第一章機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第一章第一章機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要研究內(nèi)容構(gòu)件間可動連接(Movableconnector)的型式及其運(yùn)動和傳力特征。形成可動連接的構(gòu)件系統(tǒng)成為機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足的條件。獲取滿足自由度要求的機(jī)構(gòu)的方法(即機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法)。機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與分類。第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組成

一、構(gòu)件與自由度

1.構(gòu)件(Link)

機(jī)器的運(yùn)動單元，傳遞運(yùn)動和力的載體。實(shí)例內(nèi)燃機(jī)中的缸體、活塞、連桿、曲軸等。第一節(jié)機(jī)構(gòu)的組成內(nèi)燃機(jī)連桿構(gòu)件的組成

一個構(gòu)件也可以由幾個零件剛性聯(lián)接組成。

實(shí)例連桿由連桿體、軸瓦、連桿蓋、螺栓、墊圈、螺母、連桿襯套等相互剛性聯(lián)接組成。連桿體連桿蓋螺栓墊圈螺母連桿襯套軸瓦零件(Part)是機(jī)器的制造單元。剛體自由度空間運(yùn)動剛體的自由度Oxzysxszsyyxz

一個完全獨(dú)立的剛體在空間直角坐標(biāo)系下的自由度(Degreeoffreedom,Mobility)為sx，sy，sz，x，y，z

，即自由度數(shù)f6。

平面運(yùn)動剛體的自由度為sx，sy，z，即自由度數(shù)f3。yxzO

2.自由度yz(x,y)xO平面運(yùn)動剛體的自由度sxsy運(yùn)動副與約束二、運(yùn)動副與約束

運(yùn)動副(Kinematicpair)

兩個構(gòu)件以一定幾何形狀和尺寸的表面相互接觸所形成的可動聯(lián)接。運(yùn)動副元素(Pairelement)—兩個構(gòu)件上參與接觸而構(gòu)成運(yùn)動副的點(diǎn)、線、面部分。

約束(Constraint)—運(yùn)動副對構(gòu)件間的相對運(yùn)動自由度所施加的限制。圓柱副

觀察圖示兩構(gòu)件組成的圓柱副(Cylindricpair)

兩構(gòu)件保留的相對運(yùn)動sz和z，即自由度數(shù)f2。

兩構(gòu)件之間受限制的相對運(yùn)動sx，sy，x和y，即約束數(shù)s4。

兩構(gòu)件之間可以傳遞的力（力矩）

Px，Py，Mx，My結(jié)論幾何約束與力約束本質(zhì)上是一致的，是可以相互替代的。

zxyOzsz構(gòu)件的不同接觸形式

特點(diǎn)具有較多的自由度，易于構(gòu)件的自動調(diào)整，保持靜定特性。接觸應(yīng)力大，易變形、易磨損、承載能力低。

制造比較困難。適用場合結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動精度要求較高，受力較小。構(gòu)件的不同接觸形式點(diǎn)接觸(Pointcontact)

點(diǎn)接觸，f5,s

1線接觸，f3,s3線接觸(Linecontact)面接觸

面接觸(Areacontact)特點(diǎn)相當(dāng)于多點(diǎn)接觸，承載能力較高，應(yīng)用廣泛。運(yùn)動副的自由度一般較低，其接觸狀況對尺寸、形狀及相對位置誤差十分敏感，實(shí)際接觸及受力狀況難以準(zhǔn)確確定，需要較高的制造精度。

保證運(yùn)動副可靠工作的措施

●提高表面硬度●正確選用材料●添加潤滑劑●加入中間體,將滑動摩擦改為滾動摩擦運(yùn)動副分類

運(yùn)動副的分類●

按運(yùn)動副引入的約束數(shù)分類

I級副(ClassIkinematicpair)、II級副、III級副、IV級副、V級副。●

按運(yùn)動副的接觸形式分類面與面接觸的運(yùn)動副—低副(Lowerpair)點(diǎn)、線接觸的運(yùn)動副—高副(Higherpair)

●按兩構(gòu)件相對運(yùn)動的形式分類平面運(yùn)動副(Planarkinematicpair)

