第2章 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和綜合(2012)

1、第二章第二章 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和綜合機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析和綜合機(jī)機(jī) 械械 原原 理理 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)20122012年年2 2月月2-1 2-1 結(jié)構(gòu)分析和綜合的基本內(nèi)容結(jié)構(gòu)分析和綜合的基本內(nèi)容機(jī)械原理課程對(duì)機(jī)械的研究主要有以下幾個(gè)方面：機(jī)械原理課程對(duì)機(jī)械的研究主要有以下幾個(gè)方面：一、對(duì)已有機(jī)械進(jìn)行分析一、對(duì)已有機(jī)械進(jìn)行分析二、設(shè)計(jì)新的機(jī)械二、設(shè)計(jì)新的機(jī)械機(jī)構(gòu)的選型機(jī)構(gòu)的選型機(jī)構(gòu)的動(dòng)力設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)總體運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)總體運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)機(jī)械的結(jié)構(gòu)分析機(jī)械的結(jié)構(gòu)分析機(jī)械的運(yùn)動(dòng)分析機(jī)械的運(yùn)動(dòng)分析機(jī)械的動(dòng)力分析機(jī)械的動(dòng)力分析本章的任務(wù)：

2、研究機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與類型綜合本章的任務(wù)：研究機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與類型綜合1.1.研究機(jī)構(gòu)的組成要素及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制研究機(jī)構(gòu)的組成要素及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制3.3.研究機(jī)構(gòu)的組成原理研究機(jī)構(gòu)的組成原理4.4.研究平面機(jī)構(gòu)的類型綜合方法研究平面機(jī)構(gòu)的類型綜合方法2.2.研究機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件研究機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件2-2 2-2 機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制一、機(jī)構(gòu)的組成要素一、機(jī)構(gòu)的組成要素1.1.構(gòu)件構(gòu)件作為一個(gè)整體參與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的剛性單元體稱為作為一個(gè)整體參與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的剛性單元體稱為構(gòu)件構(gòu)件一個(gè)構(gòu)件，可以是不能拆開的單一整體，

3、也可能是由若一個(gè)構(gòu)件，可以是不能拆開的單一整體，也可能是由若干個(gè)不同零件組裝起來的剛性體。干個(gè)不同零件組裝起來的剛性體。例如：例如：2.2.運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副 由兩個(gè)構(gòu)件直接接觸而產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接稱為由兩個(gè)構(gòu)件直接接觸而產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接稱為 運(yùn)動(dòng)副。運(yùn)動(dòng)副。對(duì)運(yùn)動(dòng)副的理解要把握以下三點(diǎn)：對(duì)運(yùn)動(dòng)副的理解要把握以下三點(diǎn)：（）運(yùn)動(dòng)副是一種聯(lián)接；（）運(yùn)動(dòng)副是一種聯(lián)接；（）運(yùn)動(dòng)副由兩個(gè)構(gòu)件組成；（）運(yùn)動(dòng)副由兩個(gè)構(gòu)件組成；（）組成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)構(gòu)件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)（）組成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)構(gòu)件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副是機(jī)械原理中最重要的概念之一運(yùn)動(dòng)副是機(jī)械原理中最重要的概念之一 兩構(gòu)件上參與接觸構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的部分稱

4、為兩構(gòu)件上參與接觸構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的部分稱為運(yùn)動(dòng)副元素。運(yùn)動(dòng)副元素。以上是機(jī)構(gòu)的兩大組成要素以上是機(jī)構(gòu)的兩大組成要素可以說：可以說：機(jī)構(gòu)是由運(yùn)動(dòng)副逐一聯(lián)接各個(gè)構(gòu)件組成的。機(jī)構(gòu)是由運(yùn)動(dòng)副逐一聯(lián)接各個(gè)構(gòu)件組成的。二、運(yùn)動(dòng)副的分類二、運(yùn)動(dòng)副的分類 組成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副的類型決定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式。運(yùn)動(dòng)組成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副的類型決定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式。運(yùn)動(dòng)副有多種類型，對(duì)運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行正確的分類，在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和副有多種類型，對(duì)運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行正確的分類，在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和綜合中是非常重要的。綜合中是非常重要的。1.1.根據(jù)運(yùn)動(dòng)副所引入的約束數(shù)分類根據(jù)運(yùn)動(dòng)副所引入的約束數(shù)分類運(yùn)動(dòng)副的作用：限制構(gòu)件間某些相對(duì)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)副的作用：限制構(gòu)件間某些相

