江蘇大學(xué)機械原理ppt第一章機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

1、1 內(nèi)容：內(nèi)容：l機構(gòu)的組成要素及機機構(gòu)的組成要素及機構(gòu)運動簡圖構(gòu)運動簡圖 目的：目的：q對機構(gòu)進行分析與綜合對機構(gòu)進行分析與綜合第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-1 內(nèi)容及目的內(nèi)容及目的l機構(gòu)自由度及機構(gòu)具機構(gòu)自由度及機構(gòu)具有確定運動的條件有確定運動的條件l機構(gòu)的組成原理及結(jié)機構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類構(gòu)分類q判斷機構(gòu)是否可動、是否判斷機構(gòu)是否可動、是否作確定的運動作確定的運動q1）提供構(gòu)思機構(gòu)的方法）提供構(gòu)思機構(gòu)的方法 2）對機構(gòu)按結(jié)構(gòu)歸類以便）對機構(gòu)按結(jié)構(gòu)歸類以便于進行機構(gòu)運動和力分析于進行機構(gòu)運動和力分析22-2 2-2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)

2、的結(jié)構(gòu)分析1 1、構(gòu)件、構(gòu)件/ /linklink 獨立的運動單元稱為構(gòu)件。獨立的制造單元稱為獨立的運動單元稱為構(gòu)件。獨立的制造單元稱為零件。構(gòu)件可以是單零件的構(gòu)件，也可以是多零件的零件。構(gòu)件可以是單零件的構(gòu)件，也可以是多零件的構(gòu)件（多個零件剛性地連接而成）構(gòu)件（多個零件剛性地連接而成） 。 內(nèi)燃機連桿內(nèi)燃機連桿自行車輪自行車輪2-2 2-2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成32 2、運動副運動副/ /Kinematic pair第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 兩個構(gòu)件直接接觸而組成的可動連接稱為兩個構(gòu)件直接接觸而組成的可動連接稱為運動副。運動副。2-2 2-2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成4第第2

3、 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析l每個運動副由兩個構(gòu)件組成。每個運動副由兩個構(gòu)件組成。l構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運動副的表面稱為運動副元素動副的表面稱為運動副元素/pairing element 。l兩構(gòu)件可能具有的獨立相對運兩構(gòu)件可能具有的獨立相對運動數(shù)目稱為構(gòu)件自由度。動數(shù)目稱為構(gòu)件自由度。在三維空間，自由構(gòu)件的自在三維空間，自由構(gòu)件的自由度有由度有6個個運動副自由度運動副自由度f6運動副約束數(shù)運動副約束數(shù)s = 6- f(x , y，z)yxz構(gòu)件構(gòu)件2 2構(gòu)件構(gòu)件1 12-2 2-2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成5 5第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

4、l在二維平面內(nèi)，自由構(gòu)件的自在二維平面內(nèi)，自由構(gòu)件的自由度有由度有3個個運動副自由度運動副自由度f3運動副約束數(shù)運動副約束數(shù)s = 3- f(x , y)yxo構(gòu)件構(gòu)件2 2構(gòu)件構(gòu)件1 12-2 2-2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成6按空間約束按空間約束/ /constraint數(shù)目分類數(shù)目分類運動副類型運動副類型第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析此運動副此運動副s=2，f=4。為為級副。級副。約束數(shù)目約束數(shù)目12345運動副類型運動副類型I 級副級副Class III 級副級副Class IIIII級副級副Class IIIIV級副級副Class IVV級副級副Class V2-2 2-2

5、 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成7低副低副/lower pair 面接觸的運動副；面接觸的運動副；第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析按運動副元素接觸情況分類：按運動副元素接觸情況分類：高副高副/higher pair 點、線接觸的運動副點、線接觸的運動副2-2 2-2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成8點高副點高副/sphere-plane pair 球面與平面球面與平面線高副線高副/revolute-prism pair圓柱面與平面圓柱面與平面螺旋副螺旋副/helical pair兩螺旋面兩螺旋面球面副球面副/spherical pair兩球面兩球面球銷副球銷副/slotted pair帶圓柱球面與帶槽

