第二章機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

1、機(jī)機(jī) 械械 原原 理理第二章第二章 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析本章教學(xué)內(nèi)容本章教學(xué)內(nèi)容機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制機(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)自由度的計算及注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析構(gòu)分析本章基本要求本章基本要求 1. 了解機(jī)構(gòu)的組成，搞清運(yùn)了解機(jī)構(gòu)的組成，搞清運(yùn)動副、運(yùn)動鏈、自由度等動副、運(yùn)動鏈、自由度等概念；概念；2. 能繪制常用機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)能繪制常用機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖；動簡圖；3. 能計算平面機(jī)構(gòu)的自由度；能計算平面機(jī)構(gòu)的自由度；4. 對平面機(jī)構(gòu)組成的基本原對平面機(jī)構(gòu)組成的基本原理有所了解。理有所了解。本章難點(diǎn)本章難點(diǎn)本章重點(diǎn)本章重

2、點(diǎn)運(yùn)動副和運(yùn)動鏈的概念；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)運(yùn)動簡圖的繪制；機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件；機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件；機(jī)構(gòu)自由度的計算機(jī)構(gòu)自由度的計算。 機(jī)構(gòu)自由度計算中有關(guān)機(jī)構(gòu)自由度計算中有關(guān)虛約束虛約束的識別及處理。的識別及處理。 主要內(nèi)容及目的：主要內(nèi)容及目的： 研究機(jī)構(gòu)的組成及機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的畫法；研究機(jī)構(gòu)的組成及機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的畫法；了解機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件；了解機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件；研究機(jī)構(gòu)的組成原理及機(jī)構(gòu)分類。研究機(jī)構(gòu)的組成原理及機(jī)構(gòu)分類。一、基本概念一、基本概念 零件零件制造單元體制造單元體構(gòu)件構(gòu)件獨(dú)立的運(yùn)動單元體。獨(dú)立的運(yùn)動單元體。注意：注意：零件是從制造加工

3、角度提出的最小單元概念；構(gòu)件則是從運(yùn)動和功能實(shí)現(xiàn)角度提出的最小單元概念；構(gòu)件可以是單一零件，也可以是幾個零件的剛性聯(lián)接。運(yùn)動副運(yùn)動副由兩構(gòu)件組成的可動聯(lián)接。由兩構(gòu)件組成的可動聯(lián)接。 ( (使兩構(gòu)件直接接觸，又能產(chǎn)生一定的相對運(yùn)動的聯(lián)接使兩構(gòu)件直接接觸，又能產(chǎn)生一定的相對運(yùn)動的聯(lián)接) )運(yùn)動副元素運(yùn)動副元素兩構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動副的表面。兩構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動副的表面。 ( (構(gòu)成運(yùn)動副的點(diǎn)、線、面構(gòu)成運(yùn)動副的點(diǎn)、線、面) )運(yùn)動鏈運(yùn)動鏈構(gòu)件通過運(yùn)動副的聯(lián)接而構(gòu)成的相對可動的系統(tǒng)構(gòu)件通過運(yùn)動副的聯(lián)接而構(gòu)成的相對可動的系統(tǒng) 。v 按照幾何形狀是否封閉，可按照幾何形狀是否封閉，可以分

4、為以分為開鏈開鏈和和閉鏈閉鏈：閉鏈閉鏈: :指運(yùn)動鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首指運(yùn)動鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。尾封閉的系統(tǒng)。開鏈開鏈: :指運(yùn)動鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成指運(yùn)動鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。首尾封閉的系統(tǒng)。 v 按照各構(gòu)件間的相對運(yùn)動可分按照各構(gòu)件間的相對運(yùn)動可分為為和和：平面運(yùn)動鏈平面運(yùn)動鏈: :各構(gòu)件間的相對運(yùn)動各構(gòu)件間的相對運(yùn)動為平面運(yùn)動的運(yùn)動鏈。為平面運(yùn)動的運(yùn)動鏈。 空間運(yùn)動鏈空間運(yùn)動鏈: :各構(gòu)件間的相對運(yùn)動各構(gòu)件間的相對運(yùn)動為空間運(yùn)動的運(yùn)動鏈。為空間運(yùn)動的運(yùn)動鏈。 自由度自由度構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動個數(shù)構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動個數(shù) 。平面自由構(gòu)件：平面自由構(gòu)件： 3個個如：如：XOY平面

