機械原理潘存云機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

1、作者潘存云第第2章章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析21 機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的 22 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成23 機構(gòu)運動簡圖及其繪制機構(gòu)運動簡圖及其繪制24 機構(gòu)具有確定運動的條件及自由度的計算機構(gòu)具有確定運動的條件及自由度的計算25 計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項 26 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)分析作者潘存云21 機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的 內(nèi)容：內(nèi)容：1.研究機構(gòu)的組成要素研究機構(gòu)的組成要素及機構(gòu)的符號表示方法及機構(gòu)的符號表示方法 2.研究機構(gòu)的可動性以研究機構(gòu)的可動性

2、以及具有確定運動的條件及具有確定運動的條件3.研究機構(gòu)的組成原理研究機構(gòu)的組成原理4.研究機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類研究機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類目的目的:機構(gòu)包含哪幾個部分機構(gòu)包含哪幾個部分?各部分如何相聯(lián)？各部分如何相聯(lián)？如何把復(fù)雜的機構(gòu)抽象如何把復(fù)雜的機構(gòu)抽象成簡單圖形符號？成簡單圖形符號？為了便于研究作者潘存云21 機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的 內(nèi)容：內(nèi)容：1.研究機構(gòu)的組成要素研究機構(gòu)的組成要素及機構(gòu)的符號表示方法及機構(gòu)的符號表示方法 2.研究機構(gòu)的可動性以研究機構(gòu)的可動性以及具有確定運動的條件及具有確定運動的條件3.研究機構(gòu)的組成原理研究機構(gòu)的組成原理4.研究機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類研究機構(gòu)的結(jié)

3、構(gòu)分類目的目的:機構(gòu)是否能動機構(gòu)是否能動?運動是否確定？運動是否確定？運動確定應(yīng)滿足什么條運動確定應(yīng)滿足什么條件？件？作者潘存云內(nèi)容：內(nèi)容：1.研究機構(gòu)的組成要素研究機構(gòu)的組成要素及機構(gòu)的符號表示方法及機構(gòu)的符號表示方法 2.研究機構(gòu)的可動性以研究機構(gòu)的可動性以及具有確定運動的條件及具有確定運動的條件3.研究機構(gòu)的組成原理研究機構(gòu)的組成原理4.研究機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類研究機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類21 機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的 目的目的:機構(gòu)有簡有繁，構(gòu)件有多有少，而運動確定是它們的共同特征。研究的是搞清楚按何種規(guī)律組成的機構(gòu)按何種規(guī)律組成的機構(gòu)能滿足運動確定性的要求。能滿足運動確定性的

4、要求。對于設(shè)計新機構(gòu)具有重要意義作者潘存云21 機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的 內(nèi)容：內(nèi)容：1.研究機構(gòu)的組成要素研究機構(gòu)的組成要素及機構(gòu)的符號表示方法及機構(gòu)的符號表示方法 2.研究機構(gòu)的可動性以研究機構(gòu)的可動性以及具有確定運動的條件及具有確定運動的條件3.研究機構(gòu)的組成原理研究機構(gòu)的組成原理4.研究機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類研究機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類目的目的:不同的機構(gòu)都有各自的特點，將機構(gòu)按結(jié)構(gòu)加以分類目的建立運動分析和機構(gòu)綜合建立運動分析和機構(gòu)綜合的一般方法。的一般方法。作者潘存云22 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成名詞術(shù)語解釋名詞術(shù)語解釋:1.構(gòu)件構(gòu)件 (Link) 獨立的運動單元獨立的運動單元

5、零件零件(part) 獨立的制造單元獨立的制造單元內(nèi)燃機內(nèi)燃機中的連桿作者：潘存云教授內(nèi)燃機內(nèi)燃機連桿連桿套筒套筒連桿體連桿體螺栓螺栓墊圈墊圈螺母螺母連桿蓋連桿蓋軸瓦軸瓦作者潘存云2.運動副運動副 (Kinematic pair)a)兩個構(gòu)件、兩個構(gòu)件、b) 直接接觸、直接接觸、c) 有相對運動有相對運動 運動副運動副兩個構(gòu)件直接接觸組成的仍能產(chǎn)生相對兩個構(gòu)件直接接觸組成的仍能產(chǎn)生相對運動的聯(lián)接。運動的聯(lián)接。三個條件，缺一不可三個條件，缺一不可 典型案例：典型案例：運動副元素運動副元素直接接觸的部分（點、線、面）直接接觸的部分（點、線、面） 點接觸點接觸作者潘存云運動副的分類：運動副的分類：