6、球面帶圓柱球面與帶槽球面平面副平面副/flat pair兩平面兩平面圓柱副圓柱副/cylindric pair 兩圓柱面兩圓柱面第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析空間運動副按運動副元素分類：空間運動副按運動副元素分類：2-2 2-2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成9第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面運動副按接觸元素及相對運動形式分類：平面運動副按接觸元素及相對運動形式分類：兩構(gòu)件之間只能相對轉(zhuǎn)動兩構(gòu)件之間只能相對轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副/revolute pair ；兩構(gòu)件之間只能相對直線移動兩構(gòu)件之間只能相對直線移動移動副移動副/sliding pair；點或線接觸點或線接觸平面高副平

7、面高副兩構(gòu)件之間能相繞接觸點對轉(zhuǎn)動兩構(gòu)件之間能相繞接觸點對轉(zhuǎn)動和沿切線方向。和沿切線方向。面接觸面接觸平面低副平面低副2-2 2-2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成10形封閉副形封閉副/sphere-plane pair 借助結(jié)構(gòu)形狀封閉借助結(jié)構(gòu)形狀封閉力封閉副力封閉副/revolute-prism pair借助重力、彈簧借助重力、彈簧力、氣液力封閉力、氣液力封閉第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析按運動副元素保持接觸的方法分類：按運動副元素保持接觸的方法分類：2-2 2-2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成11第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析運動副類型匯總運動副類型匯總平面低副平面低副2-2

8、2-2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成122-2 2-2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成133 3、運動鏈運動鏈/ /Kinematic Chain第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析開鏈開鏈閉鏈閉鏈構(gòu)件通過運動副相聯(lián)而構(gòu)成的相對可動的系統(tǒng)構(gòu)件通過運動副相聯(lián)而構(gòu)成的相對可動的系統(tǒng)2-2 2-2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成14將運動鏈中某將運動鏈中某1個構(gòu)個構(gòu)件固定，運動鏈就成件固定，運動鏈就成了機構(gòu)。了機構(gòu)。機構(gòu)有三類構(gòu)件：機構(gòu)有三類構(gòu)件：機架機架/frame/fix link相對固定不動的構(gòu)件相對固定不動的構(gòu)件原動件原動件/driving link按給定的運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件按給定的運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件從

9、動件從動件/driven link 隨原動件運動而運動的構(gòu)件隨原動件運動而運動的構(gòu)件4 4、機構(gòu)機構(gòu)/ /Mechanism第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析Kinematic ChainMechanism2-2 2-2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成2-2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖/ /Kinematic Diagram第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 用以表示機構(gòu)運動傳遞用以表示機構(gòu)運動傳遞情況的簡化圖形。情況的簡化圖形。 機構(gòu)各部分運動取決于：機構(gòu)各部分運動取決于： 原動件運動規(guī)律原動件運動規(guī)律 運動副類型運動副類型 構(gòu)件運動尺寸構(gòu)件運動尺寸 與構(gòu)件外形、斷面尺寸、與

10、構(gòu)件外形、斷面尺寸、零件數(shù)目及固連方式等無關(guān)。零件數(shù)目及固連方式等無關(guān)。2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖16第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析構(gòu)件的運動與構(gòu)件的運動與外形無關(guān)，而與運動副的外形無關(guān)，而與運動副的類型和相對位置有關(guān)類型和相對位置有關(guān)。2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖172-2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖/ /Kinematic Diagram第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)運動簡圖畫法：機構(gòu)運動簡圖畫法：選擇合適的視圖平面。選擇合適的視圖平面。按一定的比例尺定出運動副位置；位置用字母表按一定的比例尺定出運動副位置；位置用字母表示

11、。示。按規(guī)定符號畫出運動副；用簡單線條或規(guī)定畫法按規(guī)定符號畫出運動副；用簡單線條或規(guī)定畫法畫出構(gòu)件；構(gòu)件用數(shù)字標(biāo)號。畫出構(gòu)件；構(gòu)件用數(shù)字標(biāo)號。從原動件開始畫；原動件從原動件開始畫；原動件的運動方向用箭頭表示。的運動方向用箭頭表示。不按比例繪制的機構(gòu)運動不按比例繪制的機構(gòu)運動簡圖也稱為機構(gòu)示意圖。簡圖也稱為機構(gòu)示意圖。2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖18常用運動副的符號常用運動副的符號第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析在機架上的電動機在機架上的電動機某些常用機構(gòu)有其規(guī)定的表示法。例如：某些常用機構(gòu)有其規(guī)定的表示法。例如：2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖19常用運動副

12、的符號常用運動副的符號第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析帶傳動帶傳動2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖20常用運動副的符號常用運動副的符號第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析鏈傳動鏈傳動2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖21常用運動副的符號常用運動副的符號第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析外嚙合圓柱齒輪傳動外嚙合圓柱齒輪傳動2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖22常用運動副的符號常用運動副的符號第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖23齒輪齒條傳動齒輪齒條傳動常

13、用運動副的符號常用運動副的符號第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖24常用運動副的符號常用運動副的符號第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析直齒圓錐齒輪傳動直齒圓錐齒輪傳動2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖25常用運動副的符號常用運動副的符號第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析圓柱蝸桿蝸輪傳動圓柱蝸桿蝸輪傳動2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖26凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)常用運動副的符號常用運動副的符號第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖27常用運動副的符號常用運動副的符號第

14、第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析棘輪機構(gòu)棘輪機構(gòu)2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖28常用運動副的符號常用運動副的符號第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析槽輪機構(gòu)槽輪機構(gòu)2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖29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)件一般構(gòu)件符號一般構(gòu)件符號第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖30三副構(gòu)件三副構(gòu)件 兩副構(gòu)件兩副構(gòu)件 第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析一般構(gòu)件符號一般構(gòu)件符號Ternary linkBinary link2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖

15、31第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析尺寸比例尺：尺寸比例尺： l =實際長度實際長度 / 圖上長度圖上長度l = lAB /AB =0.02m/10mm =0.002m/mmABAB2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖322- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖332- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖342- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖35AOFCBDEl=1mm/1mm例例2-12-1：顎式破碎機顎式破碎機第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析1o oA A與機架與機架6 6組組成轉(zhuǎn)動副成轉(zhuǎn)動副與連桿與連桿2 2組組成轉(zhuǎn)動副成轉(zhuǎn)動副2- 2-3 3

16、機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖3637例例2-22-2：第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖38 例：例：小型沖床小型沖床第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖39第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖40例：例：第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2- 2-3 3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖41確定運動：任一瞬時各構(gòu)件有唯一的位置。確定運動：任一瞬時各構(gòu)件有唯一的位置。第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-4 2-4 機構(gòu)具有確定運動的條

17、件機構(gòu)具有確定運動的條件12341運動確定運動確定123415運動不確定412341運動確定運動確定外界給定的獨立運動參數(shù)外界給定的獨立運動參數(shù)2- 2-4 4 機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件 一個機構(gòu)能否具有確定運動，與給定的獨一個機構(gòu)能否具有確定運動，與給定的獨立運動參數(shù)的數(shù)目有關(guān)。立運動參數(shù)的數(shù)目有關(guān)。第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)作確定運動所需的獨機構(gòu)作確定運動所需的獨立參數(shù)數(shù)目稱為機構(gòu)的自由度。立參數(shù)數(shù)目稱為機構(gòu)的自由度。機構(gòu)具有確定運動的條件是：機構(gòu)具有確定運動的條件是：機構(gòu)的原動件數(shù)目應(yīng)等于機構(gòu)的自由度。機構(gòu)的原動件數(shù)目應(yīng)等于機構(gòu)的自由度。1234

18、14123412- 2-4 4 機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件43若：若：q原動件數(shù)原動件數(shù)F 機構(gòu)破壞機構(gòu)破壞q機構(gòu)自由度機構(gòu)自由度F=0 不能動不能動123412第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-4 2-4 機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件12341 12- 2-4 4 機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件44 平面機構(gòu)自由度計算公式：平面機構(gòu)自由度計算公式：活動構(gòu)件數(shù)活動構(gòu)件數(shù)n低副數(shù)低副數(shù)pl高副數(shù)高副數(shù)ph第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-5 2-5 平面機構(gòu)自由度的計算平面機構(gòu)自由度的計算共有自由度共有自由度共引入約束共

19、引入約束3n2plphF=3n -（2pl +ph ）（空間機構(gòu)自由度計算不要求）（空間機構(gòu)自由度計算不要求）2- 2-5 5 機構(gòu)自由度計算機構(gòu)自由度計算45例例2 2-3-3: :計算內(nèi)燃機的自由度。計算內(nèi)燃機的自由度。F=3n2plph =36273 =1 第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析解：解：n=6 pl=7ph=32- 2-5 5 機構(gòu)自由度計算機構(gòu)自由度計算46 平面機構(gòu)自由度計算公式：平面機構(gòu)自由度計算公式：活動構(gòu)件數(shù)活動構(gòu)件數(shù)n低副數(shù)低副數(shù)pl高副數(shù)高副數(shù)ph第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析共有自由度共有自由度共引入約束共引入約束3n2plphF=3n

20、 -（2pl +ph ）除去虛約束數(shù)除去虛約束數(shù)F=3n -（2pl +ph-p ）F=3n -（2pl +ph-p ）-F除去局部自由度除去局部自由度正確確定運動副數(shù)目正確確定運動副數(shù)目2- 2-5 5 機構(gòu)自由度計算機構(gòu)自由度計算471. 要正確確定運動副數(shù)目要正確確定運動副數(shù)目1 1）m m個構(gòu)件個構(gòu)件在同一處以在同一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)轉(zhuǎn)動副相聯(lián)具有具有( (m-1)m-1)個個轉(zhuǎn)動副！轉(zhuǎn)動副！2 2個以上構(gòu)件個以上構(gòu)件在同一處的在同一處的轉(zhuǎn)動副稱為轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈/ /Compound hinges)m個構(gòu)件個構(gòu)件第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-6 2-6 機構(gòu)自

21、由度應(yīng)注意的事項機構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項m-1個轉(zhuǎn)動副個轉(zhuǎn)動副2- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項48第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析例例2-7 2-7 計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。計算圖示圓盤鋸機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n=n=7低副數(shù)低副數(shù)P Pl l= =10（ B、C、D、E 四處復(fù)合鉸鏈四處復(fù)合鉸鏈）F=3n 2Pl Ph 高副數(shù)高副數(shù)P Ph h= = 0=37 210 0=1圓盤鋸機構(gòu)圓盤鋸機構(gòu)12345678ABCDEF2- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項49AA2 2）a.a.兩兩構(gòu)件之間構(gòu)件之間多個法線多個法線方

22、向重合方向重合的高副的高副, ,只算只算1 1個個高副！高副！法線不重合則按實法線不重合則按實際高副數(shù)算！際高副數(shù)算！第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析相當(dāng)于相當(dāng)于1個轉(zhuǎn)動副個轉(zhuǎn)動副相當(dāng)于相當(dāng)于1個移動副個移動副2- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項502 2）c.c.兩構(gòu)件之間多個導(dǎo)路兩構(gòu)件之間多個導(dǎo)路相平行（或重合）的移動相平行（或重合）的移動副，只算副，只算1 1個移動副！個移動副！2 2）b.b.兩構(gòu)件之間多個兩構(gòu)件之間多個共軸線的轉(zhuǎn)動副，只算共軸線的轉(zhuǎn)動副，只算1 1個轉(zhuǎn)動副！個轉(zhuǎn)動副！第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2- 2-6 6 機構(gòu)自由度

23、注意事項機構(gòu)自由度注意事項51第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2 2）d.d.幾何封閉的幾何封閉的齒輪高副，不論齒輪高副，不論幾對輪齒接觸，幾對輪齒接觸，都只算都只算1 1個高副個高副2- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項52 依靠重力封依靠重力封閉的齒輪高副，閉的齒輪高副，要算要算2 2個高副。個高副。第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項532- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項54 活動構(gòu)件數(shù)活動構(gòu)件數(shù)n= 2低副數(shù)低副數(shù)pl= 2F=3n2pl ph 高副數(shù)高副數(shù)ph=1= 1=32

24、221第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析例例：計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。：計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。2- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項55 某些構(gòu)件所具有的不影響機構(gòu)輸出運動某些構(gòu)件所具有的不影響機構(gòu)輸出運動的自由度稱為局部自由度，用的自由度稱為局部自由度，用F表示表示 。應(yīng)在。應(yīng)在機構(gòu)自由度機構(gòu)自由度F中除去局部自由度中除去局部自由度F 。 2. 2. 要除去局部自由度要除去局部自由度/passive DOF第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 滾子的轉(zhuǎn)動為局部自由度。滾子的轉(zhuǎn)動為局部自由度。滾子轉(zhuǎn)動滾子固結(jié)2- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度

25、注意事項56F=3n - 2pl - ph =32 -22 -1 =1123123 F=3n- 2pl- ph -F =33 -23 -1 -1 =1第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析也可先假想滾子固結(jié)也可先假想滾子固結(jié)，再計算：，再計算：例例：計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。：計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。2- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項572- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項3 3. . 要除去虛約束要除去虛約束/ /redundant constraint第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 對機構(gòu)施加的約束只起重復(fù)約束作用（對機構(gòu)施加的約

26、束只起重復(fù)約束作用（即未對機構(gòu)運動產(chǎn)生新的限制），這種約束即未對機構(gòu)運動產(chǎn)生新的限制），這種約束稱為重復(fù)約束或虛約束稱為重復(fù)約束或虛約束p，計算機構(gòu)自由度，計算機構(gòu)自由度時時應(yīng)除去應(yīng)除去p 。2- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項59第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析出現(xiàn)虛約束的三種情況：出現(xiàn)虛約束的三種情況：1 1）轉(zhuǎn)動副連接軌跡重合點）轉(zhuǎn)動副連接軌跡重合點2345ABCDEFABABCDCDEFEFABABCDCDABCDEF軌跡相同軌跡相同平行四邊形機構(gòu)2- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項60解：轉(zhuǎn)動副解：轉(zhuǎn)動副E連同構(gòu)件連同構(gòu)件5和轉(zhuǎn)動副和轉(zhuǎn)

27、動副F帶入約束數(shù)帶入約束數(shù)p =2pl-3n=22-31=1，為虛約束，應(yīng)從機，為虛約束，應(yīng)從機構(gòu)的約束總數(shù)中除去。構(gòu)的約束總數(shù)中除去。 F=3n-（2pl+ph - p ） =34 -（26 +0 -1） =1第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析求求:AB:ABCDCDEFEF的平行四邊形機構(gòu)的自由度。的平行四邊形機構(gòu)的自由度。 2345ABCDEFABABCDCDEFEF2- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項61第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2345ABCDEF平行四邊形機構(gòu)的虛約束用于車輪聯(lián)動平行四邊形機構(gòu)的虛約束用于車輪聯(lián)動2- 2-6 6 機構(gòu)自

28、由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項622- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析例例:計算圖示機構(gòu)計算圖示機構(gòu)自由度，已知自由度，已知CAD=90，AB=BC=BD。 解：解：p=2pl-3n =22-31=1 F=3n-(2pl+ph- p )-F=34 -26 -0 +1-0 =163第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析ABCD1 12290-90-橢圓儀橢圓儀64第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2 2）雙轉(zhuǎn)副桿連接距離不變的兩點）雙轉(zhuǎn)副桿連接距離不變的兩點 F=3n-（2pl+ph - p ） =34 -（26 +0

29、 -1） =12- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項65第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析3 3）不影響運動傳遞的重復(fù)部分（對稱、均布）不影響運動傳遞的重復(fù)部分（對稱、均布）例例: :計算齒輪系自由度。計算齒輪系自由度。 F=3n-（2pl+ph - p ）-F =35 -25 -6 +2-0 =1解解: 2個小齒輪為重復(fù)部分。由此引入虛約束個小齒輪為重復(fù)部分。由此引入虛約束p=2pl+ph-3n=22+4-32=2 2- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項66第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意

30、事項67例例2-82-8: :計算圖示包裝機送紙機構(gòu)的自由度。計算圖示包裝機送紙機構(gòu)的自由度。B2I9C 3A1J6h87DE4FG5I9I9解：解：活動構(gòu)件數(shù)活動構(gòu)件數(shù)n=9低副數(shù)低副數(shù)pl=11（復(fù)合鉸鏈（復(fù)合鉸鏈D）F=3n-(2pl +ph-p )-F =39-211 3+1-2 =1高副數(shù)高副數(shù)ph=3虛約束虛約束p=1（雙副桿（雙副桿6或或9）局部自由度局部自由度F=2（兩滾子處兩滾子處）第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項例例: :計算圖示機構(gòu)的自由度，如有復(fù)合鉸鏈、計算圖示機構(gòu)的自由度，如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度或虛約

31、束須指出。局部自由度或虛約束須指出。解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n=8低副數(shù)低副數(shù)pl=10F=3n-(2pl +ph-p )-F =38-210 2+1-1 =2高副數(shù)高副數(shù)ph=2虛約束虛約束p=1局部自由度局部自由度F=1第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析復(fù)復(fù)合合鉸鉸鏈鏈局局部部自自由由度度虛約束虛約束2- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項69解：解：n=10，pl=13， ph=2， F =1F=3n-2pl - ph F =310 -213-2-1 =1例例: :計算圖示機構(gòu)的自由度計算圖示機構(gòu)的自由度, ,如有復(fù)合鉸鏈、局如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度或虛約束須

32、指出。部自由度或虛約束須指出。第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析復(fù)復(fù)合合鉸鉸鏈鏈局局部部自自由由度度2- 2-6 6 機構(gòu)自由度注意事項機構(gòu)自由度注意事項70解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n=9低副數(shù)低副數(shù)pl=12F=3n-2pl - ph +p F =39 -212-1-1 =2需要兩個原動件。需要兩個原動件。高副數(shù)高副數(shù)ph=1第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析例例: :計算圖示機構(gòu)的自由度計算圖示機構(gòu)的自由度, ,并問需幾個原動件？并問需幾個原動件？局部自由度局部自由度F=1虛約束虛約束p=1復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈局局部部自自由由度度虛約束虛約束2- 2-6 6 機構(gòu)自由度

33、注意事項機構(gòu)自由度注意事項71721.1.平面機構(gòu)的組成原理平面機構(gòu)的組成原理/composition principle第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-72-7平面機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析平面機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析2-72-7機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析F=3n 2Pl Ph =37 210 0=173F=1F=0第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析F=1F=0F=0F=0不能再拆分的不能再拆分的F=0的構(gòu)的構(gòu)件組稱為件組稱為基本桿組基本桿組/assur group（阿蘇爾阿蘇爾桿組桿組），簡稱），簡稱桿組

34、桿組2-72-7機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)組成原理：任何機構(gòu)都是由若干個基本桿機構(gòu)組成原理：任何機構(gòu)都是由若干個基本桿組依次連接到原動件和機架上而構(gòu)成的。組依次連接到原動件和機架上而構(gòu)成的。第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-72-7機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析75第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析但注意：用基本桿組組成機構(gòu)時，若但注意：用基本桿組組成機構(gòu)時，若1 1個基本個基本桿組的兩個外接副桿組的兩個外接副/outer pair連接于前一桿組連接于前一桿組的同一構(gòu)件上，起不到新增桿組

35、的作用。的同一構(gòu)件上，起不到新增桿組的作用。同一剛體同一剛體2-72-7機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析基本桿組的自由度：基本桿組的自由度：3n -2pl =0 即即 n/2 = pl /3（ 注：所有高副均由低副取代）注：所有高副均由低副取代）n必為必為2的倍數(shù)，的倍數(shù)，pl必為必為3的倍數(shù)即，組合有：的倍數(shù)即，組合有：ln = 2， pl =3ln = 4， pl = 6ln = 6， pl = 9 762. 2. 平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析II級組（兩桿三副組）級組（兩桿三副組）III級組（四桿六副

36、組）級組（四桿六副組）級組（六桿九副組）級組（六桿九副組）2-72-7機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析77II級組級組/ /binary-group應(yīng)用最廣，有五種類型：應(yīng)用最廣，有五種類型： 第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-72-7機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析78 III級組級組/ /tenary-group的三種類型：的三種類型：第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 III級組總包含級組總包含一個一個“3 3副副”構(gòu)件，不能拆分構(gòu)件，不能拆分成兩個成兩個II級組。級組。2-72-7機構(gòu)的組成

37、原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析79按機構(gòu)所含桿組的最高級別，平面機構(gòu)分級為：按機構(gòu)所含桿組的最高級別，平面機構(gòu)分級為：lIII 級機構(gòu)級機構(gòu) 所含桿組級別最高為所含桿組級別最高為III 級的平級的平面機構(gòu)面機構(gòu)第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析lII 級機構(gòu)級機構(gòu)所含桿組級別最高為所含桿組級別最高為II 級的平面級的平面機構(gòu)機構(gòu)lI 級機構(gòu)級機構(gòu) 只由機架和原動件構(gòu)成的機構(gòu)只由機架和原動件構(gòu)成的機構(gòu)級機構(gòu)級機構(gòu)2-72-7機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析80目的：了解機構(gòu)的組成，確定機構(gòu)的級別目的：了解機構(gòu)的組成，確定機

38、構(gòu)的級別。3.3.平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析/ /structural analysis第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-72-7機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析81步驟：步驟：l計算機構(gòu)自由度。計算機構(gòu)自由度。l從離原動件最遠的構(gòu)件開始拆從離原動件最遠的構(gòu)件開始拆基本桿組，先試拆基本桿組，先試拆II級組，若級組，若 II級組拆不成（出現(xiàn)拆剩部分級組拆不成（出現(xiàn)拆剩部分的自由度與原機構(gòu)自由度不同的自由度與原機構(gòu)自由度不同的現(xiàn)象）則拆的現(xiàn)象）則拆III級組；級組；l全部桿組一一拆出，只剩原動全部桿組一一拆出，只剩原動件與機架；件與機架；

39、l按所具有的基本桿組的最高級按所具有的基本桿組的最高級別，寫出機構(gòu)的級別。別，寫出機構(gòu)的級別。是是II級機構(gòu)級機構(gòu)第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析注意：注意：原動件與機架畫在一起原動件與機架畫在一起原動件上無外接副原動件上無外接副2-72-7機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析82是是級機構(gòu)級機構(gòu)第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析原動件不同原動件不同, ,機構(gòu)級別可能不同。機構(gòu)級別可能不同。2-72-7機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析4. 4. 平面機構(gòu)中的高副低代平面機構(gòu)中的高副低代/ /substit

40、ue higher pair by lower pair第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析高副以低副來代替高副以低副來代替高副低代高副低代高副低代必須滿足的條件：高副低代必須滿足的條件：1 1、代替前后，機構(gòu)自由度相同。、代替前后，機構(gòu)自由度相同。2 2、代替前后，機構(gòu)瞬時速度、加速度相同。、代替前后，機構(gòu)瞬時速度、加速度相同。代替時要去掉虛約束和局部自由度。代替時要去掉虛約束和局部自由度。2-72-7機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析84K1K2第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析兩圓弧相接觸的高副低代：兩圓弧相接觸的高副低代：2-72-7機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析K1K2K1K285K1K2第第2 2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析高副以低副代替的方法：高副以低副代替的方法：K1K21、找出高副兩元素在接觸、找出高副兩元素在接觸