5、，移動平面，移動X、Y；轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)動Z 移動：移動：X、Y、Z；轉(zhuǎn)動：；轉(zhuǎn)動：X、Y、Z構(gòu)件構(gòu)件1 1相對構(gòu)件相對構(gòu)件2 2在空間有在空間有6 6個個獨(dú)立的相對運(yùn)動，因此構(gòu)件獨(dú)立的相對運(yùn)動，因此構(gòu)件1 1相對構(gòu)件相對構(gòu)件2 2有有6 6個自由度。個自由度。 約束約束對自由度的限制個數(shù)對自由度的限制個數(shù) 。自由度和約束之和應(yīng)為自由度和約束之和應(yīng)為6 6。運(yùn)動副運(yùn)動副為活動聯(lián)接，所以為活動聯(lián)接，所以引入的約束數(shù)引入的約束數(shù)目最多為目最多為5 5個，個，而剩下的自由度最而剩下的自由度最少為少為1 1個。個。 自由度自由度15；約束；約束51?？臻g自由構(gòu)件：空間自由構(gòu)件： 6個個二、運(yùn)動副的分類二、運(yùn)動

6、副的分類 1. 按運(yùn)動副接觸形式分按運(yùn)動副接觸形式分 低副低副高副高副運(yùn)運(yùn)動動副副兩構(gòu)件通過兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸點(diǎn)或線接觸而構(gòu)成的運(yùn)動副。而構(gòu)成的運(yùn)動副。凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)兩構(gòu)件通過兩構(gòu)件通過面接觸面接觸而構(gòu)成的運(yùn)動副。而構(gòu)成的運(yùn)動副。2. 按構(gòu)成運(yùn)動副的兩構(gòu)件的相對運(yùn)動分按構(gòu)成運(yùn)動副的兩構(gòu)件的相對運(yùn)動分轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副: :兩構(gòu)件之間的相對運(yùn)動為兩構(gòu)件之間的相對運(yùn)動為移動副移動副: :兩構(gòu)件之間的相對運(yùn)動為兩構(gòu)件之間的相對運(yùn)動為螺旋副：螺旋副：螺旋運(yùn)動螺旋運(yùn)動球面副：球面副：球面運(yùn)動球面運(yùn)動移動副移動副轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副螺旋副：螺旋副：螺旋運(yùn)動螺旋運(yùn)動球面副：球面副：球面運(yùn)動球面運(yùn)動螺旋副螺旋副球面副球

7、面副3. 按相對運(yùn)動平面分按相對運(yùn)動平面分平面運(yùn)動副平面運(yùn)動副: :兩構(gòu)件之間的相對運(yùn)動為兩構(gòu)件之間的相對運(yùn)動為空間運(yùn)動副空間運(yùn)動副: :兩構(gòu)件之間的相對運(yùn)動為兩構(gòu)件之間的相對運(yùn)動為平面運(yùn)動副平面運(yùn)動副平面高副平面低副移動副轉(zhuǎn)動副空間運(yùn)動副空間運(yùn)動副球面副螺旋副4. 按引入的約束數(shù)分按引入的約束數(shù)分X X級運(yùn)動副級運(yùn)動副指引入指引入X X個約束的運(yùn)動副。個約束的運(yùn)動副。級副、級副、級副、級副、級副、級副、級副、級副、級副級副X X級運(yùn)動副級運(yùn)動副引入引入X X個約束個約束轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副移動副移動副級副級副螺旋副螺旋副球面副球面副級副級副級副級副齒輪高副齒輪高副凸輪高副凸輪高副IV級副級副級副級副

8、IV級副級副引入約束：引入約束：自由度：自由度：平面平面I I級副級副2個個zt,1個個n引入約束：引入約束：自由度：自由度：平面平面IIII級副級副yx,2個個1個個 zzy,2個個1個個 x平面平面IIII級副級副平面低副平面低副轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副移動副移動副211212xy12xy平面高副平面高副齒輪副齒輪副凸輪副凸輪副1nntt2引入約束：引入約束：自由度：自由度：機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)三、由基本概念看機(jī)構(gòu)的組成三、由基本概念看機(jī)構(gòu)的組成零件零件構(gòu)件構(gòu)件機(jī)器機(jī)器焊焊接接鉚鉚接接螺螺栓栓聯(lián)聯(lián)接接鍵鍵聯(lián)聯(lián)接接控控制制單單元元輔輔助助系系統(tǒng)統(tǒng)固定固定聯(lián)接聯(lián)接可動可動聯(lián)接聯(lián)接運(yùn)運(yùn)動動鏈鏈機(jī)機(jī)架架原原動動件件高高副

