工程力學(xué)與機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)培訓(xùn)課件

1、第第4 4章章平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度及自由度工程力學(xué)與機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)工程力學(xué)與機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 書名：工程力學(xué)與機(jī)書名：工程力學(xué)與機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 書號(hào)：書號(hào)：978-7-111-41422-3 作者：柴鵬飛作者：柴鵬飛 出版社：機(jī)械工業(yè)出出版社：機(jī)械工業(yè)出版社版社教學(xué)要求教學(xué)要求能力目標(biāo)能力目標(biāo) 1.1.平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算的能力。平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算的能力。 2. 2.識(shí)別復(fù)合鉸鏈、局部自由度和常見(jiàn)的虛約束識(shí)別復(fù)合鉸鏈、局部自由度和常見(jiàn)的虛約束的能力。的能力。 3. 3.判定機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的能力。判定機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的能力。 知識(shí)要素知識(shí)要素 1. 1. 運(yùn)動(dòng)副的概

2、念與平面機(jī)構(gòu)的組成。運(yùn)動(dòng)副的概念與平面機(jī)構(gòu)的組成。 2. 2. 自由度的計(jì)算公式。自由度的計(jì)算公式。 3. 3. 自由度的計(jì)算中應(yīng)注意的問(wèn)題。自由度的計(jì)算中應(yīng)注意的問(wèn)題。 4. 4. 平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn) 1. 1. 平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算。平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算。 2. 2.自由度計(jì)算中應(yīng)注意的三個(gè)問(wèn)題。自由度計(jì)算中應(yīng)注意的三個(gè)問(wèn)題。技能要求技能要求 1 1繪制簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。繪制簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。教學(xué)要求教學(xué)要求引引 言言 日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中廣日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中廣泛應(yīng)用的各種機(jī)械設(shè)備，都是泛應(yīng)用的各種機(jī)械設(shè)備，都

3、是人們按需要將各種機(jī)構(gòu)（零件人們按需要將各種機(jī)構(gòu)（零件）組合在一起，來(lái)完成各式各）組合在一起，來(lái)完成各式各樣的任務(wù)以滿足人們生活和生樣的任務(wù)以滿足人們生活和生產(chǎn)的需要。產(chǎn)的需要。 圖圖4-1a4-1a所示為顎式破碎機(jī)所示為顎式破碎機(jī)的實(shí)物圖，實(shí)物圖看起來(lái)直觀的實(shí)物圖，實(shí)物圖看起來(lái)直觀明了，但要分析破碎機(jī)的工作明了，但要分析破碎機(jī)的工作原理和進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析等就沒(méi)有原理和進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析等就沒(méi)有辦法進(jìn)行，這時(shí)就需要一種能辦法進(jìn)行，這時(shí)就需要一種能說(shuō)明機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理的簡(jiǎn)單圖形說(shuō)明機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理的簡(jiǎn)單圖形-機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。圖圖4-1a4-1a顎式破碎機(jī)實(shí)物圖顎式破碎機(jī)實(shí)物圖引引 言言 顎式破碎機(jī)的工

4、作驅(qū)動(dòng)是靠實(shí)物圖右側(cè)的帶輪驅(qū)顎式破碎機(jī)的工作驅(qū)動(dòng)是靠實(shí)物圖右側(cè)的帶輪驅(qū)動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使得動(dòng)顎板往復(fù)擺動(dòng)，完成擠碎石料動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使得動(dòng)顎板往復(fù)擺動(dòng)，完成擠碎石料的工作。圖的工作。圖4-1b4-1b是機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖是機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4-1c4-1c是顎式是顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。圖圖4-1b4-1b結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖圖圖4-1c4-1c機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖引引 言言 可以看出該機(jī)構(gòu)是由許多構(gòu)件以一定的方式連接可以看出該機(jī)構(gòu)是由許多構(gòu)件以一定的方式連接而成的。構(gòu)件與構(gòu)件的連接稱為運(yùn)動(dòng)副，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)而成的。構(gòu)件與構(gòu)件的連接稱為運(yùn)動(dòng)副，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖是用簡(jiǎn)單的線

