機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析

1、2:47:112:47:12名詞術(shù)語解釋名詞術(shù)語解釋:1.構(gòu)件構(gòu)件(Link) 獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元 上節(jié)課內(nèi)燃機(jī)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(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)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(dú)立的制造單元獨(dú)立的制造單元弄清機(jī)構(gòu)包含哪幾個(gè)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，2:47:121-1 運(yùn)動(dòng)副及其分類(平面) P.6 機(jī)構(gòu)構(gòu)件通過聯(lián)接運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副兩個(gè)構(gòu)件之間直接接觸并能產(chǎn)生一定 形式相對(duì)運(yùn)動(dòng)的(

2、可動(dòng))聯(lián)接。 P.6第2段倒2運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件接觸形式兩構(gòu)件接觸形式 點(diǎn)、線接觸高副高副 面接觸 低副低副2:47:12 低副低副(lower pair)面接面接觸，應(yīng)力低。觸，應(yīng)力低。移動(dòng)副移動(dòng)副 (sliding pair)。例如：例如：轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副(revolute pair)（回轉(zhuǎn)副（回轉(zhuǎn)副2:47:12高副高副(high pair)點(diǎn)、線接觸，應(yīng)力大。點(diǎn)、線接觸，應(yīng)力大。例如：例如：滾動(dòng)滾動(dòng)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(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)副) )2

3、:47:12運(yùn)動(dòng)副的分類：運(yùn)動(dòng)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(jí)副級(jí)副II級(jí)副級(jí)副III級(jí)級(jí)副副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。解釋約束兩構(gòu)件在未構(gòu)成運(yùn)動(dòng)付之前，它們共有6個(gè)相對(duì)自由度而之后，它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)受到約束，而自由度f=6-s兩構(gòu)件構(gòu)成運(yùn)動(dòng)付后所要受到的約束數(shù)最少為1，最多為52:47:12 2)按相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍分有：按相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍分有： 平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)平面運(yùn)動(dòng) (Planar 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)。IV級(jí)副級(jí)副例如

4、：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(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)空間運(yùn)動(dòng) (Spatial kinematic pair)V級(jí)副級(jí)副1V級(jí)副級(jí)副V級(jí)副級(jí)副3兩者關(guān)聯(lián)空間機(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)。把構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副統(tǒng)稱為平面運(yùn)動(dòng)副。2:47:13運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈兩個(gè)以上的構(gòu)件通過兩個(gè)以上的構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副的聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)副的聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。閉式鏈閉式鏈(Close chain) 3. 運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈 (Kinematic chain) 開式鏈

5、開式鏈(Open chain)如果組成運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件構(gòu)成了首末封閉的系統(tǒng)2:47:134. 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)定義：定義：在運(yùn)動(dòng)鏈中，如果將其中某一構(gòu)件加以在運(yùn)動(dòng)鏈中，如果將其中某一構(gòu)件加以固定而成為機(jī)架，那么該運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)。固定而成為機(jī)架，那么該運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)。機(jī)架（打上陰影）機(jī)架（打上陰影）機(jī)構(gòu)的組成：機(jī)構(gòu)的組成：機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)機(jī)架原動(dòng)件機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件從動(dòng)件原原(主主)動(dòng)件（用箭頭表示）動(dòng)件（用箭頭表示）從動(dòng)件從動(dòng)件輸出從動(dòng)件輸出從動(dòng)件(output link)2:47:1323 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)圖作用：作用： 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。機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)示

6、意圖(kinematic scheme)不按比例繪制的簡(jiǎn)圖。不按比例繪制的簡(jiǎn)圖?，F(xiàn)摘錄了部分現(xiàn)摘錄了部分GB446084機(jī)構(gòu)示意圖如下表機(jī)構(gòu)示意圖如下表。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)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖(The kinematic diagram of a mechanism) 撇開與運(yùn)動(dòng)無關(guān)的構(gòu)件外形和運(yùn)動(dòng)副具體構(gòu)造，僅用撇開與運(yùn)動(dòng)無關(guān)的構(gòu)件外形和運(yùn)動(dòng)副具體構(gòu)造，僅用簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單線條線條和和符號(hào)符號(hào)來表示來表示構(gòu)件構(gòu)件和和運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副，并按，并按比例比例定出各運(yùn)動(dòng)副的位置，定出各運(yùn)動(dòng)副的位置，用以說明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的用以說明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系