9、副低低副副移動副移動副 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu)的條件1）將運(yùn)動鏈中的一個構(gòu)件）將運(yùn)動鏈中的一個構(gòu)件固定為機(jī)架；固定為機(jī)架；2）必須有原動件。）必須有原動件。1234ABCD機(jī)架機(jī)架原動件原動件機(jī)架機(jī)架機(jī)構(gòu)中作為參考系的構(gòu)件。機(jī)構(gòu)中作為參考系的構(gòu)件。原動件原動件機(jī)構(gòu)中按給定的運(yùn)動規(guī)律機(jī)構(gòu)中按給定的運(yùn)動規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動的構(gòu)件。獨(dú)立運(yùn)動的構(gòu)件。從動件從動件機(jī)構(gòu)其余活動構(gòu)件。機(jī)構(gòu)其余活動構(gòu)件。 機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的類型機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的類型 機(jī)構(gòu)的分類機(jī)構(gòu)的分類 平面機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)組成機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件間的相對運(yùn)動為平面運(yùn)動。組成機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件間的相對運(yùn)動為平面運(yùn)動。 空間機(jī)構(gòu)空間機(jī)構(gòu)組成機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件間的

10、相對運(yùn)動為空間運(yùn)動。組成機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件間的相對運(yùn)動為空間運(yùn)動。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖為什么要畫機(jī)為什么要畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖？構(gòu)運(yùn)動簡圖？ 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)的真實(shí)運(yùn)動真實(shí)運(yùn)動僅與機(jī)構(gòu)中的僅與機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動副運(yùn)動副的情況（轉(zhuǎn)動副、移動的情況（轉(zhuǎn)動副、移動副及高副等）和機(jī)構(gòu)的副及高副等）和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸運(yùn)動尺寸（由各運(yùn)動副的相對位置確定的（由各運(yùn)動副的相對位置確定的尺寸）有關(guān)，而尺寸）有關(guān)，而與機(jī)構(gòu)的外形尺寸等因素?zé)o關(guān)。與機(jī)構(gòu)的外形尺寸等因素?zé)o關(guān)。機(jī)構(gòu)的示意圖：機(jī)構(gòu)的示意圖：指為了表明機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況指為了表明機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況, , 不要求嚴(yán)格地按不要求嚴(yán)格地按比例而繪制的簡圖。比例而繪制的簡圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖：機(jī)構(gòu)運(yùn)

11、動簡圖：指根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動指根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸尺寸, , 按一定的比例尺定出各運(yùn)動按一定的比例尺定出各運(yùn)動副的位置副的位置, , 并用國標(biāo)規(guī)定的簡單線并用國標(biāo)規(guī)定的簡單線條和符號代表構(gòu)件和運(yùn)動副，繪制條和符號代表構(gòu)件和運(yùn)動副，繪制出表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動關(guān)系的簡明圖形。出表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動關(guān)系的簡明圖形。機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)示意圖常用運(yùn)動副和構(gòu)件的表示方法常用運(yùn)動副和構(gòu)件的表示方法BAAB(a)(b)BAAB(a)(b)常見運(yùn)動副符號的表示常見運(yùn)動副符號的表示: 國標(biāo)國標(biāo)GB446084（參見表（參見表2-1）常用運(yùn)動副的符號常用運(yùn)動副的符號運(yùn)動副運(yùn)動副名稱名稱運(yùn)動副符號運(yùn)動副符號兩運(yùn)動構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動副兩運(yùn)動構(gòu)件構(gòu)成

12、的運(yùn)動副轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動副副移移動動副副121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時的運(yùn)動副兩構(gòu)件之一為固定時的運(yùn)動副12122121平平面面運(yùn)運(yùn)動動副副平平面面高高副副螺螺旋旋副副21211212球球面面副副球球銷銷副副121212空空間間運(yùn)運(yùn)動動副副121212122112構(gòu)件的表示方法構(gòu)件的表示方法（參見表（參見表2-3）常用機(jī)構(gòu)運(yùn)常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號動簡圖符號（參見表（參見表2-2） 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的特點(diǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的特點(diǎn)1）略去了與構(gòu)件運(yùn)動無關(guān)的構(gòu)件外形和結(jié)構(gòu)等因素；）略去了與構(gòu)件運(yùn)動無關(guān)的構(gòu)件外形和結(jié)構(gòu)等因素；2）用規(guī)定的或慣用的符號表示運(yùn)動副；）用規(guī)定的或慣用的符號表

