機械工程學第04章

1、第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析 第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析參考文獻參考文獻n張策主編，張策主編，機械原理與機械設計機械原理與機械設計（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其他機械原理的相關書籍其他機械原理的相關書籍第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析本章重點本章重點n構件、運動副、機構、自由度、約束等概構件、運動副、機構、自由度、約束等概念。念。n機構具有確定運動的條件。機構具有確定運動的條件。n平面機構自由度的計算。平面機構自由度的計算。 注：本章只研究

2、平面機構的結構分析。注：本章只研究平面機構的結構分析。第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析主要內(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) 平面機構的運動簡圖平面機構的運動簡圖n第四節(jié)第四節(jié) 平面機構的自由度平面機構的自由度n第五節(jié)第五節(jié) 平面機構的組成原理和結構分析平面機構的組成原理和結構分析第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析第一節(jié)第一節(jié) 概述概述機構、構件和零件機構、構件和零件 機構是傳遞運動和力或者導引構件上的機構是傳遞運動和力或者導引構件上的點按給定軌跡運動的機械裝置。點按給定軌跡運動的機械裝置。機器機器機構機構構件構件零

3、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)燃機儀表機構儀表機構運動副運動副第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析 由四個桿件組成的裝置，當以桿件由四個桿件組成的裝置，當以桿件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。作確定的運動。該四個桿件組成一個機構。 第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析 由五個桿件組成的裝置，當以桿件由五個桿件組成的裝置，當以桿件1為原動為原動件，并作給定的獨立運動，桿件件，并作給定的獨立運動，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

4、定。此種情況下，該五個桿件的組合不能稱為機構。組合不能稱為機構。 第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析n研究機構的目的研究機構的目的探討機構運動的可能性及具有確定運動的探討機構運動的可能性及具有確定運動的條件；條件；將機構進行分類，并建立相應的運動和動將機構進行分類，并建立相應的運動和動力分析的一般方法；力分析的一般方法；正確繪制機構運動簡圖；正確繪制機構運動簡圖；熟悉構件組成機構的規(guī)律，了解機構的組熟悉構件組成機構的規(guī)律，了解機構的組成原理。成原理。第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析缸體缸體活塞活塞連桿連桿曲軸曲軸曲柄曲柄連桿連桿機構機構齒輪系齒輪系凸輪凸輪機構機構第四章第四章

5、 機構的結構分析機構的結構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構件連桿構件連桿第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析儀表機構儀表機構第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析第二節(jié)第二節(jié) 運動副及其分類運動副及其分類n運動副：機構中使兩構件直接接觸，并能運動副：機構中使兩構件直接接觸，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 機構的結構分析機構的結構分析n運動副的要素運動副的要素 構成運動副的點、線、面。構成運動副的點、線、面。 運動副要素的幾何形狀決定了兩構件

6、的相運動副要素的幾何形狀決定了兩構件的相對運動形式。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 機構的結構分析機構的結構分析n自由度自由度 構件所具有的獨構件所具有的獨立運動數(shù)目。立運動數(shù)目。n約束約束 對構件獨立運動對構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 機構的結構分析機構的結構分析n平面運動副的分類：平面運動副的分類：低副低副：兩構件之間以面接觸的運動副。：兩

7、構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：兩構件之間以點或線接觸的運動副。：兩構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、機構運動鏈、機構第四章第四章 機構的結構分析機構的結構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 機構的結構分析機構的結構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 機構的結構分析機構的結構分析第三節(jié)第三節(jié) 平面機構的運動簡圖平面機構的運動簡圖 n機構運動簡圖機構運動簡圖 表示

8、機構中各構件間相對運動關系的簡單表示機構中各構件間相對運動關系的簡單圖形（用簡單的線條和符號代表構件和運圖形（用簡單的線條和符號代表構件和運動副，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示意圖。不按比例繪制的簡圖稱為機構示意圖。 注意：機構運動簡圖與原機構具有完全相注意：機構運動簡圖與原機構具有完全相同的運動特性！同的運動特性！第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析n機構運動簡圖的繪制機構運動簡圖的繪制分析機械的結構和工作原理，分析機械的結構和工作原理，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)行構件及機

