平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

1、本章教學(xué)內(nèi)容本章教學(xué)內(nèi)容機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算及注意事項(xiàng)機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算及注意事項(xiàng)機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析本章基本要求本章基本要求 1. 了解機(jī)構(gòu)的組成，搞清運(yùn)了解機(jī)構(gòu)的組成，搞清運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)鏈、自由度等動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)鏈、自由度等概念；概念；2. 能繪制常用機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)能繪制常用機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖；動(dòng)簡圖；3. 能計(jì)算平面機(jī)構(gòu)的自由度；能計(jì)算平面機(jī)構(gòu)的自由度；4. 對(duì)平面機(jī)構(gòu)組成的基本原對(duì)平面機(jī)構(gòu)組成的基本原理有所了解。理有所了解。本章難點(diǎn)本章難點(diǎn)本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)鏈的概念；運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)鏈的概念；機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制

2、；機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制；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；機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算。 機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算中有關(guān)機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算中有關(guān)虛約束虛約束的識(shí)別及處理。的識(shí)別及處理。 一、基本概念一、基本概念 1. 零件零件(Element)最小的制造單元最小的制造單元(組成機(jī)器最基本的、不組成機(jī)器最基本的、不可再拆分的單元可再拆分的單元) )。2. 構(gòu)件構(gòu)件(Member)最小的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元。最小的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元。從運(yùn)動(dòng)角度講，構(gòu)從運(yùn)動(dòng)角度講，構(gòu) 件是一個(gè)剛體。件是一個(gè)剛體。注意：注意：零件是從制造加工角度提出的最小單元概念；構(gòu)件則是從運(yùn)動(dòng)和功能實(shí)現(xiàn)角度提出的最小單元概念；構(gòu)件可以是單一零

3、件，也可以是幾個(gè)零件的剛性聯(lián)接。3. 運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副(Kinematic Pair)由兩構(gòu)件組成的可動(dòng)聯(lián)接。由兩構(gòu)件組成的可動(dòng)聯(lián)接。( (使兩構(gòu)件直接接觸，又能產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接使兩構(gòu)件直接接觸，又能產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接) )。運(yùn)動(dòng)副元素運(yùn)動(dòng)副元素兩構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面。兩構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面。 ( (構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的點(diǎn)、線、面構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的點(diǎn)、線、面) )。4. 運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈(Kinematic Chain)兩個(gè)以上的構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副的兩個(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)聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng) 。v 按照幾何形狀是否封閉，可按照幾何形狀是否封閉，可以分為以分為

4、開鏈開鏈和和閉鏈閉鏈：閉鏈閉鏈: :指運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首指運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。尾封閉的系統(tǒng)。開鏈開鏈: :指運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成指運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。首尾封閉的系統(tǒng)。 v 按照按照各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可分可分為為和和：平面運(yùn)動(dòng)鏈平面運(yùn)動(dòng)鏈: :各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈。為平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈。 空間運(yùn)動(dòng)鏈空間運(yùn)動(dòng)鏈: :各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈。為空間運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈。 5. 自由度自由度(Degree of Freedom)構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)個(gè)數(shù)構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)個(gè)數(shù) 。6個(gè)個(gè)平面自由構(gòu)件

5、：平面自由構(gòu)件： 3個(gè)個(gè)例：在例：在XOY平面，移動(dòng)平面，移動(dòng)X、Y；轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)動(dòng)Z 移動(dòng)：移動(dòng)：X、Y、Z；轉(zhuǎn)動(dòng)：；轉(zhuǎn)動(dòng)：X、Y、Z構(gòu)件構(gòu)件1 1相對(duì)構(gòu)件相對(duì)構(gòu)件2 2在空間有在空間有6 6個(gè)個(gè)獨(dú)立的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此構(gòu)件獨(dú)立的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此構(gòu)件1 1相對(duì)相對(duì)2 2有有6 6個(gè)自由度。個(gè)自由度。 6. 約束約束(Constrain)對(duì)自由度的對(duì)自由度的 限制個(gè)數(shù)限制個(gè)數(shù) 。自由度和約束之和應(yīng)為自由度和約束之和應(yīng)為6 6。運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副為活動(dòng)聯(lián)接，所以為活動(dòng)聯(lián)接，所以引入的約束數(shù)引入的約束數(shù)目最多為目最多為5 5個(gè)，個(gè)，而剩下的自由度最而剩下的自由度最少為少為1個(gè)。個(gè)。 自由度自由度15；約束；約束1