6、1)按引入的約束數(shù)分有：按引入的約束數(shù)分有： I級副、級副、II級副、級副、III級副、級副、IV級副、級副、V級副。級副。I級副級副II級副級副III級副級副V級副級副IV級副級副作者潘存云 2)按相對運動范圍分有：按相對運動范圍分有： 平面運動副平面運動副平面運動平面運動(Plannar kinematic pair) 空間運動副空間運動副空間運動空間運動(Spatial kinematic pair )平面機構(gòu)平面機構(gòu)全部由平面運動副組成的機構(gòu)。全部由平面運動副組成的機構(gòu)?？臻g機構(gòu)空間機構(gòu)至少含有一個空間運動副的機構(gòu)。至少含有一個空間運動副的機構(gòu)。球鉸鏈球鉸鏈 螺旋螺旋 平面機構(gòu)平面機構(gòu)

7、 空間機構(gòu)空間機構(gòu) 例如：例如：球鉸鏈球鉸鏈、拉桿天線、拉桿天線、螺旋螺旋、生物關(guān)節(jié)。、生物關(guān)節(jié)。作者潘存云 3)按運動副元素分有：按運動副元素分有： 高副高副點、線接觸，應(yīng)力高點、線接觸，應(yīng)力高 (high pair)低副低副面接觸，應(yīng)力低面接觸，應(yīng)力低 (lower pair)例如：例如：滾動副、凸輪副、齒輪副滾動副、凸輪副、齒輪副等。等。例如：例如：轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副（回轉(zhuǎn)副）、（回轉(zhuǎn)副）、移動副移動副 。作者潘存云 4)按運動副元素始終保持接觸方式分類有：按運動副元素始終保持接觸方式分類有： 幾何形狀封閉運動副幾何形狀封閉運動副(form-closed pair)力封閉運動副力封閉運動副(f

8、orce-closed pair) 作者潘存云常見運動副符號的表示常見運動副符號的表示: 國標(biāo)國標(biāo)GB446084詳見教材：詳見教材： P20 表表2-1作者潘存云轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動副副移移動動副副12121212121212121212121212122121常用運動副的符號常用運動副的符號 運動副運動副 名稱名稱 運動副符號運動副符號 兩運動構(gòu)件構(gòu)成的運動副兩運動構(gòu)件構(gòu)成的運動副 兩構(gòu)件之一為固定時的運動副兩構(gòu)件之一為固定時的運動副 平平面面運運動動副副作者潘存云12122112122121121212平平面面高高副副螺螺旋旋副副球球面面副副球球銷銷副副空空間間運運動動副副121212作者潘存云一般

9、構(gòu)件的表示方法一般構(gòu)件的表示方法 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 作者潘存云三副構(gòu)件三副構(gòu)件 兩副構(gòu)件兩副構(gòu)件 一般構(gòu)件的表示方法一般構(gòu)件的表示方法 作者潘存云構(gòu)件繪制簡圖要點構(gòu)件繪制簡圖要點:畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實際外畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實際外形，而只考慮運動副的性質(zhì)形，而只考慮運動副的性質(zhì)！閉式鏈閉式鏈(Close chain)、開式鏈開式鏈(Open chain)3. 運動鏈運動鏈 (Kinematic chain)運動鏈運動鏈兩個以上的構(gòu)件通過運動副的兩個以上的構(gòu)件通過運動副的 聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。作者：潘存云教授作者潘存云若干若干1個或幾個個

10、或幾個1個個機構(gòu)的組成：機構(gòu)的組成： 機構(gòu)機構(gòu) 機架原動件從動件機架原動件從動件4. 機構(gòu)機構(gòu)機構(gòu)機構(gòu)具有確定運動的運動鏈具有確定運動的運動鏈 。機架機架作為參考系的構(gòu)件作為參考系的構(gòu)件，如機床床身、如機床床身、 車輛底盤、飛機機身。車輛底盤、飛機機身。原（主）動件原（主）動件按給定運動規(guī)律運動的構(gòu)件。按給定運動規(guī)律運動的構(gòu)件。從動件從動件其余可動構(gòu)件。其余可動構(gòu)件。作者潘存云23 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖用以說明機構(gòu)中各構(gòu)件之間的相用以說明機構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系的簡單圖形。對運動關(guān)系的簡單圖形。作用：作用： 1.表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動情況。表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動情

