機構(gòu)的運動分析

1、16:18:2816:18:29名詞術(shù)語解釋名詞術(shù)語解釋:1.構(gòu)件構(gòu)件(Link) 獨立的運動單元獨立的運動單元 上節(jié)課內(nèi)燃機就是由氣缸、活塞、連桿體、連桿頭、曲軸、齒輪等一系列零件組成。22 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成內(nèi)燃機內(nèi)燃機連桿連桿(coupler)軸套軸套連桿體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零件零件(part) 獨立的制造單元獨立的制造單元弄清機構(gòu)包含哪幾個部分;各部分如何相聯(lián)？ 而有些常常由于結(jié)構(gòu)和工藝上的需要，而與其它零件剛性地連接在一起，16:18:291-1 運動副及其分類(平面) P.6 機構(gòu)構(gòu)件通過聯(lián)接運動副運動副兩個構(gòu)件之間直接接觸并能產(chǎn)生一定 形式相對運

2、動的(可動)聯(lián)接。 P.6第2段倒2運動副運動副兩構(gòu)件接觸形式兩構(gòu)件接觸形式 點、線接觸高副高副 面接觸 低副低副16:18:30 低副低副(lower pair)面接面接觸，應(yīng)力低。觸，應(yīng)力低。移動副移動副 (sliding pair)。例如：例如：轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副(revolute pair)（回轉(zhuǎn)副（回轉(zhuǎn)副16:18:30高副高副(high pair)點、線接觸，應(yīng)力大。點、線接觸，應(yīng)力大。例如：例如：滾動滾動副副(rolling pair)、凸輪副凸輪副(cam pair)、齒輪副齒輪副(gear pair)等。等。3. 3.其它其它：球面副；螺旋副：球面副；螺旋副( (空間運動副空間運動

3、副) )16:18:30運動副的分類：運動副的分類： 1)按引入的約束數(shù)分有：按引入的約束數(shù)分有： I級副級副II級副級副III級級副副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。解釋約束兩構(gòu)件在未構(gòu)成運動付之前，它們共有6個相對自由度而之后，它們之間的相對運動會受到約束，而自由度f=6-s兩構(gòu)件構(gòu)成運動付后所要受到的約束數(shù)最少為1，最多為516:18:30 2)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副平面運動平面運動 (Planar kinematic pair)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)。I

4、V級副級副例如：例如：球鉸鏈球鉸鏈(spherical pair)、拉桿天線、拉桿天線、螺旋、螺旋(screw pair)?？臻g運動副空間運動副空間運動空間運動 (Spatial kinematic pair)V級副級副1V級副級副V級副級副3兩者關(guān)聯(lián)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)。至少含有一個空間運動副的機構(gòu)。把構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件之間的相對運動為平面運動的運動副統(tǒng)稱為平面運動副。16:18:30運動鏈運動鏈兩個以上的構(gòu)件通過兩個以上的構(gòu)件通過運動副的聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。運動副的聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。閉式鏈閉式鏈(Close chain) 3. 運動鏈運動鏈 (Kinematic ch

5、ain) 開式鏈開式鏈(Open chain)如果組成運動鏈的各構(gòu)件構(gòu)成了首末封閉的系統(tǒng)16:18:304. 機構(gòu)機構(gòu)定義：定義：在運動鏈中，如果將其中某一構(gòu)件加以在運動鏈中，如果將其中某一構(gòu)件加以固定而成為機架，那么該運動鏈便成為機構(gòu)。固定而成為機架，那么該運動鏈便成為機構(gòu)。機架（打上陰影）機架（打上陰影）機構(gòu)的組成：機構(gòu)的組成：機構(gòu)機構(gòu)機架原動件機架原動件從動件從動件原原(主主)動件（用箭頭表示）動件（用箭頭表示）從動件從動件輸出從動件輸出從動件(output link)16:18:3023 平面機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)運動簡圖作用：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

6、況。機構(gòu)示意圖機構(gòu)示意圖(kinematic scheme)不按比例繪制的簡圖。不按比例繪制的簡圖?，F(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)。機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖(The kinematic diagram of a mechanism) 撇開與運動無關(guān)的構(gòu)件外形和運動副具體構(gòu)造，僅用撇開與運動無關(guān)的構(gòu)件外形和運動副具體構(gòu)造，僅用簡單簡單線條線條和和符號符號來表示來表示構(gòu)件構(gòu)件和和運動副運動副，并按，并按比例比例定出各運動副的位置，定出各運動副的位置，用以說明機構(gòu)中各構(gòu)件之間的用以說明機構(gòu)中各構(gòu)