13、示運(yùn)動副；3）用運(yùn)動副的連線來表示構(gòu)件；）用運(yùn)動副的連線來表示構(gòu)件；4）作圖時，各運(yùn)動副的相對位置嚴(yán)格據(jù)機(jī)構(gòu)的實(shí)際尺寸按）作圖時，各運(yùn)動副的相對位置嚴(yán)格據(jù)機(jī)構(gòu)的實(shí)際尺寸按比例畫出。比例畫出。機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖應(yīng)滿足的應(yīng)滿足的條件：條件： 構(gòu)件數(shù)目與實(shí)際相同；構(gòu)件數(shù)目與實(shí)際相同； 運(yùn)動副的性質(zhì)、數(shù)目與實(shí)際相符；運(yùn)動副的性質(zhì)、數(shù)目與實(shí)際相符；1.1.運(yùn)動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實(shí)際機(jī)構(gòu)成比例。運(yùn)動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實(shí)際機(jī)構(gòu)成比例。例例2-1 圖示偏心輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的畫法圖示偏心輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的畫法1234EttOACB其作圖步驟如下：其作圖步驟如下： 1 1）認(rèn)定機(jī)架，然后

14、從主動件開始，按運(yùn)動傳動路線逐）認(rèn)定機(jī)架，然后從主動件開始，按運(yùn)動傳動路線逐個分清構(gòu)件，并依次標(biāo)上數(shù)字編號；個分清構(gòu)件，并依次標(biāo)上數(shù)字編號； 2 2）仍從主動件開始，按運(yùn)動傳動路線逐個認(rèn)清相鄰兩）仍從主動件開始，按運(yùn)動傳動路線逐個認(rèn)清相鄰兩構(gòu)件的相對運(yùn)動性質(zhì)，從而確定各個運(yùn)動副的類型，再依構(gòu)件的相對運(yùn)動性質(zhì)，從而確定各個運(yùn)動副的類型，再依次對各運(yùn)動副標(biāo)上字母；次對各運(yùn)動副標(biāo)上字母； 3 3）把主動件固定在某一位置，以此時的機(jī)構(gòu)位置作為）把主動件固定在某一位置，以此時的機(jī)構(gòu)位置作為畫圖位置，然后再定出與機(jī)構(gòu)運(yùn)動情況有關(guān)的各尺寸要素、畫圖位置，然后再定出與機(jī)構(gòu)運(yùn)動情況有關(guān)的各尺寸要素、轉(zhuǎn)動副中心位

15、置、移動副導(dǎo)軌方位、高副的輪廓形狀等。轉(zhuǎn)動副中心位置、移動副導(dǎo)軌方位、高副的輪廓形狀等。 4 4）用規(guī)定的或慣用的符號，根據(jù)機(jī)構(gòu)實(shí)際尺寸按比例）用規(guī)定的或慣用的符號，根據(jù)機(jī)構(gòu)實(shí)際尺寸按比例畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。一、實(shí)例分析一、實(shí)例分析 當(dāng)運(yùn)動鏈滿足什么條件才能具有確定運(yùn)動而成為機(jī)構(gòu)當(dāng)運(yùn)動鏈滿足什么條件才能具有確定運(yùn)動而成為機(jī)構(gòu)？ABCF=3n-2Pl Ph=3 2-2 30=0F=3n-2Pl Ph=3 3-2 40=1給定給定一個一個獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)，其余構(gòu)件有確定運(yùn)動。獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)，其余構(gòu)件有確定運(yùn)動。二、運(yùn)動鏈具有確定運(yùn)動而成為機(jī)構(gòu)的條件二、運(yùn)動鏈具有確定運(yùn)動而成為機(jī)構(gòu)的條件3

16、）原動件數(shù)應(yīng)等于運(yùn)動鏈的自由度數(shù)）原動件數(shù)應(yīng)等于運(yùn)動鏈的自由度數(shù)（自由度原動數(shù)）（自由度原動數(shù)）。 2）運(yùn)動鏈自由度數(shù)應(yīng)大于零）運(yùn)動鏈自由度數(shù)應(yīng)大于零 （F 0）1）運(yùn)動鏈有機(jī)架；）運(yùn)動鏈有機(jī)架；F=3n-2Pl Ph=3 4-2 50=2 給定一個獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)，機(jī)構(gòu)沒有確定運(yùn)動。給定給定一個獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)，機(jī)構(gòu)沒有確定運(yùn)動。給定兩個兩個獨(dú)立運(yùn)獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)，機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動。動參數(shù)，機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動。給定一個獨(dú)立運(yùn)動后機(jī)構(gòu)的運(yùn)動效果給定一個獨(dú)立運(yùn)動后機(jī)構(gòu)的運(yùn)動效果yx 作平面運(yùn)動的剛體在空間的位置需要三作平面運(yùn)動的剛體在空間的位置需要三個獨(dú)立的參數(shù)（個獨(dú)立的參數(shù)（x，y, ）才能唯一確定。）才能唯一