5、條代替零件來(lái)說(shuō)明各構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)圖是用簡(jiǎn)單的線條代替零件來(lái)說(shuō)明各構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。系。 由各個(gè)構(gòu)件（零件）組成機(jī)構(gòu)后是否具有確定的由各個(gè)構(gòu)件（零件）組成機(jī)構(gòu)后是否具有確定的運(yùn)動(dòng)，要看該機(jī)構(gòu)是否滿足機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件運(yùn)動(dòng)，要看該機(jī)構(gòu)是否滿足機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。 本章主要介紹構(gòu)件間的連接方式本章主要介紹構(gòu)件間的連接方式運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)副、機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算和機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算和機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副 構(gòu)件與構(gòu)件之間既保證構(gòu)件與構(gòu)件之間既保證直接接觸直接接觸和制約，又保持確定和制約，又保持確定運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)聯(lián)接可動(dòng)聯(lián)接稱為稱為運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副。運(yùn)動(dòng)副及其分類運(yùn)動(dòng)副及

6、其分類凸輪副凸輪副齒輪副齒輪副點(diǎn)擊播放點(diǎn)擊播放點(diǎn)擊播放點(diǎn)擊播放圖圖4-2 4-2 平面高副平面高副 構(gòu)件間通過(guò)點(diǎn)或線接觸所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副稱為構(gòu)件間通過(guò)點(diǎn)或線接觸所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副稱為高副高副，常，常見(jiàn)的平面高副有凸輪副和齒輪副，如圖見(jiàn)的平面高副有凸輪副和齒輪副，如圖4-2所示。所示。圖圖4-34-3平面低副平面低副點(diǎn)擊播放點(diǎn)擊播放點(diǎn)擊播放點(diǎn)擊播放運(yùn)動(dòng)副及其分類運(yùn)動(dòng)副及其分類 （1 1）轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副 兩構(gòu)件間只能產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副稱為兩構(gòu)件間只能產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副稱為轉(zhuǎn)動(dòng)副，如圖轉(zhuǎn)動(dòng)副，如圖4-3a4-3a所示。所示。 （2 2）移動(dòng)副移動(dòng)副 兩構(gòu)件間只能產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副稱為兩構(gòu)件間只能產(chǎn)生相

7、對(duì)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副稱為移動(dòng)副，如圖移動(dòng)副，如圖4-3b4-3b所示。所示。 兩構(gòu)件通過(guò)面接觸所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副稱為兩構(gòu)件通過(guò)面接觸所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副稱為低副低副，平面低副，平面低副按其相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式又可分為按其相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式又可分為轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副和和移動(dòng)副移動(dòng)副。 a)a)轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副 b)b)移動(dòng)副移動(dòng)副平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 在研究或設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)時(shí)，為了減少和避免機(jī)構(gòu)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)外在研究或設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)時(shí)，為了減少和避免機(jī)構(gòu)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)外形對(duì)運(yùn)動(dòng)分析帶來(lái)的不便和混亂，我們可以不考慮機(jī)構(gòu)中與運(yùn)形對(duì)運(yùn)動(dòng)分析帶來(lái)的不便和混亂，我們可以不考慮機(jī)構(gòu)中與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的因素，僅用簡(jiǎn)單的線條和符號(hào)來(lái)表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，動(dòng)無(wú)關(guān)的因素，

8、僅用簡(jiǎn)單的線條和符號(hào)來(lái)表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按比例畫出各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置。這種用規(guī)定符號(hào)和簡(jiǎn)單線并按比例畫出各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置。這種用規(guī)定符號(hào)和簡(jiǎn)單線條表示機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)特征的圖形稱為條表示機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)特征的圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖動(dòng)簡(jiǎn)圖，本教材研究機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)都是以機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，本教材研究機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)都是以機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖為基礎(chǔ)來(lái)研究的。簡(jiǎn)圖為基礎(chǔ)來(lái)研究的。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖所表示的主要內(nèi)容有：機(jī)構(gòu)類型、構(gòu)件數(shù)目機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖所表示的主要內(nèi)容有：機(jī)構(gòu)類型、構(gòu)件數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目以及運(yùn)動(dòng)尺寸等。、運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目以及運(yùn)動(dòng)尺寸等。 對(duì)于只為了表示機(jī)構(gòu)的

