第二章 平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

1、湘潭工學(xué)院專用 第二章第二章 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 21 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 22 機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成 23 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 24 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 25 平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算 26 自由度計(jì)算中的特殊問題自由度計(jì)算中的特殊問題 27 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 本章模型：復(fù)合可拆鉸鏈、連桿、偏心泵、破碎機(jī)、四桿五桿機(jī)構(gòu)、滾子凸輪、移動(dòng)副、虛約束平行四邊形 湘潭工學(xué)院專用 21 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(yùn)動(dòng)的

2、條件研究機(jī)構(gòu)的組成及其具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 目的是弄清機(jī)構(gòu)包含哪幾個(gè)部分，各部分如何相目的是弄清機(jī)構(gòu)包含哪幾個(gè)部分，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(duì)運(yùn)動(dòng)？聯(lián)？以及怎樣的結(jié)構(gòu)才能保證具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)？ 這對(duì)于設(shè)計(jì)新的機(jī)構(gòu)顯得尤其重要。這對(duì)于設(shè)計(jì)新的機(jī)構(gòu)顯得尤其重要。 2.按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類 不同的機(jī)構(gòu)都有各自的特點(diǎn)，把各種機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)不同的機(jī)構(gòu)都有各自的特點(diǎn)，把各種機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu) 加以分類，加以分類，其目的是按其分類建立運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力其目的是按其分類建立運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力 分析的一般方法分析的一般方法。 3.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 目的是為運(yùn)動(dòng)

3、分析和動(dòng)力分析作準(zhǔn)備。目的是為運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析作準(zhǔn)備。 湘潭工學(xué)院專用 21 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 4.研究機(jī)構(gòu)的組成原理研究機(jī)構(gòu)的組成原理 機(jī)構(gòu)有簡(jiǎn)有繁，構(gòu)件有多有少，而運(yùn)動(dòng)確定是它們的共同特征。研究的 目的是搞清楚按何種規(guī)律組成的機(jī)構(gòu)能滿足運(yùn)動(dòng)確目的是搞清楚按何種規(guī)律組成的機(jī)構(gòu)能滿足運(yùn)動(dòng)確 定性的要求。定性的要求。 湘潭工學(xué)院專用 22 機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成 名詞術(shù)語解釋名詞術(shù)語解釋: 1.構(gòu)件構(gòu)件 (link) 獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元 零件零件(part)獨(dú)立的制造單元獨(dú)立的制造單元 2.運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副 (kinematic pair) a)兩個(gè)構(gòu)件、兩

4、個(gè)構(gòu)件、b) 直接接觸、直接接觸、c) 有相對(duì)運(yùn)動(dòng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)副元素直接接觸的部分（點(diǎn)、線、面）運(yùn)動(dòng)副元素直接接觸的部分（點(diǎn)、線、面） 例如：例如：滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承、齒輪齒廓齒輪齒廓、活塞與缸套活塞與缸套等。等。 內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)中的連桿 定義：定義： 運(yùn)動(dòng)副兩個(gè)構(gòu)件直接接觸組成的仍能產(chǎn)生某些運(yùn)動(dòng)副兩個(gè)構(gòu)件直接接觸組成的仍能產(chǎn)生某些 相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。 三個(gè)條件，缺一不可三個(gè)條件，缺一不可 湘潭工學(xué)院專用 運(yùn)動(dòng)副的分類：運(yùn)動(dòng)副的分類： 1)按引入的約束數(shù)分有：按引入的約束數(shù)分有： i級(jí)副、級(jí)副、ii級(jí)副、級(jí)副、iii級(jí)副、級(jí)副、iv級(jí)副、級(jí)副、v級(jí)副。級(jí)副。 i級(jí)副級(jí)副ii級(jí)副級(jí)

5、副iii級(jí)副級(jí)副 湘潭工學(xué)院專用 2)按相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍分有：按相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍分有： 平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)(plannar kinematic pair) 平面機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)全部由平面運(yùn)動(dòng)副組成的機(jī)構(gòu)。全部由平面運(yùn)動(dòng)副組成的機(jī)構(gòu)。 iv級(jí)副級(jí)副v級(jí)副級(jí)副1v級(jí)副級(jí)副2v級(jí)副級(jí)副3 空間運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)(spatial kinematic pair ) 例如：例如：球鉸鏈球鉸鏈、拉桿天線、拉桿天線、螺旋螺旋、生物關(guān)節(jié)。、生物關(guān)節(jié)。 空間機(jī)構(gòu)空間機(jī)構(gòu)至少含有一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)副的機(jī)構(gòu)。至少含有一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)副的機(jī)構(gòu)。 湘潭工學(xué)院專用 3)按運(yùn)動(dòng)副元素分有：按運(yùn)動(dòng)副元素分有： 高副點(diǎn)