5、對(duì)運(yùn)動(dòng)。約束：對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的限制作用。約束：對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的限制作用。表2-1 常用運(yùn)動(dòng)副及其簡(jiǎn)圖名稱圖 形簡(jiǎn)圖符號(hào)副級(jí)自由度名稱圖 形簡(jiǎn)圖符號(hào)副級(jí)自由度球面高副I5圓柱套筒副IV2柱面高副II4轉(zhuǎn)動(dòng)副V1球面低副III3移動(dòng)副V1球銷副IV2螺旋副V12.2.根據(jù)組成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副元素的接觸情況分類根據(jù)組成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副元素的接觸情況分類球面高副球面高副柱面高副柱面高副運(yùn)動(dòng)副元素以點(diǎn)或線接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為高副。運(yùn)動(dòng)副元素以點(diǎn)或線接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為高副。運(yùn)動(dòng)副元素以面接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為低副。運(yùn)動(dòng)副元素以面接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為低副。球面低副球面低副移動(dòng)副移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副3.3.根據(jù)組成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)構(gòu)件

6、的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分類根據(jù)組成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分類空間運(yùn)動(dòng)副：空間運(yùn)動(dòng)副：組成運(yùn)動(dòng)副的兩元素能夠相互做空間運(yùn)動(dòng)。組成運(yùn)動(dòng)副的兩元素能夠相互做空間運(yùn)動(dòng)。球銷副球銷副螺旋副螺旋副圓柱套筒副圓柱套筒副平面運(yùn)動(dòng)副：平面運(yùn)動(dòng)副：組成運(yùn)動(dòng)副的兩元素只能相互做平面運(yùn)動(dòng)。組成運(yùn)動(dòng)副的兩元素只能相互做平面運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)副移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副三、運(yùn)動(dòng)鏈與機(jī)構(gòu)三、運(yùn)動(dòng)鏈與機(jī)構(gòu)開式運(yùn)動(dòng)鏈開式運(yùn)動(dòng)鏈閉式運(yùn)動(dòng)鏈閉式運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)四、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制四、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制 為了便于研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，可以撇開構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副的為了便于研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，可以撇開構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副的外形和具體構(gòu)造，而只外形和具體構(gòu)造，而只用簡(jiǎn)單的線條和

7、符號(hào)代表構(gòu)件和運(yùn)用簡(jiǎn)單的線條和符號(hào)代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按比例定出各運(yùn)動(dòng)副位置，表示機(jī)構(gòu)的組成和傳動(dòng)副，并按比例定出各運(yùn)動(dòng)副位置，表示機(jī)構(gòu)的組成和傳動(dòng)情況。這樣繪制出能夠準(zhǔn)確表達(dá)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的簡(jiǎn)明圖動(dòng)情況。這樣繪制出能夠準(zhǔn)確表達(dá)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的簡(jiǎn)明圖形就稱為形就稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 只是為了表明機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或各構(gòu)件的相互關(guān)只是為了表明機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或各構(gòu)件的相互關(guān)系，也可以不按比例來繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，通常把這樣的系，也可以不按比例來繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，通常把這樣的簡(jiǎn)圖稱為簡(jiǎn)圖稱為機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)示意圖。常用機(jī)構(gòu)構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副代表符號(hào)常用機(jī)構(gòu)構(gòu)件、運(yùn)動(dòng)副代表符號(hào) 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的步驟繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

8、的步驟1.1.在繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖時(shí)，首先確定機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件和執(zhí)行在繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖時(shí)，首先確定機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件和執(zhí)行件，兩者之間為傳動(dòng)部份，由此確定出組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件，兩者之間為傳動(dòng)部份，由此確定出組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件，然后確定構(gòu)件間運(yùn)動(dòng)副的類型。件，然后確定構(gòu)件間運(yùn)動(dòng)副的類型。2.2.為將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖表示清楚，恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面。一般為將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖表示清楚，恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面。一般選擇與多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面相平行的面為投影面，必要時(shí)選擇與多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面相平行的面為投影面，必要時(shí)也可以就機(jī)械的不同部分選擇兩個(gè)或兩個(gè)以上的投影面，也可以就機(jī)械的不同部分選擇兩個(gè)或兩個(gè)以上的投影面，然后展開到同一平面上。

