機械設(shè)計第二章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

1、1第二章第二章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析21 機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的22 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成23 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖24 機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件25 機構(gòu)自由度的計算機構(gòu)自由度的計算26 計算平面自由度時應(yīng)注意的事項計算平面自由度時應(yīng)注意的事項 27 平面機構(gòu)平面機構(gòu)的組成原理及其結(jié)構(gòu)分類的組成原理及其結(jié)構(gòu)分類內(nèi)容提要內(nèi)容提要221 機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的1.研究機構(gòu)的組成及其具有確定運動的條件研究機構(gòu)的組成及其具有確定運動的條件2.繪制機構(gòu)運動簡圖和自由度的計算繪制機構(gòu)運動簡圖和自由度的計算 目的是為運動分

2、析和動力分析作準備。目的是為運動分析和動力分析作準備。弄清機構(gòu)包含哪幾個部分弄清機構(gòu)包含哪幾個部分;各部分如何相聯(lián)？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運動？以及怎樣的結(jié)構(gòu)才能保證具有確定的相對運動？3.研究機構(gòu)的組成原理研究機構(gòu)的組成原理 目的是搞清楚按何種規(guī)律組成的機構(gòu)能目的是搞清楚按何種規(guī)律組成的機構(gòu)能滿足運動確定性的要求。滿足運動確定性的要求。3名詞術(shù)語解釋名詞術(shù)語解釋:1.構(gòu)件構(gòu)件(link) 獨立的獨立的運動運動單元單元 內(nèi)燃機內(nèi)燃機 22 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成零件零件(part、element) 獨立的獨立的制造制造單元單元 4內(nèi)燃機內(nèi)燃機連桿連桿套筒套筒連桿體

3、連桿體螺栓螺栓墊圈墊圈螺母螺母軸瓦軸瓦連桿蓋連桿蓋52.運動副（運動副（kinematic pair）a)兩個構(gòu)件兩個構(gòu)件 b) 直接接觸直接接觸 c) 有相對運動有相對運動 （2）運動副元素）運動副元素(elements of pair) 直接接觸直接接觸的部分（點、線、面）的部分（點、線、面）例如：例如：凸輪凸輪、齒輪齒廓齒輪齒廓、活塞與缸套活塞與缸套等。等。 （1）定義：運動副兩個構(gòu)件直接接觸而）定義：運動副兩個構(gòu)件直接接觸而組成的可動的連接。組成的可動的連接。 三個條件，缺一不可三個條件，缺一不可作者：潘存云教授6（3）運動副的分類：）運動副的分類： 1）按引入的）按引入的約束約束數(shù)分

4、有：（數(shù)分有：（約束約束聯(lián)接時聯(lián)接時相對運動所受到的限制相對運動所受到的限制） i 級副級副球與平面接觸ii 級副級副球與方槽接觸iii級副級副球與球腕接觸i 級副、級副、ii 級副、級副、iii 級副、級副、iv 級副、級副、v 級副。級副。72）按相對運動范圍分有：）按相對運動范圍分有： 平面運動副平面運動平面運動副平面運動平面機構(gòu)平面機構(gòu) 全部由平面運動副組成的機構(gòu)。全部由平面運動副組成的機構(gòu)。 iv級副級副圓柱與圓孔例如：例如：球鉸鏈球鉸鏈、螺旋螺旋?？臻g運動副空間運動副空間運動空間運動v級副級副1v級副級副2v級副級副3 空間機構(gòu)空間機構(gòu) 至少含有一個空間運動副的機構(gòu)。至少含有一個空

5、間運動副的機構(gòu)。8 3）按運動副元素分有（即按兩構(gòu)件的接觸情況分）：）按運動副元素分有（即按兩構(gòu)件的接觸情況分）： 高副高副(high pair)點、線接觸，應(yīng)力高。點、線接觸，應(yīng)力高。低副低副(lower pair)面接觸，應(yīng)力低。面接觸，應(yīng)力低。例如：例如：滾動副滾動副、凸輪副凸輪副、齒輪副齒輪副等。等。分類：分類：轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副）（回轉(zhuǎn)副）（revolute pair） 移動副移動副 。（。（sliding pair、prismatic pair） 9（4）常見運動副符號的表示）常見運動副符號的表示: 國標(biāo)國標(biāo)gb446084轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副移動副移動副高副高副10表表2-1 常用運動