7、件之間的相對運動關(guān)系相對運動關(guān)系的簡圖形。的簡圖形。16:18:30常用運動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級付幾何封閉16:18:30平平面面高高副副2121IV級副力封閉16:18:31Outer-meshed Cylindrical Gear Drive外嚙合圓柱齒輪傳動以下是一些常用以下是一些常用的高副，請同學(xué)的高副，請同學(xué)們記住這些高副們記住這些高副

8、的表示方法。的表示方法。16:18:31Inner-meshed Cylindrical Gear Drive內(nèi)嚙合行星齒輪傳動16:18:31Electric MotorCone Gear Drive錐齒輪傳動16:18:31Chain DriveWorm and Worm Gear Drive帶輪傳動16:18:31Chain DriveWorm and Worm Gear Drive鏈輪傳動16:18:31Rack and pinion齒輪齒條傳動齒輪齒條傳動16:18:31Chain DriveWorm and Worm Gear Drive蝸輪蝸桿蝸輪蝸桿傳動傳動16:18:31Ca

9、m DriveInner-meshed Ratchet MechanismCylindrical Gear DriveOuter-meshed Cylindrical Gear Drive凸輪傳動16:18:31常用機構(gòu)運動簡圖符號常用機構(gòu)運動簡圖符號 表表2-2 16:18:3116:18:3116:18:31構(gòu)件的表示方法構(gòu)件的表示方法與與零件數(shù)目無關(guān)！零件數(shù)目無關(guān)！ BAAB(a)(b) 構(gòu)件上只有構(gòu)件上只有LAB的值對運動分析有用。的值對運動分析有用。Only the value of the distance LAB between the centers of the two re

10、volutes is necessary for all kinematic analysis.BAAB(a)(b) 構(gòu)件是獨立的運動單元。構(gòu)件是獨立的運動單元。16:18:32一般構(gòu)件的表示方法：一般構(gòu)件的表示方法：獨立的運動單元。獨立的運動單元。 桿、軸構(gòu)件桿、軸構(gòu)件固定構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件同一構(gòu)件16:18:32三副構(gòu)件三副構(gòu)件 兩副構(gòu)件兩副構(gòu)件 一般構(gòu)件的表示方法一般構(gòu)件的表示方法 16:18:32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，而只考慮運動畫構(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)和與運動有關(guān)的尺寸副的性質(zhì)和與運動有關(guān)的尺寸。構(gòu)件的畫法應(yīng)滿足三個要求構(gòu)件的畫

11、法應(yīng)滿足三個要求 1.構(gòu)件采用簡單線條。構(gòu)件采用簡單線條。 2.運動副要用規(guī)定符號。運動副要用規(guī)定符號。 3.按比例畫出各運動副之間的距離。按比例畫出各運動副之間的距離。16:18:322、 機構(gòu)運動簡圖的繪制步驟：機構(gòu)運動簡圖的繪制步驟：作圖步驟：作圖步驟：1.1.分析結(jié)構(gòu)和相對運動分析結(jié)構(gòu)和相對運動 動作原理、構(gòu)件數(shù)動作原理、構(gòu)件數(shù)( (固定、活動固定、活動) )、運動、運動副數(shù)及類型副數(shù)及類型) )2.2.選擇視圖平面和比例尺選擇視圖平面和比例尺3.3.選擇原動件的一個位置，第一個畫地選擇原動件的一個位置，第一個畫地4.4.按表達方式作圖按表達方式作圖( (機構(gòu)演示機構(gòu)演示) )16:1

12、8:33(5) 5) 用數(shù)字標(biāo)出構(gòu)件，用字母標(biāo)出運動副。每用數(shù)字標(biāo)出構(gòu)件，用字母標(biāo)出運動副。每一個構(gòu)件，不管有多少零件組成，都只能有一一個構(gòu)件，不管有多少零件組成，都只能有一個序號。在一個構(gòu)件中的所有零件都用焊接符個序號。在一個構(gòu)件中的所有零件都用焊接符號表示它們是剛性連接。號表示它們是剛性連接。(6) (6) 計算自由度計算自由度Calculate and check degree Calculate and check degree of freedom.of freedom.(7) (7) 量取運動相關(guān)尺寸量取運動相關(guān)尺寸(8) (8) 選擇一個合適的比例尺，畫機構(gòu)運動簡圖選擇一個合適的