7、相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)圖形。的簡(jiǎn)圖形。2:47:13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)副名稱名稱運(yùn)動(dòng)副符號(hào)運(yùn)動(dòng)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V級(jí)付幾何封閉2:47:13平平面面高高副副2121IV級(jí)副力封閉2:47:13Outer-meshed Cylindrical Gear Drive外嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)以下是一些常用以下是一些常用的高副，請(qǐng)同學(xué)的高副，請(qǐng)同學(xué)們記住這些高副們記住這些高副的表示方法。的表示方法。2

8、:47:13Inner-meshed Cylindrical Gear Drive內(nèi)嚙合行星齒輪傳動(dòng)2:47:13Electric MotorCone Gear Drive錐齒輪傳動(dòng)2:47:13Chain DriveWorm and Worm Gear Drive帶輪傳動(dòng)2:47:13Chain DriveWorm and Worm Gear Drive鏈輪傳動(dòng)2:47:13Rack and pinion齒輪齒條傳動(dòng)齒輪齒條傳動(dòng)2:47:13Chain DriveWorm and Worm Gear Drive蝸輪蝸桿蝸輪蝸桿傳動(dòng)傳動(dòng)2:47:13Cam DriveInner-meshed

9、Ratchet MechanismCylindrical Gear DriveOuter-meshed Cylindrical Gear Drive凸輪傳動(dòng)2:47:13常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào) 表表2-2 2:47:132:47:132:47:13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(duì)運(yùn)動(dòng)分析有用。的值對(duì)運(yùn)動(dòng)分析有用。Only the value of the distance LAB between the centers of the two revolutes is necessary for

10、 all kinematic analysis.BAAB(a)(b) 構(gòu)件是獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元。構(gòu)件是獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元。2:47:13一般構(gòu)件的表示方法：一般構(gòu)件的表示方法：獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元。獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)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2:47:13三副構(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 2:47:13注意事項(xiàng)注意事項(xiàng): 畫構(gòu)件時(shí)應(yīng)撇開構(gòu)件的實(shí)際外形，而只考慮運(yùn)動(dòng)畫構(gòu)件時(shí)應(yīng)撇開構(gòu)件的實(shí)際外形，而只考慮運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)和與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的尺寸副的性質(zhì)和與運(yùn)動(dòng)有關(guān)的尺寸。構(gòu)件的畫法應(yīng)滿足三個(gè)要求構(gòu)件的畫法應(yīng)滿足三個(gè)要求 1.構(gòu)件采用簡(jiǎn)單線條。構(gòu)件采用簡(jiǎn)單線

11、條。 2.運(yùn)動(dòng)副要用規(guī)定符號(hào)。運(yùn)動(dòng)副要用規(guī)定符號(hào)。 3.按比例畫出各運(yùn)動(dòng)副之間的距離。按比例畫出各運(yùn)動(dòng)副之間的距離。2:47:142、 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：作圖步驟：作圖步驟：1.1.分析結(jié)構(gòu)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析結(jié)構(gòu)和相對(duì)運(yùn)動(dòng) 動(dòng)作原理、構(gòu)件數(shù)動(dòng)作原理、構(gòu)件數(shù)( (固定、活動(dòng)固定、活動(dòng)) )、運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)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(dòng)件的一個(gè)位置，第一個(gè)畫地選擇原動(dòng)件的一個(gè)位置，第一個(gè)畫地4.4.按表達(dá)方式作圖按表達(dá)方式作圖( (機(jī)構(gòu)演示機(jī)構(gòu)演示) )2:47:14(5) 5) 用數(shù)字標(biāo)出構(gòu)件，用字母標(biāo)出運(yùn)動(dòng)副。每