6、5?？臻g自由構(gòu)件：空間自由構(gòu)件：二、運(yùn)動(dòng)副的分類二、運(yùn)動(dòng)副的分類 1. 按運(yùn)動(dòng)副接觸形式分按運(yùn)動(dòng)副接觸形式分 低副低副高副高副運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)副副兩構(gòu)件通過兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸點(diǎn)或線接觸構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。凸輪機(jī)構(gòu)兩構(gòu)件通過兩構(gòu)件通過面接觸面接觸構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。2. 按構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分按構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副: :兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為移動(dòng)副移動(dòng)副: :兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為螺旋副：螺旋副：螺旋運(yùn)動(dòng)球面副：球面副：球面運(yùn)動(dòng)移動(dòng)副移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副螺旋副：螺旋副：螺旋運(yùn)動(dòng)球面副：球面副：球面運(yùn)動(dòng)螺旋副螺旋副

7、球面副球面副3. 按相對(duì)運(yùn)動(dòng)平面分按相對(duì)運(yùn)動(dòng)平面分平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)副: :兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)副: :兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)副平面高副平面低副移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)副球面副螺旋副4. 按引入的約束數(shù)分按引入的約束數(shù)分X X級(jí)運(yùn)動(dòng)副級(jí)運(yùn)動(dòng)副指引入指引入X X個(gè)約束的運(yùn)動(dòng)副。個(gè)約束的運(yùn)動(dòng)副。級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副級(jí)副X X級(jí)運(yùn)動(dòng)副級(jí)運(yùn)動(dòng)副引入引入X X個(gè)約束個(gè)約束轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副移動(dòng)副級(jí)副級(jí)副螺旋副螺旋副球面副球面副級(jí)副級(jí)副級(jí)副級(jí)副齒輪高副齒輪高副級(jí)副級(jí)副凸輪高副凸輪高副引入

8、約束：引入約束：自 由 度 ：自 由 度 ：平面平面I級(jí)副級(jí)副2個(gè)個(gè)zt,1個(gè)個(gè)n引入約束：引入約束：自 由 度 ：自 由 度 ：平面平面II級(jí)副級(jí)副yx,2個(gè)個(gè)1個(gè)個(gè) zzy,2個(gè)個(gè)1個(gè)個(gè) x平面平面II級(jí)副級(jí)副平面低副平面低副轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副移動(dòng)副211212xy12xy平面高副平面高副齒輪副齒輪副凸輪副凸輪副1nntt2機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)三、由基本概念看機(jī)構(gòu)的組成三、由基本概念看機(jī)構(gòu)的組成零件零件構(gòu)件構(gòu)件機(jī)器機(jī)器焊焊接接鉚鉚接接螺螺栓栓聯(lián)聯(lián)接接鍵鍵聯(lián)聯(lián)接接控控制制單單元元輔輔助助系系統(tǒng)統(tǒng)固定固定聯(lián)接聯(lián)接可動(dòng)可動(dòng)聯(lián)接聯(lián)接運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)鏈鏈機(jī)機(jī)架架原原動(dòng)動(dòng)件件高高副副低低副副移動(dòng)副移動(dòng)副 轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副1.