6、副的符號常用運動副的符號運動副運動副名稱名稱運動副符號運動副符號兩運動構(gòu)件構(gòu)成的運動副兩運動構(gòu)件構(gòu)成的運動副轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動副副移移動動副副12121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時的運動副兩構(gòu)件之一為固定時的運動副122121平平面面運運動動副副（v級）（v級）（v級）（v級）11平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球球銷銷副副121212空空間間運運動動副副121212（iv級）（iv級）（v級）（v級）（iii級）（iv級）（iii級）（iv級）12運動鏈運動鏈 兩個以上的構(gòu)件通過運動副兩個以上的構(gòu)件通過運動副的聯(lián)接而構(gòu)成的相對可動的系

7、統(tǒng)。的聯(lián)接而構(gòu)成的相對可動的系統(tǒng)。閉式鏈閉式鏈3. 運動鏈運動鏈 (kinematic chain) 開式鏈開式鏈多用于機械手多用于機械手13若干若干1個或幾個個或幾個1個個 4. 機構(gòu)機構(gòu):（mechanism)具有確定運動的運動鏈稱為機構(gòu)具有確定運動的運動鏈稱為機構(gòu) 。機架機架 作為參考系的構(gòu)件作為參考系的構(gòu)件，如機床床身、車輛底如機床床身、車輛底盤、飛機機身。盤、飛機機身。 (frame)機構(gòu)的組成：機構(gòu)的組成：機構(gòu)機架原動件從動件機構(gòu)機架原動件從動件原（主）動件原（主）動件 按給定的已知運動規(guī)律獨立運動按給定的已知運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件的構(gòu)件。 (driving link)從動件從動件

8、 其余可動構(gòu)件。其余可動構(gòu)件。(driven link)1423 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖一、機構(gòu)運動簡圖用以說明機構(gòu)中各構(gòu)件之間一、機構(gòu)運動簡圖用以說明機構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系的簡單圖形。的相對運動關(guān)系的簡單圖形。 二、作用二、作用 1.表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動情況。表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動情況。三、機構(gòu)示意圖三、機構(gòu)示意圖 不按比例繪制的簡圖不按比例繪制的簡圖 現(xiàn)摘錄了部分現(xiàn)摘錄了部分gb446084 機構(gòu)示意圖如下表。機構(gòu)示意圖如下表。2.作為運動分析和動力分析的依據(jù)。作為運動分析和動力分析的依據(jù)。15表表2-2 常用機構(gòu)運動簡圖符號（教材常用機構(gòu)運動簡圖符號（教材p10） 在在機機架架上

9、上的的電電機機齒齒輪輪齒齒條條傳傳動動帶帶傳傳動動圓圓錐錐齒齒輪輪傳傳動動16鏈鏈傳傳動動圓柱圓柱蝸桿蝸桿蝸輪蝸輪傳動傳動凸凸輪輪傳傳動動外嚙外嚙合圓合圓柱齒柱齒輪傳輪傳動動17棘棘輪輪機機構(gòu)構(gòu)內(nèi)嚙內(nèi)嚙合圓合圓柱齒柱齒輪傳輪傳動動18構(gòu)件的表示方法構(gòu)件的表示方法:兩副構(gòu)兩副構(gòu)件件三副構(gòu)三副構(gòu)件件19注意事項注意事項: 畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實際外形，而只畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實際外形，而只考慮運動副的性質(zhì)?？紤]運動副的性質(zhì)。20四、機構(gòu)運動簡圖應(yīng)滿足的條件四、機構(gòu)運動簡圖應(yīng)滿足的條件 1. 構(gòu)件數(shù)目與實際相同構(gòu)件數(shù)目與實際相同 2. 運動副的性質(zhì)、數(shù)目與實際相符運動副的性質(zhì)、數(shù)目與實際相符 3.

10、運動副之間的運動副之間的相對位置相對位置以及構(gòu)件尺寸與實以及構(gòu)件尺寸與實際機構(gòu)成比例。際機構(gòu)成比例。21五、繪制機構(gòu)運動簡圖五、繪制機構(gòu)運動簡圖 順口溜：順口溜： 先兩頭，后中間，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， 再看它們怎相聯(lián)。再看它們怎相聯(lián)。思路：先定原動部分和工作部分（一般位于傳思路：先定原動部分和工作部分（一般位于傳動線路末端），弄清運動傳遞路線，確定構(gòu)件動線路末端），弄清運動傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運動副的類型，并用符號表示出來。數(shù)目及運動副的類型，并用符號表示出來。22步驟：步驟：1. 運轉(zhuǎn)機械，搞清楚運動副的類型性質(zhì)、數(shù)運轉(zhuǎn)機械

