第2章機(jī)械設(shè)計(jì)中的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)問(wèn)題-2013

1、第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)第第2 2章章 機(jī)械設(shè)計(jì)中的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)問(wèn)題機(jī)械設(shè)計(jì)中的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)問(wèn)題2.1 機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制2.1.1 機(jī)構(gòu)的組成要素機(jī)構(gòu)的組成要素1. 運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副機(jī)構(gòu)中兩構(gòu)件直接接觸的可動(dòng)聯(lián)接。機(jī)構(gòu)中兩構(gòu)件直接接觸的可動(dòng)聯(lián)接。 運(yùn)動(dòng)副元素：兩構(gòu)件上參加接觸而構(gòu)成運(yùn)運(yùn)動(dòng)副元素：兩構(gòu)件上參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的部分，如點(diǎn)、線、面。動(dòng)副的部分，如點(diǎn)、線、面。第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)構(gòu)中具有確定運(yùn)動(dòng)的單元體機(jī)構(gòu)中具有確定運(yùn)動(dòng)的單元體 ；(它可以是一個(gè)零件或多個(gè)零件組合而成。它可以是一個(gè)零件或多個(gè)零件組合而成。)零件零件加工的單元體加工的單

2、元體2. 構(gòu)件構(gòu)件根據(jù)構(gòu)件含有運(yùn)動(dòng)副元素的數(shù)根據(jù)構(gòu)件含有運(yùn)動(dòng)副元素的數(shù)量量, 構(gòu)件可分為構(gòu)件可分為: 三副元素構(gòu)件三副元素構(gòu)件二副元素構(gòu)件二副元素構(gòu)件第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)3. 運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈分為閉式運(yùn)動(dòng)鏈和開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈兩種運(yùn)動(dòng)鏈分為閉式運(yùn)動(dòng)鏈和開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈兩種兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而成的系統(tǒng)稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)鏈。兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而成的系統(tǒng)稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)鏈。第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)4. 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) 將運(yùn)動(dòng)鏈中的一個(gè)構(gòu)件固定作為參考系將運(yùn)動(dòng)鏈中的一個(gè)構(gòu)件固定作為參考系, 另一另一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)于固定構(gòu)件運(yùn)個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)于固定構(gòu)件運(yùn)動(dòng)動(dòng), 且其

3、余構(gòu)件都具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)且其余構(gòu)件都具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí), 運(yùn)動(dòng)鏈則成了機(jī)運(yùn)動(dòng)鏈則成了機(jī)構(gòu)構(gòu)機(jī)構(gòu)中固定不動(dòng)的構(gòu)件稱(chēng)為機(jī)架機(jī)構(gòu)中固定不動(dòng)的構(gòu)件稱(chēng)為機(jī)架 機(jī)構(gòu)中按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件稱(chēng)為原動(dòng)件機(jī)構(gòu)中按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件稱(chēng)為原動(dòng)件(主動(dòng)件主動(dòng)件)其余隨原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件稱(chēng)為從動(dòng)件。其余隨原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件稱(chēng)為從動(dòng)件。第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)零件、構(gòu)件、機(jī)構(gòu)、機(jī)器之間的關(guān)系零件- 一個(gè)獨(dú)立加工的單元體。構(gòu)件-相對(duì)運(yùn)動(dòng)的單元體。機(jī)構(gòu)-若干構(gòu)件組成。機(jī)器-若干機(jī)構(gòu)組成。第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)2.1.2 運(yùn)動(dòng)副的分類(lèi)運(yùn)動(dòng)副的分類(lèi)1. 根據(jù)運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)分類(lèi)根據(jù)運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)分類(lèi)約束約束:

