機(jī)械原理-第2章機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

1第2章機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析(Chapter2:StructureAnalysisofMechanisms)

2第2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3學(xué)習(xí)要求：1.搞清構(gòu)件、運(yùn)動副、約束、自由度、運(yùn)動鏈及機(jī)構(gòu)等重要概念。2.能繪制比較簡單的機(jī)械的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。3.能正確計算平面機(jī)構(gòu)的自由度并能判斷其是否具有確定的運(yùn)動；對空間機(jī)構(gòu)自由度的計算有所了解。4.對虛約束對機(jī)構(gòu)工作性能的影響及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)合理設(shè)計問題的重要性有所認(rèn)識。5.對平面機(jī)構(gòu)的組成原理有所了解。第2章機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析4

(Contentandgoal)

內(nèi)容：1）機(jī)構(gòu)的組成2）機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件3）機(jī)構(gòu)的自由度4）機(jī)構(gòu)的組成原理目的：研究機(jī)構(gòu)在何種條件下可動，具備何種條件時具有確定的相對運(yùn)動。2-1機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的

51.構(gòu)件零件是機(jī)器中的一個獨立制造單元體；構(gòu)件是機(jī)器中的一個獨立運(yùn)動單元體。

任何機(jī)器都是由許多零件組合而成的。氣缸體連桿體連桿頭曲軸齒輪活塞

構(gòu)件往往是由若干零件剛性地聯(lián)接在一起的獨立運(yùn)動的整體真實連桿連桿體連桿頭螺栓螺母墊圈2-2機(jī)構(gòu)的組成

(Compositionofmechanism)

從運(yùn)動來看，任何機(jī)器都是由若干個構(gòu)件組合而成的。構(gòu)件由單個或多個零件剛性構(gòu)成。62、構(gòu)件的自由度：AxAyAzAXYZOS構(gòu)件所具有的獨立運(yùn)動的數(shù)目。AXYOyAxAS

平面機(jī)構(gòu)每個自由構(gòu)件具有3個自由度；空間機(jī)構(gòu)每個自由構(gòu)件具有6個自由度。73、約束：4、運(yùn)動副：構(gòu)件的約束數(shù)=構(gòu)件失去的自由度對獨立運(yùn)動的限制。兩個構(gòu)件直接接觸，并能產(chǎn)生一定相對運(yùn)動的聯(lián)接。12XY(a)OYXO12(b)nn12(c)8運(yùn)動副分類：

引入n個約束的運(yùn)動副稱為n級副。

(n<6)1）、按約束類型分：9

根據(jù)運(yùn)動副的接觸形式，運(yùn)動副歸為兩類1）低副：面接觸的運(yùn)動副。如:移動副轉(zhuǎn)動副2）、根據(jù)構(gòu)件間接觸形式分：10運(yùn)動副的分類

2）高副：點或線接觸的運(yùn)動副。

如:齒輪副凸輪副11也可將運(yùn)動副分為平面運(yùn)動副和空間運(yùn)動副。1）平面運(yùn)動副：組成運(yùn)動副兩構(gòu)件間作相對平面運(yùn)動，如:轉(zhuǎn)動副齒輪副122）空間運(yùn)動副：組成運(yùn)動副兩構(gòu)件間作相對空間運(yùn)動。如:螺旋副球面副13

面接觸的運(yùn)動副。低副：121214低副：轉(zhuǎn)動副：自由度為1

約束數(shù):

平面內(nèi)為2

空間為5移動副：自由度為1

約束數(shù):

平面內(nèi)為2

空間為521XYo(a)12XYo(b)15平面高副：

自由度為2

約束數(shù)：平面內(nèi)為1

空間為4在平面內(nèi)：低副：自由度為1，約束數(shù)為2高副：自由度為2，約束數(shù)為1ttnn12V12A(c)齒輪副：163）按其相對運(yùn)動形式分轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副或鉸鏈）移動副螺旋副球面副還可分為平面運(yùn)動副與空間運(yùn)動副兩類。2）按其接觸形式分高副：點、線接觸的運(yùn)動副低副：面接觸的運(yùn)動副運(yùn)動副的分類1）按其引入的約束數(shù)目分：Ⅰ級副、Ⅱ級副、……Ⅴ級副。小結(jié)：轉(zhuǎn)動副、移動副17