6、、線接觸，應(yīng)力高高副點(diǎn)、線接觸，應(yīng)力高 (high pair) 低副面接觸，應(yīng)力低低副面接觸，應(yīng)力低 (lower pair) 例如：例如：滾動(dòng)滾動(dòng)副副、凸輪副凸輪副、齒輪副齒輪副等。等。 例如：例如：轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副（回轉(zhuǎn)副）、（回轉(zhuǎn)副）、移動(dòng)副移動(dòng)副 。 湘潭工學(xué)院專用 常見運(yùn)動(dòng)副符號(hào)的表示常見運(yùn)動(dòng)副符號(hào)的表示: 國(guó)標(biāo)國(guó)標(biāo)gb446084 詳見教材詳見教材 p13 頁(yè)。頁(yè)。 湘潭工學(xué)院專用 常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào) 運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副 名稱名稱 運(yùn)動(dòng)副符號(hào)運(yùn)動(dòng)副符號(hào) 兩運(yùn)動(dòng)構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副兩運(yùn)動(dòng)構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 動(dòng)動(dòng) 副副 移移 動(dòng)動(dòng) 副副 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1

7、2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 兩構(gòu)件之一為固定時(shí)的運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件之一為固定時(shí)的運(yùn)動(dòng)副 1 2 2 1 2 1 平平 面面 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 副副 湘潭工學(xué)院專用 平平 面面 高高 副副 螺螺 旋旋 副副 2 1 1 2 1 2 2 1 2 1 1 2 1 2 球球 面面 副副 球球 銷銷 副副 1 2 1 2 1 2 空空 間間 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 副副 1 2 1 2 1 2 湘潭工學(xué)院專用 構(gòu)件的表示方法構(gòu)件的表示方法: 湘潭工學(xué)院專用 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 湘潭工學(xué)院專用 三副構(gòu)件三副構(gòu)件 兩副構(gòu)件兩

8、副構(gòu)件 一般構(gòu)件的表示方法一般構(gòu)件的表示方法 湘潭工學(xué)院專用 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng): 畫構(gòu)件時(shí)應(yīng)撇開構(gòu)件的實(shí)際外形，而只考慮運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)畫構(gòu)件時(shí)應(yīng)撇開構(gòu)件的實(shí)際外形，而只考慮運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)。 閉式鏈閉式鏈(close chain)、開式鏈開式鏈(open chain) 3. 運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈 (kinematic chain) 運(yùn)動(dòng)鏈兩個(gè)以上的構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副的聯(lián)接運(yùn)動(dòng)鏈兩個(gè)以上的構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副的聯(lián)接 而構(gòu)成的系統(tǒng)。而構(gòu)成的系統(tǒng)。 工業(yè)工業(yè) 機(jī)器人機(jī)器人 湘潭工學(xué)院專用 若干若干 1個(gè)或幾個(gè)個(gè)或幾個(gè)1個(gè)個(gè) 4. 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) 定義定義：具有確定運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈稱為機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈稱為機(jī)構(gòu) 。 機(jī)架機(jī)架作為

9、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)架機(jī)架原動(dòng)件原動(dòng)件從動(dòng)件從動(dòng)件 機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件經(jīng)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而成的，很顯然，機(jī)構(gòu)歸屬于運(yùn)動(dòng)鏈，那么，運(yùn)動(dòng)鏈在什么條件下就 能稱為機(jī)構(gòu)呢？即各部分運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)鏈中，如果以某一個(gè)構(gòu)件作為參考坐標(biāo)系，當(dāng)其中另一個(gè)（或少數(shù)幾個(gè)）構(gòu)件相對(duì)于該坐標(biāo)系 按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，其余所有的構(gòu)件都能得到確定的運(yùn)動(dòng)，那么，該運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)。 原（主）動(dòng)件原（主）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。 從動(dòng)件從動(dòng)件

10、其余可動(dòng)構(gòu)件其余可動(dòng)構(gòu)件。 湘潭工學(xué)院專用 23 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖用以說明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖用以說明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對(duì) 運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形。運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形。 作用：作用： 1.表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況。表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況。 2.作為運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析的依據(jù)。作為運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析的依據(jù)。 機(jī)動(dòng)示意圖不按比例繪制的簡(jiǎn)圖機(jī)動(dòng)示意圖不按比例繪制的簡(jiǎn)圖 p15表表22摘錄了部分摘錄了部分gb446084機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)示意圖。 湘潭工學(xué)院專用 常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào) 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