13、比例尺，畫機構(gòu)運動簡圖Select a suitable scale(Select a suitable scale(比例尺比例尺), then ), then draw the kinematic diagram of the draw the kinematic diagram of the mechanism.mechanism.16:18:33機架原動件從動件作圖步驟：作圖步驟：1.1.分析結(jié)構(gòu)和相對運動分析結(jié)構(gòu)和相對運動2.2.選擇視圖平面和比例尺選擇視圖平面和比例尺3.3.選擇原動件的一個位置，選擇原動件的一個位置，第一個畫地第一個畫地4.4.按表達方式作圖按表達方式作圖例1:16

14、:18:33例2:作圖步驟：作圖步驟：1.1.分析結(jié)構(gòu)和相對運動分析結(jié)構(gòu)和相對運動2.2.選擇視圖平面和比例尺選擇視圖平面和比例尺3.3.選擇原動件的一個位置，選擇原動件的一個位置，第一個畫地第一個畫地4.4.按表達方式作圖按表達方式作圖16:18:33Ex.1: 畫出內(nèi)燃機的畫出內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖Draw the kinematic diagram of the internal combustion engine(內(nèi)內(nèi)燃機燃機).畫之前，搞清機構(gòu)組畫之前，搞清機構(gòu)組成情況和運動傳遞路成情況和運動傳遞路線線16:18:33 2、第一步、第一步，畫出機架！這是很重要的一步，畫出機

15、架！這是很重要的一步16:18:33第二步，畫出原動件第二步，畫出原動件Draw the drivers(piston) 2 first.16:18:33第三步，第三步，按照運動傳遞路線按照運動傳遞路線弄清各個構(gòu)件之間弄清各個構(gòu)件之間的運動副，畫出各個構(gòu)件。的運動副，畫出各個構(gòu)件。and then draw driven links according to the route of motion transmission. Draw the coupler 16:18:34畫曲軸畫曲軸4和小齒輪和小齒輪4。Draw the crank 4 and pinion 4.16:18:34畫齒輪畫齒

16、輪5，凸輪，凸輪5和和5”。Draw the gear 5 , cams 5 and 5”.16:18:34畫出進氣閥：推桿畫出進氣閥：推桿6。 Draw the inlet valve 6 .16:18:34畫出排氣閥：推桿畫出排氣閥：推桿7。 Draw the outlet valve 7.16:18:34 第四步，標(biāo)出構(gòu)件序號，每個第四步，標(biāo)出構(gòu)件序號，每個構(gòu)件構(gòu)件，不管有多，不管有多少零件組成，都少零件組成，都只能有只能有1個序號個序號。123456755416:18:34第五步，用字母標(biāo)出運動副第五步，用字母標(biāo)出運動副The kinematic pairs are lettered.

17、 1234567ABCDEFD55416:18:34第六步：原動件的運動方向用箭頭表示。第六步：原動件的運動方向用箭頭表示。The input link is marked(記號記號) with an arrow(箭頭箭頭) in the direction of motion.1234567ABCDEFD55416:18:34 第七步第七步：多個零件如果屬于同一個構(gòu)件，要：多個零件如果屬于同一個構(gòu)件，要用焊接符號涂黑。用焊接符號涂黑。 All machine elements belonging to the same link in the kinematic diagram must b

18、e connected firmly(牢固地牢固地)by welding(焊焊接接) symbols.4D5A4E65C231D5B7F16:18:34圖(18)顎式破碎機 p.81.找固定件(1個) 、 原動件(1個) 、 從動件 2.找運動副 16:18:34鱷式破碎機鱷式破碎機例例4 4：當(dāng)曲柄當(dāng)曲柄1 1繞軸心繞軸心0 0連續(xù)回轉(zhuǎn)時，動鄂板連續(xù)回轉(zhuǎn)時，動鄂板5 5繞軸心繞軸心F F往復(fù)擺動，往復(fù)擺動，從而將礦石軋碎。繪制從而將礦石軋碎。繪制破碎機破碎機的的機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖。123456ABCDEFG將破碎機的組成情況搞清楚后，再選定視圖平面和比例尺，并根據(jù)該機構(gòu)的運動尺寸定出0