9、1.運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件鏈成為機(jī)構(gòu)的條件1）將運(yùn)動(dòng)鏈中的一個(gè)構(gòu)件）將運(yùn)動(dòng)鏈中的一個(gè)構(gòu)件固定為機(jī)架；固定為機(jī)架；2）必須有原動(dòng)件。）必須有原動(dòng)件。1234ABCD機(jī)架機(jī)架原動(dòng)件原動(dòng)件機(jī)架機(jī)架機(jī)構(gòu)中作為參考系的構(gòu)件。機(jī)構(gòu)中作為參考系的構(gòu)件。原動(dòng)件原動(dòng)件機(jī)構(gòu)中按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律機(jī)構(gòu)中按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。從動(dòng)件從動(dòng)件機(jī)構(gòu)其余活動(dòng)構(gòu)件。機(jī)構(gòu)其余活動(dòng)構(gòu)件。2. 機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的類型機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的類型3. 機(jī)構(gòu)的分類機(jī)構(gòu)的分類 平面機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)組成機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)。組成機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)。 空間機(jī)構(gòu)空間機(jī)構(gòu)組成機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)。組成

10、機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖為什么要畫機(jī)為什么要畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖？構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖？機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)真實(shí)運(yùn)動(dòng)僅與機(jī)構(gòu)中的僅與機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副的機(jī)構(gòu)情況（轉(zhuǎn)動(dòng)副、的機(jī)構(gòu)情況（轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副及高副等）和機(jī)構(gòu)的移動(dòng)副及高副等）和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸運(yùn)動(dòng)尺寸（由各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置確（由各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置確定的尺寸）有關(guān)，而定的尺寸）有關(guān)，而與機(jī)構(gòu)的外形尺寸等因素?zé)o關(guān)。與機(jī)構(gòu)的外形尺寸等因素?zé)o關(guān)。機(jī)構(gòu)的示意圖：機(jī)構(gòu)的示意圖：指為了表明機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況指為了表明機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況, , 不要求嚴(yán)格地按不要求嚴(yán)格地按比例而繪制的簡圖。比例而繪制的簡圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖：指根據(jù)機(jī)構(gòu)

11、的運(yùn)動(dòng)指根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸尺寸, , 按一定的比例尺定出各運(yùn)動(dòng)按一定的比例尺定出各運(yùn)動(dòng)副的位置副的位置, , 并用國標(biāo)規(guī)定的簡單線并用國標(biāo)規(guī)定的簡單線條和符號(hào)代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，繪制條和符號(hào)代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，繪制出表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡明圖形。出表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡明圖形。機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)示意圖常用運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件的表示方法常用運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件的表示方法BAAB(a)(b)BAAB(a)(b)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: 國標(biāo)國標(biāo)GB446084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12121

12、2121212121212121212兩構(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12122121平平面面運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)副副平平面面高高副副螺螺旋旋副副21211212球球面面副副球球銷銷副副121212空空間間運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)副副121212122112構(gòu)件的表示方法構(gòu)件的表示方法一一般般構(gòu)構(gòu)件件的的表表示示方方法法常用機(jī)構(gòu)運(yùn)常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖符號(hào)動(dòng)簡圖符號(hào) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制步驟機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制步驟1）分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，定出原動(dòng)部分、工作部分，搞清運(yùn)動(dòng)的傳遞路）分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，定出原動(dòng)部分、工作部分，搞清運(yùn)動(dòng)的傳遞路線。線。 2）恰當(dāng)選擇投影面）恰當(dāng)選擇投影面 3）適當(dāng)選擇比例尺）適當(dāng)選擇比例尺 )1

13、mmm圖示尺寸（實(shí)際尺寸（4）畫圖。）畫圖。 現(xiàn)以顎式破碎機(jī)顎式破碎機(jī)為例，具體說明機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制步驟。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖應(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)成比例運(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。分析：分析：該機(jī)構(gòu)有該機(jī)構(gòu)有6 6個(gè)構(gòu)件個(gè)構(gòu)件和和7 7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。13452FO6CBDEA)1mmm圖示尺寸（實(shí)際尺寸（偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)繪制運(yùn)動(dòng)副時(shí)注意事項(xiàng)繪制運(yùn)動(dòng)副時(shí)注意事項(xiàng)1)1)繪制轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)繪制轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)