空間運(yùn)動副(Spatialkinematicpair)●

按接觸部分的幾何形狀分類圓柱副、球面副、螺旋副、球面–平面副、平面–平面副、球面–圓柱副、圓柱–平面副等等。運(yùn)動副舉例球面－平面副圓柱－平面副球面–平面副Sphere-planepair空間I級高副圓柱–平面副Cylinder-planepair空間II級高副運(yùn)動副舉例運(yùn)動副舉例球面副球銷副球面副Sphericalpair空間III級低副球銷副Sphere-pinpair空間IV級低副運(yùn)動副舉例運(yùn)動副舉例圓柱副螺旋副圓柱副Cylindricpair空間IV級低副螺旋副Helicalpair空間V級低副運(yùn)動副舉例運(yùn)動副舉例轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副Revolutepair空間V級(平面II級)低副軸承Bearing鉸鏈Hingedjoint運(yùn)動副舉例運(yùn)動副舉例移動副移動副Prismaticpair,Slidingpair空間V級(平面II級)低副運(yùn)動副舉例平面運(yùn)動副的約束數(shù)

平面機(jī)構(gòu)是應(yīng)用最廣泛的機(jī)構(gòu)。平面運(yùn)動副的約束數(shù)為1

s

2。

點(diǎn)、線接觸的平面運(yùn)動副—平面高副

滾動副

凸輪副

齒輪副

面接觸的平面運(yùn)動副—平面低副

轉(zhuǎn)動副

移動副運(yùn)動副的封閉

運(yùn)動副的封閉保持運(yùn)動副元素之間的接觸稱為運(yùn)動副的封閉。●

幾何封閉(Geometricclosure)

運(yùn)動副的封閉

運(yùn)動副的封閉保持運(yùn)動副元素之間的接觸稱為運(yùn)動副的封閉?！?/p>

力封閉(Forceclosure)

彈簧力封閉重力封閉閉式運(yùn)動鏈閉式運(yùn)動鏈(Closedkinematicchain)單封閉回路閉鏈pN

（p為運(yùn)動副數(shù)，N為構(gòu)件數(shù)）多封閉回路運(yùn)動閉鏈kpN1(k為回路數(shù))

三、運(yùn)動鏈(Kinematicchain)兩個以上構(gòu)件用運(yùn)動副聯(lián)接的構(gòu)件系統(tǒng)。開式運(yùn)動鏈開式運(yùn)動鏈(Openkinematicchain)

開式運(yùn)動鏈廣泛應(yīng)用于機(jī)械手和機(jī)器人中。N

p

1機(jī)構(gòu)其余構(gòu)件運(yùn)動是否確定？機(jī)構(gòu)滿足條件1432運(yùn)動鏈

4132固定一個構(gòu)件在另一個（或幾個）構(gòu)件上加上已知運(yùn)動2134

四、機(jī)構(gòu)同一運(yùn)動鏈可以生成不同機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

同一運(yùn)動鏈可以生成的不同機(jī)構(gòu)1423ABC431CAB21432ABC431CAB2

運(yùn)動鏈的生成是創(chuàng)造、獲取新機(jī)構(gòu)的重要手段。運(yùn)動鏈的設(shè)計(jì)只關(guān)注構(gòu)件數(shù)和聯(lián)接這些構(gòu)件的運(yùn)動副的數(shù)量和類型，所以又稱為機(jī)構(gòu)的型數(shù)綜合(Typeandnumbersynthesis)。

構(gòu)件的類型至少1個1個

構(gòu)件的類型原動件(Drivinglink)—機(jī)構(gòu)中按給定運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動的構(gòu)件，也稱為輸入構(gòu)件(Inputlink)。從動件(Drivenlink,Follower)—其余的可動構(gòu)件。具有預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律、對外完成某種工藝動作的從動件也稱為輸出構(gòu)件(Outputlink)或執(zhí)行構(gòu)件(Executivelink)。機(jī)架(Fixedlink,Frame)—固定不動的構(gòu)件。機(jī)構(gòu)機(jī)架原動件從動件系統(tǒng)空間機(jī)構(gòu)