19、,A,B,C,D,E,F的位置，畫出各轉(zhuǎn)動副和表示各構(gòu)件的線段作業(yè)：2-12， p.2416:18:34圖1-9 活塞泵 p.916:18:3513平面機構(gòu)的自由度 p.9一一. .自由構(gòu)件的自由度自由構(gòu)件的自由度 p.9第9(大) 自由構(gòu)件作平面運動二二. . 運動副引入的約束運動副引入的約束: 三個自由度三個自由度(三個獨立運 動的可能性)自由構(gòu)件作空間運動 六個自由度引入兩個兩個約束引入一個一個約束ttnn三三. . 平面機構(gòu)的自由度平面機構(gòu)的自由度低副低副(轉(zhuǎn)動副、移動副）高副高副1216:18:35三三. . 平面機構(gòu)的自由度平面機構(gòu)的自由度（）(F0)當(dāng)原動件的數(shù)目當(dāng)原動件的數(shù)目機

20、構(gòu)有確定運動機構(gòu)有確定運動 (F=0(F=0不動；多于不確定不動；多于不確定; ;少于破壞）少于破壞）(1)計算式： （1 11 1） 活動構(gòu)件數(shù)（原動件從動件）活動構(gòu)件數(shù)（原動件從動件） 低副數(shù)目低副數(shù)目 高副數(shù)目高副數(shù)目(2)(2)機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件: :(3)(3)計算平面機構(gòu)自由度的注意事項計算平面機構(gòu)自由度的注意事項: :16:18:351. 1.例圖例圖(1 (110)10) p.11 K=5, n=K1=4, PL=5, 原動件數(shù)=1 F=3n2PLPH=3425=2 F F 原動件數(shù)原動件數(shù) 機構(gòu)運動不確定機構(gòu)運動不確定 2. 2.例圖例圖(1 (11

21、1)11) K=4, n=K1=3,原動件數(shù)=2 ，PL=4 F=3n2PLPH=3324=1 F F 原動件數(shù)原動件數(shù) 桿桿2 2被拉斷被拉斷3. 3.例圖例圖(1 (112) 12) F=0 F=0 機構(gòu)不動機構(gòu)不動K=5, n=K1=4, PL=6F=3n2PLPH=3426=0216:18:35例11:修改手動沖床的設(shè)計修改手動沖床的設(shè)計n=2,PL=3F=0n=3,PL=4, F=1減少一個約束減少一個約束增加一個自由度增加一個自由度n=2 , PL=2, PH=1 F=116:18:35(3) 計算平面機構(gòu)自由度的注意事項：11123123412356F=3527=1F=3526=

22、3？圖圖(1 (111)11) : :直線機構(gòu)（圓盤鋸）F=37260=9？F=372100=12.局部自由度3.虛約束 兩個以上（m個）的構(gòu)件在同一軸線上用轉(zhuǎn)動副聯(lián)接實際轉(zhuǎn)動副個, (Lm1) 引入約束(m)1235641.復(fù)合鉸鏈F=3527=1例例12: 12: 16:18:352.2.局部自由度局部自由度 P.11第16圖210某些構(gòu)件的（不影響其他構(gòu)件運動的）獨立的運動 多余自由度計算時排出(活動構(gòu)件)不計除去不計F= 3F= 33 32 23 31 1 = 2 = 2 ? ?F= 3F= 32 22 22 21 1 = 1 = 1局部自由度除去不計局部自由度除去不計16:18:35

23、對機構(gòu)運動不起限制作用的重復(fù)約束3.3.虛約束虛約束 P.12兩構(gòu)件組成多個重復(fù)的運動副 (平行的)移動副、(軸線重合)轉(zhuǎn)動副 機構(gòu)中對傳遞運動不起獨立作用的對稱部分F=32231= 1？F=32221=1F=33232=1F=34244= 0？虛虛虛虛圖圖1 11616虛虛16:18:35EF3.運動時，兩構(gòu)件上的兩點距離始終不變運動時，兩構(gòu)件上的兩點距離始終不變(distance (distance is constant)is constant)。16:18:354.兩構(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(two(two higher pairs who

24、se common normal coincide) higher pairs whose common normal coincide)。如如等寬凸輪等寬凸輪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 revolute pairsrevolute pairs sliding pairssliding pairs32-22-11=116:18:36解解: 1.如不考慮上述因素，解得：K=9, n=K1=8原動件數(shù) F 機構(gòu)運動不確定結(jié)論錯誤！2.重解重解： n=7，原動件數(shù)= F 機構(gòu)有確定運動PL=10，PH=1，原動件數(shù)=

25、2 F=3n2PLPH=382101=3PL=9，PH=1F=3729 1=2123456789局虛復(fù)合例例: :圖圖1-17 1-17 P P131316:18:36B2I9C 3A1J6H87DE4FG5例題計算圖示包裝機送紙機構(gòu)的自由度。p17分析：活動構(gòu)件數(shù)(moving links) n(moving links) n：A1B2I9C 3J6H87DE4FG592復(fù)合鉸鏈(compound hinge):(compound hinge):局部自由度(passive DOF)(passive DOF)：2 虛約束(redundant (redundant constraints): c