17、確定。yx(x , y)單個自由平面構(gòu)件的自由度為單個自由平面構(gòu)件的自由度為 3 3yx12S12xy12R=2, F=1R=2, F=1R=1, F=2經(jīng)運(yùn)動副相聯(lián)后，由于有約束，構(gòu)件自由經(jīng)運(yùn)動副相聯(lián)后，由于有約束，構(gòu)件自由度會有變化：度會有變化：yxyx12S12xy12R=2, F=1R=2, F=1R=1, F=2自由構(gòu)自由構(gòu)件的自件的自由度數(shù)由度數(shù)移動副移動副 1（x） + 2（y，）= 3高高 副副 2（x,） + 1（y） = 3回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副 1（） + 2（x，y） = 3運(yùn)動副運(yùn)動副 自由度數(shù)自由度數(shù) 約束數(shù)約束數(shù)假設(shè)平面機(jī)構(gòu)有假設(shè)平面機(jī)構(gòu)有n個個活動構(gòu)件活動構(gòu)件： 具有具有

18、3n個自由度個自由度有有Pl個低副和個低副和Ph個高副：個高副： 平面自由構(gòu)件：平面自由構(gòu)件：3個自由度個自由度平面低副：平面低副：引入引入2個約束個約束平面高副：平面高副：引入引入1個約束個約束引入引入(2 Pl +Ph)約束約束分析：分析：一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計算公式一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計算公式 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)自由度數(shù)機(jī)構(gòu)自由度數(shù) F 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平面機(jī)構(gòu)的自由度計算公式：平面機(jī)構(gòu)的自由度計算公式：F=3n- -2 Pl - - Ph活動構(gòu)件數(shù)活動構(gòu)件數(shù)低副數(shù)低副數(shù)

19、高副數(shù)高副數(shù)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= 0例題例題計算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。計算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。S3123F=3n-(2 Pl + Ph)=3n-2Pl -Ph0=00可以運(yùn)動，可能成為機(jī)構(gòu)。可以運(yùn)動，可能成為機(jī)構(gòu)。不能運(yùn)動，為桁架結(jié)構(gòu)。不能運(yùn)動，為桁架結(jié)構(gòu)。不能運(yùn)動，為超靜定結(jié)構(gòu)。不能運(yùn)動，為超靜定結(jié)構(gòu)。二、空間機(jī)構(gòu)自由度的計算公式二、空間機(jī)構(gòu)自由度的計算公式 )2345(612345pppppnF例題分析例題分析13452FO6CBDEA計算圖示計算圖示顎式破碎機(jī)顎式破碎機(jī)的自由度的自由度

20、 n = 5、Pl = 7、Ph = 0 F=3n-2Pl-Ph =3 5-2 70 =1計算下列機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷其運(yùn)動是否確定。計算下列機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷其運(yùn)動是否確定。 n = 5、Pl = 7、Ph = 0 n = 4、Pl = 5、Ph = 1 F = 3n （2Pl Ph ） =3 5 （2 7 0） = 1 F = 3n （2Pl Ph ） =3 4 （2 5 1 ） = 1 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈兩個以上構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接。兩個以上構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接。計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項(xiàng)計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項(xiàng)m個構(gòu)件以復(fù)合鉸鏈聯(lián)接所構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副數(shù)為個構(gòu)件以復(fù)

21、合鉸鏈聯(lián)接所構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副數(shù)為(m-1)個。個。 n = 7F=3n-2Pl-Ph =3 7-2 100 =1Pl = 10Ph = 0例例 試計算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。試計算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。 局部自由度局部自由度F構(gòu)件所具有的與輸出構(gòu)件運(yùn)動無關(guān)的自由度。構(gòu)件所具有的與輸出構(gòu)件運(yùn)動無關(guān)的自由度。 n = 3、Pl = 3、Ph = 1 F=3n-2Pl-Ph =3 3-2 31 =2注意：注意：計算機(jī)構(gòu)自由度時計算機(jī)構(gòu)自由度時, , 應(yīng)將應(yīng)將局部自由度除去不計。局部自由度除去不計。去除局部自由度去除局部自由度應(yīng)采取的措施：應(yīng)采取的措施： （1）設(shè)想將滾子）設(shè)想將滾子與安裝滾子的構(gòu)件與安