9、組成及運(yùn)動(dòng)情況，而不嚴(yán)格按照比對(duì)于只為了表示機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)情況，而不嚴(yán)格按照比例繪制的簡(jiǎn)圖，稱為例繪制的簡(jiǎn)圖，稱為機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)示意圖。 1.構(gòu)件構(gòu)件 構(gòu)件是組成機(jī)構(gòu)的基本的運(yùn)動(dòng)單元，一個(gè)零件構(gòu)件是組成機(jī)構(gòu)的基本的運(yùn)動(dòng)單元，一個(gè)零件可以成為一個(gè)構(gòu)件，但多數(shù)構(gòu)件實(shí)際上是由若干零可以成為一個(gè)構(gòu)件，但多數(shù)構(gòu)件實(shí)際上是由若干零件固定聯(lián)接而組成的剛性組合，下圖所示為齒輪構(gòu)件固定聯(lián)接而組成的剛性組合，下圖所示為齒輪構(gòu)件，就是由軸、鍵和齒輪聯(lián)接組成。件，就是由軸、鍵和齒輪聯(lián)接組成。 齒輪構(gòu)件齒輪構(gòu)件點(diǎn)擊播放點(diǎn)擊播放構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副的表示方法構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副的表示方法圖圖4-4 4-4 構(gòu)件的表示方法構(gòu)件的表示方法

10、構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副的表示方法構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副的表示方法圖圖4-5 4-5 轉(zhuǎn)動(dòng)副的表示方法轉(zhuǎn)動(dòng)副的表示方法構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副的表示方法構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副的表示方法2.轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副圖圖4-6 4-6 移動(dòng)副的表示方法移動(dòng)副的表示方法構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副的表示方法構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副的表示方法3.移動(dòng)副移動(dòng)副圖圖4-7 4-7 高副的表示方法高副的表示方法構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副的表示方法構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副的表示方法凸輪副凸輪副齒輪副齒輪副4.平面高副平面高副 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖用以說(shuō)明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖用以說(shuō)明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形。相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形。作用：作用：1.1.表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況；表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)情況

11、； 2.2.作為運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析的依據(jù)。作為運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析的依據(jù)。機(jī)構(gòu)示意圖不按比例繪制的簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)示意圖不按比例繪制的簡(jiǎn)圖平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖應(yīng)滿足的應(yīng)滿足的條件條件: : 1.1.構(gòu)件數(shù)目與實(shí)際構(gòu)件相同；構(gòu)件數(shù)目與實(shí)際構(gòu)件相同； 2.2.運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目與實(shí)際機(jī)構(gòu)相符；運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目與實(shí)際機(jī)構(gòu)相符； 3.3.運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置以及構(gòu)件尺寸與實(shí)際運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置以及構(gòu)件尺寸與實(shí)際機(jī)構(gòu)成比例。機(jī)構(gòu)成比例。順口溜：先兩頭，后中間，順口溜：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?cè)?/p>

12、相聯(lián)。再看它們?cè)跸嗦?lián)。步驟：步驟：1.1.運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，搞清楚運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目；運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，搞清楚運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)、數(shù)目和構(gòu)件數(shù)目；4. .檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是否滿足運(yùn)動(dòng)確定的條件。檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)是否滿足運(yùn)動(dòng)確定的條件。2.2.測(cè)量各運(yùn)動(dòng)副之間的尺寸，選投影面（運(yùn)動(dòng)平面），繪制測(cè)量各運(yùn)動(dòng)副之間的尺寸，選投影面（運(yùn)動(dòng)平面），繪制 示意圖。示意圖。3.3.按比例繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。按比例繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 簡(jiǎn)圖比例尺：簡(jiǎn)圖比例尺： l l = =實(shí)際尺寸實(shí)際尺寸 m / m / 圖上長(zhǎng)度圖上長(zhǎng)度mmmm 思路：先確定原動(dòng)部分和工作部分（一般位于傳動(dòng)線路末思路：先確定原動(dòng)部分和工作部分（一般位于傳動(dòng)線路末端），弄清運(yùn)動(dòng)傳遞