12、用數(shù)字標(biāo)出構(gòu)件，用字母標(biāo)出運(yùn)動(dòng)副。每一個(gè)構(gòu)件，不管有多少零件組成，都只能有一一個(gè)構(gòu)件，不管有多少零件組成，都只能有一個(gè)序號(hào)。在一個(gè)構(gòu)件中的所有零件都用焊接符個(gè)序號(hào)。在一個(gè)構(gòu)件中的所有零件都用焊接符號(hào)表示它們是剛性連接。號(hào)表示它們是剛性連接。(6) (6) 計(jì)算自由度計(jì)算自由度Calculate and check degree Calculate and check degree of freedom.of freedom.(7) (7) 量取運(yùn)動(dòng)相關(guān)尺寸量取運(yùn)動(dòng)相關(guān)尺寸(8) (8) 選擇一個(gè)合適的比例尺，畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖選擇一個(gè)合適的比例尺，畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖Select a suitable

13、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.2:47:14機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件作圖步驟：作圖步驟：1.1.分析結(jié)構(gòu)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析結(jié)構(gòu)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)件的一個(gè)位置，選擇原動(dòng)件的一個(gè)位置，第一個(gè)畫地第一個(gè)畫地4.4.按表達(dá)方式作圖按表達(dá)方式作圖例1:2:47:14例2:作圖步驟：作圖步驟：1.1.分析結(jié)構(gòu)和相對(duì)運(yùn)

14、動(dòng)分析結(jié)構(gòu)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(dòng)件的一個(gè)位置，選擇原動(dòng)件的一個(gè)位置，第一個(gè)畫地第一個(gè)畫地4.4.按表達(dá)方式作圖按表達(dá)方式作圖2:47:14Ex.1: 畫出內(nèi)燃機(jī)的畫出內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖Draw the kinematic diagram of the internal combustion engine(內(nèi)內(nèi)燃機(jī)燃機(jī)).畫之前，搞清機(jī)構(gòu)組畫之前，搞清機(jī)構(gòu)組成情況和運(yùn)動(dòng)傳遞路成情況和運(yùn)動(dòng)傳遞路線線2:47:14 2、第一步、第一步，畫出機(jī)架！這是很重要的一步，畫出機(jī)架！這是很重要的一步2:47:14第二步，畫出原動(dòng)件第二步，畫出原

15、動(dòng)件Draw the drivers(piston) 2 first.2:47:14第三步，第三步，按照運(yùn)動(dòng)傳遞路線按照運(yùn)動(dòng)傳遞路線弄清各個(gè)構(gòu)件之間弄清各個(gè)構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)副，畫出各個(gè)構(gòu)件。的運(yùn)動(dòng)副，畫出各個(gè)構(gòu)件。and then draw driven links according to the route of motion transmission. Draw the coupler 2:47:14畫曲軸畫曲軸4和小齒輪和小齒輪4。Draw the crank 4 and pinion 4.2:47:14畫齒輪畫齒輪5，凸輪，凸輪5和和5”。Draw the gear 5 , cams

16、5 and 5”.2:47:14畫出進(jìn)氣閥：推桿畫出進(jìn)氣閥：推桿6。 Draw the inlet valve 6 .2:47:14畫出排氣閥：推桿畫出排氣閥：推桿7。 Draw the outlet valve 7.2:47:14 第四步，標(biāo)出構(gòu)件序號(hào)，每個(gè)第四步，標(biāo)出構(gòu)件序號(hào)，每個(gè)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(gè)序號(hào)個(gè)序號(hào)。12345675542:47:15第五步，用字母標(biāo)出運(yùn)動(dòng)副第五步，用字母標(biāo)出運(yùn)動(dòng)副The kinematic pairs are lettered. 1234567ABCDEFD5542:47:15第六步：原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向用箭頭表

17、示。第六步：原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向用箭頭表示。The input link is marked(記號(hào)記號(hào)) with an arrow(箭頭箭頭) in the direction of motion.1234567ABCDEFD5542:47:15 第七步第七步：多個(gè)零件如果屬于同一個(gè)構(gòu)件，要：多個(gè)零件如果屬于同一個(gè)構(gòu)件，要用焊接符號(hào)涂黑。用焊接符號(hào)涂黑。 All machine elements belonging to the same link in the kinematic diagram must be connected firmly(牢固地牢固地)by welding(焊焊接接)