平面機(jī)構(gòu)是我們的主要研究對象。

根據(jù)機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的相對運(yùn)動是否在同一平面或平行平面內(nèi)，可將機(jī)構(gòu)分為平面機(jī)構(gòu)(Planarmechanism)和空間機(jī)構(gòu)(Spatialmechanism)?？臻g機(jī)構(gòu)第二節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖第二節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

一、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖(Kinematicsketch)是從運(yùn)動學(xué)角度出發(fā)，將實(shí)際機(jī)械中與運(yùn)動無關(guān)的因素加以抽象和簡化后，得到的反映實(shí)際機(jī)械的運(yùn)動特性和運(yùn)動傳遞關(guān)系的圖形。機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖應(yīng)滿足的條件：

(1)構(gòu)件數(shù)目與實(shí)際機(jī)構(gòu)相同；

(2)運(yùn)動副的類型、數(shù)目與實(shí)際機(jī)構(gòu)相符；

(3)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。

機(jī)構(gòu)示意圖為不嚴(yán)格按比例繪制的簡圖，用于表達(dá)機(jī)械的結(jié)構(gòu)特征。常用運(yùn)動副符號常用運(yùn)動副的符號運(yùn)動副符號兩運(yùn)動構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動副轉(zhuǎn)動副移動副121212121212212121平面運(yùn)動副兩構(gòu)件之一為固定時的運(yùn)動副121222112211222112運(yùn)動副名稱常用運(yùn)動副符號平面高副螺旋副21121221211212球面副球銷副1212空間運(yùn)動副122112平面運(yùn)動副21構(gòu)件的表示方法構(gòu)件的表示方法

桿、軸構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件構(gòu)件的表示方法三副構(gòu)件

兩副構(gòu)件

構(gòu)件的表示方法

不考慮構(gòu)件的外形畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實(shí)際外形，而只考慮運(yùn)動副的類型。常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號（摘自GB/T4460-1984）在機(jī)架上的電機(jī)齒輪齒條傳動帶傳動圓錐齒輪傳動常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號凸輪傳動常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號（續(xù)）鏈傳動圓柱蝸桿蝸輪傳動外嚙合圓柱齒輪傳動常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號（續(xù)）棘輪機(jī)構(gòu)內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制步驟

二、機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制

步驟：

(1)分析機(jī)構(gòu)的動作原理、組成情況和運(yùn)動情況，確定原動件、機(jī)架、執(zhí)行部分和傳動部分。

(2)沿著運(yùn)動傳遞路線，逐一分析每兩個構(gòu)件間相對運(yùn)動的性質(zhì)，確定運(yùn)動副的類型和數(shù)目。

(3)選擇與機(jī)械多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動平面平行的平面，作為機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的視圖平面。

(4)選擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)運(yùn)動瞬時位置和比例尺l(mmm)，定出各運(yùn)動副的相對位置，并用各運(yùn)動副的代表符號、常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖符號和簡單線條，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。

(5)從原動件開始，按運(yùn)動傳遞順序標(biāo)出各構(gòu)件的編號和運(yùn)動副代號。在原動件上標(biāo)出箭頭以表示其運(yùn)動的方向。平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制舉例平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制舉例偏心泵1234ABCD運(yùn)動鏈自由度計(jì)算一般公式

一、運(yùn)動鏈的自由度計(jì)算運(yùn)動鏈的自由度—確定運(yùn)動鏈中各構(gòu)件相對于其中某一構(gòu)件的位置所需的獨(dú)立參變量的數(shù)目。

考察由N個構(gòu)件組成的運(yùn)動鏈，活動構(gòu)件數(shù)

n=N1。

空間運(yùn)動

運(yùn)動鏈自由度：構(gòu)件總自由度6nI級副約束數(shù)p1II級副約束數(shù)2p2III級副約束數(shù)3p3IV級副約束數(shù)4p4V級副約束數(shù)5p5第三節(jié)運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動鏈自由度計(jì)算－公共約束

