在機構(gòu)中不起獨立限制作用的（或著說這些53常見的虛約束有以下幾種情況1)移動副導(dǎo)路平行當(dāng)兩構(gòu)件組成多個移動副，且其導(dǎo)路互相平行或重合時，則只有一個移動副起約束作用，其余都是虛約束，2CAB134常見的虛約束有以下幾種情況1)移動副導(dǎo)路平行2CAB13542)轉(zhuǎn)動副軸線重合當(dāng)兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，且軸線互相重合時，則只有一個轉(zhuǎn)動副起作用，其余轉(zhuǎn)副都是虛約束。2)轉(zhuǎn)動副軸線重合553)軌跡重合如果機構(gòu)中兩活動構(gòu)件上某兩點的距離始終保持不變，此時若用具有兩個轉(zhuǎn)動副的附加構(gòu)件來連接這兩個點，則將會引入一個虛約束。3)軌跡重合56ABCDEF？4F5123ADBCE123ADBCEABCDEF？4F5123ADBCE123ADBCE57

4)機構(gòu)存在對運動起重復(fù)約束作用的對稱部分在機構(gòu)中，某些不影響機構(gòu)運動傳遞的重復(fù)部分所帶入的約束為虛約束。4)機構(gòu)存在對運動起重復(fù)約束作用的對稱部分585)如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，且在接觸點處的公法線彼此重合,則只能算一個平面高副。5)如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，且在接觸點處的公法59例：計算內(nèi)燃機機構(gòu)的自由度解：n=5,ＰL=6,ＰH=2Ｆ＝３ｎ－２ＰL－ＰH＝３×5－２×6－2＝1CAB12344'D55'6例：計算內(nèi)燃機機構(gòu)的自由度解：n=5,ＰL=6,ＰH=60例：計算大篩機構(gòu)的自由度解:Ｆ＝３ｎ－２ＰL－ＰH＝３×7－２×9－1＝2324例：計算大篩機構(gòu)的自由度解:32461四、空間機構(gòu)自由度簡述若n個活動構(gòu)件中有P1個一級副；有P2個二級副；有P3個三級副；有P4個四級副；有P5個五級副，則可得空間機構(gòu)的自由度公式為：F=6n－5P5－4P4－3P3－2P2－P1四、空間機構(gòu)自由度簡述若n個活動構(gòu)件中有P1個一級副62§2-4平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析一、平面機構(gòu)的組成原理二、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析三、平面機構(gòu)的高副低代§2-4平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析一、平面機構(gòu)的組成原理63一、平面機構(gòu)的組成原理1、基本桿組的定義2、平面機構(gòu)的組成原理3、基本桿組的分類4、機構(gòu)的級數(shù)一、平面機構(gòu)的組成原理1、基本桿組的定義641、基本桿組的定義去掉機架和原動件,余下的是從動件系統(tǒng)，它的F=0。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。1、基本桿組的定義去掉機架和原動件,余下的是從動件系652134ABCDEF561A6F=1F=0F=0234BCDEF5F=1F=023BCDE4F52134ABCDEF561A6F=1F=0F=0234BCD662、平面機構(gòu)的組成原理任何機構(gòu)都包含有機架、原動件和從動件系統(tǒng)。所以機構(gòu)可以看成由若干個基本桿組依次連接于原動件和機架上所組成的系統(tǒng)，這就是機構(gòu)的組成原理。2、平面機構(gòu)的組成原理任何機構(gòu)都包含有機架、原動件和67任何平面機構(gòu)均可以用零自由度的桿組依次聯(lián)結(jié)到原動件和機架上去的方法來組成。E4F523BCD61A1A623BCDE4F5任何平面機構(gòu)均可以用零自由度的桿組依次聯(lián)結(jié)到E683、基本桿組的分類基本桿組：F＝3n－(2PL＋PH)＝0當(dāng)運動副全為低副時(高副可低代)則：F＝3n－2PL＝0∵n、PL均為整數(shù)，即：ｎ為２的倍數(shù)