4、 :兩構(gòu)件用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接后，彼此的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到兩構(gòu)件用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接后，彼此的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到某些限制。某些限制。第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)按引入的約束數(shù)分有：按引入的約束數(shù)分有： I級(jí)副、級(jí)副、II級(jí)副、級(jí)副、III級(jí)副、級(jí)副、IV級(jí)副、級(jí)副、V級(jí)副。級(jí)副。I級(jí)副級(jí)副II級(jí)副級(jí)副III級(jí)副級(jí)副第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)IV級(jí)副級(jí)副V級(jí)副級(jí)副1V級(jí)副級(jí)副2V級(jí)副級(jí)副3第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)2. 根據(jù)構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件的接觸情況分類(lèi)根據(jù)構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件的接觸情況分類(lèi)理論上以面接觸的運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為低理論上以面接觸的運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為低副副 點(diǎn)或線接觸的運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為高副點(diǎn)或線接觸的運(yùn)動(dòng)副稱(chēng)為高副第第

5、2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)3. 根據(jù)運(yùn)動(dòng)副兩元素間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的形式分類(lèi)根據(jù)運(yùn)動(dòng)副兩元素間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的形式分類(lèi)平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)(Plannar kinematic pair)平面機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)全部由平面運(yùn)動(dòng)副組成的機(jī)構(gòu)。全部由平面運(yùn)動(dòng)副組成的機(jī)構(gòu)?？臻g運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)(Spatial kinematic pair )例如：例如：球鉸鏈球鉸鏈、拉桿天線、拉桿天線、螺旋螺旋、生物關(guān)節(jié)。、生物關(guān)節(jié)?？臻g機(jī)構(gòu)空間機(jī)構(gòu)至少含有一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)副的機(jī)構(gòu)。至少含有一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)副的機(jī)構(gòu)。第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副名稱(chēng)名稱(chēng)運(yùn)動(dòng)副符號(hào)運(yùn)動(dòng)

6、副符號(hào)兩運(yùn)動(dòng)構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副兩運(yùn)動(dòng)構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)副副移移動(dòng)動(dòng)副副12121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時(shí)的運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件之一為固定時(shí)的運(yùn)動(dòng)副122121平平面面運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)副副第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球球銷(xiāo)銷(xiāo)副副121212空空間間運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)副副121212第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)2.1.3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制 實(shí)際機(jī)構(gòu)往往是由外形和結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜的構(gòu)件所組成。實(shí)際機(jī)構(gòu)往往是由外形和結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜的構(gòu)件所組成。但構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)只取決于運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸但構(gòu)件的

7、運(yùn)動(dòng)只取決于運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸(各各運(yùn)動(dòng)副相對(duì)位置尺寸運(yùn)動(dòng)副相對(duì)位置尺寸) , 與構(gòu)件的外形、斷面尺寸、固聯(lián)方與構(gòu)件的外形、斷面尺寸、固聯(lián)方式、組成構(gòu)件的零件數(shù)目及運(yùn)動(dòng)副的具體結(jié)構(gòu)等無(wú)關(guān)式、組成構(gòu)件的零件數(shù)目及運(yùn)動(dòng)副的具體結(jié)構(gòu)等無(wú)關(guān) 為了便于研究機(jī)構(gòu)的組成原理和運(yùn)動(dòng)為了便于研究機(jī)構(gòu)的組成原理和運(yùn)動(dòng), 可以不考可以不考慮構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副的外形和具體構(gòu)造慮構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副的外形和具體構(gòu)造, 只用簡(jiǎn)單的線條只用簡(jiǎn)單的線條和規(guī)定符號(hào)代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副和規(guī)定符號(hào)代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副, 并按比例確定各運(yùn)動(dòng)并按比例確定各運(yùn)動(dòng)副位置副位置, 表示機(jī)構(gòu)的組成和傳動(dòng)情況。這種能夠表達(dá)表示機(jī)構(gòu)的組成和傳動(dòng)情況。這種能夠