具有q個公共約束的運(yùn)動鏈，其自由度計(jì)算公式為：

平面運(yùn)動鏈q=3，其自由度計(jì)算公式為：自由度計(jì)算舉例運(yùn)動鏈自由度計(jì)算舉例例1

縫紉機(jī)腳踏板運(yùn)動鏈自由度計(jì)算

例2

平面四桿運(yùn)動鏈自由度計(jì)算

分析：n

3，p52，p41，p31

計(jì)算：F6n(3p34p45p5)63(314152)

1

只要給定1個獨(dú)立位置參數(shù)，各構(gòu)件間的相對位置關(guān)系就確定了。

分析：n3，q3，pL4，pH

0

計(jì)算：F3n2pL

pH

33241

只要給定1個獨(dú)立位置參數(shù)，各構(gòu)件間的相對位置關(guān)系就確定了。

平面四桿運(yùn)動鏈1432ABC124C3ADB縫紉機(jī)腳踏板運(yùn)動鏈運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu)的條件－F>0

F3n2pLpH33251

該運(yùn)動鏈約束過多，成為超靜定桁架，不能成為機(jī)構(gòu)。

F3n2pLpH32230

運(yùn)動鏈為一剛性桁架，不能成為機(jī)構(gòu)。

AB12C3平面三構(gòu)件運(yùn)動鏈1243ADBCE平面四構(gòu)件運(yùn)動鏈

二、運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu)的條件判斷所設(shè)計(jì)的運(yùn)動鏈?zhǔn)欠衲艹蔀闄C(jī)構(gòu)，是提出新的設(shè)計(jì)方案時自行評價(jià)方案可行性的關(guān)鍵步驟。

運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu)的首要條件：運(yùn)動鏈自由度必須大于零。運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu)的條件－平面五桿運(yùn)動鏈

F3n2pLpH3425

2

原動件數(shù)F,運(yùn)動鏈內(nèi)部各構(gòu)件的運(yùn)動關(guān)系不確定。

運(yùn)動鏈不能成為機(jī)構(gòu)。

原動件數(shù)F,運(yùn)動鏈內(nèi)部各構(gòu)件運(yùn)動關(guān)系確定。

運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu)。

在F0的條件下，進(jìn)一步判斷運(yùn)動鏈?zhǔn)欠窬哂写_定的運(yùn)動。

平面五桿運(yùn)動鏈

運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu)的條件－平面四桿運(yùn)動鏈

F3n2pLpH33241原動件數(shù)F，運(yùn)動鏈內(nèi)部的運(yùn)動關(guān)系將發(fā)生矛盾，其中最薄弱的構(gòu)件將會損壞。

運(yùn)動鏈不能成為機(jī)構(gòu)。

原動件數(shù)F，運(yùn)動鏈內(nèi)部各構(gòu)件運(yùn)動關(guān)系確定。

運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu)。

平面四桿運(yùn)動鏈運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu)的條件－結(jié)論

運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu)的條件是：取運(yùn)動鏈中一個構(gòu)件相對固定作為機(jī)架，運(yùn)動鏈相對于機(jī)架的自由度必須大于零，且原動件的數(shù)目等于運(yùn)動鏈的自由度數(shù)。滿足以上條件的運(yùn)動鏈即為機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)的自由度可用運(yùn)動鏈自由度公式計(jì)算。機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算－圓盤鋸圓盤鋸

計(jì)算錯誤的原因

例題

圓盤鋸機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算

解

n7，pL6，pH0

F3n2pLpH37269錯誤的結(jié)果！12345678ABCDEF兩個轉(zhuǎn)動副復(fù)合鉸鏈12345678ABCDEF

正確計(jì)算

B、C、D、E處為復(fù)合鉸鏈，轉(zhuǎn)動副數(shù)均為2。

n7，pL10，pH0

F3n2pLpH372101

三、計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的問題●復(fù)合鉸鏈(Compoundhinges)

兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副聯(lián)接所構(gòu)成的運(yùn)動副。

k個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈，有(k-1)個轉(zhuǎn)動副。復(fù)合鉸鏈的識別12313424132兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副1234兩個轉(zhuǎn)動副1423兩個轉(zhuǎn)動副312兩個轉(zhuǎn)動副