11、，搞清楚運動副的類型性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目；目和構(gòu)件數(shù)目； 4. 檢驗機構(gòu)是否滿足運動確定的條件。檢驗機構(gòu)是否滿足運動確定的條件。 2. 測量各運動副之間的尺寸，選投影面（運動測量各運動副之間的尺寸，選投影面（運動平面），平面）， 繪制示意圖。繪制示意圖。3. 按比例繪制運動簡圖。按比例繪制運動簡圖。 簡圖比例尺：簡圖比例尺： l = =實際尺寸實際尺寸 m / m / 圖上長度圖上長度mmmm舉例：繪制舉例：繪制破碎機破碎機和偏心泵的機構(gòu)運動簡圖。和偏心泵的機構(gòu)運動簡圖。 強調(diào)：看懂結(jié)構(gòu)圖、了解工作原理、找出機架、強調(diào)：看懂結(jié)構(gòu)圖、了解工作原理、找出機架、原動件、從動件。原動件、從動件。232

12、425顎式破碎顎式破碎機機1 1偏心輪動顎板定顎板26作者：潘存云教授1234繪制圖示繪制圖示偏心泵偏心泵的運動簡圖的運動簡圖偏心泵偏心泵機械手的機械手的運動運動和和簡圖簡圖 小型壓力機小型壓力機編號原則：編號原則：注意區(qū)分位置重疊的不注意區(qū)分位置重疊的不同構(gòu)件和同軸剛性聯(lián)接的多個零件。同構(gòu)件和同軸剛性聯(lián)接的多個零件。前者分別編號，后者采用一個編號前者分別編號，后者采用一個編號 加以區(qū)別。加以區(qū)別。1. 分析整個機構(gòu)的工作原理分析整個機構(gòu)的工作原理機構(gòu)組成機構(gòu)組成示例示例3動作原理和運動情況動作原理和運動情況偏心輪偏心輪1 齒輪齒輪1 桿件桿件2 齒輪齒輪6 桿件桿件3 槽凸輪槽凸輪6 桿件桿

13、件4 滑塊滑塊7 壓頭壓頭8原動件原動件執(zhí)行構(gòu)件執(zhí)行構(gòu)件2.2.沿著傳動路線，分析相鄰構(gòu)件之間的相對運動關(guān)沿著傳動路線，分析相鄰構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系，確定運動副的類型和數(shù)目。系，確定運動副的類型和數(shù)目。轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副移動副移動副平面高副平面高副3-98-94-79-1(1)1-22-33-44-59-6(6)7-81-65-63. 選擇適當(dāng)?shù)囊晥D平面選擇適當(dāng)?shù)囊晥D平面 選擇原則選擇原則1. 清楚表達機構(gòu)的主體清楚表達機構(gòu)的主體 部分；部分；2. 盡可能反映機構(gòu)的全盡可能反映機構(gòu)的全 面運動；面運動；4. 繪圖繪圖編號：編號：a、b、c 表示運動副表示運動副 1、2、3 表示構(gòu)件表示構(gòu)件 o1、

14、o2表示固定轉(zhuǎn)軸表示固定轉(zhuǎn)軸 原動件的運動方向原動件的運動方向3124 機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件給定給定s s3 3s s3 3(t)(t) 一個獨立參數(shù)，一個獨立參數(shù)，則則1 11 1（t t）唯一確定，該）唯一確定，該機構(gòu)僅需要一個獨立參數(shù)。機構(gòu)僅需要一個獨立參數(shù)。 若若僅給定僅給定1 11 1（t t）, ,則則2 2 3 3 4 4 均不能唯一確均不能唯一確定。若定。若同時給定同時給定1 1和和4 4 ，則則3 3 2 2 能唯一確定，該能唯一確定，該機構(gòu)需要兩個獨立參數(shù)機構(gòu)需要兩個獨立參數(shù) 。4 4s3123s31 112341 132定義：保證機構(gòu)具有確定運動時

15、所必須給定的定義：保證機構(gòu)具有確定運動時所必須給定的 獨立運動參數(shù)稱為機構(gòu)的自由度獨立運動參數(shù)稱為機構(gòu)的自由度。 (degree of freedom)原動件能獨立運動的構(gòu)件。原動件能獨立運動的構(gòu)件。 一個原動件只能提供一個獨立參數(shù)一個原動件只能提供一個獨立參數(shù)機構(gòu)具有確定運動的條件為：機構(gòu)具有確定運動的條件為：自由度原動件數(shù)自由度原動件數(shù)問：自由度不等于原動件數(shù)如何？問：自由度不等于原動件數(shù)如何？3325 機構(gòu)自由度的計算機構(gòu)自由度的計算作平面運動的剛體在空間作平面運動的剛體在空間的位置需要三個獨立的參的位置需要三個獨立的參數(shù)（數(shù)（x，y, ）才能唯一）才能唯一確定。確定。yx(x , y)