9、架。找出原動件、工作執(zhí)行構件及機架。確定構件數(shù)，運動副的數(shù)目、類型和相對位確定構件數(shù)，運動副的數(shù)目、類型和相對位置。置。選擇構件的運動平面作為簡圖的投影面。選擇構件的運動平面作為簡圖的投影面。選擇適當?shù)拈L度比例尺，確定運動副的位置，選擇適當?shù)拈L度比例尺，確定運動副的位置，并用構件和運動副的符號繪出機構的運動簡并用構件和運動副的符號繪出機構的運動簡圖。圖。 第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析常用平面運動副表示常用平面運動副表示法法第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析例：油泵機構例：油泵機構 1圓盤圓盤 2柱塞柱塞 3 構件構件 4機架機架a

10、bc123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 機構的結構分析機構的結構分析 例題一：繪制圖示顎式破碎機的機構運動簡圖例題一：繪制圖示顎式破碎機的機構運動簡圖24563ab1第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析例題二：例題二：繪制圖示偏心輪傳動機構的運動簡圖繪制圖示偏心輪傳動機構的運動簡圖 第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析例題三：圖示為一沖床。繞固定中心例題三：圖示為一沖床。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

11、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為同一構件，當圓盤為同一構件，當圓盤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。試繪制其機構運動簡圖。實現(xiàn)沖壓運動。試繪制其機構運動簡圖。abcde123456第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析第四節(jié)第四節(jié) 平面機構的自由度平面機構的自由度 n運動鏈運動鏈閉式鏈閉式鏈 每個構件至少兩個運動每個構件至少兩個運動副；副； 首末封閉的系統(tǒng)首末封閉的系統(tǒng)開式鏈開式鏈 有的構件只包含一個運有的構件只包含一個運動副；動副； 未構成首末封閉的系統(tǒng)未構成首末封閉的系統(tǒng) 1x

12、1x111y 1y 1y 1y 1y 第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析n機構機構機架：機架：固定構件；一般相對地面固定不動。固定構件；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)律獨立運動的構按給定已知運動規(guī)律獨立運動的構件；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：其余活動構件；其運動規(guī)律決定于其余活動構件；其運動規(guī)律決定于原動件的運動規(guī)律和機構結構和構件尺寸。原動件的運動規(guī)律和機構結構和構件尺寸。1234機架原動件從動件返回返回第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析n機構自由度機構自由度 機構中各構件相對于機架的所具有的獨機構中各構件相對于機架的所具有

13、的獨立運動的數(shù)目。立運動的數(shù)目。 以以鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構為例。為例。 故機構自由度為活動構件自由度的總數(shù)與運故機構自由度為活動構件自由度的總數(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 機構的結構分析機構的結構分析n機構具有確定運動的條件機構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，鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構 2）自由度等于）自由度等于2，鉸鏈五桿機構鉸鏈五桿機構 3）自由度小于等于）自由度小于等于0，桁架桁架 結論：結論： 當當f0f0時，構件間不可能有相對運動。時，

14、構件間不可能有相對運動。 當當f f0 0時，原動件數(shù)時，原動件數(shù)f f，機構遭破壞；，機構遭破壞； 原動件數(shù)原動件數(shù)f f，機構運動不確定；，機構運動不確定； 原動件數(shù)原動件數(shù)f f，機構有確定的運動。，機構有確定的運動。 舉例：舉例：牛頭刨床牛頭刨床第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析n計算機構自由度時應注意的事項計算機構自由度時應注意的事項？ 復合鉸鏈復合鉸鏈 同一軸線上有兩個以上的構件用轉(zhuǎn)動副聯(lián)同一軸線上有兩個以上的構件用轉(zhuǎn)動副聯(lián)接時，則形成復合鉸鏈。接時，則形成復合鉸鏈。局部自由度局部自由度 有些機構中，某些構件所產(chǎn)生的局部運動，有些機構中，某些構件所產(chǎn)生的局部運動，并不影響其

15、他構件的運動。這些局部運動的并不影響其他構件的運動。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 機構中，有些運動副引入的約束可能與其機構中，有些運動副引入的約束可能與其它運動副的約束重復，因而實際并無約束作它運動副的約束重復，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 機構的結構分析機構的結構分析存在于轉(zhuǎn)動副處存在于轉(zhuǎn)動副處正確處理方法：復合鉸鏈處有正確處理方法：復合鉸鏈處有m個個構件則有構件則有(m-1)個轉(zhuǎn)動副個轉(zhuǎn)動副 復合鉸鏈復合鉸鏈局部自由度局部自由度常發(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

16、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構條件下。存在于特定幾何條件或結構條件下。正確處理方法：將引起虛約束的構件正確處理方法：將引起虛約束的構件和運動副除去不計。和運動副除去不計。第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析 例題：計算圖示機構的自由度。例題：計算圖示機構的自由度。 n=3n=3 p pl l=4=4 p ph h=0=0 f=3f=33-23-24-0=14-0=1 1234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 機構的結構分析機