26、onstraints): 1I8去掉局部自由度和虛約束后： n =6PL =7F=3n 2PL PH =36 27 3 =1PH =316:18:36例1-12 p.18： 解得:8,局部自由度1個32 3821111原動件數(shù)1 機構(gòu)有確定運動局虛復(fù)L11, 1，虛約束1個,復(fù)合鉸鏈1個。16:18:3727 機構(gòu)的組成原理及其結(jié)構(gòu)分類一、機構(gòu)的組成原理(composition principle of (composition principle of mechanism) mechanism) a)原動件作移動(sliding)(sliding)(如直 線電機、流體壓力作動力)。21 b)

27、原動件作轉(zhuǎn)動(revolute)(revolute)(如 電動機)。211.基本機構(gòu)(basic mechanism)(basic mechanism) 由一個原動件(driving links)(driving links)、一個機架(frame)(frame)和一個低副(lower pair)(lower pair)組成的機構(gòu)。16:18:372.基本桿組(Assur groups)(Assur groups)定義：最簡單的F0的構(gòu)件組(運動鏈)，稱為基本桿組 或阿蘇爾桿組。(Assur groups)(Assur groups)。機構(gòu)具有確定運動的條件是原動件數(shù)自由度(0)。F=1F=0

28、 現(xiàn)設(shè)想將機構(gòu)中的原動件和機架分離出來，其F1。剩下的構(gòu)件組(運動鏈)必有F0。將構(gòu)件組(運動鏈)繼續(xù)拆分成更簡單F0的構(gòu)件組(運動鏈)，直到不能再拆為止。我們知道因此，16:18:37推論：任何一個平面機構(gòu)都可以看作是由若干個基本桿組依次連接于原動件和機架上而構(gòu)成的。P18 Any mechanism can be assembled a basic mechanism by connecting Assur groups, group by group.機構(gòu)的組成原理： 機構(gòu)基本機構(gòu)（原動件和機架）基本桿組 mechanism basic mechanism + Assur groups注

29、意!在桿組并接時，不能將同一桿組的各個外接運動副接于同一構(gòu)件上，否則將起不到增加桿組的作用。16:18:37二、結(jié)構(gòu)分類( (classification structure)設(shè)基本桿組中有n個構(gòu)件，則由條件F0有： F3n2PLPH0 PL3n/2 (低副機構(gòu)中PH0 ) PL 為整數(shù)(integer)， n只能取偶數(shù)(even)。 n 2 4 n4 已無實例了! PL 3 6 n=2 的桿組稱為級組(grade Assur groups or dyad)應(yīng)用最廣而又最簡單的基本桿組。共有 5 種類型最簡單的基本桿組是由2個構(gòu)件和3個低副構(gòu)成的，把這種基本桿組稱為II級組16:18:37 n

30、=4 （PL6）的桿組有以下三種類型: 以上三種形式稱為級組(grade Assur groups)。結(jié)構(gòu)特點：其中一個構(gòu)件有三個運動副。典型級組(grade Assur groups or dyad)：16:18:37內(nèi)端副(inner pairs)桿組內(nèi)部相聯(lián)。外端副(outer pairs)與組外構(gòu)件相聯(lián)。機構(gòu)命名方式 平面運動副，空間運動副 按所含最高桿組級別命名，如級機構(gòu)，級機構(gòu)(grade mechanism，grade mechanism)等。把由最高級別為II級組的基本桿組構(gòu)成的機構(gòu)稱為II級機構(gòu)16:18:373.結(jié)構(gòu)分析：舉例：將圖示八桿機構(gòu)拆分成基本機構(gòu)和基本桿組。713

31、2456835F=3n 2PL PH =37 210 0 18:37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)。16:18:3771324568舉例：將圖示八桿機構(gòu)拆分成基本機構(gòu)和基本桿組。級機構(gòu)(grade mechanism)級桿組級桿組基本機構(gòu)354567231816:18:37或級機構(gòu)級機構(gòu)1324568(grade mechanism)(grade mechanism)7352143578621435678結(jié)論：機構(gòu)的級別與原動件的選擇有關(guān)。幾級機構(gòu)？2-2316:18:37 本章重

