第二章機(jī)構(gòu)的組成2ppt課件

1、23 機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算組成機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)組成機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)即當(dāng)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)即當(dāng)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，該機(jī)構(gòu)中其余構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)也律運(yùn)動(dòng)時(shí)，該機(jī)構(gòu)中其余構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)也都應(yīng)是完全確定的。都應(yīng)是完全確定的。如何實(shí)現(xiàn)？如何實(shí)現(xiàn)？給定給定S3S3S3(t) S3(t) 一個(gè)獨(dú)立參數(shù)，一個(gè)獨(dú)立參數(shù)，1111t t唯一確定。唯一確定。S3123S311 若僅給定若僅給定1111t t）,2 ,2 3 4 3 4 均不能唯一確定。均不能唯一確定。若同時(shí)給定若同時(shí)給定11和和4 4 ，則，則3 3 2 2 能唯一確定。能唯一確定。44123411

2、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)僅需要一個(gè)獨(dú)立參數(shù)。該機(jī)構(gòu)僅需要一個(gè)獨(dú)立參數(shù)。該機(jī)構(gòu)需要兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)該機(jī)構(gòu)需要兩個(gè)獨(dú)立參數(shù) 。2 23 31、機(jī)構(gòu)的自由度的定義機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)的自由度(degree of freedom of mechanism )保證機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的獨(dú)保證機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目即為了使機(jī)構(gòu)的位置得以立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目即為了使機(jī)構(gòu)的位置得以確定，必須給定的獨(dú)立的廣義坐標(biāo)的數(shù)目）。確定，必須給定的獨(dú)立的廣義坐標(biāo)的數(shù)目）。 因?yàn)闄C(jī)構(gòu)是可動(dòng)的，所以機(jī)構(gòu)的自由度必須大于或等于1。顯然，上述曲柄滑塊機(jī)構(gòu)F=1，鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)F=2。機(jī)構(gòu)的自由度通常用機(jī)

3、構(gòu)的自由度通常用F表示。表示。原動(dòng)件通常都和機(jī)架相聯(lián)，在機(jī)構(gòu)中按照給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律而獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為：機(jī)構(gòu)自由度數(shù)原動(dòng)件數(shù)機(jī)構(gòu)自由度數(shù)原動(dòng)件數(shù)2、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件一般每個(gè)原動(dòng)件只能一般每個(gè)原動(dòng)件只能給定一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)給定一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)規(guī)律而運(yùn)動(dòng)。規(guī)律而運(yùn)動(dòng)。 自由度自由度保證機(jī)構(gòu)具有保證機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目 若機(jī)構(gòu)自由度0，且少于原動(dòng)件數(shù)，則機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間不能運(yùn)動(dòng)或在薄弱環(huán)節(jié)產(chǎn)生破壞。若機(jī)構(gòu)自由度0，則機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)；若機(jī)構(gòu)自由度0，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；

4、若機(jī)構(gòu)自由度0，且多于原動(dòng)件數(shù)，則機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)是不確定的；作平面運(yùn)動(dòng)的剛體在空間的位作平面運(yùn)動(dòng)的剛體在空間的位置需要三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)置需要三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)x，y, 才能唯一確定。才能唯一確定。yx(x , y)F = ？單個(gè)自由構(gòu)件有哪單個(gè)自由構(gòu)件有哪3 3個(gè)自由度個(gè)自由度? ?二、平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式二、平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式z1、平面自由構(gòu)件的自由度 平面自由構(gòu)件：3個(gè)自由度。 平面低副：引入 2個(gè)約束； 平面高副：引入 1個(gè)約束 。 2、構(gòu)件受到的約束圖2-10 運(yùn)動(dòng)副、約束與自由度，P143、運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接構(gòu)件的自由度運(yùn)動(dòng)副引入約束，構(gòu)件運(yùn)動(dòng)副引入約束，構(gòu)件自由度會(huì)有所變化：自由度會(huì)有