PL為3的倍數(shù)∴基本組合有：ｎ＝２，PL＝３；ｎ＝４，PL＝６；ｎ＝６，PL＝９；．．．．．3、基本桿組的分類基本桿組：F＝3n－(2PL＋PH)＝069

最簡單的的平面基本桿組是由兩個構(gòu)件、三個低副組成的桿組，稱為Ⅱ級組。轉(zhuǎn)動副用R表示，移動副用P表示。桿組的型式如下：

（2）RRP（1）RRRII級組(二桿三副)最簡單的的平面基本桿組是由兩個構(gòu)件、三個低副組成的桿組70（3）RPR（5）RPP（4）PRP（3）RPR（5）RPP（4）PRP71III級組(四桿六副)IV級組(四桿六副)：具有四個內(nèi)運動副組成閉廓的桿組。III級組(四桿六副)IV級組(四桿六副)：具有四個內(nèi)運動副724、機構(gòu)的級數(shù)

（在同一機構(gòu)中可以同時包含不同級別的基本桿組），把機構(gòu)中包含的基本桿組的最高級數(shù)稱為該機構(gòu)的級數(shù)。4、機構(gòu)的級數(shù)（在同一機構(gòu)中可以同時包含不同級別的基73八桿機構(gòu)組成：Ⅲ級機構(gòu)八桿機構(gòu)組成：Ⅲ級機構(gòu)74二、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析1、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的意義2、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的步驟二、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析1、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的意義751、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的意義機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析就是將已知機構(gòu)分解為原動件、機架和若干個基本桿組，進而了解機構(gòu)的組成，并確定機構(gòu)的級別。1、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的意義機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析就是將已知機762、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的步驟1)計算機構(gòu)的自由度并確定原動件。（先去除局部自由度和虛約束）2)拆桿組。從遠離原動件處開始→Ⅱ級（不行）→Ⅲ級→直到只剩Ⅰ級（每拆出一個桿組后，剩下的仍能組成機構(gòu)，且F不變）

3）確定機構(gòu)的級別。2、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的步驟1)計算機構(gòu)的自由度并確定原77八桿機構(gòu)Ⅲ級機構(gòu)八桿機構(gòu)Ⅲ級機構(gòu)78例1：確定圖示機構(gòu)的級別解：F＝3n－(2PL＋PH)＝３×５－２×７＝１Ⅱ級機構(gòu).例1：確定圖示機構(gòu)的級別解：F＝3n－(2PL＋PH)Ⅱ級79例2：確定機構(gòu)的級別（１）計算自由度（構(gòu)件1為原動件）F=3×7－2×10－0=1（2）拆桿組：（3）確定級別：Ⅲ級機構(gòu)。例2：確定機構(gòu)的級別（１）計算自由度（構(gòu)件1為原動件）（3）80將原動件改為構(gòu)件８將原動件改為構(gòu)件８81三、平面機構(gòu)的高副低代1、平面機構(gòu)的高副低代的意義2、平面機構(gòu)的高副低代的條件三、平面機構(gòu)的高副低代1、平面機構(gòu)的高副低代的意義821、平面機構(gòu)的高副低代的意義為使平面低副機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和運動分析方法適合于含有高副的平面機構(gòu)，可根據(jù)一定的約束條件將平面機構(gòu)中的高副虛擬地用低副代替，稱為高副低代。1、平面機構(gòu)的高副低代的意義為使平面低副機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分832、平面機構(gòu)的高副低代的條件（不改變機構(gòu)特性）1）代替前后機構(gòu)的自由度完全相同。2）代替前后機構(gòu)的運動狀況（位移，速度，加速度）相同。2132、平面機構(gòu)的高副低代的條件（不改變機構(gòu)特性）21384

高副低代關(guān)鍵：找出構(gòu)成高副的兩輪廓曲線相接觸點處的曲率中心。然后用一個構(gòu)件和位于兩個曲率中心的兩個轉(zhuǎn)動副來代替該高副。

高副低代關(guān)鍵：85若兩輪廓之一為直線，則轉(zhuǎn)動副演化為移動副。2O1若兩輪廓之一為直線，則轉(zhuǎn)動副演化為移動副。2O186若兩輪廓之一為一點，點的曲率半徑為零。B21AC321ACB3若兩輪廓之一為一點，點的曲率半徑為零。B21AC321ACB87（1）計算機構(gòu)的自由度，去除虛約束、局部自由度，并高副低代，ABCDOEFGHABCDEFGOH例：確定機構(gòu)的級別（1）計算機構(gòu)的自由度，去除虛約束、局部自由度，并高副低代，88（2）先試拆級組，若拆不出級組，再試拆級組。（3）確定機構(gòu)的級別，以機構(gòu)桿組的最高級別命名機構(gòu)的級別。FABCDEGOHFGOABCDHE注意：遠離主動件的桿組先坼。（2）先試拆級組，若拆不出級組，再試拆級89§2-5平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合1、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合的意義2、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合方法§2-5平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合1、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合的意義901、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合的意義根據(jù)機構(gòu)的輸入特性與輸出特性的要求設(shè)計機構(gòu)運動簡圖的過程一般稱為結(jié)構(gòu)綜合（結(jié)構(gòu)設(shè)計）。

1、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合的意義根據(jù)機構(gòu)的輸入特性與輸出91平面機構(gòu)的綜合是研究一定數(shù)量的構(gòu)件和運動副可以組成多少種機構(gòu)型式的綜合過程。通過進行機構(gòu)的型式綜合，可提供相同數(shù)目的構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)組合而成的各種機構(gòu)型式，為設(shè)計新機器提供了擇優(yōu)選擇的條件。平面機構(gòu)的綜合是研究一定數(shù)量的構(gòu)件和運動副可以組成多922、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合方法根據(jù)平面機構(gòu)的組成原理，在綜合平面機構(gòu)時，如果沒有虛約束，則只須往原動件和機架（即I級機構(gòu)）上聯(lián)接自由度等于零的基本桿組。這種結(jié)構(gòu)綜合的方法稱為基本桿組疊加法。2、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合方法根據(jù)平面機構(gòu)的組成原理，在93自由度等于零的平面基本桿組滿足機構(gòu)基本結(jié)構(gòu)綜合條件式F＝3n－2PL＝0綜合機構(gòu)＝Ⅰ級機構(gòu)＋基本桿組自由度等于零的平面基本桿組滿足機構(gòu)基本結(jié)構(gòu)綜合條件式941：當(dāng)ｎ＝１時即與Ⅰ級機構(gòu)聯(lián)接的構(gòu)件數(shù)為１，不滿足F＝3n－2PL＝0的條件，但滿足F=3n-2PL-PH=0，即：PL=1，PH=1，形成只有一個從動件的機構(gòu)。1：當(dāng)ｎ＝１時95⑴移動從動件凸輪機構(gòu)⑵擺動從動件凸輪機構(gòu)（或一對齒輪傳動）⑴移動從動件凸輪機構(gòu)⑵擺動從動件凸輪機構(gòu)（或一對齒輪傳動）962.當(dāng)ｎ＝２時即與Ⅰ級機構(gòu)聯(lián)接的構(gòu)件數(shù)為２，滿足F＝3n－2PL＝0的條件，PL=3，PH=0。鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)2.當(dāng)ｎ＝２時鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)97導(dǎo)桿機構(gòu)正切機構(gòu)正弦機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)正切機構(gòu)正弦機構(gòu)98

平面機構(gòu)如果沒有高副，可按公式綜合出各種類型的基本桿組，再利用串聯(lián)、并聯(lián)等方式將基本桿組與I級機構(gòu)和機架聯(lián)接，即可得到各種類型的機構(gòu)。平面機構(gòu)如果沒有高副，可按公式綜合出各種類型的基99例如顎式破碎機機構(gòu)由兩個II級桿組和I級機構(gòu)串聯(lián)構(gòu)成。例如顎式破碎機機構(gòu)由兩個II級桿組和I級機構(gòu)串聯(lián)構(gòu)成。100

結(jié)束語謝謝大家聆聽?。。?01

結(jié)束語謝謝大家聆聽?。?！101機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合

本章要求了解機構(gòu)的組成，運動副、運動鏈、約束和自由度等基本概念；能繪制常用機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖；能計算平面機構(gòu)的自由度。

重點：運動副和運動鏈的概念、機構(gòu)運動簡圖的繪制、機構(gòu)具有確定運動的條件及機構(gòu)自由度的計算。

難點：機構(gòu)自由度計算中有關(guān)虛約束的識別及處理。本章要求了解機構(gòu)的組成，運動副、運動鏈、約束和自由103最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件104最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件105最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件106最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件107最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件108最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件1092、運動副兩構(gòu)件之間的直接接觸而又能產(chǎn)生一定相對運動的活動聯(lián)接稱為運動副。兩構(gòu)件參與接觸而構(gòu)成運動副的部分稱為運動副元素?；蚪M成運動副的點、線、面稱為運動副元素。運動副元素2、運動副兩構(gòu)件之間的直接接觸而又能產(chǎn)生一定相對110（1）自由度

一個自由構(gòu)件作平面運動時有三個獨立運動的可能性，這種可能出現(xiàn)的獨立運動稱為自由度。（1）自由度一個自由構(gòu)件作平面運動時有三111（2）約束兩構(gòu)件間的運動副所起的作用是限制構(gòu)件間的相對運動，這種限制作用稱為約束。（2）約束兩構(gòu)件間的運動副所起的作用是限制構(gòu)件間的相1123、運動鏈若干個構(gòu)件通過運動副聯(lián)結(jié)組成的構(gòu)件系統(tǒng)稱為運動鏈。如果運動鏈中的各構(gòu)件構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng)則稱為閉式鏈,否則稱為開式鏈。3、運動鏈若干個構(gòu)件通過運動副聯(lián)結(jié)組成的構(gòu)件系統(tǒng)稱為113機架：支承活動構(gòu)件的構(gòu)件；原動件(主動件)：運動規(guī)律已知的構(gòu)件，又稱輸入件；從動件：隨原動件運動而運動的構(gòu)件。機構(gòu)要按一定的要求實現(xiàn)運動的傳遞與變換，各構(gòu)件要具有確定的運動規(guī)律。為描述其傳遞和變換關(guān)系及各構(gòu)件的位置，須選定一個構(gòu)件作為參照體，將其視為與靜止坐標(biāo)固結(jié)，即取一個構(gòu)件作為機架。4、機構(gòu)機架：支承活動構(gòu)件的構(gòu)件；機構(gòu)要按一定的要求實現(xiàn)運動114二、運動副的分類1)根據(jù)運動副所引入的約束數(shù)分類：把引入一個約束數(shù)的運動副稱為I級副，引入兩個約束數(shù)的運動副稱為Ⅱ級副，依此類推，最末為V級副。二、運動副的分類1)根據(jù)運動副所引入的約束數(shù)分類：1152)根據(jù)構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件的接觸情況進行分類：凡是以面接觸的運動副稱為低副，而以點或線相接觸的運動副稱為高副。2)根據(jù)構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件的接觸情況進行分類：116平面低副平面低副的約束數(shù)為２，自由度為1。平面低副平面低副的約束數(shù)為２，自由度為1。117低副又分為轉(zhuǎn)動副和移動副。轉(zhuǎn)動副：允許構(gòu)件作相對轉(zhuǎn)動的運動副。移動副：允許構(gòu)件作相對移動的運動副。低副又分為轉(zhuǎn)動副和移動副。118最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件119平面高副平面高副的約束數(shù)為１，自由度為2。平面高副平面高副的約束數(shù)為１，自由度為2。1203)根據(jù)構(gòu)成運動副的兩元素間相對運動的空間形式進行分類：如果運動副元素間只能相互作平面平行運動，則稱之為平面運動副，否則稱為空間運動副。3)根據(jù)構(gòu)成運動副的兩元素間相對運動的空間形式進行分類：121三機構(gòu)運動簡圖的繪制（一）機構(gòu)運動簡圖的定義（二）機構(gòu)運動簡圖的繪制三機構(gòu)運動簡圖的繪制（一）機構(gòu)運動簡圖的定義122（一）機構(gòu)運動簡圖的定義用簡單的線條和符號代表構(gòu)件和運動副，并按比例定出各運動副位置，表示機構(gòu)的組成和傳動情況。這樣繪制出的簡明圖形就稱為機構(gòu)運動簡圖。為了表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)情況，不嚴(yán)格按比例繪制的機構(gòu)簡圖，稱為機構(gòu)示意圖。（一）機構(gòu)運動簡圖的定義用簡單的線條和符號代表構(gòu)件和123（二）機構(gòu)運動簡圖的繪制1、運動副的表示方法：機架:（二）機構(gòu)運動簡圖的繪制1、運動副的表示方法：124低副低副125高副高副126

2、構(gòu)件的表示方法：軸、桿固定件2、構(gòu)件的表示方法：軸、桿固定件127常用機構(gòu)運動簡圖符號常用機構(gòu)運動簡圖符號128最新機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與綜合課件1293、機構(gòu)運動簡圖繪制步驟1）確定機構(gòu)中的原動部分和工作部分，然后再把兩者之間的傳動搞清楚，從而找出組成機構(gòu)的所有構(gòu)件并確定構(gòu)件間的運動副類型。2）恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面。一般選擇機構(gòu)中與多數(shù)構(gòu)件的運動平面相平行的面作為繪制機構(gòu)運動簡圖的投影面。3、機構(gòu)運動簡圖繪制步驟1）確定機構(gòu)中的原動部分和工作部分1303）選擇適當(dāng)?shù)谋壤?，確定各運動副之間的相對位置，用規(guī)定的符號畫出各類運動副，并將同一構(gòu)件上的運動副元素用簡單線條連接起來，即為所繪的機構(gòu)運動簡圖。3）選擇適當(dāng)?shù)谋壤?，確定各運動副之間131例1：繪制油泵機構(gòu)運動簡圖例1：繪制油泵機構(gòu)運動簡圖132例2:繪制內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖CAB12344'D55'6例2:繪制內(nèi)燃機機構(gòu)運動簡圖CAB12344'D55'6133例3:繪制機構(gòu)運動簡圖ECAB1DFG2345678HI插齒機例3:繪制機構(gòu)運動簡圖ECAB1DFG2345678HI插齒134§2-3機構(gòu)自由度的計算一、平面機構(gòu)自由度的計算公式二、機構(gòu)自由度的意義及機構(gòu)具有確定運動的條件三、計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項四、空間機構(gòu)自由度簡述§2-3機構(gòu)自由度的計算一、平面機構(gòu)自由度的計算公式135一、平面機構(gòu)自由度的計算公式

設(shè)一個平面機構(gòu)有K個構(gòu)件，其中必有一個構(gòu)件為機架，機架的自由度為零，則活動件個數(shù)n=K-1；這些活動構(gòu)件在未組成運動副之前總共有3n個自由度，組成運動副后，自由度將減少。若機構(gòu)中有PL個低副和PH個高副，則引入的約束數(shù)為(2PL+PH)，機構(gòu)的自由度F為:F=3n-(2PL+PH)=3n-2PL-PH

一、平面機構(gòu)自由度的計算公式設(shè)一個平面機構(gòu)有K個構(gòu)件136例1：計算油泵機構(gòu)機構(gòu)的自由度解：n=3,ＰL=4,ＰH=0Ｆ＝３ｎ－２ＰL－ＰH＝３×3－２×4－0＝1例1：計算油泵機構(gòu)機構(gòu)的自由度解：n=3,ＰL=4,ＰH137例2：計算牛頭刨床機構(gòu)的自由度解：Ｆ＝３ｎ－２ＰL－ＰH＝３×6－２×8－1＝1例2：計算牛頭刨床機構(gòu)的自由度解：138二、機構(gòu)自由度的意義及機構(gòu)具有確定運動的條件自由度：是描述或確定一個機械系統(tǒng)運動或位置所必須的的獨立參數(shù)。

ABCDＦ＝３ｎ－２ＰL－ＰH

＝３×3－２×4－0＝1

二、機構(gòu)自由度的意義及機構(gòu)具有確定運動的條件自由度：是描述或139四桿機構(gòu)的運動位置可由B、C兩點的位置確定，平面上的每個點包含兩個位置變量，所以平面四桿機構(gòu)的任意位置狀態(tài)需由四個位置變量確定。另外，四桿機構(gòu)又有三個桿長引入三個桿長約束方程。四個位置變量需滿足三個約束方程，故只有一個變量是獨立的，說明平面四桿機構(gòu)的位置需要一個獨立參數(shù)，即有一個自由度。ABCD四桿機構(gòu)的運動位置可由B、C兩點的位置確定，平140一般，機構(gòu)約束方程的數(shù)目總小于機構(gòu)運動位置變量的數(shù)目；要解出確定的變量，必須引入附加的獨立方程，需引入方程的個數(shù)等于位置變量數(shù)與獨立約束方程間的差值，這個差值便是機構(gòu)的自由度。一般，機構(gòu)約束方程的數(shù)目總小于機構(gòu)運動位置變量的數(shù)目141設(shè)構(gòu)件1為原動件，參變量φ1表示構(gòu)件1的獨立運動，則由圖可見，每給出一個φ1的數(shù)值，從動件2、3便有一個確定的位置。因此，這個自由度等于1的機構(gòu)，在具有一個原動件時的運動是確定的。設(shè)構(gòu)件1為原動件，參變量φ1表示構(gòu)件1的獨立運動，則142五桿機構(gòu)F=3*4-2*5=2AEBCD五桿機構(gòu)F=3*143該機構(gòu)的自由度為2，應(yīng)當(dāng)有2個原動件，若取構(gòu)件1和構(gòu)件4為原動件，φ1和φ4分別表示構(gòu)件1和4的獨立運動。每給定一組φ1和φ4的數(shù)值，從動件2、3便有一個確定的相應(yīng)位置。因此，這個自由度等于2的機構(gòu)在具有兩個原動件時運動是確定的。該機構(gòu)的自由度為2，應(yīng)當(dāng)有2個原動件，若取構(gòu)件1和構(gòu)144小結(jié)機構(gòu)的自由度數(shù)目和機構(gòu)原動件的數(shù)目與機構(gòu)的運動有著密切的關(guān)系：1)若機構(gòu)自由度F≤0，則機構(gòu)不能運動桁架（桁架）。n=2,Pl=3,F=0231小結(jié)機構(gòu)的自由度數(shù)目和機構(gòu)原動件的數(shù)目與機構(gòu)的運1452)若Ｆ>0且與原動件數(shù)相等，則機構(gòu)各構(gòu)件間的相對運動是確定的；這就是機構(gòu)具有確定運動的條件。n=3,Pl=4,F=114123ABCD2)若Ｆ>0且與原動件數(shù)相等，則機構(gòu)各構(gòu)件間的相對運動是1463)若Ｆ>0，而原動件數(shù)<F，則構(gòu)件間的運動是不確定的；Ｆ＝３ｎ－(２ＰL＋ＰH)＝３×４－（２×５＋０）＝２AEBCD3)若Ｆ>0，而原動件數(shù)<F，則構(gòu)件間的運動是不確定的；1474）若Ｆ>0，而原動件數(shù)>F，則構(gòu)件間不能運動或產(chǎn)生破壞。4）若Ｆ>0，而原動件數(shù)>F，則構(gòu)件間不能運動或產(chǎn)生破壞。148機構(gòu)并非是構(gòu)件的任意拼湊組合，而機構(gòu)自由度、原動件數(shù)目與機構(gòu)運動有著密切的關(guān)系。機構(gòu)的自由度數(shù)=機構(gòu)的原動件數(shù)機構(gòu)具有確定運動的條件：機構(gòu)并非是構(gòu)件的任意拼湊組合，而機構(gòu)自由度、原動件數(shù)149三、計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項1、復(fù)合鉸鏈2、局部自由度3、虛約束三、計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項1、復(fù)合鉸鏈1501、復(fù)合鉸鏈由兩個以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)合鉸鏈。由m個構(gòu)件匯集而成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當(dāng)包含（m-1）個轉(zhuǎn)動副。1、復(fù)合鉸鏈由兩個以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動151例：計算直線機構(gòu)的自由度解：Ｆ＝３ｎ－２ＰL－ＰH＝３×7－２×10－０＝1例：計算直線機構(gòu)的自由度解：1522、局部自由度對整個機構(gòu)（或其他構(gòu)件）運動無關(guān)的自由度稱為局部自由度。在計算機構(gòu)自由度時，局部自由度應(yīng)當(dāng)舍棄不計。21ACB4321ACB3?2、局部自由度對整個機構(gòu)（或其他構(gòu)件）運動無關(guān)的自由1533、虛約束在機構(gòu)中不起獨立限制作用的（或著說這些約束所起的限制作用是重復(fù)的）約束稱為虛約束。3、虛約束在機構(gòu)中不起獨立限制作用的（或著說這些154常見的虛約束有以下幾種情況1)移動副導(dǎo)路平行當(dāng)兩構(gòu)件組成多個移動副，且其導(dǎo)路互相平行或重合時，則只有一個移動副起約束作用，其余都是虛約束，2CAB134常見的虛約束有以下幾種情況1)移動副導(dǎo)路平行2CAB131552)轉(zhuǎn)動副軸線重合當(dāng)兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，且軸線互相重合時，則只有一個轉(zhuǎn)動副起作用，其余轉(zhuǎn)副都是虛約束。2)轉(zhuǎn)動副軸線重合1563)軌跡重合如果機構(gòu)中兩活動構(gòu)件上某兩點的距離始終保持不變，此時若用具有兩個轉(zhuǎn)動副的附加構(gòu)件來連接這兩個點，則將會引入一個虛約束。3)軌跡重合157ABCDEF？4F5123ADBCE123ADBCEABCDEF？4F5123ADBCE123ADBCE158

4)機構(gòu)存在對運動起重復(fù)約束作用的對稱部分在機構(gòu)中，某些不影響機構(gòu)運動傳遞的重復(fù)部分所帶入的約束為虛約束。4)機構(gòu)存在對運動起重復(fù)約束作用的對稱部分1595)如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，且在接觸點處的公法線彼此重合,則只能算一個平面高副。5)如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，且在接觸點處的公法160例：計算內(nèi)燃機機構(gòu)的自由度解：n=5,ＰL=6,ＰH=2Ｆ＝３ｎ－２ＰL－ＰH＝３×5－２×6－2＝1CAB12344'D55'6例：計算內(nèi)燃機機構(gòu)的自由度解：n=5,ＰL=6,ＰH=161例：計算大篩機構(gòu)的自由度解:Ｆ＝３ｎ－２ＰL－ＰH＝３×7－２×9－1＝2324例：計算大篩機構(gòu)的自由度解:324162四、空間機構(gòu)自由度簡述若n個活動構(gòu)件中有P1個一級副；有P2個二級副；有P3個三級副；有P4個四級副；有P5個五級副，則可得空間機構(gòu)的自由度公式為：F=6n－5P5－4P4－3P3－2P2－P1四、空間機構(gòu)自由度簡述若n個活動構(gòu)件中有P1個一級副163§2-4平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析一、平面機構(gòu)的組成原理二、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析三、平面機構(gòu)的高副低代§2-4平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析一、平面機構(gòu)的組成原理164一、平面機構(gòu)的組成原理1、基本桿組的定義2、平面機構(gòu)的組成原理3、基本桿組的分類4、機構(gòu)的級數(shù)一、平面機構(gòu)的組成原理1、基本桿組的定義1651、基本桿組的定義去掉機架和原動件,余下的是從動件系統(tǒng)，它的F=0。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。1、基本桿組的定義去掉機架和原動件,余下的是從動件系1662134ABCDEF561A6F=1F=0F=0234BCDEF5F=1F=023BCDE4F52134ABCDEF561A6F=1F=0F=0234BCD1672、平面機構(gòu)的組成原理任何機構(gòu)都包含有機架、原動件和從動件系統(tǒng)。所以機構(gòu)可以看成由若干個基本桿組依次連接于原動件和機架上所組成的系統(tǒng)，這就是機構(gòu)的組成原理。2、平面機構(gòu)的組成原理任何機構(gòu)都包含有機架、原動件和168任何平面機構(gòu)均可以用零自由度的桿組依次聯(lián)結(jié)到原動件和機架上去的方法來組成。E4F523BCD61A1A623BCDE4F5任何平面機構(gòu)均可以用零自由度的桿組依次聯(lián)結(jié)到E1693、基本桿組的分類基本桿組：F＝3n－(2PL＋PH)＝0當(dāng)運動副全為低副時(高副可低代)則：F＝3n－2PL＝0∵n、PL均為整數(shù)，即：ｎ為２的倍數(shù)

PL為3的倍數(shù)∴基本組合有：ｎ＝２，PL＝３；ｎ＝４，PL＝６；ｎ＝６，PL＝９；．．．．．3、基本桿組的分類基本桿組：F＝3n－(2PL＋PH)＝0170

最簡單的的平面基本桿組是由兩個構(gòu)件、三個低副組成的桿組，稱為Ⅱ級組。轉(zhuǎn)動副用R表示，移動副用P表示。桿組的型式如下：

（2）RRP（1）RRRII級組(二桿三副)最簡單的的平面基本桿組是由兩個構(gòu)件、三個低副組成的桿組171（3）RPR（5）RPP（4）PRP（3）RPR（5）RPP（4）PRP172III級組(四桿六副)IV級組(四桿六副)：具有四個內(nèi)運動副組成閉廓的桿組。III級組(四桿六副)IV級組(四桿六副)：具有四個內(nèi)運動副1734、機構(gòu)的級數(shù)

（在同一機構(gòu)中可以同時包含不同級別的基本桿組），把機構(gòu)中包含的基本桿組的最高級數(shù)稱為該機構(gòu)的級數(shù)。4、機構(gòu)的級數(shù)（在同一機構(gòu)中可以同時包含不同級別的基174八桿機構(gòu)組成：Ⅲ級機構(gòu)八桿機構(gòu)組成：Ⅲ級機構(gòu)175二、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析1、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的意義2、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的步驟二、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析1、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的意義1761、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的意義機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析就是將已知機構(gòu)分解為原動件、機架和若干個基本桿組，進而了解機構(gòu)的組成，并確定機構(gòu)的級別。1、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的意義機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析就是將已知機1772、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的步驟1)計算機構(gòu)的自由度并確定原動件。（先去除局部自由度和虛約束）2)拆桿組。從遠離原動件處開始→Ⅱ級（不行）→Ⅲ級→直到只剩Ⅰ級（每拆出一個桿組后，剩下的仍能組成機構(gòu)，且F不變）

3）確定機構(gòu)的級別。2、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的步驟1)計算機構(gòu)的自由度并確定原178八桿機構(gòu)Ⅲ級機構(gòu)八桿機構(gòu)Ⅲ級機構(gòu)179例1：確定圖示機構(gòu)的級別解：F＝3n－(2PL＋PH)＝３×５－２×７＝１Ⅱ級機構(gòu).例1：確定圖示機構(gòu)的級別解：F＝3n－(2PL＋PH)Ⅱ級180例2：確定機構(gòu)的級別（１）計算自由度（構(gòu)件1為原動件）F=3×7－2×10－0=1（2）拆桿組：（3）確定級別：Ⅲ級機構(gòu)。例2：確定機構(gòu)的級別（１）計算自由度（構(gòu)件1為原動件）（3）181將原動件改為構(gòu)件８將原動件改為構(gòu)件８182三、平面機構(gòu)的高