13、路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運(yùn)動(dòng)副的類型，端），弄清運(yùn)動(dòng)傳遞路線，確定構(gòu)件數(shù)目及運(yùn)動(dòng)副的類型，并用符號(hào)表示出來(lái)。并用符號(hào)表示出來(lái)。舉例：舉例：繪制繪制破碎機(jī)破碎機(jī)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制顎式破碎機(jī)演示作平面運(yùn)動(dòng)的剛體在直角坐作平面運(yùn)動(dòng)的剛體在直角坐標(biāo)系的位置需要三個(gè)獨(dú)立的標(biāo)系的位置需要三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)參數(shù)（x x，y, y, ）才能才能唯一確定。唯一確定。yx(x , y)f = 3單個(gè)自由構(gòu)件的自由度為單個(gè)自由構(gòu)件的自由度為 3 31、構(gòu)件的自由度、構(gòu)件的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)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

14、1 1（） + 2+ 2（x x，y y） =3=3yx12syx12xy12r=2, f=1r=2, f=1r=2, f=1r=2, f=1r=1, f=2r=1, f=2結(jié)論：結(jié)論：構(gòu)件自由度構(gòu)件自由度3 3約束數(shù)約束數(shù)移動(dòng)副移動(dòng)副 1 1（x x） + 2+ 2（y y，） =3=3高高 副副 2 2（x,x,）+ 1+ 1（y y） =3=32 2、運(yùn)動(dòng)副對(duì)構(gòu)件的約束、運(yùn)動(dòng)副對(duì)構(gòu)件的約束活動(dòng)構(gòu)件數(shù)活動(dòng)構(gòu)件數(shù) 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) n 3n 3n 2 n 2 p pl l 1 1 p ph h ( (低副數(shù)低副數(shù)) () (高副數(shù)高副數(shù))

15、計(jì)算公式：計(jì)算公式： f=3nf=3n2p2pl l -p -ph h 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。舉例：舉例：3、平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算、平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算1 1、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。的自由度。123解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=n= 3低副數(shù)低副數(shù)p pl l= =4f=3nf=3n2p2pl lp ph h =3=33 32 24 =14 =1 高副數(shù)高副數(shù)p ph h= = 04平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算計(jì)算曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

16、的自由度。的自由度。解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=n=低副數(shù)低副數(shù)p pl l= =f=3nf=3n2p2pl lp ph h =3=33 32 24 =14 =1 高副數(shù)高副數(shù)p ph h= =340平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度。1解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=n= 4低副數(shù)低副數(shù)p pl l= = 5f=3nf=3n2p2pl lp ph h =3=34 42 25 =25 =2 高副數(shù)高副數(shù)p ph h= = 05234平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算圖示計(jì)算圖示對(duì)心直動(dòng)尖頂凸輪機(jī)構(gòu)對(duì)心直動(dòng)尖頂凸輪機(jī)構(gòu)的自由的自由度。度。1解

17、：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=n= 2 2低副數(shù)低副數(shù)p pl l= = 2 2f=3nf=3n2p2pl lp ph h =3=32 22 22 21 1 =1 =1高副數(shù)高副數(shù)p ph h= =123平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度2 2、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題計(jì)算圖示搖篩機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算圖示搖篩機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=n=5低副數(shù)低副數(shù)p pl l= =6 6f=3nf=3n2p2pl lp ph h 高副數(shù)高副數(shù)p ph h= =0 0=3=35 52 26 60 0=3=3計(jì)算結(jié)果不符合實(shí)際情況計(jì)算結(jié)果不符合實(shí)際情況