16、f = ？單個自由構(gòu)件的自由度為單個自由構(gòu)件的自由度為3 3? ?34自由構(gòu)自由構(gòu)件的自件的自由度數(shù)由度數(shù)運動副運動副 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） = 3yx12syx12xy12r=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)移動副移動副 1（x） + 2（y，）= 3高高 副副 2（x,） + 1（y） = 3經(jīng)運動副相聯(lián)，由于有約束，構(gòu)件自由度將變化：經(jīng)運動副相聯(lián)，由于有約束，構(gòu)件自由度將變化： 自由構(gòu)件的自由度數(shù)約束數(shù)自由構(gòu)件的自由度數(shù)約束數(shù)35活動構(gòu)件數(shù)活動構(gòu)件數(shù) n 計算公式：計算公式： f=3n

17、(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。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例題例題計算曲柄滑塊機構(gòu)的自由度。計算曲柄滑塊機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(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= 0s3123推廣到一般：推廣到一般： 36例題例題計算五桿鉸鏈機構(gòu)的自由度計算五桿鉸鏈機構(gòu)的自由度解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n= 4低副數(shù)低副數(shù)pl= 5f=3n 2pl ph =34 25 =2 高副數(shù)高副數(shù)ph= 012341 1 如

18、僅取構(gòu)件如僅取構(gòu)件1為原動件，則因為原動件，則因f=2原動件數(shù)原動件數(shù)=1，所以運動不確定。，所以運動不確定。37例題例題計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n= 2低副數(shù)低副數(shù)pl= 2f=3n 2pl ph =32 221 =1高副數(shù)高副數(shù)ph= 1123動畫動畫383913478 9101118abcd,內(nèi)燃機及其機構(gòu)運動簡圖內(nèi)燃機及其機構(gòu)運動簡圖f3n(2plph)362731406n 323 62 802wlhfnpp 當(dāng)未剎車時當(dāng)未剎車時，ph=0，pl=8，剎車機構(gòu)自由度為剎車機構(gòu)自由度為 當(dāng)閘瓦之一剎緊車輪時當(dāng)閘瓦之一剎緊車輪時， 5

19、n ，ph=0，pl=7，剎車機構(gòu)自由度為剎車機構(gòu)自由度為 323 52 701wlhfnpp 習(xí)題習(xí)題2-1812345678f=37210=1計算圖示發(fā)動機機構(gòu)的自由度計算圖示發(fā)動機機構(gòu)的自由度原動件數(shù)目原動件數(shù)目機構(gòu)有確定運動機構(gòu)有確定運動分析：分析：n = 7， pl = 10， ph = 04226 計算平面自由度時應(yīng)注意的事項計算平面自由度時應(yīng)注意的事項 12345678abcdef例題例題:計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n= 7低副數(shù)低副數(shù)pl=6f=3n 2pl ph 高副數(shù)高副數(shù)ph=0=37 26 0=9計算結(jié)果肯定不對

20、！計算結(jié)果肯定不對！ 動畫動畫1.正確計算運動副的自由度。正確計算運動副的自由度。43 1. 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈 兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)副相聯(lián)。兩個低副兩個低副動畫動畫44三個構(gòu)件在同一軸線處，兩個轉(zhuǎn)動副。三個構(gòu)件在同一軸線處，兩個轉(zhuǎn)動副。推理：推理：m個構(gòu)件時，有個構(gòu)件時，有m 1個轉(zhuǎn)動副。個轉(zhuǎn)動副。 45上例：在上例：在b、c、d、e四處應(yīng)各有四處應(yīng)各有 2 個運動副。個運動副。例題重新計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。例題重新計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)低副數(shù)pl=10f=3n 2pl ph =37 2100 =1可

21、以證明：可以證明：f點的軌跡為一直線。點的軌跡為一直線。（當(dāng)（當(dāng)ab=ae、bc=bd、ce=ed=df=fc時）時）12345678abcdef圓盤鋸機圓盤鋸機構(gòu)構(gòu)46復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈4748f f3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 123f f3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 231-1-1兩構(gòu)件間構(gòu)成多個運動副兩構(gòu)件間構(gòu)成多個運動副錯錯22 11對對移動副導(dǎo)路移動副導(dǎo)路平行平行轉(zhuǎn)動副軸線轉(zhuǎn)動副軸線重合重合平面高副接觸點平面高副接觸點公法線公法線49兩構(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。 如等寬凸輪（只算一個高副）如等