14、副的位置是關(guān)鍵副的位置是關(guān)鍵：代表代表轉(zhuǎn)動(dòng)副小圓的圓心必須轉(zhuǎn)動(dòng)副小圓的圓心必須與回轉(zhuǎn)中心重合；兩個(gè)與回轉(zhuǎn)中心重合；兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副中心連線的長度轉(zhuǎn)動(dòng)副中心連線的長度一定要精確。一定要精確。 偏心輪和圓弧形滑偏心輪和圓弧形滑塊是轉(zhuǎn)動(dòng)副的特殊形式。塊是轉(zhuǎn)動(dòng)副的特殊形式。它們的繪制是易錯(cuò)點(diǎn)。它們的繪制是易錯(cuò)點(diǎn)。繪制時(shí)關(guān)鍵是要找出相繪制時(shí)關(guān)鍵是要找出相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心。對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心。2)2)繪制移動(dòng)副時(shí)，導(dǎo)路的方向和位置繪制移動(dòng)副時(shí)，導(dǎo)路的方向和位置是關(guān)鍵是關(guān)鍵。必須注意：代表移動(dòng)副的滑必須注意：代表移動(dòng)副的滑塊，其導(dǎo)路的方向必須與相對(duì)移動(dòng)的塊，其導(dǎo)路的方向必須與相對(duì)移動(dòng)的方向一致；轉(zhuǎn)動(dòng)副到移動(dòng)副導(dǎo)路間的方向一致；

15、轉(zhuǎn)動(dòng)副到移動(dòng)副導(dǎo)路間的距離要精確。距離要精確。:1. 1. 分析機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)情況，確定機(jī)構(gòu)中的機(jī)架、原動(dòng)部分析機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)情況，確定機(jī)構(gòu)中的機(jī)架、原動(dòng)部分、傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分，以確定運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目。分、傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分，以確定運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目。2. 2. 循著運(yùn)動(dòng)傳遞的路線，逐一分析每兩個(gè)構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的循著運(yùn)動(dòng)傳遞的路線，逐一分析每兩個(gè)構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目性質(zhì)，確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目; ;3. 3. 恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面：一般選擇與機(jī)械的多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面：一般選擇與機(jī)械的多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面相平行的平面作為投影面。面相平行的平面作為投影面。4. 4. 選

16、擇適當(dāng)?shù)谋壤哌x擇適當(dāng)?shù)谋壤? , 定出各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，定出各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，用規(guī)用規(guī)定的簡單線條和各種運(yùn)動(dòng)副符號(hào)定的簡單線條和各種運(yùn)動(dòng)副符號(hào), , 將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖畫出來。將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖畫出來。小結(jié)：小結(jié)：yx作平面運(yùn)動(dòng)的剛體在空間的位置需要三個(gè)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)（獨(dú)立的參數(shù)（x，y, ）才能唯一確定。）才能唯一確定。yx(x , y)單個(gè)自由平面構(gòu)件的自由度為單個(gè)自由平面構(gòu)件的自由度為 3 3yx12S12xy12R=2, F=1R=2, F=1R=1, F=2經(jīng)運(yùn)動(dòng)副相聯(lián)后，由于有約束，構(gòu)件自由經(jīng)運(yùn)動(dòng)副相聯(lián)后，由于有約束，構(gòu)件自由度會(huì)有變化：度會(huì)

17、有變化：yxyx12S12xy12R=2, F=1R=2, F=1R=1, F=2自由構(gòu)自由構(gòu)件的自件的自由度數(shù)由度數(shù)移動(dòng)副移動(dòng)副 1（x） + 2（y，）= 3高高 副副 2（x,） + 1（y） = 3回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副 1（） + 2（x，y） = 3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)假設(shè)平面機(jī)構(gòu)有假設(shè)平面機(jī)構(gòu)有n個(gè)個(gè)活動(dòng)構(gòu)件活動(dòng)構(gòu)件： 3n個(gè)自由度個(gè)自由度有有Pl個(gè)低副和個(gè)低副和Ph個(gè)高副：個(gè)高副： 平面自由構(gòu)件：平面自由構(gòu)件：3個(gè)自由度個(gè)自由度平面低副：平面低副：引入引入2個(gè)約束個(gè)約束平面高副：平面高副：引入引入1個(gè)約束個(gè)約束引入引入(2 Pl +Ph)約束約束分析：分析：一、平