準(zhǔn)確識別復(fù)合鉸鏈舉例關(guān)鍵：分辨清楚哪幾個構(gòu)件在同一處用轉(zhuǎn)動副聯(lián)接計(jì)算凸輪機(jī)構(gòu)自由度例題計(jì)算凸輪機(jī)構(gòu)自由度

F3n2pLpH332312

●局部自由度(Passivedegreeoffreedom)

機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的僅與其自身的局部運(yùn)動有關(guān)的自由度。

考慮局部自由度時的機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算

設(shè)想將滾子與從動件焊成一體

F3n2pLpH322211

計(jì)算時減去局部自由度FP

F3n2pLpHFP

3323111？機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)自由度？

例題

計(jì)算機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)的自由度

F3n2pLpH36290虛約束定義●虛約束(Redundantconstraint,Passiveconstraint)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)的自由度時，應(yīng)先將機(jī)構(gòu)中引入虛約束的構(gòu)件和運(yùn)動副除去。虛約束－兩構(gòu)件構(gòu)成多個運(yùn)動副

(1)兩構(gòu)件間構(gòu)成多個運(yùn)動副兩構(gòu)件構(gòu)成多個導(dǎo)路平行的移動副兩構(gòu)件構(gòu)成多個軸線重合的轉(zhuǎn)動副兩構(gòu)件構(gòu)成多個接觸點(diǎn)處法線重合的高副虛約束發(fā)生的場合虛約束－距離不變

(2)兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)間的距離在運(yùn)動過程中始終保持不變

未去掉虛約束時F3n2pLpH34260

構(gòu)件5和其兩端的轉(zhuǎn)動副E、F提供的自由度

F3n2pLpH31221即引入了一個約束，但這個約束對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不起實(shí)際約束作用，為虛約束。去掉虛約束后?ABCDAEDF

F3n2pLpH332413241ACBDEF5虛約束－軌跡重合

(3)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

構(gòu)件3與構(gòu)件2組成的轉(zhuǎn)動副E及與機(jī)架組成的移動副提供的自由度F3n2pLpH31221即引入了一個約束，但這個約束對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不起實(shí)際約束作用，為虛約束。去掉虛約束后橢圓儀機(jī)構(gòu)構(gòu)件2和3在E點(diǎn)軌跡重合3E4125ABCBEBC=ABEAC=90

F3n2pLpH33241

未去掉虛約束時F3n2pLpH34260

?虛約束－對稱部分1B342A

(4)機(jī)構(gòu)中對傳遞運(yùn)動不起獨(dú)立作用的對稱部分

對稱布置的兩個行星輪2和2以及相應(yīng)的兩個轉(zhuǎn)動副D、C和4個平面高副提供的自由度F3n2pLpH3222142即引入了兩個虛約束。

行星輪系

去掉虛約束后F3n2pLpH33231211234ADBC22

未去掉虛約束時F3n2pLpH3525161虛約束的作用

虛約束的作用

(1)改善構(gòu)件的受力情況，分擔(dān)載荷或平衡慣性力，如多個行星輪。

(2)增加結(jié)構(gòu)剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。

(3)提高運(yùn)動可靠性和工作的穩(wěn)定性。

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)際有效的約束，從而使機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動。包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算EDFIGJ例3計(jì)算包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的自由度

分析活動構(gòu)件數(shù)n9復(fù)合鉸鏈虛約束運(yùn)動副D1處

去掉局部自由度和虛約束局部自由度B2I9C3A1J6H87DE4FG5A1B2C3J6H89IFG57ED42個轉(zhuǎn)動副桿9和運(yùn)動副F、I引入一個虛約束n6，pL7，pH3F3n2pLpH3627131滾子3、8繞自身軸線的轉(zhuǎn)動第四節(jié)平面運(yùn)動鏈與機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第四節(jié)平面運(yùn)動鏈與機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、平面運(yùn)動鏈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)n、運(yùn)動副數(shù)pk與自由度數(shù)F之間存在著一定的關(guān)系。運(yùn)動鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（機(jī)構(gòu)的型數(shù)綜合）的目的