22、裝滾子的構(gòu)件焊成一體，預(yù)先排焊成一體，預(yù)先排除局部自由度，再除局部自由度，再計算機(jī)構(gòu)自由度計算機(jī)構(gòu)自由度剛化法剛化法。 （2）直接從機(jī)構(gòu)）直接從機(jī)構(gòu)自由度計算公式中自由度計算公式中減去局部自由度的減去局部自由度的數(shù)目數(shù)目F。 n = 3、Pl = 3、Ph = 1 、F=1F=3n-2Pl-Ph-F =3 3-2 31-1 =1 n = 3、Pl = 2、Ph = 1F=3n-2Pl-Ph =3 3-2 21 =1 虛約束虛約束P為改善構(gòu)件的受力狀態(tài)、剛度、強(qiáng)度等所引入的約束，為改善構(gòu)件的受力狀態(tài)、剛度、強(qiáng)度等所引入的約束，不起獨(dú)立的約束作用。不起獨(dú)立的約束作用。F=3n-2 pl ph=33

23、 - 24-0=1F=3n-2 pl ph=34 - 26-0=0 分析：分析：E3和和E5點(diǎn)的軌跡重合，引入一個虛點(diǎn)的軌跡重合，引入一個虛約束約束正確計算：正確計算：F=3n-2Pl Ph + P =34 - 26-0+1=1注意：注意：計算機(jī)構(gòu)自由度時計算機(jī)構(gòu)自由度時, , 應(yīng)將應(yīng)將虛約束虛約束除去不計。除去不計。去除虛約束應(yīng)采取的措施：去除虛約束應(yīng)采取的措施：（1）預(yù)先不排除虛約束，在計算公式后面加上虛約束預(yù)先不排除虛約束，在計算公式后面加上虛約束P。 即：即： F=3n - 2Pl - Ph + P （2）預(yù)先排除虛約束（即將引起虛約束的附加構(gòu)件和與此構(gòu)件預(yù)先排除虛約束（即將引起虛約束

24、的附加構(gòu)件和與此構(gòu)件相關(guān)的運(yùn)動副去除）。自由度計算公式仍為相關(guān)的運(yùn)動副去除）。自由度計算公式仍為 F=3n - 2Pl - Phvv 虛約束常出現(xiàn)的情況：虛約束常出現(xiàn)的情況：1. 如果轉(zhuǎn)動副聯(lián)接的是兩構(gòu)件上運(yùn)動如果轉(zhuǎn)動副聯(lián)接的是兩構(gòu)件上運(yùn)動軌跡相重合軌跡相重合的點(diǎn)，則該聯(lián)接引入的點(diǎn)，則該聯(lián)接引入1個虛約束個虛約束;F=3n-2 pl ph=34 - 26-0=0正確計算：正確計算：將因虛約束而減少的自由度將因虛約束而減少的自由度再加上。再加上。F=3n-2 Pl Ph + P =34 - 26-0+1=1兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成移動副且導(dǎo)路互相平行成移動副且導(dǎo)路互相平行或重合

25、?；蛑睾稀蓚€構(gòu)件組成在幾處構(gòu)成轉(zhuǎn)動兩個構(gòu)件組成在幾處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副且各轉(zhuǎn)動副的軸線是重合的。副且各轉(zhuǎn)動副的軸線是重合的。只有一個運(yùn)動副起約束作只有一個運(yùn)動副起約束作用用, ,其它各處均為虛約束。其它各處均為虛約束。2. 兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成運(yùn)動副兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成運(yùn)動副4. 某些不影某些不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動響機(jī)構(gòu)運(yùn)動的對稱部分的對稱部分或重復(fù)部分或重復(fù)部分所帶入的約所帶入的約束為虛約束。束為虛約束。3. 若兩構(gòu)件若兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)之上某兩點(diǎn)之間的距離始間的距離始終保持不變，終保持不變，也將也將帶入帶入1個虛約束。個虛約束。5. 若兩構(gòu)件在多處相接觸構(gòu)成平面高副，且各接觸點(diǎn)若兩構(gòu)件在多處相接觸構(gòu)成平