17、構的結構分析1234 1取構件取構件4為機架為機架與構件與構件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，構件束，構件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=（3-2）（）（3-2）。）。引入構件引入構件1（x1，y1， 1）引入構件引入構件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，構件束，構件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。同理引入構件同理引入構件3，與構件，與構件2鉸接形成轉(zhuǎn)動副引入兩鉸接形成轉(zhuǎn)動副引入兩個約束，構件個約束，構件3相對于機相對于機架架4的獨立運動

18、數(shù)為的獨立運動數(shù)為1，f=(3-2)+(3-2)+(3-2)。最后構件最后構件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，此時機構約束，此時機構的的f=(3-2)+(3-2)+(3-2)-21。第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析 鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構1234 1f=1f=1，對于構件，對于構件1 1的的每一個轉(zhuǎn)動位置，每一個轉(zhuǎn)動位置，構件構件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，的機構，有一個原動件時運有一個原動件時運動是確定的。動是確定的。若同時讓構件若同時讓構件3 3也為原動也為原動件，即讓構件件，

19、即讓構件3 3在由構件在由構件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，若強迫構件的，若強迫構件3 3獨立運獨立運動，機構將被損壞。動，機構將被損壞。第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析n鉸鏈五桿機構鉸鏈五桿機構若只以構件若只以構件1 1為原動件，則為原動件，則對于構件對于構件1 1的的每一個獨立運每一個獨立運動，構件動，構件2 2，3 3，4 4的運動位置的運動位置不確定。不確定。若取構件若取構件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( ( 1, 2), ,構件構件2 2，3 3便有一便有一個確定的相應位個確定的

20、相應位置，即機構的運置，即機構的運動是確定的。動是確定的。第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析1 1）自由度）自由度f=0f=0，此為靜定桁架，各構件皆不，此為靜定桁架，各構件皆不能產(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 機構的結構分析機構的結構分析 圖示為一牛頭刨床初步設計方案。動力由圖示為一牛頭刨床初步設計方案。動力由齒輪齒輪1輸入，通過齒輪機構輸入，通過齒輪機構1、2，導桿機構，導桿機構3、4，使滑枕，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

21、計意圖。試分析其是否能實現(xiàn)設計意圖。 第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析 解：作出機構運動簡解：作出機構運動簡圖。圖。n=5, pl=7, ph =1, 機構自由度機構自由度 f=35-27-1=0 說明如此設計該機說明如此設計該機構不能動。因為構件構不能動。因為構件3與構件與構件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 機構的結構分析機構的結構分析n=6,pl =8, ph =1, f=36-28-1=1666第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析n=5, pl =6, ph=2, f=

22、35-26-2=1第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析3 06253 23hlppnf2 13233 23hlppnf0 06243 23hlppnf？第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析由由m m 個構件組成的復合鉸鏈，共有個構件組成的復合鉸鏈，共有( (m m -1)-1)個個轉(zhuǎn)動副。轉(zhuǎn)動副。32 3 52 70 1lhfnpp 注意：復合鉸鏈只存在于轉(zhuǎn)動副中！注意：復合鉸鏈只存在于轉(zhuǎn)動副中！第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析計算機構自由度時，將局部自由度除去不計。計算機構自由度時，將局部自由度除去不計。圖示滾子從動件凸輪機構，除去局部自由度后圖示滾子從動件凸輪機構，除

23、去局部自由度后 n=2,pl =2,ph =1, f=32-22-1=1 第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析 在計算機構自由度時，應將引入虛約束的在計算機構自由度時，應將引入虛約束的運動副和構件除去不計。運動副和構件除去不計。 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）當不同構件上）當不同構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件和兩個轉(zhuǎn)動副，在兩點間加上的一個構件和兩個轉(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 機構的結構分析機構的結構分析 3）當兩構件構成多個移動副而其導路又互）當兩構

24、件構成多個移動副而其導路又互相平行；或兩構件構成多個轉(zhuǎn)動副而其軸相平行；或兩構件構成多個轉(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。即兩構副起作用，其余的都視為虛約束。即兩構件在幾處接觸而構成運動副。件在幾處接觸而構成運動副。第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析n=3pl=4ph=0f=3n-(2pl+ph)=33-24=1 兩構件在幾處接兩構件在幾處接觸而構成運動副觸而構成運動副兩構件在幾處構成轉(zhuǎn)動兩構件在幾處構成轉(zhuǎn)動副且各轉(zhuǎn)動副的軸線是副且各轉(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

