第2章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖及自由度計(jì)算

1、機(jī)機(jī) 械械 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 基基 礎(chǔ)礎(chǔ)薛銅龍薛銅龍 主編主編河南理工大學(xué)河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2011 年年 9 月月電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社普通高等教育普通高等教育“十二五十二五”機(jī)電類規(guī)劃教材機(jī)電類規(guī)劃教材第第2 2章章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖及自由度計(jì)算平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖及自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2 2 在設(shè)計(jì)新機(jī)器和研究機(jī)器的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力特性時(shí)，常采用機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡圖來對比各種設(shè)計(jì)方案，按照運(yùn)動(dòng)要求確定機(jī)器組成構(gòu)件的主要尺寸，按照強(qiáng)度條件和工作情況確定機(jī)構(gòu)各部分的詳細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸。 機(jī)械系統(tǒng)要完成

2、比較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，一般都需要將若干個(gè)機(jī)構(gòu)根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)配合的要求組合起來，因此機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡圖也是機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡圖。 機(jī)械（機(jī)構(gòu)）系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡圖是用規(guī)定的符號，繪出能準(zhǔn)確表達(dá)機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間的相對運(yùn)動(dòng)關(guān)系及運(yùn)動(dòng)特征的簡單圖形。 機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)簡圖設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品十分重要的內(nèi)容，正確、合理地設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)簡圖，對于滿足機(jī)械產(chǎn)品的功能要求，提高性能和質(zhì)量，降低制造成本和使用費(fèi)用等是十分重要的。第2章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖及自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院3 3第2章 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖及自由度計(jì)算 21 機(jī)構(gòu)的組成 22 平面

3、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 23 平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 24 平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院4 4是組成機(jī)械的各個(gè)相對運(yùn)動(dòng)的單元。2.1.1 構(gòu)件構(gòu)件：2-1 機(jī)構(gòu)的組成構(gòu)件與零件的區(qū)別：構(gòu)件是機(jī)械中的運(yùn)動(dòng)單元，零件是制造單元，構(gòu)件可以是一個(gè)零件也可以由多個(gè)零件組成自由度：構(gòu)件相對于參考系統(tǒng)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。三維空間構(gòu)件二維空間構(gòu)件20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院5 5構(gòu)件和構(gòu)件之間既要相互連接（接觸）在一起，又要有相對運(yùn)動(dòng)。而兩構(gòu)件之間這種可動(dòng)的連接

4、（接觸）就稱為運(yùn)動(dòng)副。運(yùn)動(dòng)副元素：兩構(gòu)件上直接參加接觸構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的部分。2.1.2 運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副：2-1 機(jī)構(gòu)的組成20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院6 6運(yùn)動(dòng)副的分類2-1 機(jī)構(gòu)的組成1）按其引入的約束數(shù)目分：級副、級副、級副。2）按其接觸形式分高副：點(diǎn)、線接觸的運(yùn)動(dòng)副低副：面接觸的運(yùn)動(dòng)副3）按其相對運(yùn)動(dòng)形式分轉(zhuǎn)動(dòng)副（回轉(zhuǎn)副或鉸鏈）移動(dòng)副螺旋副球面副運(yùn)動(dòng)副還可分為平面運(yùn)動(dòng)副與空間運(yùn)動(dòng)副兩類。20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院7 7按兩構(gòu)件接觸情況，常分為低副、高副兩大類。 1.

5、低副 兩構(gòu)件以面接觸而形成的運(yùn)動(dòng)副。 (1) 轉(zhuǎn)動(dòng)副：只允許兩構(gòu)件作相對轉(zhuǎn)動(dòng)，又稱作鉸鏈。 a)固定鉸鏈平面運(yùn)動(dòng)副2-1 機(jī)構(gòu)的組成20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院8 8b)活動(dòng)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副2-1 機(jī)構(gòu)的組成20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院9 9(2) 移動(dòng)副：只允許兩構(gòu)件作相對移動(dòng)。移動(dòng)副2-1 機(jī)構(gòu)的組成20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院10102.高副 兩構(gòu)件以點(diǎn)或線接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。凸輪副2-1 機(jī)構(gòu)的組成20