18、面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)自由度數(shù)機(jī)構(gòu)自由度數(shù) F 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) 3n 2 PL1 Ph平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式：平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式：F=3n- -2 Pl - - Ph活動(dòng)構(gòu)件數(shù)活動(dòng)構(gòu)件數(shù)低副數(shù)低副數(shù)高副數(shù)高副數(shù)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= 4F=3n 2PL PH =33 24 =1 高副數(shù)高副數(shù)PH= 0例題例題計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。S3123F=3n-(2 Pl + Ph)=3n-2

19、Pl -Ph0=0 0）1）運(yùn)動(dòng)鏈有機(jī)架；）運(yùn)動(dòng)鏈有機(jī)架；F=3n-2Pl Ph=3 4-2 50=2給定一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)，機(jī)構(gòu)沒有確定運(yùn)動(dòng)。給定給定一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)，機(jī)構(gòu)沒有確定運(yùn)動(dòng)。給定兩個(gè)兩個(gè)獨(dú)立獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)，機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)參數(shù)，機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)。給定一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)后機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)效果給定一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)后機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)效果例題分析例題分析13452FO6CBDEA計(jì)算圖示計(jì)算圖示顎式破碎機(jī)顎式破碎機(jī)的自由度的自由度 n = 5、Pl = 7、Ph = 0 F=3n-2Pl-Ph =3 5-2 70 =1計(jì)算下列機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷其運(yùn)動(dòng)是否確定。計(jì)算下列機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷其運(yùn)動(dòng)是否確定。 n

20、= 5、Pl = 7、Ph = 0 n = 4、Pl = 5、Ph = 1 F = 3n （2Pl Ph ） =3 5 （2 7 0） = 1 F = 3n （2Pl Ph ） =3 4 （2 5 1 ） = 1 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈 （Compound hinges）兩個(gè)以上構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接。兩個(gè)以上構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接。三、計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng)三、計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng)m個(gè)構(gòu)件以復(fù)合鉸鏈聯(lián)接所構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)為個(gè)構(gòu)件以復(fù)合鉸鏈聯(lián)接所構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)為(m-1)個(gè)。個(gè)。 n = 7F=3n-2Pl-Ph =3 7-2 100 =1Pl = 10Ph = 0例例 試計(jì)算圖示圓

21、盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。 局部自由度局部自由度F（Passive DOF）構(gòu)件所具有的與其他構(gòu)件運(yùn)動(dòng)無關(guān)的局部運(yùn)動(dòng)。構(gòu)件所具有的與其他構(gòu)件運(yùn)動(dòng)無關(guān)的局部運(yùn)動(dòng)。 n = 3、Pl = 3、Ph = 1 F=3n-2Pl-Ph =3 3-2 31 =2注意：注意：計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí), , 應(yīng)將應(yīng)將局部自由度除去不計(jì)。局部自由度除去不計(jì)。去除局部自由度去除局部自由度應(yīng)采取的措施：應(yīng)采取的措施： （1）設(shè)想將滾子）設(shè)想將滾子與安裝滾子的構(gòu)件與安裝滾子的構(gòu)件焊成一體，預(yù)先排焊成一體，預(yù)先排除局部自由度，再除局部自由度，再計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度剛化法剛化法。 （2）直接從機(jī)構(gòu)）直接從機(jī)構(gòu)自由

22、度計(jì)算公式中自由度計(jì)算公式中減去局部自由度的減去局部自由度的數(shù)目數(shù)目F。 n = 3、Pl = 3、Ph = 1 、F=1F=3n-2Pl-Ph-F =3 3-2 31-1 =1 n = 3、Pl = 2、Ph = 1F=3n-2Pl-Ph =3 3-2 21 =1 虛約束虛約束P（ Redundant constraints）為改善構(gòu)件的受力狀態(tài)、剛度、強(qiáng)度等所引入的約束，為改善構(gòu)件的受力狀態(tài)、剛度、強(qiáng)度等所引入的約束，不起獨(dú)立的約束作用。不起獨(dú)立的約束作用。F=3n-2 pl ph=33 - 24-0=1F=3n-2 pl ph=34 - 26-0=0 分析：分析：E3和和E5點(diǎn)的軌跡重合