9、總之，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖要以正然后展開到同一平面上。總之，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖要以正確、簡(jiǎn)單、清晰為原則。確、簡(jiǎn)單、清晰為原則。3.3.選擇適當(dāng)?shù)谋壤撸鶕?jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸定出各運(yùn)動(dòng)副選擇適當(dāng)?shù)谋壤撸鶕?jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸定出各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，然后用規(guī)定的符號(hào)畫出各類運(yùn)動(dòng)副，并之間的相對(duì)位置，然后用規(guī)定的符號(hào)畫出各類運(yùn)動(dòng)副，并將同一構(gòu)件上的運(yùn)動(dòng)副符號(hào)用簡(jiǎn)單線條連接起來，這樣便將同一構(gòu)件上的運(yùn)動(dòng)副符號(hào)用簡(jiǎn)單線條連接起來，這樣便可繪制出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。可繪制出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。繪制牛頭刨床機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制牛頭刨床機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制十字滑塊聯(lián)軸節(jié)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制十字滑塊聯(lián)軸節(jié)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖活塞泵 繪制活塞泵

10、的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制活塞泵的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制顎式破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制顎式破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖2-3 機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式一、平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式1 1、自由度、自由度構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為自由度自由度xyzxyz對(duì)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的限制作用稱為對(duì)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的限制作用稱為約束約束2 2、機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)自由度自由度機(jī)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的自由度自由度什么是獨(dú)立運(yùn)動(dòng)什么是獨(dú)立運(yùn)動(dòng)? ?什么是什么是機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)? ?什么是什么是機(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)的自由度= =機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)

11、數(shù)目 平面機(jī)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目為平面機(jī)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目為: :所有活動(dòng)構(gòu)件的自由所有活動(dòng)構(gòu)件的自由度的和減去所有運(yùn)動(dòng)副引入約束數(shù)目的和度的和減去所有運(yùn)動(dòng)副引入約束數(shù)目的和。這是平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式這是平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式HLHLPPnPPnF23)2(3 對(duì)于具有對(duì)于具有 個(gè)活動(dòng)構(gòu)件的平面機(jī)構(gòu)，若各構(gòu)件之間共構(gòu)個(gè)活動(dòng)構(gòu)件的平面機(jī)構(gòu)，若各構(gòu)件之間共構(gòu)成了成了 個(gè)低副和個(gè)低副和 個(gè)高副，則它們共引入個(gè)高副，則它們共引入 個(gè)個(gè)約束。機(jī)構(gòu)的自由度約束。機(jī)構(gòu)的自由度F F顯然應(yīng)為顯然應(yīng)為: :nLPHP)2(HLPP K=4 ; n=3 ; pL=4 ; pH =0F=33240=1例例:K=7

12、, n=71= 6 , PL = 8 , PH =1 (3與5同一構(gòu)件) F=3n2PLPH=36281 =13例例: :二、機(jī)構(gòu)自由度的意義及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 所謂所謂機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)的自由度，實(shí)質(zhì)上就是機(jī)構(gòu)具有確定位，實(shí)質(zhì)上就是機(jī)構(gòu)具有確定位置時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。機(jī)構(gòu)的自由置時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目。機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)也就是機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有的原動(dòng)件數(shù)目。度數(shù)也就是機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有的原動(dòng)件數(shù)目。計(jì)算下列機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算下列機(jī)構(gòu)的自由度003223230, 3, 2HLHLPPnFPPn105233230, 5, 3HLHLPPnFPPn104233230, 4, 3HLHLP