18、symbols.4D5A4E65C231D5B7F2:47:15圖(18)顎式破碎機(jī) p.81.找固定件(1個(gè)) 、 原動(dòng)件(1個(gè)) 、 從動(dòng)件 2.找運(yùn)動(dòng)副 2:47:15鱷式破碎機(jī)鱷式破碎機(jī)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(shí)，動(dòng)鄂板連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)鄂板5 5繞軸心繞軸心F F往復(fù)擺動(dòng)，往復(fù)擺動(dòng)，從而將礦石軋碎。繪制從而將礦石軋碎。繪制破碎機(jī)破碎機(jī)的的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。123456ABCDEFG將破碎機(jī)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸定出0,A,B,C,D,E,F的位置，畫出各轉(zhuǎn)動(dòng)副和表示各構(gòu)件的線段作業(yè)：2-12， p.242

19、:47:15圖1-9 活塞泵 p.92:47:1513平面機(jī)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(yùn)動(dòng)二二. . 運(yùn)動(dòng)副引入的約束運(yùn)動(dòng)副引入的約束: 三個(gè)自由度三個(gè)自由度(三個(gè)獨(dú)立運(yùn) 動(dòng)的可能性)自由構(gòu)件作空間運(yùn)動(dòng) 六個(gè)自由度引入兩個(gè)兩個(gè)約束引入一個(gè)一個(gè)約束ttnn三三. . 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度低副低副(轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副）高副高副122:47:15三三. . 平面機(jī)構(gòu)的自由度平面機(jī)構(gòu)的自由度（）(F0)當(dāng)原動(dòng)件的數(shù)目當(dāng)原動(dòng)件的數(shù)目機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng) (F=0(F=0不動(dòng)；多于不確定不動(dòng)；多于不確定; ;少于破壞）少于

20、破壞）(1)計(jì)算式： （1 11 1） 活動(dòng)構(gòu)件數(shù)（原動(dòng)件從動(dòng)件）活動(dòng)構(gòu)件數(shù)（原動(dòng)件從動(dòng)件） 低副數(shù)目低副數(shù)目 高副數(shù)目高副數(shù)目(2)(2)機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件: :(3)(3)計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng)計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng): :2:47:151. 1.例圖例圖(1 (110)10) p.11 K=5, n=K1=4, PL=5, 原動(dòng)件數(shù)=1 F=3n2PLPH=3425=2 F F 原動(dòng)件數(shù)原動(dòng)件數(shù) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定 2. 2.例圖例圖(1 (111)11) K=4, n=K1=3,原動(dòng)件數(shù)=2 ，PL=4 F=3n2PLPH=3324=1 F

21、 F 原動(dòng)件數(shù)原動(dòng)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(jī)構(gòu)不動(dòng)機(jī)構(gòu)不動(dòng)K=5, n=K1=4, PL=6F=3n2PLPH=3426=022:47:15例11:修改手動(dòng)沖床的設(shè)計(jì)修改手動(dòng)沖床的設(shè)計(jì)n=2,PL=3F=0n=3,PL=4, F=1減少一個(gè)約束減少一個(gè)約束增加一個(gè)自由度增加一個(gè)自由度n=2 , PL=2, PH=1 F=12:47:15(3) 計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng)：11123123412356F=3527=1F=3526=3？圖圖(1 (111)11) : :直線機(jī)構(gòu)（圓盤鋸）F=37260=9？F=372100=12.局

22、部自由度3.虛約束 兩個(gè)以上（m個(gè)）的構(gòu)件在同一軸線上用轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)副個(gè), (Lm1) 引入約束(m)1235641.復(fù)合鉸鏈F=3527=1例例12: 12: 2:47:152.2.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(yùn)動(dòng)的）獨(dú)立的運(yùn)動(dòng) 多余自由度計(jì)算時(shí)排出(活動(dòng)構(gòu)件)不計(jì)除去不計(jì)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(jì)局部自由度除去不計(jì)2:47:15對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(gè)重復(fù)的運(yùn)動(dòng)副 (平行的)移動(dòng)副

23、、(軸線重合)轉(zhuǎn)動(dòng)副 機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對(duì)稱部分F=32231= 1？F=32221=1F=33232=1F=34244= 0？虛虛虛虛圖圖1 11616虛虛2:47:15EF3.運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩構(gòu)件上的兩點(diǎn)距離始終不變運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩構(gòu)件上的兩點(diǎn)距離始終不變(distance (distance is constant)is constant)。2:47:154.兩構(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 whose common normal coincide) higher pairs whose common no