6、112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院1111齒輪副2-1 機(jī)構(gòu)的組成20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院1212空間運(yùn)動(dòng)副若兩構(gòu)件之間的相對運(yùn)動(dòng)均為空間運(yùn)動(dòng)，則稱為空間運(yùn)動(dòng)副。螺旋副球面副2-1 機(jī)構(gòu)的組成20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院13132-1 機(jī)構(gòu)的組成運(yùn)動(dòng)鏈構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副的連接而構(gòu)成的相對可動(dòng)的系統(tǒng)。閉式運(yùn)動(dòng)鏈 （簡稱閉鏈）開式運(yùn)動(dòng)鏈 （簡稱開鏈）1234平面閉式運(yùn)動(dòng)鏈1234空間閉式運(yùn)動(dòng)鏈1234平面開式運(yùn)動(dòng)鏈12

7、345空間開式運(yùn)動(dòng)鏈20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院14142-1 機(jī)構(gòu)的組成2.1.3 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)：是指具有確定相對運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件組合體。構(gòu)成機(jī)構(gòu)三要素：構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副、相對運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈中，如有將其某一構(gòu)件加以固定而成為機(jī)架，則該運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)。平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)1234機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件 機(jī) 架機(jī)構(gòu)中的固定構(gòu)件。 一般機(jī)架相對地面固定不動(dòng)，但當(dāng)機(jī)構(gòu)安裝在運(yùn)動(dòng)的機(jī)械上時(shí)則是運(yùn)動(dòng)的。 原動(dòng)件按給定已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件；常以轉(zhuǎn)向箭頭表示。從動(dòng)件機(jī)構(gòu)中其余活動(dòng)構(gòu)件。其運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定于原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的尺寸。20112011年年0

8、606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院15152-1 機(jī)構(gòu)的組成零件構(gòu)件運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)機(jī)器機(jī)械制造單元運(yùn)動(dòng)單元直接接觸，可動(dòng)聯(lián)接一個(gè)或多個(gè)剛性聯(lián)接構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接形成的可動(dòng)系統(tǒng)其中一個(gè)構(gòu)件固定為機(jī)架統(tǒng)稱一個(gè)或多個(gè)按一定的運(yùn)動(dòng)要求具有確定相對運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件組合許多獨(dú)立的零件組成幾個(gè)術(shù)語及其關(guān)系20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院16161）低副 構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，如下圖表示。圖垂直于回轉(zhuǎn)軸線時(shí)用圖a表示；圖面不垂直于回轉(zhuǎn)軸線時(shí)用圖b表示。表示轉(zhuǎn)動(dòng)副的圓圈，其圓心必須與回轉(zhuǎn)軸線重合。一個(gè)構(gòu)件具有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，則

9、應(yīng)在兩條交叉處涂黑，或在其內(nèi)畫上斜線，圖c所示。2-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖2.2.1 運(yùn)動(dòng)副及構(gòu)件的表示方法 轉(zhuǎn)動(dòng)副：20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院1717移動(dòng)副：兩構(gòu)件組成移動(dòng)副，其導(dǎo)路必須與相對移動(dòng)方向一致。2-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院18182） 平面高副 兩構(gòu)件組成平面高副時(shí)，其運(yùn)動(dòng)簡圖中應(yīng)畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓，對于凸輪、滾子，習(xí)慣劃出其全部輪廓；對于齒輪，常用點(diǎn)劃線劃出其節(jié)圓。2-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖20112011年年0606月月

10、河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院19192-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖3） 構(gòu)件20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2020機(jī)架AB機(jī)架和活動(dòng)構(gòu)件通過轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接機(jī)架和活動(dòng)構(gòu)件通過移動(dòng)副聯(lián)接2-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2121兩個(gè)活動(dòng)構(gòu)件聯(lián)接2-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2222兩副構(gòu)件(一個(gè)構(gòu)件和兩個(gè)外副)注：點(diǎn)劃線表示與其聯(lián)接的其他構(gòu)件2-2

11、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2323兩副構(gòu)件(一個(gè)構(gòu)件和兩個(gè)外副)2-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2424偏心輪AB12BA212-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2525三副構(gòu)件(一個(gè)構(gòu)件和三個(gè)外副)2-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2626三副構(gòu)件(一個(gè)構(gòu)件和三個(gè)外副)

12、2-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院27272-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖符號20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院28282.2.2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制 任何一個(gè)機(jī)構(gòu)都是有若干構(gòu)件組成，這些構(gòu)件可以分為三類：原動(dòng)件、機(jī)架（即固定件）、從動(dòng)件。將機(jī)構(gòu)中作用有驅(qū)動(dòng)力或力矩的構(gòu)件稱為原動(dòng)件，有時(shí)也可以把運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的構(gòu)架稱為原動(dòng)件；機(jī)構(gòu)中固結(jié)于參考系的構(gòu)件稱為機(jī)架，機(jī)構(gòu)中除了原動(dòng)件和機(jī)架以外的構(gòu)件通稱為從動(dòng)件。2-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖20112011年