26、面高副，且各接觸點(diǎn)處的公法線重合處的公法線重合,則只能算一個平面高副。若公法線方則只能算一個平面高副。若公法線方向不重合，將提供各向不重合，將提供各2個約束。個約束。有一處為虛約束有一處為虛約束此兩種情況沒有虛約束此兩種情況沒有虛約束小結(jié)小結(jié) 存在于轉(zhuǎn)動副處存在于轉(zhuǎn)動副處正確處理方法：正確處理方法：復(fù)合鉸鏈處有復(fù)合鉸鏈處有mm個構(gòu)件個構(gòu)件則有則有( (m-1m-1) )個轉(zhuǎn)動副個轉(zhuǎn)動副常發(fā)生在為減小高副磨損而將滑動摩擦變常發(fā)生在為減小高副磨損而將滑動摩擦變成滾動摩擦所增加的滾子處。成滾動摩擦所增加的滾子處。正確處理方法：正確處理方法：計算自由度時將局部自由計算自由度時將局部自由度減去。度減去。

27、存在于特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下。存在于特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下。正確處理方法：正確處理方法：將引起虛約束的構(gòu)件和將引起虛約束的構(gòu)件和運(yùn)動副除去不計。運(yùn)動副除去不計。例例1 試審查圖示簡易沖床的設(shè)計方案簡圖是否合理？為什么？試審查圖示簡易沖床的設(shè)計方案簡圖是否合理？為什么？如不合理，請繪出正確的機(jī)構(gòu)簡圖。如不合理，請繪出正確的機(jī)構(gòu)簡圖?？蓪C(jī)構(gòu)簡圖修改為可將機(jī)構(gòu)簡圖修改為F=3n 2Pl Ph=33 - 24-1=0F=3n 2Pl Ph=34 - 25-1=1例例2 計算圖示機(jī)構(gòu)的自由度，如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約計算圖示機(jī)構(gòu)的自由度，如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束，需明確指出。畫箭

28、頭的構(gòu)件為原動件。束，需明確指出。畫箭頭的構(gòu)件為原動件。解：分析解：分析 n = 8F=3n-2Pl-Ph =3 8-2 111 =1Pl = 11Ph = 1折疊傘機(jī)構(gòu)折疊傘機(jī)構(gòu)折疊椅機(jī)構(gòu)折疊椅機(jī)構(gòu)氣窗開啟機(jī)構(gòu)氣窗開啟機(jī)構(gòu)翻斗車機(jī)構(gòu)翻斗車機(jī)構(gòu)思思考考一、平面機(jī)構(gòu)的組成原理一、平面機(jī)構(gòu)的組成原理原動件原動件機(jī)架機(jī)架從動桿系從動桿系機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)從動桿系必為F=0的開式運(yùn)動鏈開式運(yùn)動鏈分拆為一系列最簡單的F=0的開鏈開鏈基本桿組基本桿組機(jī)構(gòu)中不能再拆的自由度為零的構(gòu)件組。機(jī)構(gòu)中不能再拆的自由度為零的構(gòu)件組。機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)原動件原動件機(jī)架機(jī)架機(jī)構(gòu)組成原理：機(jī)構(gòu)組成原理：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動

29、的條件： 自由度數(shù)自由度數(shù)=原動件數(shù)原動件數(shù)機(jī)架和原動件與從動機(jī)架和原動件與從動件組分開：從動構(gòu)件件組分開：從動構(gòu)件組自由度為零。組自由度為零。可以再拆成更簡可以再拆成更簡單的自由度為零單的自由度為零的桿組的桿組二、基本桿組的類型二、基本桿組的類型nPl6 8 912 較為復(fù)雜，不常用較為復(fù)雜，不常用II級桿組級桿組III級桿組級桿組lPn32對于對于全低副全低副的桿組：的桿組：n個構(gòu)件、個構(gòu)件、pl個低副個低副023lPnFII級桿組級桿組n=2、Pl=3，一個一個內(nèi)副內(nèi)副，兩個，兩個外副外副基本型式：基本型式：內(nèi)副為轉(zhuǎn)動副（內(nèi)副為轉(zhuǎn)動副（a、b、d）內(nèi)副為移動副（）內(nèi)副為移動副（c、e）I