22、寬凸輪（只算一個高副）w注意：注意：法線不重合時，法線不重合時，變成實際約束！變成實際約束！aan1n1n2n2n1n1n2n2aa計算右圖計算右圖的自由度的自由度=？誤：誤：f=3 2 -2 3-1 2=-2正：正：f=3 2 -2 2-1 1=1相當(dāng)于一個轉(zhuǎn)動副相當(dāng)于一個轉(zhuǎn)動副相當(dāng)于一個移動副相當(dāng)于一個移動副50例題例題計算圖示兩種凸輪機構(gòu)的自由度。計算圖示兩種凸輪機構(gòu)的自由度。解：解：左邊機構(gòu)左邊機構(gòu) n=3，pl=3，f=3n 2pl ph =33 23 1 =2f原動件數(shù)，運動確定？原動件數(shù)，運動確定？ph=1對于右邊的機構(gòu)，有：對于右邊的機構(gòu)，有： f=32 22 1=1事實上，兩

23、個機構(gòu)的運動相同，且事實上，兩個機構(gòu)的運動相同，且f=1123123動畫動畫51（passive degree of freedom）-用用f表示表示f=3n 2pl ph f =33 23 1 1 =1本例中局部自由度本例中局部自由度 f=1 f=32 22 1 =1定義：定義：構(gòu)件構(gòu)件局部運動局部運動所產(chǎn)生的自由度。所產(chǎn)生的自由度。 一般一般出現(xiàn)在加裝滾子的場合，出現(xiàn)在加裝滾子的場合，計算時應(yīng)去掉計算時應(yīng)去掉f。滾子的作用滾子的作用：。12312352解：解：n=4， pl=6，f=3n 2pl ph =34 26 =0ph=0例題已知：例題已知：abcdef，計算圖示平行四，計算圖示平行

24、四 邊形機構(gòu)的自由度。邊形機構(gòu)的自由度。 1234abcdef533 3 虛約束虛約束 在特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運動在特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運動副所引入的約束可能與其它運動副所起的限制作副所引入的約束可能與其它運動副所起的限制作用是重復(fù)的，這種用是重復(fù)的，這種不起獨立限制作用的重復(fù)約不起獨立限制作用的重復(fù)約束束稱為稱為虛約束虛約束。544f5abcdef123adbce06243f？123adbce14233f 計算具有虛約束的機構(gòu)的自由度時，應(yīng)先計算具有虛約束的機構(gòu)的自由度時，應(yīng)先將機構(gòu)中引入虛約束的將機構(gòu)中引入虛約束的構(gòu)件和運動副構(gòu)件和運動副除去。除去。一個活動構(gòu)件一個

25、活動構(gòu)件3個自由度，兩個轉(zhuǎn)動個自由度，兩個轉(zhuǎn)動副引入四個約束，等于多引入一個副引入四個約束，等于多引入一個約束。約束。55出現(xiàn)虛約束的場合：出現(xiàn)虛約束的場合： 1）兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點的軌跡重合，）兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點的軌跡重合，如平行四邊形機構(gòu)如平行四邊形機構(gòu)，火車輪火車輪橢圓儀橢圓儀等。等。 562）運動時，兩構(gòu)件上的某運動時，兩構(gòu)件上的某 兩點距離始終不變，也將帶入兩點距離始終不變，也將帶入1個虛約束個虛約束（e、f）ef計算右圖的自由度計算右圖的自由度=？誤：誤：f=3 4 -2 6=0正：正：f=3 3 -2 4=1動畫動畫573）在機構(gòu)中，不影響機構(gòu)運動傳遞的重復(fù)部分）在機構(gòu)中

26、，不影響機構(gòu)運動傳遞的重復(fù)部分所帶入的約束為虛約束。既所帶入的約束為虛約束。既對運動不起作用的對對運動不起作用的對稱部分。如多個稱部分。如多個行星輪系行星輪系。 58計算右圖的自由度計算右圖的自由度=？誤：誤：f=3 5 -2 5-1 6=-1正：正：f= 3 5 -2 5-1 6+2或或= 3 3 -2 3-1 2=1 2 2 2+4-23=259311 （217 -2）=1 2 2 10-6 3=260虛約束的引入，一般是為了改善機構(gòu)受力，增大傳虛約束的引入，一般是為了改善機構(gòu)受力，增大傳遞功率或者其它特殊需求；遞功率或者其它特殊需求；計算機構(gòu)自由度時，不考慮虛約束的作用計算機構(gòu)自由度時，