11、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) 湘潭工學(xué)院專用 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) 湘潭工學(xué)院專用 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖應(yīng)滿足的應(yīng)滿足的條件條件： 1.構(gòu)件數(shù)目與實(shí)際相同構(gòu)件數(shù)目與實(shí)際相同 2.運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目與實(shí)際相符運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目與實(shí)際相符 3.運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置以及構(gòu)件尺寸與實(shí)際機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置以及構(gòu)件尺寸與實(shí)際機(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(dòng)動(dòng) 湘潭工學(xué)院專用 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)

12、動(dòng)簡(jiǎn)圖 順口溜：先兩頭，后中間，順口溜：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?cè)跸嗦?lián)。再看它們?cè)跸嗦?lián)。 步驟：步驟： 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； 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。 2.測(cè)量各運(yùn)動(dòng)副之間的尺寸，選投影面（運(yùn)動(dòng)平面），繪制測(cè)量各運(yùn)動(dòng)副之間的尺寸，選投影面（運(yùn)動(dòng)平面），繪制 示意圖。示意圖。 3.按比例繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。按比例繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 簡(jiǎn)圖比例尺：簡(jiǎn)圖比例尺： l = =實(shí)際尺寸實(shí)際尺寸 m / m / 圖上長(zhǎng)度圖上長(zhǎng)度m

13、mmm 思路：先定原動(dòng)部分和工作部分（一般位于傳動(dòng)線路末端），思路：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)動(dòng)傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運(yùn)動(dòng)副的類型，弄清運(yùn)動(dòng)傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運(yùn)動(dòng)副的類型， 并用符號(hào)表示出來。并用符號(hào)表示出來。 舉例：舉例：繪制繪制破碎機(jī)破碎機(jī)和和偏心泵偏心泵的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 湘潭工學(xué)院專用 湘潭工學(xué)院專用 1 2 3 4 題題2-9 繪制圖示繪制圖示偏心泵偏心泵的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 偏心泵偏心泵 動(dòng)畫 湘潭工學(xué)院專用 24 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 給定給定s s3 3s s3 3(t)(t)，一個(gè)獨(dú)立參數(shù)，一個(gè)獨(dú)立參

14、數(shù) 1 11 1（t t）唯一確定，該機(jī)）唯一確定，該機(jī) 構(gòu)僅需要一個(gè)獨(dú)立參數(shù)。構(gòu)僅需要一個(gè)獨(dú)立參數(shù)。 若僅給定若僅給定1 11 1（t t）, ,則則2 2 3 3 4 4 均不能唯一確定。若同 均不能唯一確定。若同 時(shí)給定時(shí)給定1 1和和4 4 ，則，則3 3 2 2 能能 唯一確定，該機(jī)構(gòu)需要兩個(gè)獨(dú)立唯一確定，該機(jī)構(gòu)需要兩個(gè)獨(dú)立 參數(shù)參數(shù) 。 s3 1 2 3 s3 1 1 1 23 4 1 1 4 4 湘潭工學(xué)院專用 定義：保證機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的定義：保證機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的 獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)稱為機(jī)構(gòu)的自由度獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)稱為機(jī)構(gòu)的自由度。 freedomfreedom

15、 原動(dòng)件能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。原動(dòng)件能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。 一個(gè)原動(dòng)件只能提供一個(gè)獨(dú)立參數(shù)一個(gè)原動(dòng)件只能提供一個(gè)獨(dú)立參數(shù) 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為： 自由度原動(dòng)件數(shù)自由度原動(dòng)件數(shù) 湘潭工學(xué)院專用 25 平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算 作平面運(yùn)動(dòng)的剛體在空間的位置需作平面運(yùn)動(dòng)的剛體在空間的位置需 要三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)要三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)（x，y, ） 才能唯一確定。才能唯一確定。 y x (x , y) f = 3 單個(gè)自由構(gòu)件的自由度為單個(gè)自由構(gòu)件的自由度為 3 3 湘潭工學(xué)院專用 運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)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） =3

16、y x 1 2 s y x 1 2 x y 12 r=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(dòng)副移動(dòng)副 1（x） + 2（y，）=3 高高 副副 2（x,） + 1（y） =3 湘潭工學(xué)院專用 活動(dòng)構(gòu)件數(shù)活動(dòng)構(gòu)件數(shù) 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) n 3n 2 pl 1 ph (低副數(shù)低副數(shù)) (高副數(shù)高副數(shù)) 計(jì)算公式：計(jì)算公式： f=3n(2pl +ph ) 要求：記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。要求：記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。 舉例：舉例： 湘潭工學(xué)院專用 計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算曲柄滑塊

