清華大學機械原理課件第1章-機構的組成和結(jié)構

第1章機構的組成和結(jié)構

◆機構的組成

◆機構運動簡圖

◆運動鏈成為機構的條件

◆結(jié)構的組成原理和結(jié)構分析

上篇機構的運動設計第1章機構的組成和結(jié)構

◆機構的組成

◆機構運動簡圖

1.1運動副的作用及其分類運動副：1.1運動副的作用及其分類

閉式運動鏈開式運動鏈閉式運動鏈：組成運動鏈的各構件構成首末封閉的系統(tǒng)開式運動鏈：組成運動鏈的各構件未構成首末封閉的系統(tǒng)閉式運動鏈開式運動鏈閉式運動傳統(tǒng)的機械：閉式運動鏈為多；機械手和機器人：多為開式運動鏈平面中，自由構件有三個自由度，通過運動副，相對運動受到約束，自由度減少。運動副：點、線或面接觸傳統(tǒng)的機械：閉式運動鏈為多；1.低副—面接觸

（1）回轉(zhuǎn)副：鉸聯(lián)接，軸和軸承；問題：自由度如何變化？消去兩個自由度，剩下一個相對回轉(zhuǎn)1.低副—面接觸

（1）回轉(zhuǎn)副：鉸聯(lián)接，軸和軸承；問題：自（2）移動副：滑塊與導軌，活塞與氣缸同樣，消去兩個自由度，剩下一個相對移動

（2）移動副：滑塊與導軌，活塞與氣缸同樣，消去兩個自由度，剩2.高副—點、線接觸問題：自由度如何變化？消去一個自由度，剩下一個移動和轉(zhuǎn)動2.高副—點、線接觸問題：自由度如何變化？3.機構平面機構：各運動構件均在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動的機構。空間機構：各運動構件不都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動的機構。3.機構1.2機構運動簡圖構思新機械的運動方案對現(xiàn)有機構進行分析運動及動力設計與分析表示機構的簡單圖形→機構運動簡圖1.2機構運動簡圖表示機構的簡單圖形→機構運動簡圖1.機構運動簡圖及其用途運動簡圖用途簡單的線條和特定的符號具有確定的比例反映機構組成和相對運動關系表達機構的運動原理進行運動和動力學分析1.機構運動簡圖及其用途簡單的線條和特定的符號表達機構的運2.機構運動簡圖的繪制

例：小型壓力機2.機構運動簡圖的繪制

例：小型壓力機清華大學機械原理課件第1章-機構的組成和結(jié)構方法：（1）分析機構的組成情況，動作原理和運動情況；（2）分析各構件之間相對運動的性質(zhì)，確定各運動副的類型；（3）選擇視圖投影面及比例尺，繪制出機構運動簡圖，表示出原動件。方法：（1）分析機構的組成情況，動作原理和運動情況；清華大學機械原理課件第1章-機構的組成和結(jié)構1.3平面機構的自由度

1.自由度計算公式

運動鏈自由度數(shù)目F

F=活動構件原有自由度數(shù)目

-被運動副約束掉的自由度數(shù)目

式中：n-活動構件數(shù)；

PL-低副數(shù)；

PH-高副數(shù)。1.3平面機構的自由度

1.自由度計算公式

運動鏈自由度例1:例1:F>0，原動件的數(shù)目小于自由度的數(shù)目，運動鏈沒有確定的相對運動，不能成為機構。F>0，原動件的數(shù)目小于自由度的數(shù)目，運動鏈沒有確定的相對運例2：F>0，原動件的數(shù)目大于自由度的數(shù)目，運動鏈將被破壞，不能成為機構。例2：F>0，原動件的數(shù)目大于自由度的數(shù)目，運動鏈將被破壞，例3：F≤0，運動鏈約束過多，已成為桁架，不能成為機構例3：F≤0，運動鏈約束過多，已成為桁架，不能成為機構2.運動鏈成為機構的條件（1）運動鏈F>0；（2）F=原動件數(shù)目；（3）滿足(1)、(2)的運動鏈即為機構，機構自由度的計算可用運動鏈自由度的計算公式。2.運動鏈成為機構的條件3.計算自由度時應注意的問題

（1）復合鉸鏈3.計算自由度時應注意的問題

（1）復合鉸鏈K個構件形成的復合鉸鏈具有(K-1)個回轉(zhuǎn)副K個構件形成的復合鉸鏈具有(K-1)個回轉(zhuǎn)副（2）局部自由度F=3×3-2×3-1=2F=3×2-2×2-1=1（2）局部自由度F=3×3-2×3-1=2（3）虛約束重復約束（3）虛約束為了改善受力情況為了改善受力情況對運動不起作用的對稱部分對運動不起作用的對稱部分運動軌跡重復運動軌跡重復包含重復機構包含重復機構1.4機構的組成原理和結(jié)構1.4.1平面機構的高副低代平面機構→平面低副機構根據(jù)一定條件對機構中的高副虛擬地以低副代替—高副低代高副低代必須滿足的條件1.代替前后機構的自由度不變1.4機構的組成原理和結(jié)構高副—引入1個約束1個構件和2個低副—引入1個約束用一個含有兩個低副的虛擬構件來代替一個高副。高副—引入1個約束含有兩個低副的虛擬構件含有兩個低副的虛擬構件2.代替前后機構的瞬時速度和瞬時加速度不變1.4.2機構的組成原理機構單個原動件(F=1)機架(F=0)從動件系統(tǒng)(F=0)2.代替前后機構的瞬時速度和瞬時加速度不變單個原動件(F=桿組從動件系統(tǒng)若干個不可再分的自由度為零的構件組合—基本桿組(桿組)平面低副機構(1)雙桿組(II級桿組)桿組若干個不可再分的自由度為零的構件組合—基本桿組(桿組)平(2)多桿組常見III級桿組特征具有一個三副構件每個內(nèi)副所連接的分支構件是雙副構件(2)多桿組具有一個三副構件比III級桿組級別更高的基本桿組，在實際機構中應用很少。2.機構的組成原理基本桿組F=0………基本桿組F=0原動件F=1機架F=0………比III級桿組級別更高的基本桿組，在實際機構中應用很++=原則：滿足相同工作要求的前提下，機構的結(jié)構簡單，桿組級別低，構件數(shù)和運動副的數(shù)目少。++=原則：滿足相同工作要求的前提下，機構的結(jié)構簡單，桿組級1.4.3機構的結(jié)構分析拆桿組基本桿組原動件機架機構1.4.3機構的結(jié)構分析基本桿組原動件機架實例：高副低代拆除第一個II桿組實例：拆除第一個II桿組繼續(xù)拆下一個桿組繼續(xù)拆下一個桿組清華大學機械原理課件第1章-機構的組成和結(jié)構如何拆桿組？如何拆桿組？

不同級別的桿組組成機構，通常以機構中包含的基本桿組的最高級別命名一個原動件和機架組成4個II級桿組1個II級桿組1個III級桿組I級機構II級機構III級機構不同級別的桿組組成機構，通常以機構中包含的基思考：原動件更換后對機構級別的影響區(qū)別思考：原動件更換后對機構級別的影響區(qū)別本章參考書孟憲源等編著.

機構構型與應用(上冊).

北京：機械工業(yè)出版社.

2004年

2.張啟先主編.空間機構的分析與綜合(上冊).北京：機械工業(yè)出版社.1984本章參考書本章習題(第1周)

習題：1.2(b)、(c)；1.5

(b)、(c)

自測題：1-6

關于作業(yè)的基本要求———————————————————本章習題(第2周)

習題：1.5(d)、(f)；1.6

(c)、(f)

本章習題(第1周)清華大學機械原理課件第1章-機構的組成和結(jié)構清華大學機械原理課件第1章-機構的組成和結(jié)構清華大學機械原理課件第1章-機構的組成和結(jié)構清華大學機械原理課件第1章-機構的組成和結(jié)構清華大學機械原理課件第1章-機構的組成和結(jié)構第1章機構的組成和結(jié)構

◆機構的組成

◆機構運動簡圖

◆運動鏈成為機構的條件

◆結(jié)構的組成原理和結(jié)構分析

上篇機構的運動設計第1章機構的組成和結(jié)構

◆機構的組成

◆機構運動簡圖

1.1運動副的作用及其分類運動副：1.1運動副的作用及其分類

閉式運動鏈開式運動鏈閉式運動鏈：組成運動鏈的各構件構成首末封閉的系統(tǒng)開式運動鏈：組成運動鏈的各構件未構成首末封閉的系統(tǒng)閉式運動鏈開式運動鏈閉式運動傳統(tǒng)的機械：閉式運動鏈為多；機械手和機器人：多為開式運動鏈平面中，自由構件有三個自由度，通過運動副，相對運動受到約束，自由度減少。運動副：點、線或面接觸傳統(tǒng)的機械：閉式運動鏈為多；1.低副—面接觸

（1）回轉(zhuǎn)副：鉸聯(lián)接，軸和軸承；問題：自由度如何變化？消去兩個自由度，剩下一個相對回轉(zhuǎn)1.低副—面接觸

（1）回轉(zhuǎn)副：鉸聯(lián)接，軸和軸承；問題：自（2）移動副：滑塊與導軌，活塞與氣缸同樣，消去兩個自由度，剩下一個相對移動

（2）移動副：滑塊與導軌，活塞與氣缸同樣，消去兩個自由度，剩2.高副—點、線接觸問題：自由度如何變化？消去一個自由度，剩下一個移動和轉(zhuǎn)動2.高副—點、線接觸問題：自由度如何變化？3.機構平面機構：各運動構件均在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動的機構?？臻g機構：各運動構件不都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動的機構。3.機構1.2機構運動簡圖構思新機械的運動方案對現(xiàn)有機構進行分析運動及動力設計與分析表示機構的簡單圖形→機構運動簡圖1.2機構運動簡圖表示機構的簡單圖形→機構運動簡圖1.機構運動簡圖及其用途運動簡圖用途簡單的線條和特定的符號具有確定的比例反映機構組成和相對運動關系表達機構的運動原理進行運動和動力學分析1.機構運動簡圖及其用途簡單的線條和特定的符號表達機構的運2.機構運動簡圖的繪制

例：小型壓力機2.機構運動簡圖的繪制

例：小型壓力機清華大學機械原理課件第1章-機構的組成和結(jié)構方法：（1）分析機構的組成情況，動作原理和運動情況；（2）分析各構件之間相對運動的性質(zhì)，確定各運動副的類型；（3）選擇視圖投影面及比例尺，繪制出機構運動簡圖，表示出原動件。方法：（1）分析機構的組成情況，動作原理和運動情況；清華大學機械原理課件第1章-機構的組成和結(jié)構1.3平面機構的自由度

1.自由度計算公式

運動鏈自由度數(shù)目F

F=活動構件原有自由度數(shù)目

-被運動副約束掉的自由度數(shù)目

式中：n-活動構件數(shù)；

PL-低副數(shù)；

PH-高副數(shù)。1.3平面機構的自由度

1.自由度計算公式

運動鏈自由度例1:例1:F>0，原動件的數(shù)目小于自由度的數(shù)目，運動鏈沒有確定的相對運動，不能成為機構。F>0，原動件的數(shù)目小于自由度的數(shù)目，運動鏈沒有確定的相對運例2：F>0，原動件的數(shù)目大于自由度的數(shù)目，運動鏈將被破壞，不能成為機構。例2：F>0，原動件的數(shù)目大于自由度的數(shù)目，運動鏈將被破壞，例3：F≤0，運動鏈約束過多，已成為桁架，不能成為機構例3：F≤0，運動鏈約束過多，已成為桁架，不能成為機構2.運動鏈成為機構的條件（1）運動鏈F>0；（2）F=原動件數(shù)目；（3）滿足(1)、(2)的運動鏈即為機構，機構自由度的計算可用運動鏈自由度的計算公式。2.運動鏈成為機構的條件3.計算自由度時應注意的問題

（1）復合鉸鏈3.計算自由度時應注意的問題

（1）復合鉸鏈K個構件形成的復合鉸鏈具有(K-1)個回轉(zhuǎn)副K個構件形成的復合鉸鏈具有(K-1)個回轉(zhuǎn)副（2）局部自由度F=3×3-2×3-1=2F=3×2-2×2-1=1（2）局部自由度F=3×3-2×3-1=2（3）虛約束重復約束（3）虛約束為了改善受力情況為了改善受力情況對運動不起作用的對稱部分對運動不起作用的對稱部分運動軌跡重復運動軌跡重復包含重復機構包含重復機構1.4機構的組成原理和結(jié)構1.4.1平面機構的高副低代平面機構→平面低副機構根據(jù)一定條件對機構中的高副虛擬地以低副代替—高副低代高副低代必須滿足的條件1.代替前后機構的自由度不變1.4機構的組成原理和結(jié)構高副—引入1個約束1個構件和2個低副—引入1個約束用一個含有兩個低副的虛擬構件來代替一個高副。高副—引入1個約束含有兩個低副的虛擬構件含有兩個低副的虛擬構件2.代替前后機構的瞬時速度和瞬時加速度不變1.4.2機構的組成原理機構單個原動件(F=1)機架(F=0)從動件系統(tǒng)(F=0)2.代替前后機構的瞬時速度和瞬時加速度不變單個原動件(F=桿組從動件系統(tǒng)若干個不可再分的自由度為零的構件組合—基本桿組(桿組)平面低副機構(1)雙桿組(II級桿組)桿組若干個不可再分的自由度為零的構件組合—基本桿組(桿組)平(2)多桿組常見III級桿組特征具有一個三副構件每個內(nèi)副所連接的分支構件是雙副構件(2)多桿組具有一個三副構件比III級桿組級別更高的基本桿組，在實際機構中應用很少。2.機構的組成原理基本桿組F=0………基本桿組F=0原動件F=1機架F=0………比III級桿組級別更高的基本桿組，在實際機構中應用很++=原則：滿足相同工作要求的前提下，機構的結(jié)構簡單，桿組級別低，構件數(shù)和運動副的數(shù)目少。++=原則：滿足相同工作要求的前提下，機構的結(jié)構簡單，桿組級1.4.3機構的結(jié)構分析拆桿組基本桿組原動件機架機構1.4.3機構的結(jié)構分析基本桿組原動件機架實例：高副低代拆除第一個II桿組實例：拆除