27、不考慮虛約束的作用；虛約束的成立，要滿足一定的幾何條件或者結(jié)構(gòu)條虛約束的成立，要滿足一定的幾何條件或者結(jié)構(gòu)條件，如果這些條件被破壞，將轉(zhuǎn)化了實約束，影響機件，如果這些條件被破壞，將轉(zhuǎn)化了實約束，影響機構(gòu)運動；構(gòu)運動； 虛約束問題小結(jié)：虛約束問題小結(jié)：設(shè)計中如果需要采用虛約束，必須保證設(shè)計、加設(shè)計中如果需要采用虛約束，必須保證設(shè)計、加工、裝配精度，以確保滿足虛約束存在的條件。工、裝配精度，以確保滿足虛約束存在的條件。從運動的角度看從運動的角度看, ,虛約束就是虛約束就是“重復(fù)的約束重復(fù)的約束”或者或者是是“多余的約束多余的約束”。61f f3n- (2p3n- (2pl l+ p+ ph h -

28、 -p p ) )- f- f f f 局部自由度數(shù)局部自由度數(shù) p ph h 高副數(shù)高副數(shù)n n 活動構(gòu)件數(shù)活動構(gòu)件數(shù) p p 虛約束數(shù)虛約束數(shù) p pl l 低副數(shù)低副數(shù) f f 局部自由度數(shù)局部自由度數(shù)62b2i9c 3a1j6h87de4fg5例題計算圖示包裝機送紙機構(gòu)的自由度。例題計算圖示包裝機送紙機構(gòu)的自由度。分析：分析：活動構(gòu)件數(shù)活動構(gòu)件數(shù)n：a1b2i9c 3j6h87de4fg592個低副個低副復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈:局部自由度局部自由度 2個個虛約束虛約束: 1處處i8 39 （211 +3-1）-2=163b2i9c 3a1j6h87de4fg5例題例題計算圖示包裝機送紙機構(gòu)的

29、自由度。計算圖示包裝機送紙機構(gòu)的自由度。分析：分析：活動構(gòu)件數(shù)活動構(gòu)件數(shù)n：a1b2i9c 3j6h87de4fg592個低副個低副復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈:局部自由度局部自由度 2個個虛約束虛約束: 1處處i8去掉局部自由度去掉局部自由度和虛約束后：和虛約束后： n =6pl = 7f=3n 2pl ph =36 27 3 =1ph =364或或f=3n 2pl ph =37 292 =1f=3n 2pl ph-f =38 2102-1 =1動畫465局部自由度局部自由度復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈虛約束n=10 pl=14 ph=1p=1題題1f=166n = 8pl = 11 ph = 1f = 38 -

30、211 1 = 16adechgfibk123456789局部自由度局部自由度復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈虛約束虛約束78967n = 6pl = 8 ph = 1f = 36 - 28 1 = 27 7a ac c1 12b b3 3d de ef fg gh hi i4 45 56 6局部自由度局部自由度虛約束虛約束4567計算圖所示機構(gòu)的自由度計算圖所示機構(gòu)的自由度 。68試確定圖所示機構(gòu)的自由度，以凸輪為原動件分析： 機構(gòu)共有8個活動件，10個低副（ g是鉸鏈數(shù)為2的復(fù)合鉸鏈），兩個高副，1個局部自由度，沒有虛約數(shù)。69例例 圖示機構(gòu)中，已知圖示機構(gòu)中，已知l labab=l=lcdcd，l la

31、faf=l=ldede，l lbcbc l ladadl lfefe。試判斷該機構(gòu)是否有確定運動。試判斷該機構(gòu)是否有確定運動。虛約束虛約束復(fù)合復(fù)合鉸鏈鉸鏈41237685n = 7pl = 10 ph = 0f = 37 - 210 = 1機構(gòu)有確定運動機構(gòu)有確定運動原動件數(shù)目原動件數(shù)目70 例例 圖示為一圖示為一牛頭刨床牛頭刨床的初擬設(shè)計方案。設(shè)計者的設(shè)計思路是：的初擬設(shè)計方案。設(shè)計者的設(shè)計思路是：動力由小齒輪動力由小齒輪1 1輸入，并推動大齒輪輸入，并推動大齒輪2 2繞其軸繞其軸a a連續(xù)轉(zhuǎn)動，又通連續(xù)轉(zhuǎn)動，又通過鉸接在大齒輪過鉸接在大齒輪2 2上上b b處的滑塊處的滑塊3 3使擺動導(dǎo)桿使

