第二章機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

2/3/2023第二章機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析§2-1機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的§2-2機(jī)構(gòu)的組成§2-3機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖§2-4機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件§2-5機(jī)構(gòu)自由度的計算§2-6計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項§2-7平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析返回§2-1機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的主要內(nèi)容及目的是：研究機(jī)構(gòu)的組成及機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的畫法；了解機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件、進(jìn)行機(jī)構(gòu)自由度計算；研究機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類。機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的(2/2)§2-2機(jī)構(gòu)的組成1.構(gòu)件機(jī)器中每一個獨(dú)立的運(yùn)動單元體稱為構(gòu)件構(gòu)件與零件的區(qū)別：構(gòu)件是運(yùn)動單元體零件是加工制造單元體一個自由構(gòu)件空間運(yùn)動:平面運(yùn)動:機(jī)構(gòu)的組成(2/16)6個自由度3個自由度是兩構(gòu)件參與接觸而構(gòu)成運(yùn)動副的表面。是兩構(gòu)件直接接觸而構(gòu)成的可動連接；2.運(yùn)動副運(yùn)動副運(yùn)動副元素

兩構(gòu)件上組成運(yùn)動副時相對運(yùn)動受到限制，這種對獨(dú)立運(yùn)動的限制稱約束。自由度減少數(shù)目等于約束數(shù)目。引入約束數(shù)目與運(yùn)動副種類有關(guān)。根據(jù)引入約束數(shù)目分Ⅰ、Ⅱ……Ⅴ級副。約束例2-1軸與軸承、滑塊與導(dǎo)軌、兩輪齒嚙合。機(jī)構(gòu)的組成(3/16)運(yùn)動副的分類轉(zhuǎn)動副移動副高副空間運(yùn)動副：圓柱副，螺旋副和球面副等

平面運(yùn)動副低副：面接觸的運(yùn)動副高副：點(diǎn)、線接觸的運(yùn)動副轉(zhuǎn)動副移動副機(jī)構(gòu)的組成(4/16)轉(zhuǎn)動副自由度數(shù)目

約束數(shù)目1yx轉(zhuǎn)動副122約束特點(diǎn):x,y方向移動機(jī)構(gòu)的組成(5/16)一個獨(dú)立相對運(yùn)動。

引入2個約束，保留1個自由度移動副自由度數(shù)目

約束數(shù)目12移動副yx12約束特點(diǎn)：Y方向移動,z方向轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的組成(6/16)一個獨(dú)立相對運(yùn)動。引入2個約束，

保留1個自由度高副高副ntnt12122

1自由度數(shù)目

約束數(shù)目約束特點(diǎn)：n方向移動機(jī)構(gòu)的組成(7/14)兩個獨(dú)立相對運(yùn)動。引入1個約束，

保留2個自由度球面副自由度

約束數(shù)目

33約束特點(diǎn):x,y,z方向移動機(jī)構(gòu)的組成(8/14)三個獨(dú)立相對運(yùn)動，Ⅲ級副球銷副約束特點(diǎn):x,y,z方向移動，z方向的轉(zhuǎn)動自由度

約束數(shù)目

24機(jī)構(gòu)的組成(9/14)兩個獨(dú)立相對運(yùn)動，Ⅳ級副圓柱副約束特點(diǎn):x,z方向移動，x,z方向的轉(zhuǎn)動yxz自由度