18、平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度圖圖4-10 4-10 搖篩機(jī)構(gòu)搖篩機(jī)構(gòu)（1 1）復(fù)合鉸鏈）復(fù)合鉸鏈 兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)。以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)。計(jì)算：復(fù)合鉸鏈處如有計(jì)算：復(fù)合鉸鏈處如有m m個(gè)構(gòu)件個(gè)構(gòu)件, ,有有m m1 1轉(zhuǎn)動(dòng)副。轉(zhuǎn)動(dòng)副。平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度 重新計(jì)算圖示搖篩機(jī)構(gòu)的自由度。經(jīng)分重新計(jì)算圖示搖篩機(jī)構(gòu)的自由度。經(jīng)分析，該機(jī)構(gòu)在析，該機(jī)構(gòu)在c c處為復(fù)合鉸鏈，為處為復(fù)合鉸鏈，為2 2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，故低副數(shù)為故低副數(shù)為7 7個(gè)。個(gè)。解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=n= 5低副數(shù)低副數(shù)p pl l= = 7 7f=3nf=3n2p2pl

19、lp ph h 高副數(shù)高副數(shù)p ph h= =0 0=3=35 52 27 70 0=1=1計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際情況計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際情況平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度圖圖4-10 4-10 搖篩機(jī)構(gòu)搖篩機(jī)構(gòu)計(jì)算圖示計(jì)算圖示滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。的自由度。解：解：n=n=3 3，p pl l= =3 3，f=3nf=3n2p2pl lp ph h =3=33 32 23 31 1 =2 =2p ph h= =1 1123平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算結(jié)果不符合實(shí)際情況計(jì)算結(jié)果不符合實(shí)際情況（2 2）局部自由度）局部自由度 f=3nf=3n2p2pl lp ph h =

20、3=32 22 22 21 1 =1 =1本例出現(xiàn)局部自由度本例出現(xiàn)局部自由度 定義：定義：構(gòu)件局部運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的自由度。構(gòu)件局部運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的自由度。出現(xiàn)在加裝滾子的場(chǎng)合，計(jì)算時(shí)應(yīng)將滾子剛化。出現(xiàn)在加裝滾子的場(chǎng)合，計(jì)算時(shí)應(yīng)將滾子剛化。滾子的作用：滑動(dòng)摩擦滾子的作用：滑動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦。滾動(dòng)摩擦。12312滾子剛化處理后：構(gòu)件滾子剛化處理后：構(gòu)件數(shù)為數(shù)為2 2，低副數(shù)為，低副數(shù)為2 2，高，高副數(shù)為副數(shù)為1 1平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度解：解：n=n= 4， p pl l= = 6，f=3nf=3n2p2pl lp ph h =3=34 42 26 =06 =01234abcdefp ph h

21、= =0 0（3 3）虛約束）虛約束 對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際不起作對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際不起作用的約束。用的約束。計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)去掉虛約束。計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)去掉虛約束。 fe feab ab cd cd ，故增加構(gòu)件故增加構(gòu)件4 4前后前后e e點(diǎn)的軌點(diǎn)的軌跡都是圓弧。跡都是圓弧。增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件4 4。已知：已知：ababcdcdef,ef,計(jì)算圖示計(jì)算圖示平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)的自由度的自由度 火車輪機(jī)構(gòu)動(dòng)畫火車輪機(jī)構(gòu)動(dòng)畫火車輪機(jī)構(gòu)視頻火車輪機(jī)構(gòu)視頻重新計(jì)算：重新計(jì)算：n=n=3 3, p, pl l= =4 4, p, ph h= =0 0f=3nf=

22、3n2p2pl lp ph h =3=33 3 2 24 =14 =1e e1 12 23 3a ab bc cd d4 4f f特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：4 4f f已知：已知：ababcdcdef,ef,計(jì)算圖示平行四邊形機(jī)構(gòu)計(jì)算圖示平行四邊形機(jī)構(gòu)的自由度的自由度 ababcdcdefef 出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合：出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合： 1.1.兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合，兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合，2.2.兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副，且兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副，且導(dǎo)路平行。導(dǎo)路平行。 如如平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)，橢圓儀橢圓儀等。等。4.4.