32、點(chapter stress)： 機構(gòu)運動簡圖的測繪方法。 (method for drawing the kinematic (method for drawing the kinematic diagram of a mechanism)diagram of a mechanism) 自由度的計算。 (calculate the degree of freedom a (calculate the degree of freedom a mechanism)mechanism) 機構(gòu)的組成原理。 (composition principle of mechanism)(composit

33、ion principle of mechanism)16:18:37習(xí)題課習(xí)題課16:18:37Ex.3234122334411圓盤圓盤2套在套在滑塊滑塊3孔內(nèi)，滑塊孔內(nèi)，滑塊3在在圓盤圓盤4的槽中的槽中滑動，滑動，圓盤圓盤4相相對于機架對于機架1轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動。16:18:3723412233441116:18:371234例例5：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ABCD定出各轉(zhuǎn)動副的位置和移動副導(dǎo)路的方位。25 2-1316:18:38Fig2Fig24747F=3n 2PL PH =1 =36273Fig2Fig24949F=3n 2PL PH =1 =3729

34、216:18:38F=3n 2PL PH =1 =382111F=3n 2PL PH =2 =3424216:18:38例題例題10 ：Calculate the DOF of the mechanism.16:18:38(1) C 點是構(gòu)件 4、5、7的復(fù)合鉸鏈.1234567ABCDEF(2) A點是構(gòu)件 1、2、7的復(fù)合鉸鏈. (3) 滾子處有局部自由度，把滾子焊接在構(gòu)件6上，構(gòu)件5 和6之間仍然剩下1個轉(zhuǎn)動副. F=3n-2PL-Ph=36 -28 -1=116:18:38例題例題11 ：AB EC FD. Calculate the DOF of the mechanism.ABCD

35、EFGHK16:18:38 構(gòu)件構(gòu)件EC,轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副E,C構(gòu)成了虛約束。去掉后構(gòu)成了虛約束。去掉后剩下剩下6個活動構(gòu)件個活動構(gòu)件.ABCDEFGHK123456716:18:38 D 點是構(gòu)件點是構(gòu)件 2, 3, 4的復(fù)合鉸鏈的復(fù)合鉸鏈.ABCDEFGHK123456716:18:38 滾子處有局部自由度，滾子處有局部自由度，4和和5之間只有之間只有1個高副個高副ABCDEFGHK123456716:18:38 5和6之間也只有1個高副（虛約束） There is only one higher pair between cam 6 and link 5.ABCDEFGHK123456716

36、:18:38 F=3n-2PL-Ph=36 -27 -2=2. ABCDEFGHK1234567 需要2個原動件Needs two drivers.16:18:3816:18:38直動滑桿機構(gòu)的應(yīng)用手搖唧筒手搖唧筒1B24AC3E(d)16:18:38回轉(zhuǎn)柱塞泵回轉(zhuǎn)柱塞泵16:18:3816:18:38正弦機構(gòu)的應(yīng)用正弦機構(gòu)的應(yīng)用ABC4X1R3216:18:3816:18:3816:18:3816:18:3816:18:3816:18:3816:18:3816:18:383.2.5 瞬心法的應(yīng)用瞬心法的應(yīng)用 ：Ex.1. 已知曲軸已知曲軸1的角速度的角速度 1 。如下圖。如下圖所示。所示。T

37、he angular velocity 1 of crank 1 is given. For the position shownABCD142F13(1) 在機構(gòu)中標(biāo)出所有瞬心。在機構(gòu)中標(biāo)出所有瞬心。locate all instant centres for the mechanism16:18:38n步驟：步驟：n1、算出所有瞬心的個數(shù)、算出所有瞬心的個數(shù)n2、用直接觀察法找出運動副之、用直接觀察法找出運動副之間的瞬心間的瞬心n3、按照三心定理找出其他瞬心、按照三心定理找出其他瞬心16:18:38ABCD(P14)(P )121P23432(P )F134 注意：注意：移動副的垂線可以通

38、過移動副的垂線可以通過任何點！任何點！16:18:38ABCD(P14)(P )121P23432(P )F13413P16:18:38ABCD(P14)(P )121P23432(P )F13416:18:39ABCD(P14)(P )121E P )13P23432(P )F1(3416:18:39 根據(jù)三心定理，根據(jù)三心定理，P24 在在P12P14.上。上。 ABCD(P14)(P )121E P )13P24P23432(P )F1(3416:18:39P24 不僅在不僅在P12P14 上上,而且在而且在P23P34上。上。 P23P34 通過點通過點P34 且平行于且平行于BF.