13、PnFPPn205243230, 5, 4HLHLPPnFPPn討論討論1)1)若機(jī)構(gòu)自由度若機(jī)構(gòu)自由度，則機(jī)構(gòu)不能動(dòng)，則機(jī)構(gòu)不能動(dòng)003223230, 3, 2HLHLPPnFPPn105233230, 5, 3HLHLPPnFPPn2)2)若若 且與原動(dòng)件數(shù)相等，則機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是且與原動(dòng)件數(shù)相等，則機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是確定的。確定的。因此，機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：因此，機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：。3)3)若若00，而原動(dòng)件數(shù)，而原動(dòng)件數(shù) ，而原動(dòng)件數(shù)，而原動(dòng)件數(shù) F F，則構(gòu)件間不能運(yùn)動(dòng)或產(chǎn)生破壞。，則構(gòu)件間不能運(yùn)動(dòng)或產(chǎn)生破壞。104233230, 4, 3HLHLPPnF

14、PPn205243230, 5, 4HLHLPPnFPPn 自由度自由度 F F 0 0、原動(dòng)件數(shù)目機(jī)構(gòu)自由度數(shù)目原動(dòng)件數(shù)目機(jī)構(gòu)自由度數(shù)目機(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: :三、計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)1. 1. 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈例：例： 由兩個(gè)以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為復(fù)合鉸由兩個(gè)以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為復(fù)合鉸鏈。由鏈。由m m個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當(dāng)包含個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)當(dāng)包含(m-1)(m-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。2. 2. 局部自由度局部自由度不影響機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)的自由度，稱為局部自由度。不影響機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)的自由度，稱為局部自由度。在計(jì)算機(jī)構(gòu)自

15、由度時(shí)，局部自由度應(yīng)當(dāng)舍棄不計(jì)。在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，局部自由度應(yīng)當(dāng)舍棄不計(jì)。3.3.虛約束虛約束 應(yīng)在計(jì)算結(jié)果中加上虛約束數(shù)，或先將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)應(yīng)在計(jì)算結(jié)果中加上虛約束數(shù)，或先將產(chǎn)生虛約束的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副去掉，然后再進(jìn)行計(jì)算。件和運(yùn)動(dòng)副去掉，然后再進(jìn)行計(jì)算。 在機(jī)構(gòu)中，有些約束所起的限制作用可能是重復(fù)的，這在機(jī)構(gòu)中，有些約束所起的限制作用可能是重復(fù)的，這種不起獨(dú)立限制作用的約束稱為虛約束。種不起獨(dú)立限制作用的約束稱為虛約束。常見的虛約束有以下幾種情況常見的虛約束有以下幾種情況: :）當(dāng)兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副，且其導(dǎo)路互相平行或重合時(shí)，）當(dāng)兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副，且其導(dǎo)路互相平行或重合時(shí)，則只有一個(gè)

16、移動(dòng)副起約束作用，其余都是虛約束。則只有一個(gè)移動(dòng)副起約束作用，其余都是虛約束。帶虛約束的凸輪機(jī)構(gòu)帶虛約束的凸輪機(jī)構(gòu)帶虛約束的曲軸帶虛約束的曲軸）當(dāng)兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且軸線互相重合時(shí)，則只有）當(dāng)兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且軸線互相重合時(shí)，則只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副起作用，其余轉(zhuǎn)動(dòng)副都是虛約束。一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副起作用，其余轉(zhuǎn)動(dòng)副都是虛約束。）如果機(jī)構(gòu)中兩活動(dòng)構(gòu)件上某兩點(diǎn)的距離始終保持不變，此）如果機(jī)構(gòu)中兩活動(dòng)構(gòu)件上某兩點(diǎn)的距離始終保持不變，此時(shí)若用具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的附加構(gòu)件來連接這兩個(gè)點(diǎn)，則將會(huì)引時(shí)若用具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的附加構(gòu)件來連接這兩個(gè)點(diǎn)，則將會(huì)引入一個(gè)虛約束。入一個(gè)虛約束。帶虛約束的桿機(jī)構(gòu)帶虛約束的桿機(jī)構(gòu)）機(jī)構(gòu)

17、中對(duì)運(yùn)動(dòng)起重復(fù)限制作用的對(duì)稱部分也往往會(huì)引入）機(jī)構(gòu)中對(duì)運(yùn)動(dòng)起重復(fù)限制作用的對(duì)稱部分也往往會(huì)引入虛約束。虛約束。帶虛約束的行星輪系帶虛約束的行星輪系虛約束的本質(zhì)是什么虛約束的本質(zhì)是什么? 從運(yùn)動(dòng)的角度看從運(yùn)動(dòng)的角度看, ,虛約束就是虛約束就是“重復(fù)的約束重復(fù)的約束”或者是或者是“多余的約束多余的約束”。機(jī)構(gòu)中為什么要使用虛約束機(jī)構(gòu)中為什么要使用虛約束? ?a.使受力狀態(tài)更合理使受力狀態(tài)更合理b.使機(jī)構(gòu)平衡使機(jī)構(gòu)平衡c.考慮機(jī)構(gòu)在特殊位置的運(yùn)動(dòng)考慮機(jī)構(gòu)在特殊位置的運(yùn)動(dòng)使用虛約束時(shí)要注意什么問題使用虛約束時(shí)要注意什么問題? ? 保證滿足虛約束存在的幾何條件，在機(jī)械設(shè)計(jì)中使用保證滿足虛約束存在的幾何條

18、件，在機(jī)械設(shè)計(jì)中使用虛約束時(shí)，機(jī)械制造的精度要提高。虛約束時(shí)，機(jī)械制造的精度要提高。2-4 2-4 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)分析一、平面機(jī)構(gòu)的組成原理一、平面機(jī)構(gòu)的組成原理機(jī)構(gòu)都是由機(jī)架、原動(dòng)件和從動(dòng)件組構(gòu)成的。機(jī)構(gòu)都是由機(jī)架、原動(dòng)件和從動(dòng)件組構(gòu)成的。機(jī)架機(jī)架原動(dòng)件原動(dòng)件從動(dòng)件組從動(dòng)件組從動(dòng)件組從動(dòng)件組當(dāng)把該機(jī)構(gòu)的機(jī)架和原動(dòng)件拆去后，則余下的從動(dòng)件組為：當(dāng)把該機(jī)構(gòu)的機(jī)架和原動(dòng)件拆去后，則余下的從動(dòng)件組為：這個(gè)從動(dòng)件組的自由度為零，即：這個(gè)從動(dòng)件組的自由度為零，即：06243236,4LLPnFPn 這個(gè)從動(dòng)件組還可以分解成若干個(gè)更簡(jiǎn)單的、自由度這個(gè)從動(dòng)件組還可以分解

19、成若干個(gè)更簡(jiǎn)單的、自由度等于零的從動(dòng)件組。等于零的從動(dòng)件組。分分解解？還能進(jìn)一步分解嗎？還能進(jìn)一步分解嗎？還能進(jìn)一步分解嗎？還能進(jìn)一步分解嗎？ 這樣的從動(dòng)件組已經(jīng)不能進(jìn)一步分解成更簡(jiǎn)單、自由度為零這樣的從動(dòng)件組已經(jīng)不能進(jìn)一步分解成更簡(jiǎn)單、自由度為零的從動(dòng)件組。的從動(dòng)件組。 通常把這樣的從動(dòng)件組稱為：通常把這樣的從動(dòng)件組稱為：基本桿組基本桿組基本桿組的概念非常重要，它是機(jī)構(gòu)分析基本桿組的概念非常重要，它是機(jī)構(gòu)分析的重要的理論基礎(chǔ)。的重要的理論基礎(chǔ)。機(jī)構(gòu)的組成原理機(jī)構(gòu)的組成原理 任何機(jī)構(gòu)都可以看作是由任何機(jī)構(gòu)都可以看作是由若干個(gè)基本桿組依次連接于若干個(gè)基本桿組依次連接于原動(dòng)件和機(jī)架上所組成的原動(dòng)件

20、和機(jī)架上所組成的 如果基本桿組的運(yùn)動(dòng)副全為低副，則基本桿組自由度如果基本桿組的運(yùn)動(dòng)副全為低副，則基本桿組自由度的計(jì)算公式為：的計(jì)算公式為：023LPnFLPn32 由于活動(dòng)構(gòu)件數(shù)由于活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n和低副數(shù)和低副數(shù)PL都必須是整數(shù)，所以都必須是整數(shù)，所以 n應(yīng)是應(yīng)是 的倍數(shù)，的倍數(shù)， PL應(yīng)是應(yīng)是 的倍數(shù)。的倍數(shù)。 這也就是說，在一個(gè)基本桿組中，其構(gòu)件數(shù)和低副數(shù)這也就是說，在一個(gè)基本桿組中，其構(gòu)件數(shù)和低副數(shù)有以下關(guān)系：有以下關(guān)系：n=2, PL=3n=4, PL=6n=6, PL=9二、基本桿組的類型二、基本桿組的類型 最簡(jiǎn)單的平面基本桿組是由兩個(gè)構(gòu)件三個(gè)低副組成的桿組，最簡(jiǎn)單的平面基本桿組是由兩

21、個(gè)構(gòu)件三個(gè)低副組成的桿組，稱之為稱之為級(jí)桿組。級(jí)桿組。級(jí)桿組是機(jī)構(gòu)中最常見的一類基本桿組級(jí)桿組是機(jī)構(gòu)中最常見的一類基本桿組級(jí)桿組有以下五種形式：級(jí)桿組有以下五種形式：（）（）RRR桿組桿組（）（）RRP桿組桿組（）（）RPR桿組桿組（）（）PRP桿組桿組（）（）RPP桿組桿組除除級(jí)桿組外，還有級(jí)桿組外，還有、級(jí)等較高級(jí)的基本桿組。級(jí)等較高級(jí)的基本桿組。這是這是級(jí)桿組級(jí)桿組由個(gè)構(gòu)件個(gè)低副組成，具有一個(gè)由個(gè)構(gòu)件個(gè)低副組成，具有一個(gè)副構(gòu)件，而每個(gè)內(nèi)副所連接的分支是雙副構(gòu)件。副構(gòu)件，而每個(gè)內(nèi)副所連接的分支是雙副構(gòu)件。這是這是級(jí)桿組級(jí)桿組由個(gè)構(gòu)件個(gè)低副組成，有個(gè)內(nèi)副。由個(gè)構(gòu)件個(gè)低副組成，有個(gè)內(nèi)副。機(jī)構(gòu)自

22、由度計(jì)算舉例機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算舉例例例 1 1 圖示牛頭刨床設(shè)計(jì)圖示牛頭刨床設(shè)計(jì)方案草圖。設(shè)計(jì)思路為：方案草圖。設(shè)計(jì)思路為：動(dòng)力由曲柄動(dòng)力由曲柄1 1輸入，通過輸入，通過滑塊滑塊2 2使擺動(dòng)導(dǎo)桿使擺動(dòng)導(dǎo)桿 3 3 作往作往復(fù)擺動(dòng)，并帶動(dòng)滑枕復(fù)擺動(dòng)，并帶動(dòng)滑枕4 4作作往復(fù)移動(dòng)往復(fù)移動(dòng) ，已達(dá)到刨削，已達(dá)到刨削加工目的。加工目的。 試問圖示的試問圖示的構(gòu)件組合是否能達(dá)到此目構(gòu)件組合是否能達(dá)到此目的？的？ 如果不能，該如何如果不能，該如何修改？修改？1 12 23 34解：首先計(jì)算設(shè)計(jì)方案草圖的自由度解：首先計(jì)算設(shè)計(jì)方案草圖的自由度0624323HPPnFL改進(jìn)措施：改進(jìn)措施：1 1、增加一個(gè)低副和一個(gè)活動(dòng)構(gòu)件；、增加一個(gè)低副和一個(gè)活動(dòng)構(gòu)件；2 2、用一個(gè)高副代替低副。、用一個(gè)高副代替低副。 即表示如果按此方案設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)是不能運(yùn)動(dòng)的。即表示如果按此方案設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)是不能運(yùn)動(dòng)的。必須修改，以達(dá)到設(shè)計(jì)目的。必須修改，以達(dá)到設(shè)計(jì)目的。改進(jìn)方案改進(jìn)方案改進(jìn)方案改進(jìn)方案改進(jìn)方案改進(jìn)方案改進(jìn)方案改進(jìn)方案例例 2 2 如圖所示，已知：如圖所示，已知： DE=FG=HIDE=FG=HI，且相互平行；