確定在滿足一定自由度的前提下運(yùn)動鏈的所有結(jié)構(gòu)形式，從而獲得能滿足各種工作要求的機(jī)構(gòu)。這是機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)(Creativedesign)的基本途徑。假定所有運(yùn)動副為單一轉(zhuǎn)動副。平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式簡化為F3n2pL3(N1)2p自由度F是機(jī)構(gòu)型數(shù)綜合的目標(biāo)。運(yùn)動鏈結(jié)構(gòu)公式推導(dǎo)法

p，N均應(yīng)為正整數(shù)，因此●

當(dāng)F為奇數(shù)時，構(gòu)件N必為偶數(shù)；反之，當(dāng)F為偶數(shù)時，構(gòu)件數(shù)N必為奇數(shù)?！?/p>

當(dāng)F1時，N必須大于2。

結(jié)論對于F=1的平面閉鏈機(jī)構(gòu)構(gòu)件數(shù)N必為4，6，8，10，…等；對應(yīng)的運(yùn)動副數(shù)p為4，7，10，13，…等。由kpN1可知，對于410桿運(yùn)動鏈，對應(yīng)的封閉回路數(shù)為1，2，3，4，……。

二、運(yùn)動鏈結(jié)構(gòu)公式推導(dǎo)法改寫前述公式F1的運(yùn)動鏈自由度F1的6桿運(yùn)動鏈的可能結(jié)構(gòu)型N32，N24Watt鏈N41，N25等同于4桿鏈N32，N24等同于4桿鏈N32，N24與Watt鏈同構(gòu)N32，N24Stephenson鏈

F=1的運(yùn)動鏈N32N45N5N4NN2N3N4N5

式中，Nk表示k副構(gòu)件的數(shù)目。第五節(jié)基本桿組法第五節(jié)按基本桿組的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合與結(jié)構(gòu)分析

一、機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合的基本桿組法

基本思路

驅(qū)動桿組(Drivinggroups)基本桿組(Basicgroups)機(jī)構(gòu)由原動件和機(jī)架組成，自由度等于機(jī)構(gòu)自由度不可再分的自由度為零的構(gòu)件組合

核心問題：如何獲得各種F0的基本桿組？基本桿組條件－II級組基本桿組的構(gòu)件數(shù)n2，4，6，…基本桿組的運(yùn)動副數(shù)pL3，6，9，…

1.n2，pL3的雙桿組(II級組)內(nèi)接運(yùn)動副外接運(yùn)動副R-R-R組R-R-P組R-P-R組P-R-P組R-P-P組

基本桿組應(yīng)滿足的條件F3n2pL0

即

n(23)pL

III級組

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有一個三副構(gòu)件，而每個內(nèi)副所聯(lián)接的分支構(gòu)件是兩副構(gòu)件。

2.n4，pL6的多桿組

(1)III級組IV級組

不同級別的桿組，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)動規(guī)律，以及它們的運(yùn)動與受力分析的難易程度都不相同。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有兩個三副構(gòu)件，桿組的四個內(nèi)副形成四邊形。

(2)IV級組桿組的構(gòu)形解

桿組的構(gòu)形解

II級組有兩種裝配模式，為ABC或ABC。

III級組的裝配模式多達(dá)六種。

由不同級別的基本桿組組成的機(jī)構(gòu)，其分析設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度不一樣。為此，常根據(jù)機(jī)構(gòu)中的桿組級別來確定機(jī)構(gòu)的級別。

II級組的構(gòu)形解ABCCDFECABDEFEDFIII級組的構(gòu)形解def

桿組不同的構(gòu)形解即各構(gòu)件的相對位置解，又稱為桿組的裝配模式(Assemblemodes)。平面機(jī)構(gòu)的高副低代二、平面機(jī)構(gòu)的高副低代平面機(jī)構(gòu)的高副低代二、平面機(jī)構(gòu)的高副低代r1r2O1O2O2r2O1高副低代