24、rmal coincide)。如如等寬凸輪等寬凸輪W注意：注意：法線不重合時(shí)，法線不重合時(shí)，變成實(shí)際約束！變成實(shí)際約束！AAn1n1n2n2n1n1n2n2AA revolute pairsrevolute pairs sliding pairssliding pairs32-22-11=12:47:15解解: 1.如不考慮上述因素，解得：K=9, n=K1=8原動(dòng)件數(shù) F 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定結(jié)論錯(cuò)誤！2.重解重解： n=7，原動(dòng)件數(shù)= F 機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)PL=10，PH=1，原動(dòng)件數(shù)=2 F=3n2PLPH=382101=3PL=9，PH=1F=3729 1=2123456789局虛復(fù)合例例:

25、:圖圖1-17 1-17 P P13132:47:15B2I9C 3A1J6H87DE4FG5例題計(jì)算圖示包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的自由度。p17分析：活動(dòng)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): constraints): 1I8去掉局部自由度和虛約束后： n =6PL =7F=3n 2PL PH =36 27

26、 3 =1PH =32:47:16例1-12 p.18： 解得:8,局部自由度1個(gè)32 3821111原動(dòng)件數(shù)1 機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)局虛復(fù)L11, 1，虛約束1個(gè),復(fù)合鉸鏈1個(gè)。2:47:1627 機(jī)構(gòu)的組成原理及其結(jié)構(gòu)分類一、機(jī)構(gòu)的組成原理(composition principle of (composition principle of mechanism) mechanism) a)原動(dòng)件作移動(dòng)(sliding)(sliding)(如直 線電機(jī)、流體壓力作動(dòng)力)。21 b)原動(dòng)件作轉(zhuǎn)動(dòng)(revolute)(revolute)(如 電動(dòng)機(jī))。211.基本機(jī)構(gòu)(basic mechanism)

27、(basic mechanism) 由一個(gè)原動(dòng)件(driving links)(driving links)、一個(gè)機(jī)架(frame)(frame)和一個(gè)低副(lower pair)(lower pair)組成的機(jī)構(gòu)。2:47:162.基本桿組(Assur groups)(Assur groups)定義：最簡(jiǎn)單的F0的構(gòu)件組(運(yùn)動(dòng)鏈)，稱為基本桿組 或阿蘇爾桿組。(Assur groups)(Assur groups)。機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是原動(dòng)件數(shù)自由度(0)。F=1F=0 現(xiàn)設(shè)想將機(jī)構(gòu)中的原動(dòng)件和機(jī)架分離出來，其F1。剩下的構(gòu)件組(運(yùn)動(dòng)鏈)必有F0。將構(gòu)件組(運(yùn)動(dòng)鏈)繼續(xù)拆分成更簡(jiǎn)單F0的

28、構(gòu)件組(運(yùn)動(dòng)鏈)，直到不能再拆為止。我們知道因此，2:47:16推論：任何一個(gè)平面機(jī)構(gòu)都可以看作是由若干個(gè)基本桿組依次連接于原動(dòng)件和機(jī)架上而構(gòu)成的。P18 Any mechanism can be assembled a basic mechanism by connecting Assur groups, group by group.機(jī)構(gòu)的組成原理： 機(jī)構(gòu)基本機(jī)構(gòu)（原動(dòng)件和機(jī)架）基本桿組 mechanism basic mechanism + Assur groups注意!在桿組并接時(shí)，不能將同一桿組的各個(gè)外接運(yùn)動(dòng)副接于同一構(gòu)件上，否則將起不到增加桿組的作用。2:47:16二、結(jié)構(gòu)分類(

29、(classification structure)設(shè)基本桿組中有n個(gè)構(gòu)件，則由條件F0有： F3n2PLPH0 PL3n/2 (低副機(jī)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(shí)例了! PL 3 6 n=2 的桿組稱為級(jí)組(grade Assur groups or dyad)應(yīng)用最廣而又最簡(jiǎn)單的基本桿組。共有 5 種類型最簡(jiǎn)單的基本桿組是由2個(gè)構(gòu)件和3個(gè)低副構(gòu)成的，把這種基本桿組稱為II級(jí)組2:47:16 n=4 （PL6）的桿組有以下三種類型: 以上三種形式稱為級(jí)組(grade Assur groups)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：其中一個(gè)構(gòu)件有