39、ABCD(P14)(P )121E P )13P23432(P )F1(3416:18:39ABCD(P14)(P )121E P )13G(P )24P23432(P )F1(34P12P14 和和 P23P34 的交點的交點G是是2，4的瞬心的瞬心 P24.16:18:39ABCD(P14)(P )121E P )13G(P )24P23432(P )F1(34利用機架利用機架4！ P34、P13、P14 在同一條直線在同一條直線上。上。Take advantage of(利用利用) the frame 4! lie on a straight line.(2) 求傳動比求傳動比 3 /

40、1.我們用例題說明根據(jù)速度瞬心的概念我們用例題說明根據(jù)速度瞬心的概念對機構(gòu)進行速度分析的方法。對機構(gòu)進行速度分析的方法。16:18:39ABCD(P14)(P )121E P )13G(P )24P23432VVE1E33(P )F1(343= 1LAE/LDE= 1P13P14/P13P34利用機架利用機架4！ P34、P13、P14 在同一條直線上。在同一條直線上。 VE1=VE3, 1LAE= 3LDE，(2) 求傳動比求傳動比 3 / 1.L的長度的長度按圖量按圖量取。取。Measure dimension graphically!16:18:39ABCD(P14)(P )121E P

41、 )13G(P )24P23432VVE1E33(P )F1(34(in ccw Counter Clockwise)逆時針方向轉(zhuǎn)動逆時針方向轉(zhuǎn)動)(2) 求傳動比求傳動比 3 / 1.注意！相對瞬心在兩絕對瞬心一邊，則角速注意！相對瞬心在兩絕對瞬心一邊，則角速度同向，如果瞬心在中間，則角速度反向。度同向，如果瞬心在中間，則角速度反向。16:18:39ABCD(P14)(P )121E P )13G(P )24P23432VVE1E33(P )F1(3416:18:39 由于構(gòu)件由于構(gòu)件2和和3組成了移動副，有組成了移動副，有 2 3. （方向都是（方向都是逆時針逆時針）Since links

42、 2 and 3 are connected by a sliding pair, 2 3. (both in CCW)ABCD(P14)(P )121E P )13G(P )24P23432VVE1E33(P )F21(34(3) 求構(gòu)件求構(gòu)件2上上F點的速度點的速度VF 16:18:39(3) 求構(gòu)件求構(gòu)件2上上F點的速度點的速度VF 由于構(gòu)件由于構(gòu)件2與機架與機架4的旋轉(zhuǎn)中心是的旋轉(zhuǎn)中心是 P24(G) ，因此因此VF= 2LGF. VF GF ABCD(P14)(P )121E P )13G(P )24P23VF432VVE1E33(P )F21(3416:18:39 在此機構(gòu)中，在此

43、機構(gòu)中，P34、P14和和 P24 是絕對瞬心是絕對瞬心（absolute instant centres），）， P13、P12和和 P23 是是相對瞬心（相對瞬心（ relative instant centres）. 注意：雖注意：雖然點然點P24 速度為速度為0，但它的加速度不為，但它的加速度不為0！ABCD(P14)(P )121E P )13G(P )24P23VF432VVE1E33(P )F21(3416:18:3916:18:39123465P24P13P15P25P26P35舉例：舉例：求圖示六桿機構(gòu)的速度瞬心求圖示六桿機構(gòu)的速度瞬心(find the instant (f

44、ind the instant centre of six-bar mechanismcentre of six-bar mechanism)。解：瞬心數(shù)為：解：瞬心數(shù)為：n=6 Nn=6 Nn(n-1)/2n(n-1)/215151.作瞬心多邊形圓作瞬心多邊形圓2.直接觀察求瞬心直接觀察求瞬心3.三心定律求瞬心三心定律求瞬心P46P36123456P14P23P12P16P34P56P4516:18:39 小結(jié): 一.基本概念:機器、機構(gòu)、構(gòu)件、零件、 運動副(定義,判斷) 、瞬心 二.基本內(nèi)容: 1.自由度計算 2.計算自由度應(yīng)注意事項 3.繪制運動簡圖 4.機構(gòu)具有確定運動的條件 5.瞬