構(gòu)件通過運(yùn)動副聯(lián)接而構(gòu)成的相對可動的系統(tǒng)稱為運(yùn)動鏈。

未構(gòu)成首尾封閉的運(yùn)動鏈。

構(gòu)成首尾封閉的運(yùn)動鏈。5、運(yùn)動鏈：1）開式鏈：2）閉式鏈：186、機(jī)構(gòu)：

在運(yùn)動鏈中，固定某一構(gòu)件為機(jī)架，且其它構(gòu)件都具有確定運(yùn)動，這種運(yùn)動鏈稱為機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的種類：1）機(jī)架，2）原動件，3）從動件系統(tǒng)。19機(jī)構(gòu)的組成：零件剛性聯(lián)接構(gòu)件運(yùn)動副聯(lián)接運(yùn)動鏈固定一個構(gòu)件機(jī)構(gòu)20

(Thesketchofkinematicsofmechanism)一、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

去掉構(gòu)件的結(jié)構(gòu)外形，按一定比例將構(gòu)件用簡單線條表式，運(yùn)動副用特殊符號表示，能說明各構(gòu)件間相對運(yùn)動關(guān)系的簡單圖形。2-3機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

21二、運(yùn)動副及構(gòu)件的表示方法1、運(yùn)動副:移動副:轉(zhuǎn)動副:22凸輪副:齒輪副:232、構(gòu)件:固定件:同一構(gòu)件:24兩副構(gòu)件:三副構(gòu)件:25三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的畫法步驟：1、將機(jī)構(gòu)動起來，確定原動件,從動件,運(yùn)動副和構(gòu)件數(shù)。2、選擇多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動平面為投影面。3、選擇比例尺，從原動件出發(fā)，按規(guī)定符號依次畫出運(yùn)動副及構(gòu)件。4、標(biāo)尺寸，算自由度。26例1.機(jī)構(gòu)簡圖繪制：偏心輪機(jī)構(gòu)274C12AB34C12AB328A1234BCD例2鄂式破碎機(jī)29顎式破碎機(jī)30例3內(nèi)燃機(jī)及其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖31若F=1，則機(jī)構(gòu)獨立運(yùn)動數(shù)目為1，需要一個原動件帶動，其他構(gòu)件就具有確定運(yùn)動；若F=0，此機(jī)構(gòu)相當(dāng)于機(jī)架，不能動。若F>0，此機(jī)構(gòu)具有的獨立運(yùn)動數(shù)目大于零，可動。機(jī)構(gòu)可動的條件為：F>0若F=2，則機(jī)構(gòu)獨立運(yùn)動數(shù)目為2，需要兩個原動件帶動，其他構(gòu)件就具有確定運(yùn)動。同理：若F=m,需m個原動件,其他構(gòu)件有確定運(yùn)動?！?-4機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件32若F=1，則機(jī)構(gòu)獨立運(yùn)動數(shù)目為1，需要一個原動件帶動，其他構(gòu)件就具有確定運(yùn)動；若F=0，此機(jī)構(gòu)相當(dāng)于機(jī)架，不能動。若F>0，此機(jī)構(gòu)具有的獨立運(yùn)動數(shù)目大于零，可動。機(jī)構(gòu)可動的條件為：F>0若F=2，則機(jī)構(gòu)獨立運(yùn)動數(shù)目為2，需要兩個原動件帶動，其他構(gòu)件就具有確定運(yùn)動。同理：若F=m,需m個原動件,其他構(gòu)件有確定運(yùn)動?！?-4機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件33鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)：原動件數(shù)<機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動不確定給定一個獨立運(yùn)動參數(shù)：機(jī)構(gòu)沒有確定運(yùn)動。給定兩個獨立運(yùn)動參數(shù)：機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動。34機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件為：機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)=機(jī)構(gòu)的原動件數(shù)自由度35一、平面機(jī)構(gòu)的自由度公式