30、三個(gè)運(yùn)動(dòng)副。典型級(jí)組(grade Assur groups or dyad)：2:47:16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(jī)構(gòu)命名方式 平面運(yùn)動(dòng)副，空間運(yùn)動(dòng)副 按所含最高桿組級(jí)別命名，如級(jí)機(jī)構(gòu)，級(jí)機(jī)構(gòu)(grade mechanism，grade mechanism)等。把由最高級(jí)別為II級(jí)組的基本桿組構(gòu)成的機(jī)構(gòu)稱為II級(jí)機(jī)構(gòu)2:47:163.結(jié)構(gòu)分析：舉例：將圖示八桿機(jī)構(gòu)拆分成基本機(jī)構(gòu)和基本桿組。7132456835F=3n 2PL PH =37 210 0 =1456723182:47:16必須強(qiáng)調(diào)指出：1.桿組的各個(gè)外端副不可

31、以同時(shí)加在同一個(gè)構(gòu)件上，否 則將成為剛體。如： 2.機(jī)構(gòu)的級(jí)別與原動(dòng)件的選擇有關(guān)。2:47:1671324568舉例：將圖示八桿機(jī)構(gòu)拆分成基本機(jī)構(gòu)和基本桿組。級(jí)機(jī)構(gòu)(grade mechanism)級(jí)桿組級(jí)桿組基本機(jī)構(gòu)35456723182:47:16或級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu)1324568(grade mechanism)(grade mechanism)7352143578621435678結(jié)論：機(jī)構(gòu)的級(jí)別與原動(dòng)件的選擇有關(guān)。幾級(jí)機(jī)構(gòu)？2-232:47:16 本章重點(diǎn)(chapter stress)： 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪方法。 (method for drawing the kinematic (me

32、thod for drawing the kinematic diagram of a mechanism)diagram of a mechanism) 自由度的計(jì)算。 (calculate the degree of freedom a (calculate the degree of freedom a mechanism)mechanism) 機(jī)構(gòu)的組成原理。 (composition principle of mechanism)(composition principle of mechanism)2:47:16習(xí)題課習(xí)題課2:47:16Ex.3234122334411圓盤圓盤2套

33、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(dòng)，滑動(dòng)，圓盤圓盤4相相對(duì)于機(jī)架對(duì)于機(jī)架1轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)。2:47:162341223344112:47:161234例例5：繪制圖示繪制圖示偏心泵偏心泵的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖偏心泵偏心泵ABCD定出各轉(zhuǎn)動(dòng)副的位置和移動(dòng)副導(dǎo)路的方位。25 2-132:47:17Fig2Fig24747F=3n 2PL PH =1 =36273Fig2Fig24949F=3n 2PL PH =1 =372922:47:17F=3n 2PL PH =1 =382111F=3n 2PL PH =2 =342422:47:17例題例題10 ：Calculat

34、e the DOF of the mechanism.2:47:17(1) C 點(diǎn)是構(gòu)件 4、5、7的復(fù)合鉸鏈.1234567ABCDEF(2) A點(diǎn)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(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副. F=3n-2PL-Ph=36 -28 -1=12:47:17例題例題11 ：AB EC FD. Calculate the DOF of the mechanism.ABCDEFGHK2:47:17 構(gòu)件構(gòu)件EC,轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)活動(dòng)構(gòu)件個(gè)活動(dòng)構(gòu)件.ABCDEFGHK1234

35、5672:47:17 D 點(diǎn)是構(gòu)件點(diǎn)是構(gòu)件 2, 3, 4的復(fù)合鉸鏈的復(fù)合鉸鏈.ABCDEFGHK12345672:47:17 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(gè)高副個(gè)高副ABCDEFGHK12345672:47:17 5和6之間也只有1個(gè)高副（虛約束） There is only one higher pair between cam 6 and link 5.ABCDEFGHK12345672:47:17 F=3n-2PL-Ph=36 -27 -2=2. ABCDEFGHK1234567 需要2個(gè)原動(dòng)件Needs two drivers.2:47:172:

36、47:17直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用手搖唧筒手搖唧筒1B24AC3E(d)2:47:17回轉(zhuǎn)柱塞泵回轉(zhuǎn)柱塞泵2:47:172:47:17正弦機(jī)構(gòu)的應(yīng)用正弦機(jī)構(gòu)的應(yīng)用ABC4X1R322:47:172:47:172:47:172:47:172:47:172:47:172:47:172:47:173.2.5 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。The angular velocity 1 of crank 1 is given. For the position shownABCD142F13(1) 在機(jī)構(gòu)中標(biāo)出所有瞬心。在機(jī)構(gòu)中標(biāo)出

37、所有瞬心。locate all instant centres for the mechanism2:47:17n步驟：步驟：n1、算出所有瞬心的個(gè)數(shù)、算出所有瞬心的個(gè)數(shù)n2、用直接觀察法找出運(yùn)動(dòng)副之、用直接觀察法找出運(yùn)動(dòng)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2:47:17ABCD(P14)(P )121P23432(P )F134 注意：注意：移動(dòng)副的垂線可以通過移動(dòng)副的垂線可以通過任何點(diǎn)！任何點(diǎn)！2:47:17ABCD(P14)(P )121P23432(P )F13413P2:47:17ABCD(P14)(P )121P23432(P )F1342:

38、47:17ABCD(P14)(P )121E P )13P23432(P )F1(342:47:17 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(342:47:17P24 不僅在不僅在P12P14 上上,而且在而且在P23P34上。上。 P23P34 通過點(diǎn)通過點(diǎn)P34 且平行于且平行于BF. ABCD(P14)(P )121E P )13P23432(P )F1(342:47:17ABCD(P14)(P )121E P )13G(P )24P23432(P )F1(34P12P14 和和 P23

39、P34 的交點(diǎn)的交點(diǎn)G是是2，4的瞬心的瞬心 P24.2:47:17ABCD(P14)(P )121E P )13G(P )24P23432(P )F1(34利用機(jī)架利用機(jī)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(dòng)比求傳動(dòng)比 3 / 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(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度分析的方法。對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度分析的方法。2:47:17ABCD(P14)(P )121E P )13G(P )24P23432VV

40、E1E33(P )F1(343= 1LAE/LDE= 1P13P14/P13P34利用機(jī)架利用機(jī)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(dòng)比求傳動(dòng)比 3 / 1.L的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度按圖量按圖量取。取。Measure dimension graphically!2:47:17ABCD(P14)(P )121E P )13G(P )24P23432VVE1E33(P )F1(34(in ccw Counter Clockwise)逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng))(2) 求傳動(dòng)比求傳動(dòng)比 3 / 1.注意！相對(duì)瞬心在兩絕對(duì)瞬心一

41、邊，則角速注意！相對(duì)瞬心在兩絕對(duì)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。2:47:17ABCD(P14)(P )121E P )13G(P )24P23432VVE1E33(P )F1(342:47:18 由于構(gòu)件由于構(gòu)件2和和3組成了移動(dòng)副，有組成了移動(dòng)副，有 2 3. （方向都是（方向都是逆時(shí)針逆時(shí)針）Since links 2 and 3 are connected by a sliding pair, 2 3. (both in CCW)ABCD(P14)(P )121E P )13G(P )24P23432VVE1E33(P )F2

42、1(34(3) 求構(gòu)件求構(gòu)件2上上F點(diǎn)的速度點(diǎn)的速度VF 2:47:18(3) 求構(gòu)件求構(gòu)件2上上F點(diǎn)的速度點(diǎn)的速度VF 由于構(gòu)件由于構(gòu)件2與機(jī)架與機(jī)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(342:47:18 在此機(jī)構(gòu)中，在此機(jī)構(gòu)中，P34、P14和和 P24 是絕對(duì)瞬心是絕對(duì)瞬心（absolute instant centres），）， P13、P12和和 P23 是是相對(duì)瞬心（相對(duì)瞬心（ relative instant centres）.