13、年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2929 繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡圖的步驟1）分析運(yùn)動(dòng)情況，確定構(gòu)件的類型及其數(shù)目；2）叢原動(dòng)件開始，按運(yùn)動(dòng)傳遞順序確定各運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目；3）選擇視圖平面；4）選取適當(dāng)?shù)谋壤?，確定個(gè)運(yùn)動(dòng)副的相對位置；5）用規(guī)定的符號畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，通常用阿拉伯?dāng)?shù)字表示構(gòu)件，用大寫英文字母表示運(yùn)動(dòng)副，用箭頭表示原動(dòng)件。2-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院3030例 試?yán)L制內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖2-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖20112011年年0606月月河南理工大學(xué)

14、機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院3131氣缸體1機(jī)架活塞2進(jìn)氣閥3排氣閥4連桿5曲軸6凸輪7(兩件)頂桿8(兩件)齒輪9解：1）分析運(yùn)動(dòng)，確定構(gòu)件的類型和數(shù)量 2）確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目 3）選擇視圖平面 4）選取比例尺，根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸，定出各運(yùn)動(dòng)副間的相對位置 5）畫出各運(yùn)動(dòng)副和機(jī)構(gòu)符號，并表示出各構(gòu)件2-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院32322-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院33332-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖練習(xí)

15、： 三種形式液壓泵的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院3434選擇機(jī)架提取構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)尺寸確定比例尺選擇機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中的一個(gè)狀態(tài)確定各運(yùn)動(dòng)副位置，繪圖編號：A、B、C 表示運(yùn)動(dòng)副 1、2、3 表示構(gòu)件 O1、O2表示固定轉(zhuǎn)軸 原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向2-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖練習(xí)： 小型壓力機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院3535壓床曲柄滑塊機(jī)構(gòu)簡圖火車上驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡圖2-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)

16、械與動(dòng)力工程學(xué)院36362-3 平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件實(shí)例分析 11給定構(gòu)件1運(yùn)動(dòng)參數(shù) = (t)構(gòu)件2、3的運(yùn)動(dòng)是確定的 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)是指該機(jī)構(gòu)在原動(dòng)件給定以后，所有從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)是完全確定的。四桿機(jī)構(gòu)20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院3737給定構(gòu)件1運(yùn)動(dòng)參數(shù) ，構(gòu)件2、3、4的運(yùn)動(dòng)是不確定的 11t 再給定構(gòu)件4運(yùn)動(dòng)參數(shù) ，構(gòu)件2、3的運(yùn)動(dòng)是確定的 t442-3 平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件五桿機(jī)構(gòu)20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院3838機(jī)構(gòu)的自由度：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)

17、時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：機(jī)構(gòu)原動(dòng)件個(gè)數(shù)等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目。 原動(dòng)件數(shù)自由度數(shù)，機(jī)構(gòu)無確定運(yùn)動(dòng) 原動(dòng)件數(shù)自由度數(shù)，機(jī)構(gòu)在薄弱處損壞 2-3 平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院39392.4.1 平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算 一個(gè)平面構(gòu)件未用運(yùn)動(dòng)副與其它構(gòu)件連接之前，有三個(gè)自由度。當(dāng)用運(yùn)動(dòng)副連接后，構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)受到約束，失去一些自由度。運(yùn)動(dòng)副不同，失去的自由度數(shù)目和保留的自由度數(shù)目也不同。一個(gè)平面低副引入2個(gè)約束，高副引入1個(gè)約束。2-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算 自由度是指構(gòu)件相對于

18、參考坐標(biāo)系所具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院4040計(jì)算公式n：機(jī)構(gòu)中活動(dòng)構(gòu)件數(shù)； Pl ：機(jī)構(gòu)中低副數(shù)； Ph ：機(jī)構(gòu)中高副數(shù)； F ：機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)；F = 3n - 2Pl - Ph 計(jì)算實(shí)例 n = 3, Pl = 4, Ph = 0 F = 3n - 2Pl - Ph =33 - 2Pl - Ph =33 - 24 - 0設(shè)則= 1 2-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院4141計(jì)算實(shí)例 n =5, Pl = 7, Ph