8、表達(dá)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的簡(jiǎn)明圖形稱(chēng)為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的簡(jiǎn)明圖形稱(chēng)為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)一般構(gòu)件的表示方法一般構(gòu)件的表示方法 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)件第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)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 第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)2 2、兩個(gè)構(gòu)件組成移動(dòng)副時(shí)：、兩個(gè)構(gòu)件組成移動(dòng)副時(shí)：3 3、凸輪高副、凸輪高副1 1、兩個(gè)構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)：、兩個(gè)構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)：第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)4、齒輪高副齒輪高副第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械

9、機(jī)構(gòu)學(xué)注意事項(xiàng)注意事項(xiàng):畫(huà)構(gòu)件時(shí)應(yīng)撇開(kāi)構(gòu)件的實(shí)際外形，而只考慮運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)畫(huà)構(gòu)件時(shí)應(yīng)撇開(kāi)構(gòu)件的實(shí)際外形，而只考慮運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)。第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)(1)分析機(jī)械的動(dòng)作原理、組成情況和運(yùn)動(dòng)情況分析機(jī)械的動(dòng)作原理、組成情況和運(yùn)動(dòng)情況, 確定其原動(dòng)確定其原動(dòng)件、機(jī)架、執(zhí)行部分和傳動(dòng)部分。件、機(jī)架、執(zhí)行部分和傳動(dòng)部分。(2) 沿著運(yùn)動(dòng)傳遞路線沿著運(yùn)動(dòng)傳遞路線, 分析構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)分析構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì), 確定運(yùn)確定運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型和數(shù)目。動(dòng)副的類(lèi)型和數(shù)目。(3) 恰當(dāng)?shù)剡x擇視圖平面恰當(dāng)?shù)剡x擇視圖平面, 通?？蛇x擇機(jī)械中多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)通?？蛇x擇機(jī)械中多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面為視圖平面。平面為視

10、圖平面。(4) 選擇適當(dāng)?shù)谋壤哌x擇適當(dāng)?shù)谋壤? 定出各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置定出各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置, 并用各運(yùn)并用各運(yùn)動(dòng)副、常用機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖符號(hào)和線條動(dòng)副、常用機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖符號(hào)和線條, 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(5) 從原動(dòng)件開(kāi)始從原動(dòng)件開(kāi)始, 按傳動(dòng)順序標(biāo)出各構(gòu)件的編號(hào)和運(yùn)動(dòng)副的按傳動(dòng)順序標(biāo)出各構(gòu)件的編號(hào)和運(yùn)動(dòng)副的代號(hào)。在原動(dòng)件上標(biāo)出箭頭以表示其運(yùn)動(dòng)方向。代號(hào)。在原動(dòng)件上標(biāo)出箭頭以表示其運(yùn)動(dòng)方向。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制步驟機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制步驟:第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)小型壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖小型壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)偏心泵偏心

11、泵 動(dòng)畫(huà)1234第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)2.2 運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件和機(jī)構(gòu)自由度運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件和機(jī)構(gòu)自由度2.2.1 平面運(yùn)動(dòng)鏈的自由度平面運(yùn)動(dòng)鏈的自由度 對(duì)于一個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈對(duì)于一個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈, 各構(gòu)件相對(duì)于一參照坐標(biāo)系所需獨(dú)各構(gòu)件相對(duì)于一參照坐標(biāo)系所需獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的參變量數(shù)目立運(yùn)動(dòng)的參變量數(shù)目, 稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)鏈的自由度。它取決于運(yùn)稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)鏈的自由度。它取決于運(yùn)動(dòng)鏈中構(gòu)件的數(shù)目以及連接各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)副類(lèi)型和數(shù)目。動(dòng)鏈中構(gòu)件的數(shù)目以及連接各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)副類(lèi)型和數(shù)目。F 3n2LPHP第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件為運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件為: 取運(yùn)動(dòng)鏈中一個(gè)構(gòu)件取運(yùn)動(dòng)鏈中一個(gè)構(gòu)件作為

12、機(jī)架作為機(jī)架, 運(yùn)動(dòng)鏈相對(duì)機(jī)架的自由度必須大于運(yùn)動(dòng)鏈相對(duì)機(jī)架的自由度必須大于零零, 且原動(dòng)件數(shù)目等于運(yùn)動(dòng)鏈的自由度數(shù)。且原動(dòng)件數(shù)目等于運(yùn)動(dòng)鏈的自由度數(shù)。滿足以上條件的運(yùn)動(dòng)鏈即為機(jī)構(gòu)。滿足以上條件的運(yùn)動(dòng)鏈即為機(jī)構(gòu)。1F 1、當(dāng)、當(dāng) 、原動(dòng)件數(shù)、原動(dòng)件數(shù)=機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)，則機(jī)構(gòu)具有確定機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)，則機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)；相對(duì)運(yùn)動(dòng)；0F 2、當(dāng)、當(dāng)、機(jī)構(gòu)不能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)；、機(jī)構(gòu)不能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)； 3、當(dāng)、當(dāng) F 0 、原動(dòng)件數(shù)、原動(dòng)件數(shù) 機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)，運(yùn)動(dòng)不確定。機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)，運(yùn)動(dòng)不確定。第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)由由m個(gè)個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈，構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈，共有共有(m-1)個(gè)轉(zhuǎn)

13、動(dòng)副。個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。1 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈 2.2.3 計(jì)算機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)構(gòu)( 運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈) 自由度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題自由度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題32 3 52 60 3lhFnpp 1 07253 23hlppnF第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué) 準(zhǔn)確識(shí)別復(fù)合鉸鏈舉例準(zhǔn)確識(shí)別復(fù)合鉸鏈舉例關(guān)鍵：關(guān)鍵：分辨清楚哪幾個(gè)構(gòu)件在同一處形成了轉(zhuǎn)動(dòng)副分辨清楚哪幾個(gè)構(gòu)件在同一處形成了轉(zhuǎn)動(dòng)副 1231342123441321432312兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)計(jì)算圖示圓盤(pán)鋸機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算圖示圓盤(pán)鋸機(jī)構(gòu)

14、的自由度圓盤(pán)鋸機(jī)構(gòu)圓盤(pán)鋸機(jī)構(gòu) 動(dòng)畫(huà)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=低副數(shù)低副數(shù)PL= 6F=3n 2PL PH =37 260 =9DFECAB56471238F=3n 2PL PH =37 2100 =110第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)F 2、局部自由度、局部自由度(多余自由度多余自由度)計(jì)算圖示兩種滾子凸輪機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算圖示兩種滾子凸輪機(jī)構(gòu)的自由度對(duì)于凸輪機(jī)構(gòu)：對(duì)于凸輪機(jī)構(gòu)：33231 12 第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)F 32221 11 去掉滾子后，凸輪機(jī)構(gòu)：去掉滾子后，凸輪機(jī)構(gòu)：出現(xiàn)有滾子的場(chǎng)合，計(jì)算時(shí)應(yīng)去掉。出現(xiàn)有滾子的場(chǎng)合，計(jì)算時(shí)應(yīng)去掉。滾子的作用：滾子的作用： 滑動(dòng)摩

15、擦滑動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦。滾動(dòng)摩擦。第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)3、虛約束、虛約束(重復(fù)約束重復(fù)約束) 平面機(jī)構(gòu)的虛約束常出現(xiàn)于下列情況平面機(jī)構(gòu)的虛約束常出現(xiàn)于下列情況:（1）聯(lián)接點(diǎn)的軌跡相重合）聯(lián)接點(diǎn)的軌跡相重合（2）兩個(gè)構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副其導(dǎo)路相互平行或重合）兩個(gè)構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副其導(dǎo)路相互平行或重合34260F 32221 11F 33241F 第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué) 虛約束虛約束( (Redundant constraint, , Passive constraint) ) 定義定義：機(jī)構(gòu)中不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束。：機(jī)構(gòu)中不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束。 計(jì)算具有虛約束的機(jī)構(gòu)的

16、自由度時(shí)，應(yīng)先將計(jì)算具有虛約束的機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)，應(yīng)先將機(jī)構(gòu)中引入虛約束的運(yùn)動(dòng)副或運(yùn)動(dòng)鏈部分除去。機(jī)構(gòu)中引入虛約束的運(yùn)動(dòng)副或運(yùn)動(dòng)鏈部分除去。虛約束發(fā)生的場(chǎng)合虛約束發(fā)生的場(chǎng)合 兩構(gòu)件間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)導(dǎo)路平行的移動(dòng)副導(dǎo)路平行的移動(dòng)副兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)軸線重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)52134EF5 兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)間的距離在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持不變兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)間的距離在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持不變 未去掉虛約束時(shí)未去掉虛約束時(shí)F 3n 2pL pH 3 4 2 6 0 3241EF 附加的構(gòu)件附加的構(gòu)件5和其兩端的轉(zhuǎn)

17、動(dòng)副和其兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副E、F提供的自由度提供的自由度F 3 1 2 2 1即引入了一個(gè)約束，但這個(gè)約束對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不起實(shí)際即引入了一個(gè)約束，但這個(gè)約束對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不起實(shí)際約束作用，為虛約束。去掉虛約束后約束作用，為虛約束。去掉虛約束后F 3n 2pL pH 3 3 2 4 1?第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué) 聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合 附加的構(gòu)件附加的構(gòu)件4和其兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副和其兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副E、F以及附加的構(gòu)件以及附加的構(gòu)件1和和其兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副其兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副A、B提供的自由度提供的自由度F 3 1 2 2 1即引入了一個(gè)約束，但這個(gè)約束對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)

18、動(dòng)不起實(shí)際即引入了一個(gè)約束，但這個(gè)約束對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不起實(shí)際約束作用，為虛約束。去掉虛約束后約束作用，為虛約束。去掉虛約束后F 3n 2pL pH 3 3 2 4 11234ABDFEC43125ABCD平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)橢圓儀機(jī)構(gòu)橢圓儀機(jī)構(gòu)1構(gòu)件構(gòu)件2和和4在在E點(diǎn)軌跡重合點(diǎn)軌跡重合構(gòu)件構(gòu)件1和和2在在B點(diǎn)軌跡重合點(diǎn)軌跡重合橢圓儀機(jī)構(gòu)橢圓儀機(jī)構(gòu)2第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)1B342A 機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對(duì)稱(chēng)部分機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對(duì)稱(chēng)部分 對(duì)稱(chēng)布置的兩個(gè)行星輪對(duì)稱(chēng)布置的兩個(gè)行星輪2 和和2 以及相應(yīng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副以及相應(yīng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副D、C和和4個(gè)平面高副提供

19、的自由度個(gè)平面高副提供的自由度F 3 2 2 2 1 4 2即引入了兩個(gè)虛約束。即引入了兩個(gè)虛約束。 未去掉虛約束時(shí)未去掉虛約束時(shí)F 3n 2pL pH 3 5 2 5 1 6 1輪系輪系 去掉虛約束后去掉虛約束后F 3n 2pL pH 3 3 2 3 1 2 11234ADBC2 2 第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué) 虛約束的作用虛約束的作用 改善構(gòu)件的受力情況，分擔(dān)載荷或改善構(gòu)件的受力情況，分擔(dān)載荷或平衡慣性力平衡慣性力，如多，如多個(gè)行星輪。個(gè)行星輪。 增加增加結(jié)構(gòu)剛度結(jié)構(gòu)剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。 提高運(yùn)動(dòng)可靠性和工作的穩(wěn)定性提高運(yùn)動(dòng)可靠性和工作的穩(wěn)定性，如機(jī)車(chē)

20、車(chē)輪聯(lián)動(dòng)機(jī)，如機(jī)車(chē)車(chē)輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。構(gòu)。 注意：機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn)注意：機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn)的，如果這些幾何條件不滿足，則虛約束將變成實(shí)際有效的的，如果這些幾何條件不滿足，則虛約束將變成實(shí)際有效的約束，從而使機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)。約束，從而使機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)。第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)計(jì)算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度F = 3 n - 2 P5 - P4 = 37 - 29 - 1 = 2第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)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n=8Pl=11Ph=1F=1例題例題第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)一、平面機(jī)

21、構(gòu)的低副代替高副（高副低化）一、平面機(jī)構(gòu)的低副代替高副（高副低化）目的目的：便于分析機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特性。：便于分析機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特性。方法方法：用帶有二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的一個(gè)構(gòu)件聯(lián)接于高副接觸點(diǎn)的曲率中：用帶有二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的一個(gè)構(gòu)件聯(lián)接于高副接觸點(diǎn)的曲率中 心上即可。心上即可。條件條件:(1):(1)結(jié)構(gòu)條件結(jié)構(gòu)條件: :增加一個(gè)構(gòu)件及二個(gè)低副代替一個(gè)高副；增加一個(gè)構(gòu)件及二個(gè)低副代替一個(gè)高副； (2) (2)運(yùn)動(dòng)條件運(yùn)動(dòng)條件: :加入的運(yùn)動(dòng)副中心分別位于二高副元素接觸點(diǎn)加入的運(yùn)動(dòng)副中心分別位于二高副元素接觸點(diǎn) 的的曲率中心。保持瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)不變曲率中心。保持瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)不變( (自由度不變、瞬時(shí)速度不自由度

22、不變、瞬時(shí)速度不 變、瞬時(shí)加速度不變變、瞬時(shí)加速度不變) )2.3 平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析2.3.1 平面機(jī)構(gòu)的高副低代平面機(jī)構(gòu)的高副低代第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)各種類(lèi)型的高副低代各種類(lèi)型的高副低代: :1 1、接觸高副為曲線、接觸高副為曲線曲線曲線第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)2 2、接觸高副為曲線、接觸高副為曲線尖頂尖頂?shù)诘?章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)3 3、接觸高副為曲線、接觸高副為曲線平底平底第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)4、齒輪高副、齒輪高副第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)32LHFnPP1、桿組的定義：、桿組的定義：桿組桿組自由度為零，

23、且不可再拆的最簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)鏈。自由度為零，且不可再拆的最簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)鏈。自由度計(jì)算公式：自由度計(jì)算公式：2.3.2 平面機(jī)構(gòu)的組成原理平面機(jī)構(gòu)的組成原理 機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)必須等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)必須等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù), 故機(jī)構(gòu)從故機(jī)構(gòu)從動(dòng)件系統(tǒng)的自由度數(shù)為零。動(dòng)件系統(tǒng)的自由度數(shù)為零。 若將從動(dòng)件系統(tǒng)分解成不可再分解的自由度為零的若將從動(dòng)件系統(tǒng)分解成不可再分解的自由度為零的運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈, 這種運(yùn)動(dòng)鏈稱(chēng)為基本桿組這種運(yùn)動(dòng)鏈稱(chēng)為基本桿組, 簡(jiǎn)稱(chēng)桿組。簡(jiǎn)稱(chēng)桿組。第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)32LPn32LFnP0 由于高副可以低化由于高副可以低化,所以高副不考慮所以高副不考慮,如有高副如有高

24、副,用低副代替。所用低副代替。所以低副機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式為：以低副機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式為：則：則：因?yàn)闃?gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)必須是整數(shù)；因?yàn)闃?gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)必須是整數(shù)；所以可得一系列類(lèi)型的桿組；所以可得一系列類(lèi)型的桿組；常用的前兩種類(lèi)型的桿組常用的前兩種類(lèi)型的桿組兩個(gè)構(gòu)件三個(gè)低副兩個(gè)構(gòu)件三個(gè)低副四個(gè)構(gòu)件六個(gè)低副四個(gè)構(gòu)件六個(gè)低副nLP2 4 6 3 6 9 第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)兩個(gè)構(gòu)件三個(gè)低副的類(lèi)型：兩個(gè)構(gòu)件三個(gè)低副的類(lèi)型：四個(gè)構(gòu)件六個(gè)低副的類(lèi)型：四個(gè)構(gòu)件六個(gè)低副的類(lèi)型：第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)由于桿組的形式很多，所以將它分類(lèi)。由于桿組的形式很多，所以將它分類(lèi)。2、桿組分類(lèi)、桿組

25、分類(lèi)按桿組中最高多邊形的邊數(shù)來(lái)命名桿組的級(jí)別。按桿組中最高多邊形的邊數(shù)來(lái)命名桿組的級(jí)別。級(jí)級(jí)級(jí)級(jí)級(jí)級(jí)機(jī)構(gòu)的組成原理：機(jī)構(gòu)的組成原理：（原動(dòng)件與機(jī)架）（原動(dòng)件與機(jī)架） （若干個(gè)基本桿組）（若干個(gè)基本桿組）第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)基本桿組應(yīng)滿足的條件基本桿組應(yīng)滿足的條件F 3n 2pL 0 即即 n (2 3)pL 基本桿組的構(gòu)件數(shù)基本桿組的構(gòu)件數(shù)n 2，4，6，基本桿組的運(yùn)動(dòng)副數(shù)基本桿組的運(yùn)動(dòng)副數(shù)pL 3，6，9， n 2，pL 3的雙桿組的雙桿組( (II級(jí)組級(jí)組) )內(nèi)接運(yùn)動(dòng)副內(nèi)接運(yùn)動(dòng)副外接運(yùn)動(dòng)副外接運(yùn)動(dòng)副R-R-R組組R-R-P組組R-P-R組組P-R-P組組R-P-P組組第第2章

26、章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué) n 4，pL 6的多桿組的多桿組 III級(jí)組級(jí)組 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 有一個(gè)三副構(gòu)件，有一個(gè)三副構(gòu)件，而每個(gè)內(nèi)副所聯(lián)接的分而每個(gè)內(nèi)副所聯(lián)接的分支構(gòu)件是兩副構(gòu)件。支構(gòu)件是兩副構(gòu)件。第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué) IV級(jí)組級(jí)組 不同級(jí)別的桿組，其構(gòu)形的難度和位置解的數(shù)量都很不不同級(jí)別的桿組，其構(gòu)形的難度和位置解的數(shù)量都很不相同，從而決定了由它們所構(gòu)成的機(jī)構(gòu)可能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)相同，從而決定了由它們所構(gòu)成的機(jī)構(gòu)可能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及它們的運(yùn)動(dòng)與受力分析的難易程度都不相同。律，以及它們的運(yùn)動(dòng)與受力分析的難易程度都不相同。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 具有兩個(gè)三副構(gòu)件，桿組的四個(gè)內(nèi)副形成四具有兩個(gè)三副構(gòu)件，桿組的四個(gè)內(nèi)副形成四邊形。邊形。第第2章章 機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械機(jī)構(gòu)學(xué)最簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)：最簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)：級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu) 級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu) 與與級(jí)級(jí) 桿組相聯(lián)，成為桿組相聯(lián)，成為級(jí)級(jí) 機(jī)構(gòu)；機(jī)構(gòu)；3、機(jī)構(gòu)的分類(lèi)、機(jī)構(gòu)的分類(lèi)按組成機(jī)構(gòu)中最高級(jí)別的桿組的級(jí)別來(lái)命名機(jī)構(gòu)的級(jí)別。按組成機(jī)構(gòu)中