43、 注意：雖注意：雖然點(diǎn)然點(diǎn)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(342:47:182:47:18123465P24P13P15P25P26P35舉例：舉例：求圖示六桿機(jī)構(gòu)的速度瞬心求圖示六桿機(jī)構(gòu)的速度瞬心(find the instant (find 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)/21

44、5151.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P46P36123456P14P23P12P16P34P56P452:47:18 小結(jié): 一.基本概念:機(jī)器、機(jī)構(gòu)、構(gòu)件、零件、 運(yùn)動(dòng)副(定義,判斷) 、瞬心 二.基本內(nèi)容: 1.自由度計(jì)算 2.計(jì)算自由度應(yīng)注意事項(xiàng) 3.繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 4.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 5.瞬心的求法 2:47:182:47:18123AO1Ex.3-2 如圖所示是一個(gè)如圖所示是一個(gè)直動(dòng)滾子從動(dòng)件的直動(dòng)滾子從動(dòng)件的凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪是凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪是一個(gè)圓盤一個(gè)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

45、示從動(dòng)件求如圖所示從動(dòng)件2的的速度速度 V2.2:47:18 轉(zhuǎn)子有一個(gè)轉(zhuǎn)子有一個(gè) 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(dòng)件在從動(dòng)件2上面，從上面，從動(dòng)件的速度不會(huì)改變。動(dòng)件的速度不會(huì)改變。 123AO12:47:18 轉(zhuǎn)動(dòng)瞬心轉(zhuǎn)動(dòng)瞬心 P12 在過構(gòu)件在過構(gòu)件1、2接接觸點(diǎn)觸點(diǎn)C的公法線的公法線 (common normal )n-n 上。上。 12123AB(P)O1nCn2:47:18 注意：注意：0點(diǎn)，點(diǎn)，C點(diǎn)點(diǎn)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 t

46、he 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(diǎn)點(diǎn)B就是瞬心就是瞬心 P12.23113P12P23P12123P23AB(P)()P13O1nCn2:47:18 由于從動(dòng)件 2 是 translating(平動(dòng)), 所以構(gòu)件2上的點(diǎn)速度都相同，都是 V2. 23113P12P23P12123P23AB(P)()P13O1nCn2:47:18由于從動(dòng)件由于從動(dòng)件 2 是是 translating(平平動(dòng)動(dòng)), 所以構(gòu)件所以構(gòu)件2上的點(diǎn)速度都相上的點(diǎn)速度

47、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)()P13O1nCn2:47:182:47:18結(jié)論結(jié)論(Conclusion(Conclusion ) ): :兩構(gòu)件的角速度之比等于絕對(duì)瞬心至相對(duì)瞬心的兩構(gòu)件的角速度之比等于絕對(duì)瞬心至相對(duì)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 a

48、ny 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 distances between the relative instant centre and to absolute instant centres) instant centre and to absolute instant centres)。角速度

49、的方向?yàn)椋航撬俣鹊姆较驗(yàn)椋?相對(duì)瞬心位于兩絕對(duì)瞬心相對(duì)瞬心位于兩絕對(duì)瞬心之外之外時(shí)，兩構(gòu)件時(shí)，兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相同轉(zhuǎn)向相同。相對(duì)瞬心位于兩絕對(duì)瞬心相對(duì)瞬心位于兩絕對(duì)瞬心之間之間時(shí)，兩構(gòu)件時(shí)，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 instant centre lies between the two absolute instant centres, then the direction of two absolute instant centres, then the dire

50、ction 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）. .2:47:184.4.用瞬心法解題步驟用瞬心法解題步驟(step)(step)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(drawing kinematics (drawing kinematics diagram of a mechanismdiagram of a mechanism)

51、)；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(duì)瞬心的速度（相求相對(duì)瞬心的速度（相對(duì)瞬心上速度相等）對(duì)瞬心上速度相等）利用機(jī)架利用機(jī)架求構(gòu)件的角速度求構(gòu)件的角速度 。2:47:18瞬心法的優(yōu)缺點(diǎn)(advantages and disadvantages)適合于求簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)的速度(velocity analysis of simple mechanisms)，機(jī)構(gòu)復(fù)雜時(shí)因瞬心數(shù)急劇增加而求解過程復(fù)雜。 有時(shí)瞬心點(diǎn)落在紙面外(sometime the instant ce

52、ntrelie 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)3-32:47:18 本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)(chapter stress)(chapter stress)： 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪方法。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)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(jì)算。自由度的計(jì)算。 (calculate the degree of freedom a mechanism)(calculate the degree of freedom a mechanism) 機(jī)構(gòu)的組成原理。機(jī)構(gòu)的組成原理。 (composition principle of mechanism)(composition principle of mechanism)2: