機(jī)械原理學(xué)習(xí)與考研輔導(dǎo)第2章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

1、 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)分析一、基本要求一、基本要求二、基本概念和基礎(chǔ)知識二、基本概念和基礎(chǔ)知識三、學(xué)習(xí)重點(diǎn)及難點(diǎn)三、學(xué)習(xí)重點(diǎn)及難點(diǎn)四、例題精選四、例題精選五、試題自測及答案五、試題自測及答案 一、基本要求一、基本要求4 . 對平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行高副低代；對平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行高副低代；1 .了解機(jī)構(gòu)的組成了解機(jī)構(gòu)的組成,搞清運(yùn)動副、運(yùn)動鏈、約束和搞清運(yùn)動副、運(yùn)動鏈、約束和 自由度等基本概念自由度等基本概念; 2 . 繪制常用機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制常用機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖; 3 . 計算平面機(jī)構(gòu)的自由度計算平面機(jī)構(gòu)的自由度; 5 .了解平面機(jī)構(gòu)組成的基本原理，判斷機(jī)構(gòu)的級別。了解平面機(jī)

2、構(gòu)組成的基本原理，判斷機(jī)構(gòu)的級別。二、基本概念和基礎(chǔ)知識二、基本概念和基礎(chǔ)知識 1 .機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖繪制3 .機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2. 機(jī)構(gòu)自由度計算機(jī)構(gòu)自由度計算機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖繪制定義定義繪制要點(diǎn)及步驟繪制要點(diǎn)及步驟 用簡單的線條和運(yùn)動副的代表符號表示機(jī)器的組成用簡單的線條和運(yùn)動副的代表符號表示機(jī)器的組成情況和運(yùn)動情況的圖形為機(jī)構(gòu)運(yùn)動示意圖。如按比例尺情況和運(yùn)動情況的圖形為機(jī)構(gòu)運(yùn)動示意圖。如按比例尺畫出，則稱之為機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。畫出，則稱之為機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。 沿運(yùn)動傳遞路線仔細(xì)觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動狀態(tài)，弄清楚運(yùn)動沿運(yùn)動傳遞路線仔細(xì)觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動狀態(tài)，弄清楚運(yùn)

3、動在構(gòu)件間的傳遞情況，構(gòu)件的數(shù)目，各構(gòu)件間組成的運(yùn)動在構(gòu)件間的傳遞情況，構(gòu)件的數(shù)目，各構(gòu)件間組成的運(yùn)動副的類型、數(shù)目及各運(yùn)動副的相對位置。副的類型、數(shù)目及各運(yùn)動副的相對位置。 選擇適當(dāng)?shù)耐队捌矫?。選擇適當(dāng)?shù)耐队捌矫妗?選取適當(dāng)比例尺選取適當(dāng)比例尺）（mmmmmmm或圖上所畫的長度圖上所畫的長度運(yùn)動尺寸的實(shí)際長度運(yùn)動尺寸的實(shí)際長度l機(jī)構(gòu)自由度計算機(jī)構(gòu)自由度計算hl23ppnffnlphp復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈兩個以上構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副連接，構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。三兩個以上構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副連接，構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。三個構(gòu)件組成復(fù)合鉸鏈，共構(gòu)成兩個轉(zhuǎn)動副。個構(gòu)件組成復(fù)合鉸鏈，共構(gòu)成兩個轉(zhuǎn)動副。m個構(gòu)件以復(fù)個構(gòu)件以

4、復(fù)合鉸鏈相連接，轉(zhuǎn)動副數(shù)目等于（合鉸鏈相連接，轉(zhuǎn)動副數(shù)目等于（m-1)個。個。b、c、d、f 四處四處都是由三個構(gòu)件組都是由三個構(gòu)件組成復(fù)合鉸鏈，各有成復(fù)合鉸鏈，各有兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副局部自由度局部自由度 不影響其他構(gòu)件運(yùn)動，僅與其自身的局部運(yùn)動有關(guān)的自不影響其他構(gòu)件運(yùn)動，僅與其自身的局部運(yùn)動有關(guān)的自由度由度 稱為局部自由度。局部自由度常見于將滑動摩擦變?yōu)闈L稱為局部自由度。局部自由度常見于將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩動摩 擦?xí)r添加的滾子，軸承中的滾子等場合。擦?xí)r添加的滾子，軸承中的滾子等場合。 在計算機(jī)構(gòu)在計算機(jī)構(gòu)自由自由 度時，應(yīng)將局部自由度去掉。具體做法是將滾子與安裝度時，應(yīng)將局部自由度去掉。具

5、體做法是將滾子與安裝滾子的構(gòu)件焊接在一起。滾子的構(gòu)件焊接在一起。虛約束虛約束在機(jī)構(gòu)中不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束稱為虛約束。計在機(jī)構(gòu)中不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束稱為虛約束。計算機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)將虛約束除去，然后再按公式計算。算機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)將虛約束除去，然后再按公式計算。虛約束常發(fā)生在以下場合虛約束常發(fā)生在以下場合：用雙轉(zhuǎn)動副桿連接兩構(gòu)件上距離保持不變的兩點(diǎn)用雙轉(zhuǎn)動副桿連接兩構(gòu)件上距離保持不變的兩點(diǎn)兩構(gòu)件上運(yùn)動軌跡重合的點(diǎn)用轉(zhuǎn)動副連接兩構(gòu)件上運(yùn)動軌跡重合的點(diǎn)用轉(zhuǎn)動副連接兩構(gòu)件在多處用轉(zhuǎn)動副連接，且各轉(zhuǎn)動副的軸線重合，兩構(gòu)件在多處用轉(zhuǎn)動副連接，且各轉(zhuǎn)動副的軸線重合，這時只有一處轉(zhuǎn)動副起作用，其余轉(zhuǎn)動

6、副均為虛約束。這時只有一處轉(zhuǎn)動副起作用，其余轉(zhuǎn)動副均為虛約束。兩構(gòu)件在多處用移動副連接，且各移動副的導(dǎo)路平行，兩構(gòu)件在多處用移動副連接，且各移動副的導(dǎo)路平行，這時只計一處移動副，其余為虛約束。這時只計一處移動副，其余為虛約束。兩構(gòu)件在多處用高副連接，且各高副的公法線重合，這兩構(gòu)件在多處用高副連接，且各高副的公法線重合，這時只計一處高副的約束，余者為虛約束。時只計一處高副的約束，余者為虛約束。兩構(gòu)件在多處用高副連接，但各接觸點(diǎn)兩構(gòu)件在多處用高副連接，但各接觸點(diǎn)的公法線方向并不彼此重合，將提供兩的公法線方向并不彼此重合，將提供兩約束，即相當(dāng)于兩個平面高副或一個低約束，即相當(dāng)于兩個平面高副或一個低

7、副。副。三角構(gòu)件三角構(gòu)件在輸入輸出構(gòu)件之間用多組完全相同的運(yùn)動連傳遞運(yùn)動時，在輸入輸出構(gòu)件之間用多組完全相同的運(yùn)動連傳遞運(yùn)動時，只有一組起獨(dú)立傳遞運(yùn)動的作用，其他各組通常都是虛約束。只有一組起獨(dú)立傳遞運(yùn)動的作用，其他各組通常都是虛約束。 機(jī)構(gòu)自由度機(jī)構(gòu)自由度f1 1 連架桿為原動件的前提下，機(jī)構(gòu)原動件的數(shù)連架桿為原動件的前提下，機(jī)構(gòu)原動件的數(shù) 目等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目。目等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目。焊接符號焊接符號機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析高副低代高副低代基本桿組基本桿組級桿組的基本形式級桿組的基本形式結(jié)構(gòu)分析步驟結(jié)構(gòu)分析步驟級桿組的基本形式級桿組的基本形式級桿組的基本形式級桿組的基本形式1.去掉局

8、部自由度和虛約束,計算機(jī)構(gòu)的自由度并確定 原動件（同一機(jī)構(gòu)中，原動件不同，機(jī)構(gòu)的級別可 能不同）。2.高副低代。3.從遠(yuǎn)離原動件的部位開始拆桿組，首先考慮ii級桿組， 拆下的桿組是自由度為零的基本桿組，最后剩下的原 動件數(shù)目與自由度數(shù)相等。三、學(xué)習(xí)重點(diǎn)及難點(diǎn)三、學(xué)習(xí)重點(diǎn)及難點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)運(yùn)動副和運(yùn)動鏈的概念、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制、機(jī)構(gòu)自由度的計算及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件。學(xué)習(xí)難點(diǎn)含有虛約束的機(jī)構(gòu)的自由度的計算；機(jī)構(gòu)級別判斷。四、例題精選四、例題精選例例3 3 試 計 算 圖 示 機(jī) 構(gòu) 的 自 由 度（ 若 含 有 復(fù) 合 鉸 鏈、 局 部 自 由 度 和 虛 約 束 ， 須 具 體 指 出）； 判

9、 定 它 有 無 確 定 的 運(yùn) 動； 作 結(jié) 構(gòu) 分 析 并 判 定 機(jī) 構(gòu) 的 級 別。 、 例例4 4如如 圖圖 示示 為為 手手 動動 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu)abcd。 原原 動動 件件2 2 帶帶 動動 從從 動動 件件3 3 作作 直直 線線 運(yùn)運(yùn) 動。動。 今今 擬擬 實(shí)實(shí) 現(xiàn)現(xiàn) 機(jī)機(jī) 動，動， 以以 滑滑 塊塊5 5 為為 原原 動動 件，件， 作作 水水 平平 往往 復(fù)復(fù) 運(yùn)運(yùn) 動。動。在在 保保 留留 原原 有有 構(gòu)構(gòu) 件件 的的 情情 況況 下，下， 試：試： （1 1） 在在 原原 圖圖 上上 畫畫 出出 新新 的的 機(jī)機(jī) 構(gòu)運(yùn)動簡圖；構(gòu)運(yùn)動簡圖； （2 2） 計計 算算 新新 設(shè)

10、設(shè) 計計 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu) 的的 自自 由由 度；度； （3 3） 判判 斷斷 新新 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu) 的的 級級 別。別。、 n例例5 5 圖圖 示示 運(yùn)運(yùn) 動動 鏈鏈 能能 否否 具具 有有 確確 定定 運(yùn)運(yùn) 動動 并并 實(shí)實(shí) 現(xiàn)現(xiàn) 設(shè)設(shè) 計計 者者 意意 圖？圖？ 如如 不不 能能 ，應(yīng)，應(yīng) 如如 何何 修修 改？改？ 畫畫 出出 修修 改改 后后 的的 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu) 運(yùn)運(yùn) 動動 簡簡 圖。（圖。（ 改改 進(jìn)進(jìn) 方方 案案 應(yīng)應(yīng) 保保 持持 原原 設(shè)設(shè) 計計 意意 圖，圖， 原原 動動 件件 與與 輸輸 出出 構(gòu)構(gòu) 件件 的的 相相 對對 位位 置置 不不 變，變， 固固 定定 鉸鉸 鏈鏈 位位 置置

11、 和和 導(dǎo)導(dǎo) 路路 位位 置置 不不 變。）變。）n 、 115243)a (f14233)b(f17253) c (f312293) e (f113293)d(f(a) f=37-210=1(b) f=34-24-2=2(c) f=38-211-1=1(d) f=36-27-3=1(e) f=39-213=1(f) f=34-25-1=1(g) f=36-27-3=1(h) f=37-29-2=12(i) f=37-2-210=1(j) f=37-2-210=1(k) f=37-2-210=1(l) f=39-2-212- -2=1(m) f=37-2-29- -2=1, 2 , 7 , 6

12、hlppn22726323hlppnf解：解：(1) (1) c 處處 為為 復(fù)復(fù) 合合 鉸鉸 鏈；鏈；g 滾滾 子子 處處 有有 局局 部部 自自 由由 度；度；ef 桿桿 為為 虛虛 約約 束。束。 滾滾 子子g 兩兩 側(cè)側(cè) 之之 一一 和和 偏偏 心心 圓圓 盤盤 兩兩 側(cè)側(cè) 之之 一一 為為 虛虛 約約 束。束。 去去 掉掉 局局 部部 自自 由由 度度 和和 虛虛 約約 束束 后后 (2) (2) 高高 副副 低低 代代 后后 的的 拆拆 桿組桿組 分分 析析 結(jié)結(jié) 果果 見見 下下 圖。圖。 該 機(jī) 構(gòu) 中 的 桿 組 全 為 級 組， 故 為 級 機(jī) 構(gòu)。該 機(jī) 構(gòu) 有2 個 原

13、 動 件， 機(jī) 構(gòu) 的 自 由 度 和 原 動 件 數(shù) 相 等，故 該 機(jī) 構(gòu) 具 有 確 定 的 運(yùn) 動。, 0 , 7 , 5hlppn10725323hlppnf解：解：(1) (1) 有有 二二 個個 答答 案：案： 新 增 加 構(gòu) 件6 6， 其 兩 端 分 別 以 轉(zhuǎn)動 副 與e 點(diǎn)、ab 桿 上b 點(diǎn) 相 連， 得新 機(jī) 構(gòu)， 如 圖(a）所 示。 新 增 加 構(gòu) 件6，其兩端分別以 轉(zhuǎn) 動 副 與e 點(diǎn)、 構(gòu) 件bc 上 點(diǎn)f 點(diǎn) 相 連，得新機(jī)構(gòu)，如圖(b） 所示。(2) (3) (3) 新新 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu) 的的 級級 別別(a) (a) 圖圖(a)(a)構(gòu)件構(gòu)件2 2、3 3

14、及及1 1、6 6分別組成分別組成級組。屬于級組。屬于級機(jī)構(gòu)。級機(jī)構(gòu)。(b) (b) 圖圖(b)(b)所示機(jī)構(gòu)有一個所示機(jī)構(gòu)有一個 級級 組，屬于組，屬于 級級 機(jī)機(jī) 構(gòu)。構(gòu)。圖(b)圖(a), 0 , 6 , 4hlppn00624323hlppnf(1) 原 機(jī) 構(gòu) 中 故故 (2) 改 進(jìn) 后 的 簡 圖 如 下。不 能 運(yùn) 動?；蚧蚪猓何?、試題自測及答案五、試題自測及答案( (1.2.3.4.1.2.3.4. 5.6.7.5.6.7. 8.8. 9.9.) )1. 畫 出 圖 示 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動 簡 圖。 2.圖中1 是 偏 心 安 置 的 圓 柱，半徑為r；2是月 牙 形 柱 體

15、， 其 外 圓 柱 半 徑 為 r； 3 與 2， 2 與1 的 表 面 由 零 件 外 形 保 證 其 緊 密 接觸，圖 示 比 例 尺 為 ,試?yán)L出 機(jī) 構(gòu)運(yùn) 動 簡 圖，并 注 出 構(gòu) 件 長 度l (長 度 尺 寸 從圖 上 量 出)。mmm 002.0l3. 計算示 機(jī) 構(gòu) 的 自 由度，若有復(fù)合鉸鏈、局部自由度或虛約束 , 必須指出, 并說明機(jī) 構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件。圖i 和h處導(dǎo) 路 相互平行。4.在圖示家用縫紉機(jī)的送布機(jī)構(gòu)中 ，由縫紉機(jī) 傳 動 帶 驅(qū)動 等 寬 凸 輪1 繞 軸a 轉(zhuǎn) 動， 構(gòu) 件5 是 送 布 牙， 導(dǎo)桿 9 可 繞 軸j 擺 動， 扳 動 導(dǎo) 桿 9，使

16、其 處 于 不 同 位 置， 可 實(shí) 現(xiàn) 倒、順 方 向 送 布 以 及 調(diào) 節(jié) 送 布 距 離(即 縫 線 的 針 距)。 試 計 算 該 機(jī) 構(gòu)的 自 由 度。 若 含 復(fù) 合 鉸 鏈、 局部 自 由 度 或 虛 約 束， 應(yīng) 明 確 指 出。試 將 該 機(jī) 構(gòu) 所 含 高 副 低 代， 分 析 該 機(jī) 構(gòu) 所 含 基 本桿 組 的 級 別， 并 指 出 機(jī) 構(gòu) 的 級 別。 5.試 求 圖 示 機(jī) 構(gòu) 的 自 由 度（ 如 有復(fù)合鉸鏈、 局 部 自 由 度、 虛 約 束， 需 指 明 所 在 之 處）。 圖 中 凸 輪 為 定 徑 凸 輪。abcdef 6.試計算圖示機(jī)構(gòu)的自由度， 并說

17、明需幾個原動 件才有 確定運(yùn)動。 圖中 ， 。 higfklbdbcab | | | | ,ijeflm | | | | 7.設(shè)以圖示機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 凸 輪 對 滑 塊 e的 控 制。(1) 該 機(jī) 構(gòu) 能 否 運(yùn) 動？ 試 作 分 析 說 明；(2)若 需 改 進(jìn)， 試 畫出改進(jìn)后 的 機(jī) 構(gòu) 簡 圖。dceba 9. 計算圖 示 機(jī) 構(gòu) 的 自 由 度， 判 斷 是 否 有 確 定 運(yùn) 動；若 不 能， 試 繪 出 改 進(jìn) 后 的 機(jī) 構(gòu) 簡 圖。 修 改 后 的 原 動 構(gòu) 件 仍 為 桿 ac（ 圖 中 有 箭 頭 的 構(gòu) 件。 8.圖 示 機(jī) 構(gòu) 中， 構(gòu) 件1 為 原 動 件， 構(gòu) 件4

18、 為 運(yùn) 動 輸 出 構(gòu) 件， a、b 為 固 定 鉸 鏈， 試： (1) 畫 出 該 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動 簡 圖；2) 計 算 機(jī) 構(gòu) 的 自 由 度； (3) 判 斷 該 機(jī) 構(gòu) 的 級 別。4c答案答案1.2. 比 例 尺loalloaabllabh 或i 為 虛約束，f 處為復(fù)合鉸 鏈，b、c 兩 處有局 部自由度。只要取一 個原 動 件， 則 該 構(gòu) 件 系 統(tǒng) 即 具 有 確 定 運(yùn) 動。1 2927323hlppnf3.4. 滾 子k 處 有 局 部 自 由 度。 故 該 機(jī) 構(gòu) 自 由 度, 3 ,11 , 9hlppn231129323hlppnf(1) 高 副 低 代： 機(jī) 構(gòu) 簡 圖 見 圖 (a) 。(2) 結(jié) 構(gòu) 分 析： 所 含 基 本 桿 組 見 圖( b),該機(jī)構(gòu)含一個 級 組， 三 個級組，兩個原動件 (兩 個級 組)， 該 機(jī) 構(gòu) 屬 于 級 機(jī) 構(gòu)。圖(b)圖(a) 虛約束在滾子和 e處， 應(yīng)去掉滾子c和e，局部自由度在滾子b 處。4n4lp1hpf 3425115.6.需 一個 原 動 件。110273f7.(1) ，不 能 運(yùn) 動。(2) 將 處 改