32、擺動導(dǎo)桿4 4往復(fù)擺動，并帶往復(fù)擺動，并帶動滑枕動滑枕5 5往復(fù)運動以達到刨削的目的往復(fù)運動以達到刨削的目的。試繪制此刨床的機構(gòu)運。試繪制此刨床的機構(gòu)運動簡圖，分析其運動是否能實現(xiàn)設(shè)計意圖，并提出修改方案。動簡圖，分析其運動是否能實現(xiàn)設(shè)計意圖，并提出修改方案。n = 5pl = 7 ph = 1f = 35 - 27 1 =0不能運動？不能運動？71可見：在分析現(xiàn)有機械或設(shè)計新機械時，必須考慮可見：在分析現(xiàn)有機械或設(shè)計新機械時，必須考慮所畫出的機構(gòu)運動簡圖應(yīng)滿足機構(gòu)具有確定運動的所畫出的機構(gòu)運動簡圖應(yīng)滿足機構(gòu)具有確定運動的條件，否則將導(dǎo)致機構(gòu)結(jié)構(gòu)組成原理上的錯誤。條件，否則將導(dǎo)致機構(gòu)結(jié)構(gòu)組成原

33、理上的錯誤。改進方案：改進方案：增加機構(gòu)自由度的方法增加機構(gòu)自由度的方法： 在機構(gòu)的適當(dāng)位置上添加一個構(gòu)件和一個低副或者用在機構(gòu)的適當(dāng)位置上添加一個構(gòu)件和一個低副或者用一個高副去代替一個低副。一個高副去代替一個低副。原方案：原方案：72 從機構(gòu)運動觀點來看，機構(gòu)結(jié)構(gòu)組成改進往往有多種方案。從機構(gòu)運動觀點來看，機構(gòu)結(jié)構(gòu)組成改進往往有多種方案。例如，本題還可以在運動副例如，本題還可以在運動副c處通過增加處通過增加1個自由度來改進，個自由度來改進，同樣也有類似上述四種情況。同樣也有類似上述四種情況。 至于實際選定哪一種方案為好，還必須考慮其他的因素加至于實際選定哪一種方案為好，還必須考慮其他的因素加

34、以分析、比較來決定。以分析、比較來決定。改進方案：改進方案：原方案：原方案：73局部自由度復(fù)合鉸鏈虛約束n=9 pl=12 ph=2f=17427 平面機構(gòu)的組成原理及其結(jié)構(gòu)分平面機構(gòu)的組成原理及其結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析類及結(jié)構(gòu)分析一、平面機構(gòu)的組成原理一、平面機構(gòu)的組成原理 a)a)原動件作移動原動件作移動 ( (如直線電機、斜如直線電機、斜面機構(gòu)、流體壓力作動筒面機構(gòu)、流體壓力作動筒) )。211.1.基本機構(gòu)（或稱基本機構(gòu)（或稱i i級機構(gòu)）級機構(gòu)） 定義：由一個原動件和一個機架組成的雙定義：由一個原動件和一個機架組成的雙桿機構(gòu)。桿機構(gòu)。75 b)原動件作轉(zhuǎn)動原動件作轉(zhuǎn)動 (如電動機、杠桿機

35、如電動機、杠桿機構(gòu)構(gòu))。21762.2.基本桿組基本桿組定義：定義：的的f0 的構(gòu)件組，稱為基本桿組。的構(gòu)件組，稱為基本桿組。阿蘇爾桿組阿蘇爾桿組機構(gòu)具有確定運動的條件是原動件數(shù)自由度。機構(gòu)具有確定運動的條件是原動件數(shù)自由度。f=1f=0 現(xiàn)設(shè)想將機構(gòu)中的原動件和機架從機構(gòu)中斷現(xiàn)設(shè)想將機構(gòu)中的原動件和機架從機構(gòu)中斷開，則原動件與機架構(gòu)成了開，則原動件與機架構(gòu)成了，其，其f1。剩下的構(gòu)件組必有剩下的構(gòu)件組必有。將構(gòu)件組繼續(xù)拆分成更。將構(gòu)件組繼續(xù)拆分成更簡單簡單f0的構(gòu)件組，直到不能再拆為止。的構(gòu)件組，直到不能再拆為止。77舉例：舉例：將圖示將圖示八桿機構(gòu)八桿機構(gòu)拆分成拆分成基本機構(gòu)基本機構(gòu)和和基