30、II級桿組級桿組n=4、Pl=6，三個三個內(nèi)副內(nèi)副，三個，三個外副外副基本型式：基本型式：全轉(zhuǎn)動副（全轉(zhuǎn)動副（a）多個移動副（）多個移動副（b、c）注意：注意：同樣有同樣有n=4、Pl=6，但，但有四個有四個內(nèi)副內(nèi)副，兩個，兩個外副外副 三、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類三、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類根據(jù)機(jī)構(gòu)中基本桿組的級別進(jìn)行分類。根據(jù)機(jī)構(gòu)中基本桿組的級別進(jìn)行分類。級機(jī)構(gòu)級機(jī)構(gòu)只由機(jī)架和原動件組成的機(jī)構(gòu)（杠桿機(jī)構(gòu)、只由機(jī)架和原動件組成的機(jī)構(gòu)（杠桿機(jī)構(gòu)、斜面機(jī)構(gòu)）。斜面機(jī)構(gòu)）。 II級機(jī)構(gòu)級機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級別為機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級別為II級。級。 III級機(jī)構(gòu)級機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級別為機(jī)構(gòu)中基本

31、桿組的最高級別為III級。級。 34原動件原動件F=112ABCII級桿組級桿組F=01234ABC例如，單缸發(fā)動機(jī)：例如，單缸發(fā)動機(jī)：II級機(jī)構(gòu)級機(jī)構(gòu)四、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析四、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析目的結(jié)構(gòu)分析目的 了解機(jī)構(gòu)的組成，確定機(jī)構(gòu)的級別。了解機(jī)構(gòu)的組成，確定機(jī)構(gòu)的級別。把機(jī)構(gòu)分解為基本桿組、機(jī)架和原動件。把機(jī)構(gòu)分解為基本桿組、機(jī)架和原動件。結(jié)構(gòu)分析的過程結(jié)構(gòu)分析的過程從離原動件最遠(yuǎn)的構(gòu)件開始試拆從離原動件最遠(yuǎn)的構(gòu)件開始試拆，先拆，先拆II級組，若不成，級組，若不成，再拆再拆III級組，每拆出一個桿組后，機(jī)構(gòu)的剩余部分仍應(yīng)是一級組，每拆出一個桿組后，機(jī)構(gòu)的剩余部分仍應(yīng)是一個與原機(jī)

32、構(gòu)有相同自由度的機(jī)構(gòu)，個與原機(jī)構(gòu)有相同自由度的機(jī)構(gòu)，直到只剩原動件為止直到只剩原動件為止。桿組拆分原則桿組拆分原則機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析步驟機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析步驟正確計算機(jī)構(gòu)的自由度正確計算機(jī)構(gòu)的自由度（除去機(jī)構(gòu)中的虛約束和局（除去機(jī)構(gòu)中的虛約束和局部自由度）并確定原動件部自由度）并確定原動件由機(jī)構(gòu)拆分原由機(jī)構(gòu)拆分原則進(jìn)行拆桿組則進(jìn)行拆桿組定出機(jī)構(gòu)的級別定出機(jī)構(gòu)的級別例例 如圖所示顎式破碎機(jī)，確定該機(jī)構(gòu)的級別。如圖所示顎式破碎機(jī)，確定該機(jī)構(gòu)的級別。 解解 1、計算機(jī)構(gòu)的自由度、計算機(jī)構(gòu)的自由度F = 3 5 2 7 = 12、拆桿組、拆桿組4桿桿6副，但非三級桿組，可再拆副，但非三級桿組，可再拆II級桿組級桿

33、組3、確定機(jī)構(gòu)的級別：、確定機(jī)構(gòu)的級別：級機(jī)構(gòu)級機(jī)構(gòu) 注意：注意：同一機(jī)構(gòu)，原動件不同拆出的桿組不同，機(jī)構(gòu)的級別同一機(jī)構(gòu)，原動件不同拆出的桿組不同，機(jī)構(gòu)的級別 也不同。也不同。+III級桿組級桿組III級機(jī)構(gòu)級機(jī)構(gòu) 平面機(jī)構(gòu)中高副低代的目的平面機(jī)構(gòu)中高副低代的目的 為了使平面低副機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動分析的方法為了使平面低副機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動分析的方法適用于所有平面機(jī)構(gòu)，需要進(jìn)行平面機(jī)構(gòu)的高副低代。適用于所有平面機(jī)構(gòu)，需要進(jìn)行平面機(jī)構(gòu)的高副低代。 高副低代的含義高副低代的含義 根據(jù)一定條件對平面高副機(jī)構(gòu)的中高副虛擬地用根據(jù)一定條件對平面高副機(jī)構(gòu)的中高副虛擬地用低副來代替的方法。低副來代替的方法。 高副低代的條件：高副低代的條件：代替前后機(jī)構(gòu)的自由度不變；代替前后機(jī)構(gòu)的自由度不變；代替前后機(jī)構(gòu)的瞬時速度和瞬時加速度不變。代替前后機(jī)構(gòu)的瞬時速度和瞬時加速度不變。高