19、 = 0 F = 3n 2Pl Ph = 35 27 0= 1解：2-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院42422.4.2 自由度計(jì)算時(shí)應(yīng)注意的幾種情況 1.復(fù)合鉸鏈2.局部自由度 3.虛約束 兩個(gè)以上構(gòu)件在同一軸線處用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，就形成了復(fù)合鉸鏈。 個(gè)別構(gòu)件所具有的，不影響整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的自由度稱為局部自由度。 重復(fù)出現(xiàn)的，對機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立限制作用的約束稱為虛約束。 4.虛約束常見情況及處理方法 5.虛約束對機(jī)構(gòu)的影響 2-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河

20、南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院4343三個(gè)構(gòu)件在同一軸線處，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。推理：m個(gè)構(gòu)件時(shí)，有m 1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。 2-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院4444慣性篩機(jī)構(gòu)C處為復(fù)合鉸鏈計(jì)算中注意觀察是否有復(fù)合鉸鏈，以免漏算轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)目，出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤。n = 5, Pl = 7, Ph = 0= 35 -27 0 = 1F = 3n - 2Pl Ph2-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院4545滾子的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度并不影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，屬局部自

21、由度。 計(jì)入局部自由度時(shí) n = 3, Pl = 3, Ph = 1 F =33 - 2- 1 = 2 與實(shí)際不符2-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院4646 應(yīng)除去局部自由度，即把滾子和從動(dòng)件看作一個(gè)構(gòu)件。處理方法 實(shí)際結(jié)構(gòu)上為減小摩擦采用局部自由度，“除去”指計(jì)算中不計(jì)入，并非實(shí)際拆除。教材圖教材圖1-13b動(dòng)畫動(dòng)畫n = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 32 - 22 1 = 1與實(shí)際相符2-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)

22、械與動(dòng)力工程學(xué)院4747n = 4, Pl =6, Ph = 0 構(gòu)件5給機(jī)構(gòu)引入三個(gè)自由度，四個(gè)約束。多出的一個(gè)約束對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立的限制作用，是虛約束。 與實(shí)際不符 F = 34 -26 0 = 02-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院4848n = 3, Pl =4, Ph =0F = 33 - 24 0 = 1處理方法與實(shí)際相符 應(yīng)除去虛約束，即將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件5及運(yùn)動(dòng)副除去不計(jì)。2-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院

23、49491.兩構(gòu)件未組成運(yùn)動(dòng)副前，連接點(diǎn)處的軌跡已重合為一，組成的運(yùn)動(dòng)副存在虛約束。 計(jì)算中應(yīng)將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副一起除去不計(jì)。 虛約束常見情況及處理2-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院5050虛約束常見情況及處理計(jì)算中只計(jì)入一個(gè)移動(dòng)副。 2.兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副，且導(dǎo)路相互平行或重合時(shí)，只有一個(gè)移動(dòng)副起約束作用，其余為虛約束。2-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院5151 3.兩構(gòu)件組成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且軸線重合，只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)

24、副起約束作用，其余為虛約束。 虛約束常見情況及處理計(jì)算中只計(jì)入一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。2-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院5252 3.兩構(gòu)件組成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且軸線重合，只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副起約束作用，其余為虛約束。 計(jì)算中只計(jì)入一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。2-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院5353虛約束常見情況及處理計(jì)算中應(yīng)將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副一起除去不計(jì)。4.兩構(gòu)件兩點(diǎn)間未組成運(yùn)動(dòng)副前距離保持不變，兩點(diǎn)間用另一構(gòu)件連接時(shí)，將產(chǎn)生虛約束。2-4 平面機(jī)

25、構(gòu)的自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院5454虛約束常見情況及處理計(jì)算中應(yīng)將對稱部分除去不計(jì)。 5.機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對稱部分，將產(chǎn)生虛約束。2-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院5555虛約束常見情況及處理如果兩構(gòu)件在多處構(gòu)成平面高副，且接觸點(diǎn)的公法線重合，只能算一個(gè)高副，如不重合，則相當(dāng)于一個(gè)低副 6.公法線重合2-4 平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算20112011年年0606月月河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院5656虛約束對機(jī)構(gòu)的影響機(jī)構(gòu)中虛約束是實(shí)際存在的，計(jì)算中所謂“除去不計(jì)”是從運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)分析做的假想處理，并非實(shí)際拆除。 虛約束是在一些特定的幾何條件下引入的，如“平行”、“重合”、“距離不變”等。如果幾何條件不滿足，虛約束會(huì)轉(zhuǎn)化為有效約束。機(jī)構(gòu)中引入虛約束是為了受力均衡，增大剛度等，同時(shí)也提高了對制造