機(jī)構(gòu)相對與機(jī)架所具有的獨立運(yùn)動的數(shù)目。

若機(jī)構(gòu)中有K個構(gòu)件，其中活動構(gòu)件數(shù)為

n=K-1，機(jī)構(gòu)的總自由度為：3n若機(jī)構(gòu)中有PL個低副，失去自由度為：2PL若機(jī)構(gòu)中有PH個高副，失去自由度為：PH則平面機(jī)構(gòu)自由度為：§2-5平面機(jī)構(gòu)自由度的計算F=3n-2PL-PH機(jī)構(gòu)的自由度36二、平面機(jī)構(gòu)自由度的計算例1：求圖示四桿機(jī)構(gòu)自由度。解：n=3,PL=4,PH=0,DCAB431237例2：n=4,PL=5,PH=0例3：n=3,PL=4,PH=0DCABE43125CAB123438例4：n=7,PL=6,PH=0顯然，錯誤！三、計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項1、復(fù)合鉸鏈：兩個以上的構(gòu)件在同一點鉸接,所形成的轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)合鉸鏈.AEDCBF12543687391、復(fù)合鉸鏈：兩個以上的構(gòu)件在同一點鉸接,所形成的轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)合鉸鏈.§2-6計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項213A向12340若有m個構(gòu)件在同一點連接，則低副數(shù)為(m-1)。注：“m個構(gòu)件”中的構(gòu)件包括機(jī)架。如：PL=2PL=3412331241再看上述例4：n=7,PL=10,PH=02、局部自由度：對整個機(jī)構(gòu)的輸入輸出無影響的自由度。AEDCBF1254368742n=3,PL=3,PH=1不對！n=2,PL=2,PH=1若有局部自由度的地方，應(yīng)將其去掉，看作將滾子與從動件焊在一起。321321443注：只有有小滾子處，且小滾子幾何中心與轉(zhuǎn)動中心重合，才是局部自由度。是不是3.虛約束：對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不起作用的約束。444231CDBA=ABCDn=3,PL=4,PH=0若加上5桿，使n=4,PL=6,PH=0431CDBAEFABCDEF2==45若遇到機(jī)構(gòu)中有虛約束時，應(yīng)將虛約束去掉。虛約束常發(fā)生的場合：1）軌跡重合：要注意幾何條件，有時需證明。n=4,PL=6,PH=0實際上機(jī)構(gòu)可動，算出F=0是因為有虛約束存在。BDCA4321AB=BC=BDACAD2431546需證明當(dāng)D點滑塊拿掉后，仍有即：證明：即：將D點滑塊去掉后，n=3,

PL=4,PH=02315BDCA4321AB=BC=BDACADooo472）、若兩構(gòu)件在多處接觸形成移動副或轉(zhuǎn)動副，且移動（轉(zhuǎn)動）方向一致，則只考慮一處約束，其它看作虛約束；若兩構(gòu)件在多處形成高副,也只考慮一處接觸。如下圖所示：483）、對機(jī)構(gòu)運(yùn)動不起作用的結(jié)構(gòu)對稱部分所帶來的約束，也是虛約束。49503）、對機(jī)構(gòu)運(yùn)動不起作用的結(jié)構(gòu)對稱部分所帶來的約束，也是虛約束。n=3,PL=3,PH=251例題1：計算下列機(jī)構(gòu)的自由度。1.n=8,PL=11,PH=1CDBAEFABCDEF==BADC154326789局復(fù)復(fù)虛52ABCD=ABCD2.n=6,PL=8,PH=11654327虛局533.n=4,PL=4,PH=254321局54

1.平面機(jī)構(gòu)的組成原理§2-7平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)=機(jī)架+原動件+桿組（若干個）基本桿組：

不可再拆的自由度為零的構(gòu)件組稱為基本桿組，也稱阿蘇爾,簡稱桿組。組成原理：

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。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。55（1）桿組的條件式中n、pl及ph分別為桿組中的構(gòu)件數(shù)、低副數(shù)和高副數(shù)。（2）桿組的類型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。3n－2pl－ph＝0全低副桿組的條件：3n－2pl＝0或n/2＝pl/32.平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類56F=3n-2PL=0

3264::Ⅱ級桿組