45、心的求法 16:18:3916:18:39123AO1Ex.3-2 如圖所示是一個如圖所示是一個直動滾子從動件的直動滾子從動件的凸輪機構(gòu)，凸輪是凸輪機構(gòu)，凸輪是一個圓盤一個圓盤. 假設(shè)凸輪角速度假設(shè)凸輪角速度 1 已已知知,求如圖所示從動件求如圖所示從動件2的的速度速度 V2.16:18:39 轉(zhuǎn)子有一個轉(zhuǎn)子有一個 passive DOF(局部自局部自由度由度). 如果轉(zhuǎn)子焊接如果轉(zhuǎn)子焊接在從動件在從動件2上面，從上面，從動件的速度不會改變。動件的速度不會改變。 123AO116:18:39 轉(zhuǎn)動瞬心轉(zhuǎn)動瞬心 P12 在過構(gòu)件在過構(gòu)件1、2接接觸點觸點C的公法線的公法線 (common nor

46、mal )n-n 上。上。 12123AB(P)O1nCn16:18:39 注意：注意：0點，點，C點點都不是構(gòu)件都不是構(gòu)件1、2的的瞬心！瞬心！Note: Neither the centre O of the circle nor the contact point C is the instant centreP12. P12 和和P13 和和 P23.在在同一直線上。同一直線上。 P23P13 和和 n-n 的交的交點點B就是瞬心就是瞬心 P12.23113P12P23P12123P23AB(P)()P13O1nCn16:18:39 由于從動件 2 是 translating(平動),

47、 所以構(gòu)件2上的點速度都相同，都是 V2. 23113P12P23P12123P23AB(P)()P13O1nCn16:18:39由于從動件由于從動件 2 是是 translating(平平動動), 所以構(gòu)件所以構(gòu)件2上的點速度都相上的點速度都相同，都是同，都是 V2. 32B1(11)12P()P12231213P23P13P23PnnACOBV V所以有所以有 V2 =VB2 =VB1= 1*LAB.23113P12P23P12123P23AB(P)()P13O1nCn16:18:4016:18:40結(jié)論結(jié)論(Conclusion(Conclusion ) ): :兩構(gòu)件的角速度之比等于絕

48、對瞬心至相對瞬心的兩構(gòu)件的角速度之比等于絕對瞬心至相對瞬心的 距離之距離之反比反比(the ratio of angular velocities between(the ratio of angular velocities between any two moving links i and j is equal to the inverse any two moving links i and j is equal to the inverse ratio of the two distances between the relative ratio of the two distanc

49、es between the relative instant centre and to absolute instant centres) instant centre and to absolute instant centres)。角速度的方向為：角速度的方向為： 相對瞬心位于兩絕對瞬心相對瞬心位于兩絕對瞬心之外之外時，兩構(gòu)件時，兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相同轉(zhuǎn)向相同。相對瞬心位于兩絕對瞬心相對瞬心位于兩絕對瞬心之間之間時，兩構(gòu)件時，兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相反轉(zhuǎn)向相反。（If the relative instant centre lies between the two If the relative inst

50、ant centre lies between the two absolute instant centres, then the direction of two absolute instant centres, then the direction of two links are different. Otherwise, the direction of two links are different. Otherwise, the direction of two links are the samelinks are the same）. .16:18:404.4.用瞬心法解題

51、步驟用瞬心法解題步驟(step)(step)繪制機構(gòu)運動簡圖繪制機構(gòu)運動簡圖(drawing kinematics (drawing kinematics diagram of a mechanismdiagram of a mechanism) )；求瞬心的求瞬心的位置位置(locate all instant (locate all instant centrescentres) )；利用已知利用已知的構(gòu)件的構(gòu)件求相對瞬心的速度（相求相對瞬心的速度（相對瞬心上速度相等）對瞬心上速度相等）利用機架利用機架求構(gòu)件的角速度求構(gòu)件的角速度 。16:18:40瞬心法的優(yōu)缺點(advantages a

52、nd disadvantages)適合于求簡單機構(gòu)的速度(velocity analysis of simple mechanisms)，機構(gòu)復(fù)雜時因瞬心數(shù)急劇增加而求解過程復(fù)雜。 有時瞬心點落在紙面外(sometime the instant centrelie off the paper)。僅適于求速度v,應(yīng)用有一定局限性(only can be used in velocity analysis)。作業(yè)3-316:18:40 本章重點本章重點(chapter stress)(chapter stress)： 機構(gòu)運動簡圖的測繪方法。機構(gòu)運動簡圖的測繪方法。 (method for drawing the kinematic diagram (method for drawing the kinematic diagram of a mechanism) of a mechanism) 自由度的計算。自由度的計算。 (calculate the degree of freedom a mechanism)(calculate the degree of freedom a mechanism) 機構(gòu)的組成原理。機構(gòu)的組成原理。 (composition principle of mechanism)(composition principle of mechanism)16