17、機(jī)構(gòu)的自由度。 12 3 解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n= 3 低副數(shù)低副數(shù)pl =4 f=3n 2pl ph =33 24 =1 高副數(shù)高副數(shù)ph=0 4 湘潭工學(xué)院專用 計(jì)算五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度。 1 解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n= 4 低副數(shù)低副數(shù)pl =5 f=3n 2pl ph =34 24 =2 高副數(shù)高副數(shù)ph=0 5 23 4 湘潭工學(xué)院專用 計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。 1 解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n= 2 低副數(shù)低副數(shù)pl =2 f=3n 2pl ph =32 221 =1 高副數(shù)高副數(shù)ph=1 2 3 湘潭工學(xué)院專用

18、 26 自由度計(jì)算中的特殊問題自由度計(jì)算中的特殊問題 1 2 3 4 5 6 7 8 a b c d e f 計(jì)算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。 解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n= 7 低副數(shù)低副數(shù)pl =6 f=3n 2pl ph 高副數(shù)高副數(shù)ph=0 =37 26 0 =9 計(jì)算結(jié)果肯定不對(duì)！計(jì)算結(jié)果肯定不對(duì)！ 湘潭工學(xué)院專用 1.復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈 multiple pin joints 兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)。兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)。 計(jì)算：計(jì)算：m個(gè)構(gòu)件個(gè)構(gòu)件, 有有m1轉(zhuǎn)動(dòng)副。轉(zhuǎn)動(dòng)副。 湘潭工學(xué)院專用 上例：在上例：在b、c、d、e四處應(yīng)各

19、有四處應(yīng)各有 2 個(gè)運(yùn)動(dòng)副。個(gè)運(yùn)動(dòng)副。 1 2 3 4 5 6 7 8 a b c d e f 計(jì)算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。 解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=7 低副數(shù)低副數(shù)pl=10 f=3n 2pl ph =37 2100 =1 可以證明：可以證明：f點(diǎn)的軌跡為一直線。點(diǎn)的軌跡為一直線。 圓盤鋸機(jī)構(gòu)圓盤鋸機(jī)構(gòu) 動(dòng)畫 湘潭工學(xué)院專用 計(jì)算圖示兩種滾子凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算圖示兩種滾子凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。 解：解：n=3， pl=3， f=3n 2pl ph =33 23 1 =2 ph=1 對(duì)于右邊的機(jī)構(gòu)，有：對(duì)于右邊的機(jī)構(gòu)，有： f=32 22 1=1 事實(shí)上，兩

20、個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)相同，且事實(shí)上，兩個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)相同，且f=1 1 2 3 1 2 湘潭工學(xué)院專用 2.局部自由度局部自由度 partial freedompartial freedom f=3n 2pl ph fp =33 23 1 1 =1 本例中局部自由度本例中局部自由度 fp=1 或計(jì)算時(shí)去掉滾子和鉸鏈：或計(jì)算時(shí)去掉滾子和鉸鏈： f=32 22 1 =1 定義：定義：構(gòu)件局部運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的自由度。構(gòu)件局部運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的自由度。 出現(xiàn)在加裝滾子的場(chǎng)合，出現(xiàn)在加裝滾子的場(chǎng)合， 計(jì)算時(shí)應(yīng)去掉計(jì)算時(shí)應(yīng)去掉fp。 滾子的作用：滑動(dòng)摩擦滾子的作用：滑動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦。滾動(dòng)摩擦。 1 2 3 1 2 湘潭工學(xué)院

21、專用 解：解：n=4， pl=6， f=3n 2pl ph =34 26 =0 1 2 34 a bc d e f ph=0 3.虛約束虛約束 formal constraint 對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際不起作用的約束。對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際不起作用的約束。 計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)去掉虛約束。計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)去掉虛約束。 feab cd ，故增加構(gòu)件，故增加構(gòu)件4前后前后e 點(diǎn)的軌跡都是圓弧，。點(diǎn)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。 已知：已知：abcdef，計(jì)算圖示平行四邊形，計(jì)算圖示平行四邊形 機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)的自由度。 湘潭工學(xué)院專用 重新計(jì)算：重新計(jì)算：n=3,

22、 pl=4, ph=0 f=3n 2pl ph =33 24 =1 e 1 2 3 a bc d 4 f 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件是： abcdef 100分鐘分鐘 已知：已知：abcdef，計(jì)算圖示平行四邊形，計(jì)算圖示平行四邊形 機(jī)構(gòu)的自由度。機(jī)構(gòu)的自由度。 4 f 湘潭工學(xué)院專用 出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合：出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合： 1.兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合，兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合， 2.兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副，且兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)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)