23、運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩構(gòu)件上的運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩構(gòu)件上的兩點(diǎn)距離始終不變。兩點(diǎn)距離始終不變。3.3.兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且同軸。且同軸。5.5.對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分。如稱部分。如行星輪系行星輪系。ef天平機(jī)構(gòu)天平機(jī)構(gòu)6.6.兩構(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。如如等寬凸輪等寬凸輪w計(jì)算行星輪系的自由度計(jì)算行星輪系的自由度655hl ppn、f=3nf=3n2p2pl lp ph h =3=35-25-25-15-16=-16=-1f=3nf=3n2p2pl lp ph h =3=33-23-23-13-12=12=1n n3 3

24、、p pl l3 3、p ph h2 2去掉對(duì)稱部分后：去掉對(duì)稱部分后：平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度 例例4-5 4-5 計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)的自由度，并指出復(fù)合計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)的自由度，并指出復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束。鉸鏈、局部自由度和虛約束。 n=7, pn=7, pl l=9, =9, p ph h=1=1f=3nf=3n2p2pl lp ph h =3=37 72 29 91 1 =2 =2平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈虛約束虛約束局部自由度局部自由度虛約束的作用：虛約束的作用：改善構(gòu)件的受力情況，如多個(gè)行星輪。改善構(gòu)件的受力情況，如多個(gè)行星輪。增加機(jī)構(gòu)的剛度，如軸與軸承

25、、機(jī)床導(dǎo)軌。增加機(jī)構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)順利，避免運(yùn)動(dòng)不確定，如車輪。使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)順利，避免運(yùn)動(dòng)不確定，如車輪。注意：注意：各種出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合都是有條件的各種出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合都是有條件的 ! !平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算圖示三角形的自由度。計(jì)算圖示三角形的自由度。解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=n= 2 2低副數(shù)低副數(shù)p pl l= = 3 3f=3nf=3n2p2pl lp ph h =3=32 2 2 23 3 =0 =0平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 機(jī)構(gòu)的自由度就是機(jī)構(gòu)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的個(gè)數(shù)。由于機(jī)構(gòu)的自由度就是機(jī)構(gòu)所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的

26、個(gè)數(shù)。由于原動(dòng)件和機(jī)架相聯(lián)，受低副約束后只有一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)。而原動(dòng)件和機(jī)架相聯(lián)，受低副約束后只有一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)。而從動(dòng)件靠原動(dòng)件帶動(dòng)，本身不具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。因此，機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件靠原動(dòng)件帶動(dòng)，本身不具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。因此，機(jī)構(gòu)的自由度必定與原動(dòng)件數(shù)目相等。自由度必定與原動(dòng)件數(shù)目相等。借用活動(dòng)構(gòu)件數(shù)等于總構(gòu)件數(shù)減一的思路圖圖4-134-13自由度數(shù)自由度數(shù)=0=0（桁架）（桁架）給定給定s s3 3s s3 3(t)(t)，一個(gè)獨(dú)立參數(shù)，一個(gè)獨(dú)立參數(shù)1 11 1（t t）唯一確定，該機(jī)）唯一確定，該機(jī)構(gòu)僅需要一個(gè)獨(dú)立參數(shù)。構(gòu)僅需要一個(gè)獨(dú)立參數(shù)。 若僅給定若僅給定1 11 1（t t）, ,則則2 2 3

27、3 4 4 均不能唯一確定。若同均不能唯一確定。若同時(shí)給定時(shí)給定1 1和和4 4 ，則，則3 3 2 2 能能唯一確定，該機(jī)構(gòu)需要兩個(gè)獨(dú)立唯一確定，該機(jī)構(gòu)需要兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)參數(shù) 。s323s31 112341 14 4平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件五桿機(jī)構(gòu)五桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)定義：定義：機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目大于零且等于機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目大于零且等于機(jī)構(gòu)的 原動(dòng)件數(shù)目。原動(dòng)件數(shù)目?？傻贸鲆韵陆Y(jié)論：可得出以下結(jié)論：f0 f0 運(yùn)動(dòng)鏈不能運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈不能運(yùn)動(dòng) f f原動(dòng)件數(shù)目，運(yùn)動(dòng)不確定原動(dòng)件數(shù)目，運(yùn)動(dòng)不確定 f f原動(dòng)件數(shù)目，不能動(dòng)原動(dòng)件數(shù)目，不能動(dòng) f f原動(dòng)件數(shù)目，運(yùn)動(dòng)確定原動(dòng)件數(shù)目，運(yùn)動(dòng)確定f f0 0平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件12345678abcdef實(shí)例一、計(jì)