5、所變化：yx12syx12xy12F=1，S=2S約束數(shù)；約束數(shù)； F自由度數(shù)自由度數(shù)回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副1）+ 2x，y）= 3移動(dòng)副移動(dòng)副1x） + 2y，）= 3高高 副副2x，） + 1y）= 3F=1，S=2F=2，S=1運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接構(gòu)件自由度運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接構(gòu)件自由度F3約束數(shù)約束數(shù)S假設(shè)平面機(jī)構(gòu)有 n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，則在它們通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接之前，共有3n個(gè)自由度； 假設(shè)所用的聯(lián)接有PL個(gè)低副，PH個(gè)高副，則運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)S=2PL+PH 。HLHLPPnPPnF23)2(3（2-1）則機(jī)構(gòu)自由度則機(jī)構(gòu)自由度F滿足：滿足：要求記住公式要求記住公式2-1），并能熟練應(yīng)用?。⒛苁炀殤?yīng)用！ 式中， F

6、機(jī)構(gòu)自由度；n 機(jī)構(gòu)活動(dòng)構(gòu)件數(shù)； 機(jī)構(gòu)低副數(shù)； 機(jī)構(gòu)高副數(shù)。HPLP機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算舉例機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算舉例12ABC3例1.解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)2n0, 3HLPP無(wú)移動(dòng)副，無(wú)高副。A，B，C轉(zhuǎn)動(dòng)副：HLPPnF23機(jī)構(gòu)的自由度032230機(jī)構(gòu)的自由度=0，機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)，這也符合三角形的穩(wěn)定性的特點(diǎn)。思索：1234下面機(jī)構(gòu)的自由度F=？DCBAE例2.解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)3n0, 5HLPP無(wú)移動(dòng)副，無(wú)高副。A,B,C,D,E轉(zhuǎn)動(dòng)副：HLPPnF23機(jī)構(gòu)的自由度0523311234機(jī)構(gòu)的自由度0，機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)。這也符合三角形的穩(wěn)定性的特點(diǎn)。DCBAES312311曲柄滑塊機(jī)構(gòu)44鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)課堂思考：下面機(jī)

7、構(gòu)的自由度F=？12341145鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)：鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)：n ，L，H （構(gòu)件為原動(dòng)件，處于（構(gòu)件為原動(dòng)件，處于AB位置時(shí)，構(gòu)位置時(shí)，構(gòu)件件2、3、4位置不確定。當(dāng)取構(gòu)件位置不確定。當(dāng)取構(gòu)件1和和4為為原動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)確定。）原動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)確定。）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：n 3，L4，H341S312311曲柄滑塊機(jī)構(gòu)4鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)5解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n= 2低副數(shù)低副數(shù)PL= 2F=3n 2PL PH =32 221 =1高副數(shù)高副數(shù)PH= 1123計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。請(qǐng)思考：右下圖機(jī)構(gòu)自由度是多少？與上圖有何

8、差異？90627323HLPPnF01423323HLPPnF00624323 HLPPnF再看幾例再看幾例三、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)的注意問(wèn)題三、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)的注意問(wèn)題鋸床進(jìn)給機(jī)構(gòu)鋸床進(jìn)給機(jī)構(gòu)12345678ABCDEF 1. 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈compound hinges, multiple hinges） 兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)。副相聯(lián)。計(jì)算：計(jì)算：m個(gè)構(gòu)件個(gè)構(gòu)件, 有有 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。兩個(gè)低副兩個(gè)低副m1m個(gè)在在B、C、D、E四處應(yīng)各有四處應(yīng)各有 個(gè)運(yùn)動(dòng)副。個(gè)運(yùn)動(dòng)副。例題：重新計(jì)算圖示圓盤(pán)鋸機(jī)構(gòu)的自由度。例題：重新計(jì)算圖示圓盤(pán)鋸機(jī)構(gòu)的

9、自由度。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= ，其中，其中10F=3n 2PL PH =37 2100 =1可以證明：可以證明：F點(diǎn)的軌跡為一直線。點(diǎn)的軌跡為一直線。（ 當(dāng)（ 當(dāng) A B = A E 、 B C = B D 、CE=ED=DF=FC時(shí)）時(shí)）12345678ABCDEF圓盤(pán)鋸機(jī)構(gòu)圓盤(pán)鋸機(jī)構(gòu)何處存在復(fù)合鉸鏈？何處存在復(fù)合鉸鏈？722. 局部自由度局部自由度Partial degree of freedom）定義：構(gòu)件局部運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的自由度定義：構(gòu)件局部運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的自由度, 用用F表示。表示。 一般出現(xiàn)在加裝滾子的場(chǎng)合，是與整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的自一般出現(xiàn)在加裝滾子的場(chǎng)合，

10、是與整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的自由度，在考慮局部運(yùn)動(dòng)時(shí)，計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)去掉由度，在考慮局部運(yùn)動(dòng)時(shí)，計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)去掉 F。即。即123123圖圖1圖圖2對(duì)應(yīng)每處構(gòu)件的局部運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)每處構(gòu)件的局部運(yùn)動(dòng)， F=1對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) k 處構(gòu)件的局部運(yùn)動(dòng)，處構(gòu)件的局部運(yùn)動(dòng)， F=kFPPnFhl)2(3（2-1a）其余參數(shù)意義不變。高副數(shù)低副數(shù)；式中,hlPP例題：對(duì)比計(jì)算凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。例題：對(duì)比計(jì)算凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。1231234本例中局部自由度本例中局部自由度 F =1滑動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦。滾動(dòng)摩擦。11) 132(33)2(3FPPnFhl 若不考慮局部運(yùn)動(dòng)： 若考慮局部運(yùn)動(dòng)：11222323HLP

11、PnF為了防止計(jì)算差錯(cuò)，在計(jì)算自由度時(shí)，一般采用后一種方法，即預(yù)先排除局部自由度，然后再進(jìn)行計(jì)算。解題解題技巧技巧滾子的作用：滾子的作用：定義：對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上不起作用的約束。定義：對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上不起作用的約束。用用P表示。表示。 平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)3.虛約束虛約束( passive或或redundant constraint)在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)去掉虛約束在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)去掉虛約束P。1234ABCDEF增加構(gòu)件增加構(gòu)件 4 前后前后E點(diǎn)點(diǎn)的軌跡是重合的，都的軌跡是重合的，都是定圓弧。是定圓弧。構(gòu)件4和E、F兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副引入的約束11322132lPP增加的約束對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)

12、不起作用，故稱其為虛約束。ABCDEFnPPPhl3)2(虛約束計(jì)算公式：虛約束計(jì)算公式：數(shù)。產(chǎn)生虛約束引入的構(gòu)件數(shù)；產(chǎn)生虛約束部分的高副數(shù)；產(chǎn)生虛約束部分的低副虛約束；式中nPPPhl )2(3FPPPnFhl考慮虛約束和局部自由度時(shí)機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式：考慮虛約束和局部自由度時(shí)機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式：局部自由度數(shù)。內(nèi)的構(gòu)件總數(shù)包括虛約束所含構(gòu)件在數(shù)；產(chǎn)生虛約束部分的高副數(shù)；產(chǎn)生虛約束部分的低副虛約束數(shù)；式中FnPPPhl; )2(3FPPPnFhl1)在機(jī)構(gòu)約束數(shù)中，將虛約束減掉。在機(jī)構(gòu)約束數(shù)中，將虛約束減掉。2) 先簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，去除機(jī)構(gòu)中引起虛約束的附加先簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，去除機(jī)構(gòu)中引起虛約束的附加構(gòu)件

13、和運(yùn)動(dòng)副，并剛化可能存在的局部自由度。構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并剛化可能存在的局部自由度。求出簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)的自由度即為原機(jī)構(gòu)的自由度。求出簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)的自由度即為原機(jī)構(gòu)的自由度。HLHLPPnPPnF23)2(31如果機(jī)構(gòu)中兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)的距離始終保持不變，此時(shí)如果機(jī)構(gòu)中兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)的距離始終保持不變，此時(shí)如用雙轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)件將此兩點(diǎn)相聯(lián)，則將會(huì)引入一個(gè)虛約束。如用雙轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)件將此兩點(diǎn)相聯(lián)，則將會(huì)引入一個(gè)虛約束。如平行四邊形機(jī)構(gòu)、火車輪、橢圓儀等。如平行四邊形機(jī)構(gòu)、火車輪、橢圓儀等。 1234ABCDEFEFDCBA例題：例題：用一個(gè)構(gòu)件兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副去聯(lián)接則構(gòu)成虛約束。兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)間的距離在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終不變虛虛

14、F F3n3n2PL2PLPH PH 3 3 2 2 34 0 1 12134551234 2兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副，且導(dǎo)路平行，兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副，且導(dǎo)路平行，則這樣的多個(gè)移動(dòng)副只能計(jì)算一個(gè)，其余移則這樣的多個(gè)移動(dòng)副只能計(jì)算一個(gè)，其余移動(dòng)副均為虛約束，在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，在動(dòng)副均為虛約束，在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，在計(jì)算公式中不予考慮。計(jì)算公式中不予考慮。 1234412由于這樣的虛約束由于這樣的虛約束不是因?yàn)橐胄聵?gòu)不是因?yàn)橐胄聵?gòu)件引起的。件引起的。12344如右圖所示機(jī)構(gòu)在如右圖所示機(jī)構(gòu)在D、D兩處構(gòu)成移動(dòng)副且移兩處構(gòu)成移動(dòng)副且移動(dòng)方向彼此重合，則只有一個(gè)移動(dòng)副起約束動(dòng)方向彼此重合，則只有一

15、個(gè)移動(dòng)副起約束作用，其余都是虛約束。這時(shí)：作用，其余都是虛約束。這時(shí)：1 04233 23HLPPnF例題：例題：思索：右下圖機(jī)構(gòu)自由度F=？3兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且同軸，則這樣的多個(gè)兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且同軸，則這樣的多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副只能計(jì)算一個(gè)，其余轉(zhuǎn)動(dòng)副均為虛約束，在計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)副只能計(jì)算一個(gè)，其余轉(zhuǎn)動(dòng)副均為虛約束，在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，在計(jì)算公式中不予考慮。算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，在計(jì)算公式中不予考慮。 由于這樣的虛約束由于這樣的虛約束不是因?yàn)橐胄聵?gòu)不是因?yàn)橐胄聵?gòu)件引起的。件引起的。AB101213 F4若用轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接的是兩構(gòu)件上運(yùn)動(dòng)軌跡相重合的若用轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接的是兩構(gòu)件上運(yùn)動(dòng)軌跡相重合的點(diǎn)，則該聯(lián)接

16、將帶入一個(gè)虛約束。在機(jī)構(gòu)自由度計(jì)點(diǎn)，則該聯(lián)接將帶入一個(gè)虛約束。在機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式中應(yīng)予以考慮。算公式中應(yīng)予以考慮。 圖示橢圓機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件3的C3點(diǎn)與構(gòu)件2的C2點(diǎn)，該兩點(diǎn)軌跡重合，在該點(diǎn)用轉(zhuǎn)動(dòng)副將構(gòu)件3和構(gòu)件2聯(lián)接起來(lái)，則該聯(lián)接帶入一個(gè)虛約束。 留意：虛約束的判斷可以從多個(gè)角度尋找依據(jù)，只要符留意：虛約束的判斷可以從多個(gè)角度尋找依據(jù)，只要符合上述其中一個(gè)規(guī)則，就可判斷出是否有虛約束的存在。合上述其中一個(gè)規(guī)則，就可判斷出是否有虛約束的存在。由于這樣的虛約束由于這樣的虛約束是因?yàn)闄C(jī)構(gòu)引入新是因?yàn)闄C(jī)構(gòu)引入新的構(gòu)件引起的。的構(gòu)件引起的。rrr軌跡重合轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接的兩構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合，將引入虛約束

17、。F F3n3n2PL2PLPHPH 3 3 2 2 34 1 1F F3n3n2PL2PLPH PH 3 3 2 2 460 0 0錯(cuò)錯(cuò)對(duì)對(duì)5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，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。也往往會(huì)引入虛約束。行星輪系行星輪系122234主動(dòng)齒輪1和內(nèi)齒輪3之間采用了三個(gè)完全相同的齒輪2、2、2，從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞的角度來(lái)說(shuō)，僅有一個(gè)齒輪就可以了，其余兩齒輪并未影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)傳遞，其帶入的約束應(yīng)是虛約束。223)422(3)2(nPPPhl例：行星輪系自由度計(jì)算。例：行星輪系自由度計(jì)算。10)2652(53 )2(3FPPPnFhl122234AB

18、CDA留意：留意：A、A為復(fù)合鉸鏈，即輪為復(fù)合鉸鏈，即輪1與機(jī)架、固定架與機(jī)架、固定架3與機(jī)架與機(jī)架4之間存在之間存在2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副；個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副；2、2為引入虛為引入虛約束的構(gòu)件。約束的構(gòu)件。12323323HLPPnF或或重復(fù)結(jié)構(gòu)引入的虛約束，在求解自由度時(shí)可以直接將F=0的重復(fù)結(jié)構(gòu)除去C C2 21 1A AB BE ED DF F3 34 45 56 67 78 89 91 10 01 11 1G GH HI IJ JK KL LC C2 21 1A AB B6 67 78 89 91 10 01 11 1G GH HI IJ JK KL LE ED DF F3 34 45 5虛約束虛約束復(fù)合

19、鉸鏈復(fù)合鉸鏈局部自由度局部自由度1111283231;11;8HHLPPnFPPnL解：如下圖如下圖, , 已知已知HG=IJ,HG=IJ,且相互且相互平行；平行；GL=JKGL=JK，且相互平行。且相互平行。計(jì)算此機(jī)構(gòu)的計(jì)算此機(jī)構(gòu)的自由度自由度 ( (若存若存在局部自由度、在局部自由度、復(fù)合鉸鏈、虛復(fù)合鉸鏈、虛約束請(qǐng)標(biāo)出）。約束請(qǐng)標(biāo)出）。 例：例：F F3n3n2PL2PLPH PH 3 3 2 2 8111 1 1復(fù)復(fù)局局12345678ABC(C)DEFGHIJK6高副接觸點(diǎn)公法線重合高副接觸點(diǎn)公法線重合兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副且各接觸點(diǎn)處的公法線彼此重合，則這

20、樣成平面高副且各接觸點(diǎn)處的公法線彼此重合，則這樣的多個(gè)高副只能計(jì)算一個(gè)，其余高副均為虛約束，在的多個(gè)高副只能計(jì)算一個(gè)，其余高副均為虛約束，在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，在計(jì)算公式中不予考慮。計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，在計(jì)算公式中不予考慮。 由于這樣的虛約束由于這樣的虛約束不是因?yàn)橐胄聵?gòu)不是因?yàn)橐胄聵?gòu)件引起的。件引起的。AB右圖中凸輪與從動(dòng)桿構(gòu)右圖中凸輪與從動(dòng)桿構(gòu)成的兩高副成的兩高副A 、B，這，這兩個(gè)接觸點(diǎn)處的公法線兩個(gè)接觸點(diǎn)處的公法線彼此重合，則兩高副彼此重合，則兩高副A 、B有一為虛約束。有一為虛約束。F=322211=1如：等寬凸輪如：等寬凸輪對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的重復(fù)部分構(gòu)成虛約束。1232虛虛F

21、 F3n3n2PL2PLPHPH 3 3 2 2 33 2 1 1F F3n3n2PL2PLPHPH 3 3 2 2 33 2 1 1虛虛輪輪3與輪與輪1為復(fù)合鉸鏈為復(fù)合鉸鏈中心輪與連桿為復(fù)中心輪與連桿為復(fù)合鉸鏈合鉸鏈 兩構(gòu)件連接前后軌跡重合點(diǎn)兩構(gòu)件連接前后軌跡重合點(diǎn) 兩構(gòu)件某兩點(diǎn)間的距離始終不變兩構(gòu)件某兩點(diǎn)間的距離始終不變 兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副 兩構(gòu)件組成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩構(gòu)件組成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副 不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的重復(fù)部分不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的重復(fù)部分 高副接觸點(diǎn)公法線重合高副接觸點(diǎn)公法線重合 虛約束小結(jié)改善構(gòu)件的受力情況，如多個(gè)行星輪。改善構(gòu)件的受力情況，如多個(gè)行星輪。增加機(jī)構(gòu)的剛度，如

22、軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。增加機(jī)構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)順利，避免運(yùn)動(dòng)不確定，如車輪。使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)順利，避免運(yùn)動(dòng)不確定，如車輪。留意：各種虛約束的出現(xiàn)都是有條件的留意：各種虛約束的出現(xiàn)都是有條件的 !如果條如果條件發(fā)生變化，虛約束就會(huì)變成實(shí)際約束，對(duì)機(jī)件發(fā)生變化，虛約束就會(huì)變成實(shí)際約束，對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)起到限制作用。構(gòu)運(yùn)動(dòng)起到限制作用。虛約束的作用：虛約束的作用：10)2652(53 )2(3FPPPnFhl12323323HLPPnF或或留意：在去掉虛約束的時(shí)候，不能改變?cè)袡C(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式和特點(diǎn)。A （A）BCD例：例：4.復(fù)合高副復(fù)合高副compound high pair ）潘存云教

23、授如果兩構(gòu)件在多處接觸所構(gòu)成的平面高副，在各接觸如果兩構(gòu)件在多處接觸所構(gòu)成的平面高副，在各接觸點(diǎn)處的公法線彼此不重合，則這樣的多個(gè)高副即構(gòu)成點(diǎn)處的公法線彼此不重合，則這樣的多個(gè)高副即構(gòu)成了一個(gè)復(fù)合高副，它相當(dāng)于一個(gè)低副。了一個(gè)復(fù)合高副，它相當(dāng)于一個(gè)低副。AAn1n1n2n2n1n1n2n2AA相當(dāng)于一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副相當(dāng)于一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副相當(dāng)于一個(gè)移動(dòng)副相當(dāng)于一個(gè)移動(dòng)副法線不重合時(shí)，變成實(shí)際約束！法線不重合時(shí)，變成實(shí)際約束！兩齒輪中心距受到約束兩齒輪中心距受到約束時(shí)，兩輪齒接觸構(gòu)成一時(shí)，兩輪齒接觸構(gòu)成一個(gè)高副，受到個(gè)高副，受到1 1個(gè)約束；個(gè)約束；兩齒輪中心可彼此靠近兩齒輪中心可彼此靠近時(shí)，兩輪齒接觸構(gòu)成兩

24、時(shí)，兩輪齒接觸構(gòu)成兩個(gè)接觸點(diǎn)法線不重合的個(gè)接觸點(diǎn)法線不重合的高副，受到高副，受到2 2個(gè)約束；個(gè)約束；（1無(wú)虛約束、無(wú)局部自由度的低、高副共存機(jī)構(gòu)：HLPPnF23（2有局部自由度F的低、高副共存機(jī)構(gòu)：HLPPnF23FPPnFhl)2(3（3有虛約束P、局部自由度F的低、高副共存機(jī)構(gòu)：HLPPnF23FPPPnFhl)2(3先簡(jiǎn)化為1機(jī)構(gòu)形式再計(jì)算時(shí)先簡(jiǎn)化為1機(jī)構(gòu)形式再計(jì)算時(shí)考慮局部運(yùn)動(dòng)存在的自由度時(shí)考慮虛約束、局部自由度時(shí) 例例 2-6 計(jì)算大篩機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算大篩機(jī)構(gòu)的自由度 ,并判斷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是否確定。并判斷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是否確定。 解：由左圖可知滾子具有局部自由度，處為復(fù)合鉸鏈，解：由左圖可知滾子具有局部自由度，處為復(fù)合鉸鏈， 、F之一為虛約束。按右圖分析。之一為虛約束。按右圖分析。 那么：那么：F=37-29-1=2 因機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)目為因機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)目為2，與其自由度數(shù)目相等，所以，與其自由度數(shù)目相等，所以該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是確定的。該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是確定的。G1)(2 23 HLPPnF下面兩個(gè)機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式下面兩個(gè)機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式 )2(3FPPPnFHL局部自由度數(shù)虛約束數(shù)討論：討論：21) 1102(83F219273F9已知ED平行且等于FI平行且等于GJ，計(jì)算圖示某包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷該機(jī)構(gòu)是否有確定運(yùn)動(dòng)。例題