23、 湘潭工學(xué)院專用 4.運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩構(gòu)件上的運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩構(gòu)件上的 兩點(diǎn)距離始終不變。兩點(diǎn)距離始終不變。 3.兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副， 且同軸。且同軸。 5.對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì) 稱部分。如稱部分。如多個(gè)行星輪多個(gè)行星輪。 ef 湘潭工學(xué)院專用 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(shí)，法線不重合時(shí)， 變成實(shí)際約束！變成實(shí)際約束！ 湘潭工學(xué)院專用 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(gè)行星輪。改善構(gòu)件的受力情況，如多個(gè)行星輪。 增加機(jī)構(gòu)的剛度，如軸與軸承、

24、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(yùn)動(dòng)順利，避免運(yùn)動(dòng)不確定，如車輪。使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)順利，避免運(yùn)動(dòng)不確定，如車輪。 注意：注意：各種出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合都是有條件的各種出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合都是有條件的 ! 湘潭工學(xué)院專用 計(jì)算圖示包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算圖示包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的自由度。 n=6， pl= 7， f=3n 2pl ph =36 27 3 =1 局部自由度局部自由度 2個(gè)個(gè) 虛約束虛約束 1處處, 構(gòu)件構(gòu)件8 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈:位置位置d ，2個(gè)個(gè)低副低副 ph = 3 分析：分析： 湘潭工學(xué)院專用 27 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

25、原理一、機(jī)構(gòu)的組成原理 1.1.基本機(jī)構(gòu)基本機(jī)構(gòu) 由一個(gè)原動(dòng)件和一個(gè)機(jī)架組成的雙桿機(jī)構(gòu)。由一個(gè)原動(dòng)件和一個(gè)機(jī)架組成的雙桿機(jī)構(gòu)。 a)原動(dòng)件作移動(dòng)原動(dòng)件作移動(dòng) (如直線如直線 電機(jī)、流體壓力作動(dòng)筒電機(jī)、流體壓力作動(dòng)筒)。2 1 b)原動(dòng)件作轉(zhuǎn)動(dòng)原動(dòng)件作轉(zhuǎn)動(dòng) (如電動(dòng)如電動(dòng) 機(jī)機(jī))。 2 1 湘潭工學(xué)院專用 2.2.基本桿組基本桿組 定義：最簡(jiǎn)單的定義：最簡(jiǎn)單的f0的構(gòu)件組，稱為的構(gòu)件組，稱為基本桿組基本桿組。 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是原動(dòng)件數(shù)自由度原動(dòng)件數(shù)自由度。 f=1 f=0 現(xiàn)設(shè)想將機(jī)構(gòu)中的原動(dòng)件和機(jī)架斷開，則原動(dòng)件現(xiàn)設(shè)想將機(jī)構(gòu)中的原動(dòng)件和機(jī)架斷開，則原動(dòng)件 與機(jī)架

26、構(gòu)成了基本機(jī)構(gòu)，其與機(jī)架構(gòu)成了基本機(jī)構(gòu)，其f1。剩下的構(gòu)件組。剩下的構(gòu)件組 必有必有f0。將構(gòu)件組繼續(xù)拆分成更簡(jiǎn)單。將構(gòu)件組繼續(xù)拆分成更簡(jiǎn)單f0的構(gòu)的構(gòu) 件組，直到不能再拆為止。件組，直到不能再拆為止。 湘潭工學(xué)院專用 7 舉例：舉例：將圖示八桿機(jī)構(gòu)拆分成基本機(jī)構(gòu)和基本桿組。將圖示八桿機(jī)構(gòu)拆分成基本機(jī)構(gòu)和基本桿組。 1 3 2 4 5 6 8 湘潭工學(xué)院專用 推論：推論：任何一個(gè)平面機(jī)構(gòu)都可以認(rèn)為是在基本任何一個(gè)平面機(jī)構(gòu)都可以認(rèn)為是在基本 機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，依次添加若干個(gè)桿組所形成的。機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，依次添加若干個(gè)桿組所形成的。 機(jī)構(gòu)的組成原理：機(jī)構(gòu)的組成原理： 機(jī)構(gòu)基本機(jī)構(gòu)基本桿組機(jī)構(gòu)基本機(jī)構(gòu)基本桿組 結(jié)論：結(jié)論：該機(jī)構(gòu)包含一個(gè)基本機(jī)構(gòu)和兩個(gè)基本桿該機(jī)構(gòu)包含一個(gè)基本機(jī)構(gòu)和