36、本桿組基本桿組。7132456835f=3 1-2 1=1f=3 2-2 3=0f=3 4-2 6=078推論：任何一個平面機構(gòu)都可以認為是在基本推論：任何一個平面機構(gòu)都可以認為是在基本機構(gòu)的基礎(chǔ)上，依次添加若干個桿組所形成的。機構(gòu)的基礎(chǔ)上，依次添加若干個桿組所形成的。機構(gòu)的組成原理：機構(gòu)的組成原理： 結(jié)論：該機構(gòu)包含一個基本機構(gòu)和兩個基本桿結(jié)論：該機構(gòu)包含一個基本機構(gòu)和兩個基本桿組，換句話說，將兩個基本桿組添加到基本機組，換句話說，將兩個基本桿組添加到基本機構(gòu)上，構(gòu)成了該八桿機構(gòu)。構(gòu)上，構(gòu)成了該八桿機構(gòu)。79二、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類二、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類設(shè)基本桿組中有設(shè)基本桿組中有n個構(gòu)件，則

37、由條件個構(gòu)件，則由條件f0有：有： f3n2plph0 考慮低副機構(gòu)：則考慮低副機構(gòu)：則 pl3n/2 (低副機構(gòu)中低副機構(gòu)中ph0 ) pl 為整數(shù)，為整數(shù)， n n 只能取偶數(shù)。只能取偶數(shù)。 n n 2 4 n4 2 4 n4 已無實例了已無實例了! ! pl 3 6 n=2 的桿組稱為的桿組稱為級組應(yīng)用最廣而又最簡單級組應(yīng)用最廣而又最簡單的基本桿組。共有的基本桿組。共有 5 5 種類型種類型80 n=4 （pl6 6）的桿組有以下四種類型）的桿組有以下四種類型: :以上三種形式稱為以上三種形式稱為級組。結(jié)構(gòu)特點：其中有一個構(gòu)級組。結(jié)構(gòu)特點：其中有一個構(gòu)件有三個運動副。件有三個運動副。典型

38、典型級組：級組： rrr rrp rpr prp rpp 81第四種形式稱為第四種形式稱為iviv級組。級組。 結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點： 有兩個三副桿，且有兩個三副桿，且4個構(gòu)件構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)。個構(gòu)件構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)。機構(gòu)命名方式：機構(gòu)命名方式：按所含最高桿組級別命名，如按所含最高桿組級別命名，如級機構(gòu)，級機構(gòu)，級機級機構(gòu)等。構(gòu)等。82 必須強調(diào)指出：必須強調(diào)指出： 1. 桿組的各個外端副不可以同時加在同一個桿組的各個外端副不可以同時加在同一個構(gòu)件上，否則將成為剛體。如：構(gòu)件上，否則將成為剛體。如： 2. 機構(gòu)的級別與原動件的選擇有關(guān)。機構(gòu)的級別與原動件的選擇有關(guān)。83舉例：舉例：將圖示八桿機構(gòu)拆分

39、成基本機構(gòu)和基本桿組。將圖示八桿機構(gòu)拆分成基本機構(gòu)和基本桿組。71324568351為原動件為原動件iii級機構(gòu)級機構(gòu)84或或7 7為原動件為原動件級機構(gòu)級機構(gòu)6 6為原動件為原動件級機構(gòu)級機構(gòu)7132456885機架機架從動件組從動件組原動件原動件原動件的自由度為原動件的自由度為1 1，從動件組的自由度為從動件組的自由度為零零。機構(gòu)具有確定運動的條件：機構(gòu)具有確定運動的條件：自由度數(shù)自由度數(shù)= =原動件數(shù)原動件數(shù)f = 3527 =分圖示發(fā)動機機構(gòu)拆分圖示發(fā)動機機構(gòu)8788三、機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的步驟三、機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的步驟1、計算機構(gòu)的自由度，確定原動件。、計算機構(gòu)的自由度，確定原動件。2、從遠離原動件的地方開始拆桿組。先試、從遠離原動件的地方開始拆桿組。先試拆拆 ii 級組，當(dāng)不可能時再試拆級組，當(dāng)不可能時再試拆 iii 級組。級組。但應(yīng)注意，每拆出一個桿組后，剩下的部但應(yīng)注意，每拆出一個桿組后，剩下的部分仍組成機構(gòu)，且自由度與原機