25、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 機構的結構分析機構的結構分析4 4）機構中對運動不起作用的對稱部分會出）機構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 機構的結構分析機構的結構分析用于連接構件用于連接構件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。計算時去掉構件將引入一個虛約束。計算時去掉構件3和轉(zhuǎn)動副和轉(zhuǎn)動副c以以及及3和機架移動副。和機架移動副。f=3n-2plph=34-26-0

26、=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件和運動副數(shù)束的附加構件和運動副數(shù)f=33-24-0=1第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析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 機構的結構分析機構的結構分析例一：計算圖示某包裝機送紙機構的自由度，例一：計算圖示某包裝機送紙機構的自由度，并判斷該機構是否有確定運動。并判斷該機構是否有確定運動。解法解法1：第四章

27、第四章 機構的結構分析機構的結構分析第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析解法解法2：復合鉸鏈：復合鉸鏈：d包含包含2個轉(zhuǎn)個轉(zhuǎn)動副動副(桿桿4和和7)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

28、 l-p-ph h=1=1 第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析323 8 2 11 1 1lhfnpp 例題二：例題二：計算圖示機構的自由度，如有復合計算圖示機構的自由度，如有復合鉸鏈、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。畫箭頭的構件為原動件。箭頭的構件為原動件。復合鉸鏈復合鉸鏈局部自由度局部自由度1 1個虛約束個虛約束復合鉸鏈復合鉸鏈第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析例題三：例題三：計算圖示機構自由度。計算圖示機構自由度。分析：該機構具有分析：該機構具有5 5個個活動構件，有活動構件，有7 7個轉(zhuǎn)動個轉(zhuǎn)動副，即低副，沒有高副。副，即低副，

29、沒有高副。于是機構自由度為于是機構自由度為123456 f=3n-2plph=35-27-0=1第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析 第五節(jié)第五節(jié) 平面機構的組成原理和結構分析平面機構的組成原理和結構分析 n平面機構的高副低代平面機構的高副低代 為了便于對含有高副的平面機構進行分析，為了便于對含有高副的平面機構進行分析，將機構中的高副根據(jù)一定的條件用一種虛擬將機構中的高副根據(jù)一定的條件用一種虛擬的低副和構件的適當組合來代替。的低副和構件的適當組合來代替。高副低代的替代條件高副低代的替代條件 替代前后機構的自由度、瞬時速度和瞬時替代前后機構的自由度、瞬時速度和瞬時加速度保持不變。加速度保持

30、不變。第四章第四章 機構的結構分析機構的結構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件來代替高副，且兩低副位置分別虛擬構件來代替高副，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。高副兩元素均為圓高副兩元素均為圓弧弧nn4第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析 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，用鉸鏈四桿機構o1k1k2o2來來瞬時瞬時代替代替原高副機構。原高副機構。 高副元素為非圓曲高副元素為非圓曲線線第四章第四章 機構的結構分析機構

31、的結構分析 當兩接觸輪廓之一為直線時，直線的曲率當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 機構的結構分析機構的結構分析 當兩接觸輪廓之一為一點時，其曲率半徑當兩接觸輪廓之一為一點時，其曲率半徑為零，該轉(zhuǎn)動副就在該點處。為零，該轉(zhuǎn)動副就在該點處。 第四章第四章 機構的結構分析機構的結構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 機構的結構分析機構的結構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機構瞬時瞬時替代替代機構機構常

32、見高副低代類型常見高副低代類型第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析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件組不能再拆的最簡單的自由度為零的構件組稱為組成機構的基本桿組。稱為組成機構的基本桿組。n機構的組成原理機構的組成原理 任何機構都可以看做是有若干個基本桿任何機構都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成。組依次聯(lián)接于原動件和機架上而構成。自由度為自由度為f的機構的機構=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 機構的結構分析機構的結構分析n桿組桿組 若基本桿組的構件數(shù)為

33、若基本桿組的構件數(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的級別取機構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 如如級機構級機構第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析八桿機構的組成八桿機構的組成 第四章第四章 機構的結構分析機構的結構分析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件上，因為這種并接會使桿組與到一個構件上，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 機構的結構分析機構的結構分析n平面機構的結構分析平面機構的結構分析 將已知的機構分解為原動件、機架和基將已知的機構分解為原動件、機架和基本桿組，并