接觸點(diǎn)處兩高副元素的曲率半徑為有限值

接觸點(diǎn)處兩高副元素之一的曲率半徑為無窮大高副低代虛擬構(gòu)件虛擬構(gòu)件機(jī)構(gòu)的組成原理

三、機(jī)構(gòu)的組成原理

基本概念

基本機(jī)構(gòu)—僅由一個基本桿組構(gòu)成的機(jī)構(gòu)。

復(fù)合機(jī)構(gòu)—由一個以上基本桿組構(gòu)成的機(jī)構(gòu)。

按基本桿組的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合步驟●按自由度要求設(shè)計(jì)出驅(qū)動桿組；●將基本桿組依次聯(lián)接到原動件、機(jī)架上，或者機(jī)架和其它基本桿組的構(gòu)件上，組成機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成舉例－一個原動件

注意桿組的各外接運(yùn)動副不能全部聯(lián)接在同一個構(gòu)件上。A18BC2D3EF45GIH67J

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成舉例機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成舉例－兩個原動件

在進(jìn)行新機(jī)械方案設(shè)計(jì)時，可以按設(shè)計(jì)要求由桿組組成機(jī)構(gòu)，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。A19B2C5463DEFGHJI87

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成舉例機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

四、機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

在對已有的機(jī)構(gòu)或已設(shè)計(jì)完畢的機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析和動力分析時，通常需要對機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

意義

基本桿組是組成機(jī)構(gòu)的核心，具有自由度為零和不可再分拆的屬性以及運(yùn)動和動力的確定性。通過機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析，可以將類型繁多的各種機(jī)構(gòu)分析問題歸納為數(shù)量有限的幾種基本桿組的分析和求解問題，從而簡化了機(jī)構(gòu)的分析。

問題核心正確劃分出機(jī)構(gòu)的基本桿組機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析過程與機(jī)構(gòu)的組成過程相反。

結(jié)構(gòu)分析步驟

步驟

(1)計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，確定原動件。

(2)將機(jī)構(gòu)中的高副用低副替代。

(3)從傳動關(guān)系上離原動件最遠(yuǎn)的構(gòu)件開始，依次進(jìn)行試拆。試拆時，先按II級組試拆，若無法拆除，再試拆高一級別的桿組。

(4)每拆除一個桿組后，機(jī)構(gòu)的剩余部分仍應(yīng)是一個自由度不變的完整機(jī)構(gòu)，直至只剩下驅(qū)動桿組。

(5)按所有基本桿組中的最高級別桿組確定該機(jī)構(gòu)的類別，作為對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析和動力分析時，選擇相應(yīng)方法的依據(jù)。結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例題

第一次試拆

以構(gòu)件1為原動件BAI2E14365798DHCGJF10結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例題

第一次試拆

以構(gòu)件1為原動件BAI2E14365798DHCGJF10結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例題

錯誤！不是III級組。BA2E1435DCF10I6798HGJF結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例題

錯誤！剩余部分不是完整機(jī)構(gòu)，存在運(yùn)動不確定構(gòu)件。BAI2143798DHCJF10GE65FE65F結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例題

正確！繼續(xù)拆分基本桿組。BA2E143657DHCGF10I98JI98J結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例題

第二次試拆B(yǎng)A2E143657DHCGF10I98JI98J結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例題

第二次試拆B(yǎng)A2E143657DHCGF10I98JI98J結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例題

錯誤！不是III級組。BA213C10E4657DHGFI98JI98J14結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例題

正確！繼續(xù)拆分基本桿組。BA2E35DCF1067HGFI98JI98J結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例題

第三次試拆B(yǎng)A2E1435DCF1067HGFI98JI98J結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例題

第三次試拆B(yǎng)A2E1435DCF1067HGFI98JI98J結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例題

錯誤！不是III級組。A110B2E435DCF67HGFI98JI98J結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例題

正確！繼續(xù)拆分基本桿組。BA213C1067HGFI98JI98J45DFE結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例題

第四次試拆67HGFI98JI98JA110B23C45DFE結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例題

拆桿組完成！67HGFI98JI98JA110B23CII級機(jī)構(gòu)45DFE結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例題

以構(gòu)件5為原動件第一次試拆B(yǎng)A2E1435DCF67HGF98JI10結(jié)構(gòu)分析例題

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)