約束數(shù)目

24機(jī)構(gòu)的組成(10/14)兩個獨(dú)立相對運(yùn)動，Ⅳ級副螺旋副約束特點(diǎn):螺桿可繞x軸轉(zhuǎn)動、移動。自由度

約束數(shù)目

15x機(jī)構(gòu)的組成(11/14)一個獨(dú)立相對運(yùn)動，Ⅴ級副球與平面副機(jī)構(gòu)的組成(12/14)五個獨(dú)立相對運(yùn)動，Ⅰ級副3.運(yùn)動鏈構(gòu)件通過運(yùn)動副的連接而構(gòu)成的相對可動的系統(tǒng)。閉式運(yùn)動鏈（簡稱閉鏈）開式運(yùn)動鏈（簡稱開鏈）平面閉式運(yùn)動鏈空間閉式運(yùn)動鏈平面開式運(yùn)動鏈空間開式運(yùn)動鏈運(yùn)動副符號運(yùn)動副常用規(guī)定的簡單符號來表達(dá)（GB4460－84）。各種常用運(yùn)動副模型常用運(yùn)動副的符號表機(jī)構(gòu)的組成(13/14)——按給定已知運(yùn)動規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動的構(gòu)件；4.機(jī)構(gòu)具有固定構(gòu)件的運(yùn)動鏈稱為機(jī)構(gòu)。機(jī)架原動件從動件——機(jī)構(gòu)中的固定構(gòu)件?！獧C(jī)構(gòu)中其余活動構(gòu)件。平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)常分為平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)兩類，其中平面機(jī)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛?？臻g鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)常以轉(zhuǎn)向箭頭表示。其運(yùn)動規(guī)律決定于原動件的運(yùn)動規(guī)律和機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的尺寸。機(jī)架原動件從動件機(jī)架從動件原動件機(jī)構(gòu)的組成(14/14)不嚴(yán)格按比例繪出的，只表示機(jī)械結(jié)構(gòu)狀況的簡圖。根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸，按一定的比例尺定出各運(yùn)動副的位置，§2-3機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖在對現(xiàn)有機(jī)械進(jìn)行分析或設(shè)計新機(jī)器時，都需要繪出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。1.機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

例2-2

內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

采用運(yùn)動副及常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號和構(gòu)件的表示方法，將機(jī)構(gòu)運(yùn)動傳遞情況表示出來的簡化圖形。機(jī)構(gòu)示意圖舉例：（2）選定視圖平面；（3）選適當(dāng)比例尺，作出各運(yùn)動副的相對位置，再畫出各運(yùn)動副和機(jī)構(gòu)的符號，最后用簡單線條連接，即得機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖(2/6)2.機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制繪制方法及步驟：（1）搞清機(jī)械的構(gòu)造及運(yùn)動情況，沿著運(yùn)動傳遞路線，查明組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目、運(yùn)動副的類別及其位置；內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制顎式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制液壓泵的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖§2-4機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件一個機(jī)構(gòu)在什么條件下才能實現(xiàn)確定的運(yùn)動呢？兩個例子例2-3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)例2-4

鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)若給定機(jī)構(gòu)一個獨(dú)立運(yùn)動，則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動完全確定；若給定機(jī)構(gòu)兩個獨(dú)立運(yùn)動，則機(jī)構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié)損壞。若給定機(jī)構(gòu)一個獨(dú)立運(yùn)動，則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不確定；若給定機(jī)構(gòu)兩個獨(dú)立運(yùn)動，則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動完全確定。

機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動時所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目，其數(shù)目用F表示。自由度數(shù)=獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)數(shù)目獨(dú)立運(yùn)動由原動件帶入。一般情況下，原動件與機(jī)架相連，具有一個獨(dú)立運(yùn)動。如果原動件數(shù)<F,如果原動件數(shù)>F,則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動將不確定；則會導(dǎo)致機(jī)構(gòu)最薄弱環(huán)節(jié)的損壞。機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件(2/2)結(jié)論：

機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件是：機(jī)構(gòu)原動件數(shù)目應(yīng)等于機(jī)構(gòu)的自由度的數(shù)目F。機(jī)構(gòu)高副數(shù)目-hP機(jī)構(gòu)中低副的數(shù)目-l

P

機(jī)構(gòu)中活動構(gòu)件數(shù)

n-機(jī)構(gòu)自由度；-F--=23PPnFhl平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式：§2-5機(jī)構(gòu)自由度的計算舉例1）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)F＝3n－(2pl＋ph)＝3×3－2×4－0＝12）鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)F＝3n－(2pl＋ph)＝3×4－2×5－0＝2機(jī)構(gòu)自由度的計算(2/7)3）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)F＝3n－(2pl＋ph)＝3×3－2×4－0＝14）凸輪機(jī)構(gòu)F＝3n－(2pl＋ph)＝3×2－2×2－1＝1機(jī)構(gòu)自由度的計算(3/7)3）內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)F＝3n－(2pl＋ph)＝3×6－2×7－3＝1機(jī)構(gòu)自由度的計算(4/7)OACDFBE1523464）鄂式破碎機(jī)F＝3n－(2pl＋ph)＝3×5－2×7－0＝1n=3；Pl=4Ph=1F=3n-2Pl-Ph=0機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動例：簡易沖床設(shè)計方案改進(jìn)機(jī)構(gòu)自由度的計算(5/7)改進(jìn)方案n=4；Pl=5Ph=1F=3n-2Pl-Ph=1機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動F=原動件數(shù)機(jī)構(gòu)自由度的計算(6/7)F＝3n－(2pl＋ph)＝3×5－2×6－0＝3機(jī)構(gòu)自由度的計算(7/7)§2-6計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項1.要正確計算運(yùn)動副的數(shù)目由m個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈，共有(m-1)個轉(zhuǎn)動副。（1）復(fù)合鉸鏈

兩個以上構(gòu)件同時在一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接就構(gòu)成了復(fù)合鉸鏈。復(fù)合鉸鏈數(shù)=構(gòu)件數(shù)-1123123F＝3n－(2pl＋ph)＝3×5－2×7－0＝1計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項(2/8)如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成運(yùn)動副，且符合下列情況者，則為同一運(yùn)動副，即只能算一個運(yùn)動副。（2）同一運(yùn)動副1）移動副，且移動方向彼此平行或重合；2）轉(zhuǎn)動副，且轉(zhuǎn)動軸線重合；3）平面高副，且各接觸點(diǎn)處的公法線彼此重合。

計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項(3/8)是指機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所產(chǎn)生的不影響其他構(gòu)件運(yùn)動的局部運(yùn)動的自由度，如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，但各接觸點(diǎn)處的公法線方向并不彼此重合，則為復(fù)合高副，相當(dāng)于一個低副（移動副或轉(zhuǎn)動副）。（3）復(fù)合平面高副2.要除去局部自由度局部自由度以F′表示。計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項(4/8)滾子繞其軸線的轉(zhuǎn)動為一個局部自由度，在計算機(jī)構(gòu)自由度時，應(yīng)將F′從計算公式中減去，即例2-8滾子推桿凸輪機(jī)構(gòu)解F＝3n－(2pl＋ph)－F′故凸輪機(jī)構(gòu)的自由度為F＝3×3－(2×3＋1)－1＝13.要除去虛約束

虛約束是指機(jī)構(gòu)中某些運(yùn)動副帶入的對機(jī)構(gòu)運(yùn)動起重復(fù)約束作用的約束，以p′表示。例2-9平行四邊形四桿機(jī)構(gòu)F＝3n－(2pl＋ph)－F′＝3×3－(2×4＋0)－0＝1計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項(5/8)當(dāng)增加一個構(gòu)件5和兩個轉(zhuǎn)動副E、F，且BEAF，則∥＝F＝3n－(2pl＋ph)－F′＝3×4－(2×6＋0)－0＝0原因：構(gòu)件5和兩個轉(zhuǎn)動副E、F引入的一個約束為虛約束。在計算機(jī)構(gòu)的自由度時，應(yīng)從機(jī)構(gòu)的約束數(shù)中減去虛約束數(shù)目p′，故F＝3n－(2pl＋ph－p′)－F′如平行四邊形五桿機(jī)構(gòu)的自由度為F＝3×4－(2×6＋0－1)－0＝1計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項(6/8)（1）軌跡重合的情況在機(jī)構(gòu)中，如果用轉(zhuǎn)動副連接的是兩個構(gòu)件上運(yùn)動軌跡相重合的點(diǎn)，該連接將帶入1個虛約束。例如橢圓儀機(jī)構(gòu)就是這種情況（圖中：∠CAD＝90°，BC＝BD）。顯然，轉(zhuǎn)動副C所連接的C2、C3兩點(diǎn)的軌跡重合，將帶入一個虛約束。（2）用雙副桿連接兩構(gòu)件上距離恒定不變的兩點(diǎn)的情況在機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中，如果兩構(gòu)件上兩點(diǎn)之間的距離始終保持不變，若用一雙副桿將此兩點(diǎn)相連，也將帶入一個虛約束。計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項(7/8)4．機(jī)構(gòu)中的虛約束常發(fā)生的幾種情況例如圖示平行四邊形機(jī)構(gòu)就屬于此種情況。顯然，構(gòu)件5和轉(zhuǎn)動副E、F所聯(lián)接的兩點(diǎn)間的距離始終保持不變，故帶入一個虛約束。（3）結(jié)構(gòu)重復(fù)的情況在機(jī)構(gòu)中，不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動傳遞的重復(fù)部分所帶入的約束為虛約束。例如圖示輪系就屬于這種情況。顯然，從機(jī)構(gòu)運(yùn)動傳遞來看，僅有一個齒輪就可以了，而其余兩個齒輪并不影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動傳遞，故帶入了虛約束，且p′＝2。計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項(8/8)任何機(jī)構(gòu)都可看作是由若干個基本桿組依次連接于原動件和機(jī)架而構(gòu)成的。不能再拆的最簡單的自由度為零的構(gòu)件組，稱阿蘇爾或基本桿組?！?-8平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析1.平面機(jī)構(gòu)的組成原理例2-14顎式碎礦機(jī)1）基本桿組：2）機(jī)構(gòu)組成原理：例2-15

顎式碎礦機(jī)

注意

在桿組并接時，不能將同一桿組的各個外接運(yùn)動副接于同一構(gòu)件上，否則將起不到增加桿組的作用。（1）基本桿組的條件3n－2pl－ph＝0式中n、pl及ph分別為基本桿組中的構(gòu)件數(shù)、低副數(shù)和高副數(shù)。全為低副桿組的條件3n－2pl＝0或n/2＝pl/3（2）桿組的基本類型1）Ⅱ級桿組由2個構(gòu)件和3個低副構(gòu)成的桿組。2）Ⅲ級桿組由4個構(gòu)件和6個低副構(gòu)成的桿組。平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析(2/4)機(jī)構(gòu)的級別機(jī)構(gòu)中桿組的最高級別即為機(jī)構(gòu)的級別Ⅱ級機(jī)構(gòu)：全部是Ⅱ級桿組Ⅲ級機(jī)構(gòu)：至少有一個Ⅲ級桿組2.平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類3.平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析（1）分析的目的了解機(jī)構(gòu)的組成，確定機(jī)構(gòu)的級別。（2）分析的方法1）先計算機(jī)構(gòu)的自由度，并確定原動件；2）從遠(yuǎn)離原動件的構(gòu)件先試拆Ⅱ級組，若不成；再拆Ⅲ級組，直至只剩下原動件和機(jī)架為止；3）最后確定機(jī)構(gòu)的級別。（3）舉例破碎機(jī)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析：1）若取機(jī)構(gòu)1為原動件時，

此機(jī)構(gòu)為Ⅱ級機(jī)構(gòu)。平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析(3/4)2）若取構(gòu)件5為原動件時，先試拆Ⅱ級桿組，顯然，這種拆法不成。再試拆Ⅲ級組，。故此機(jī)構(gòu)為Ⅲ級機(jī)構(gòu)。平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析(4/4)本章重點(diǎn)內(nèi)容基本概念：零件、構(gòu)件、運(yùn)動副、運(yùn)動副分類及引入約束數(shù)目；機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動條件、機(jī)構(gòu)自由度計算及注意事項；機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制；習(xí)題1.概念

是制造單元體，

是獨(dú)立運(yùn)動單元體。