23、，引入一個(gè)虛約束點(diǎn)的軌跡重合，引入一個(gè)虛約束正確計(jì)算：正確計(jì)算：F=3n-2Pl Ph + P =34 - 26-0+1=1注意：注意：計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí), , 應(yīng)將應(yīng)將虛約束虛約束除去不計(jì)。除去不計(jì)。去除虛約束應(yīng)采取的措施：去除虛約束應(yīng)采取的措施：（1）不預(yù)先排除虛約束，將因虛約束而減少的自由度不預(yù)先排除虛約束，將因虛約束而減少的自由度P再加上。再加上。 即：即： F=3n - 2Pl - Ph + P （2）預(yù)先排除虛約束，即將引起虛約束的附加構(gòu)件和與此構(gòu)件預(yù)先排除虛約束，即將引起虛約束的附加構(gòu)件和與此構(gòu)件相關(guān)的運(yùn)動(dòng)副去除。自由度計(jì)算公式仍為相關(guān)的運(yùn)動(dòng)副去除。自由度計(jì)算公式仍

24、為 F=3n - 2Pl - Phvv 虛約束常出現(xiàn)的情況：虛約束常出現(xiàn)的情況：1. 如果轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接的是兩構(gòu)件上運(yùn)動(dòng)如果轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接的是兩構(gòu)件上運(yùn)動(dòng)軌跡相重合軌跡相重合的點(diǎn)，則該的點(diǎn)，則該聯(lián)接引入聯(lián)接引入1個(gè)虛約束個(gè)虛約束;F=3n-2 pl ph=34 - 26-0=0正確計(jì)算：正確計(jì)算：將因虛約束而減少的自由度將因虛約束而減少的自由度再加上。再加上。F=3n-2 Pl Ph + P =34 - 26-0+1=1兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成移動(dòng)副且導(dǎo)路互相平行成移動(dòng)副且導(dǎo)路互相平行或重合?；蛑睾?。兩個(gè)構(gòu)件組成在幾處構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)構(gòu)件組成在幾處構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副且各轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線是重合的。副且

25、各轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線是重合的。只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)副起約束作只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)副起約束作用用, ,其它各處均為虛約束。其它各處均為虛約束。2. 兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副4. 某些不影某些不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱部分的對(duì)稱部分或重復(fù)部分或重復(fù)部分所帶入的約所帶入的約束為虛約束。束為虛約束。3. 若兩構(gòu)若兩構(gòu)件 上 某 兩件 上 某 兩點(diǎn) 之 間 的點(diǎn) 之 間 的距 離 始 終距 離 始 終保持不變，保持不變，也將也將帶入帶入1個(gè)虛約束。個(gè)虛約束。5. 若兩構(gòu)件在多處相接觸構(gòu)成平面高副，且各接觸點(diǎn)處的公法若兩構(gòu)件在多處相接觸構(gòu)成平面高副，且各接觸點(diǎn)處的公法線重合線重合,則只能算一

26、個(gè)平面高副。若公法線方向不重合，將提供則只能算一個(gè)平面高副。若公法線方向不重合，將提供各各2個(gè)約束。個(gè)約束。有一處為虛約束有一處為虛約束此兩種情況沒有虛約束此兩種情況沒有虛約束小結(jié)小結(jié) 存在于轉(zhuǎn)動(dòng)副處存在于轉(zhuǎn)動(dòng)副處正確處理方法：正確處理方法：復(fù)合鉸鏈處有復(fù)合鉸鏈處有mm個(gè)構(gòu)件個(gè)構(gòu)件則有則有( (m-1m-1) )個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副常發(fā)生在為減小高副磨損而將滑動(dòng)摩擦變常發(fā)生在為減小高副磨損而將滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦所增加的滾子處。成滾動(dòng)摩擦所增加的滾子處。正確處理方法：正確處理方法：計(jì)算自由度時(shí)將局部自由計(jì)算自由度時(shí)將局部自由度減去。度減去。存在于特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下。存在于特定的幾何條件或結(jié)

27、構(gòu)條件下。正確處理方法：正確處理方法：將引起虛約束的構(gòu)件和將引起虛約束的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副除去不計(jì)。運(yùn)動(dòng)副除去不計(jì)。例例1 試審查圖示簡易沖床的設(shè)計(jì)方案簡圖是否合理？為什么？如試審查圖示簡易沖床的設(shè)計(jì)方案簡圖是否合理？為什么？如不合理，請(qǐng)繪出正確的機(jī)構(gòu)簡圖。不合理，請(qǐng)繪出正確的機(jī)構(gòu)簡圖。可將機(jī)構(gòu)簡圖修改為F=3n 2Pl Ph=33 - 24-1=0F=3n 2Pl Ph=34 - 25-1=1例例2 計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)的自由度，如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)的自由度，如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束，需明確指出。畫箭頭的構(gòu)件為原動(dòng)件。束，需明確指出。畫箭頭的構(gòu)件為原動(dòng)件。解：分析解：分析 n

28、 = 8F=3n-2Pl-Ph =3 8-2 111 =1Pl = 11Ph = 1折疊傘機(jī)構(gòu)折疊椅機(jī)構(gòu)氣窗開啟機(jī)構(gòu)翻斗車機(jī)構(gòu)思思考考一、機(jī)構(gòu)的組成原理一、機(jī)構(gòu)的組成原理原動(dòng)件原動(dòng)件機(jī)架機(jī)架從動(dòng)桿系從動(dòng)桿系機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)從動(dòng)桿系必為F=0的開式運(yùn)動(dòng)鏈開式運(yùn)動(dòng)鏈分拆為一系列最簡單的F=0的開鏈開鏈基本桿組基本桿組機(jī)構(gòu)中不能再拆的自由度為零的構(gòu)件組。機(jī)構(gòu)中不能再拆的自由度為零的構(gòu)件組。機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)原動(dòng)件原動(dòng)件機(jī)架機(jī)架機(jī)構(gòu)組成原理：機(jī)構(gòu)組成原理：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： 自由度數(shù)自由度數(shù)=原動(dòng)件數(shù)原動(dòng)件數(shù)機(jī)架和原動(dòng)件與從動(dòng)機(jī)架和原動(dòng)件與從動(dòng)件組分開：從動(dòng)構(gòu)件件組分開：從動(dòng)構(gòu)件組自由度為

29、零。組自由度為零?？梢栽俨鸪筛喛梢栽俨鸪筛唵蔚淖杂啥葹榱銌蔚淖杂啥葹榱愕臈U組的桿組二、基本桿組的類型二、基本桿組的類型nPl68 912 較為復(fù)雜，不常用較為復(fù)雜，不常用II級(jí)桿組級(jí)桿組III級(jí)桿組級(jí)桿組lPn32對(duì)于對(duì)于全低副全低副的桿組：的桿組：n個(gè)構(gòu)件、個(gè)構(gòu)件、pl個(gè)低副個(gè)低副F=3n 2Pl =01. I級(jí)桿組級(jí)桿組n=2、Pl=3，一個(gè)一個(gè)內(nèi)副內(nèi)副，兩個(gè)，兩個(gè)外副外副基本型式：基本型式：內(nèi)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副（內(nèi)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副（a、b、d）內(nèi)副為移動(dòng)副（）內(nèi)副為移動(dòng)副（c、e）2. II級(jí)桿組級(jí)桿組n=4、Pl=6，三個(gè)三個(gè)內(nèi)副內(nèi)副，三個(gè)，三個(gè)外副外副基本型式：基本型式：全轉(zhuǎn)動(dòng)副（全轉(zhuǎn)動(dòng)副（a

30、）多個(gè)移動(dòng)副（）多個(gè)移動(dòng)副（b、c）注意：注意：同樣有n=4、Pl=6，但有四個(gè)四個(gè)內(nèi)副內(nèi)副，兩個(gè)，兩個(gè)外副外副 三、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類三、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類根據(jù)機(jī)構(gòu)中基本桿組的級(jí)別進(jìn)行分類。級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu)只由機(jī)架和原動(dòng)件組成的機(jī)構(gòu)（杠桿機(jī)構(gòu)、斜面機(jī)構(gòu)）。 II級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級(jí)別為II級(jí)。 III級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級(jí)別為III級(jí)。 34原動(dòng)件原動(dòng)件F=112ABCII級(jí)桿組級(jí)桿組F=01234ABC例如，單缸發(fā)動(dòng)機(jī)：II級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu)四、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析四、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析目的結(jié)構(gòu)分析目的 了解機(jī)構(gòu)的組成，確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別。了解機(jī)構(gòu)的組成，確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別。

31、把機(jī)構(gòu)分解為基本桿組、機(jī)架和原動(dòng)件。把機(jī)構(gòu)分解為基本桿組、機(jī)架和原動(dòng)件。結(jié)構(gòu)分析的過程結(jié)構(gòu)分析的過程從離原動(dòng)件最遠(yuǎn)的構(gòu)件開始試拆從離原動(dòng)件最遠(yuǎn)的構(gòu)件開始試拆，先拆，先拆II級(jí)組，若不成，級(jí)組，若不成，再拆再拆III級(jí)組，每拆出一個(gè)桿組后，機(jī)構(gòu)的剩余部分仍應(yīng)是一級(jí)組，每拆出一個(gè)桿組后，機(jī)構(gòu)的剩余部分仍應(yīng)是一個(gè)與原機(jī)構(gòu)有相同自由度的機(jī)構(gòu)，個(gè)與原機(jī)構(gòu)有相同自由度的機(jī)構(gòu)，直到只剩原動(dòng)件為止直到只剩原動(dòng)件為止。桿組拆分原則桿組拆分原則機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析步驟機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析步驟正確計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度正確計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度（除去機(jī)構(gòu)中的虛約束和局部自由度）并確定原動(dòng)件由機(jī)構(gòu)拆分原由機(jī)構(gòu)拆分原則進(jìn)行拆桿組則進(jìn)行拆桿組定出機(jī)

32、構(gòu)的級(jí)別定出機(jī)構(gòu)的級(jí)別例例 如圖所示顎式破碎機(jī)，確定該機(jī)構(gòu)的級(jí)別。如圖所示顎式破碎機(jī)，確定該機(jī)構(gòu)的級(jí)別。 解解 1、計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度、計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度F = 3 5 2 7 = 12、拆桿組、拆桿組4桿桿6副，但非三級(jí)桿組，副，但非三級(jí)桿組，可再拆可再拆II級(jí)桿組級(jí)桿組3、確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別：、確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別：級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu) 注意：注意：同一機(jī)構(gòu)，原動(dòng)件不同拆出的桿組不同，機(jī)構(gòu)的級(jí)別同一機(jī)構(gòu)，原動(dòng)件不同拆出的桿組不同，機(jī)構(gòu)的級(jí)別也不同。也不同。+III級(jí)桿組級(jí)桿組III級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu) 平面機(jī)構(gòu)中高副低代的目的平面機(jī)構(gòu)中高副低代的目的 為了使平面低副機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動(dòng)分析的方法適用于為了使平面低副機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動(dòng)分析的方法適用于所有平面機(jī)構(gòu)，需要進(jìn)行平面機(jī)構(gòu)的高副低代。所有平面機(jī)構(gòu)，需要進(jìn)行平面機(jī)構(gòu)的高副低代。 高副低代的含義高副低代的含義 根據(jù)一定條件對(duì)平面高副機(jī)構(gòu)的中高副虛擬地用低副來根據(jù)一定條件對(duì)平面高副機(jī)構(gòu)的中高副虛擬地用低副來代替的方法。代替的方法。 高副低代的條件：高副低代的條件：代替前后機(jī)構(gòu)的自由