11、況。 2.作為運動分析和動力分析的依據(jù)。作為運動分析和動力分析的依據(jù)。機動示意圖機動示意圖不按比例繪制的簡圖不按比例繪制的簡圖P23表表22摘錄了部分摘錄了部分GB446084機構(gòu)示意圖機構(gòu)示意圖。作者潘存云在機架在機架上的電上的電機機機構(gòu)名稱機構(gòu)名稱 3D模型模型 簡圖簡圖 外嚙合圓柱外嚙合圓柱齒輪機構(gòu)齒輪機構(gòu) 常用機構(gòu)運動簡圖符號常用機構(gòu)運動簡圖符號 作者潘存云圓錐齒圓錐齒輪機構(gòu)輪機構(gòu) 交錯軸斜交錯軸斜齒輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)常用機構(gòu)運動簡圖符號常用機構(gòu)運動簡圖符號（續(xù)表）（續(xù)表） 機構(gòu)名稱機構(gòu)名稱 3D模型模型 簡圖簡圖 作者潘存云內(nèi)嚙合內(nèi)嚙合圓柱齒圓柱齒輪機構(gòu)輪機構(gòu) 齒輪齒齒輪齒條機構(gòu)條機構(gòu)

12、常用機構(gòu)運動簡圖符號常用機構(gòu)運動簡圖符號（續(xù)表）（續(xù)表） 機構(gòu)名稱機構(gòu)名稱 3D模型模型 簡圖簡圖 作者潘存云常用機構(gòu)運動簡圖符號常用機構(gòu)運動簡圖符號（續(xù)表）（續(xù)表） 凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu) 機構(gòu)名稱機構(gòu)名稱 3D模型模型 簡圖簡圖 圓柱蝸圓柱蝸桿蝸輪桿蝸輪傳動傳動作者潘存云常用機構(gòu)運動簡圖符號常用機構(gòu)運動簡圖符號（續(xù)表）（續(xù)表） 棘輪機構(gòu)棘輪機構(gòu) 機構(gòu)名稱機構(gòu)名稱 3D模型模型 簡圖簡圖 槽輪機構(gòu)槽輪機構(gòu) 作者潘存云常用機構(gòu)運動簡圖符號常用機構(gòu)運動簡圖符號（續(xù)表）（續(xù)表） 鏈傳動鏈傳動 機構(gòu)名稱機構(gòu)名稱 3D模型模型 簡圖簡圖 帶傳動帶傳動作者潘存云常用機構(gòu)運動簡圖符號常用機構(gòu)運動簡圖符號（續(xù)表）

13、（續(xù)表） 機構(gòu)名稱機構(gòu)名稱 3D模型模型 簡圖簡圖 摩擦傳動摩擦傳動 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖應(yīng)滿足的應(yīng)滿足的條件條件： 1）構(gòu)件數(shù)目與實際相同）構(gòu)件數(shù)目與實際相同 2）運動副的性質(zhì)、數(shù)目與實際相符）運動副的性質(zhì)、數(shù)目與實際相符 3）運動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實際機構(gòu)）運動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實際機構(gòu) 成比例。成比例。作者潘存云繪制機構(gòu)運動簡圖的思路與步驟：繪制機構(gòu)運動簡圖的思路與步驟：思路：思路：機械的機械的 功用功用 工藝工藝動作動作執(zhí)行構(gòu)件執(zhí)行構(gòu)件原動件原動件中間構(gòu)件中間構(gòu)件 機架機架構(gòu)件總數(shù)構(gòu)件總數(shù) 運動副類型運動副類型運動副數(shù)量運動副數(shù)量構(gòu)件長度構(gòu)件長度運動副位置運

14、動副位置 繪制簡圖繪制簡圖 檢驗運動確定性檢驗運動確定性 繪圖比例尺繪圖比例尺：l=實際尺寸實際尺寸 m / 圖上長度圖上長度mm 繪圖平面繪圖平面運動副符號運動副符號繪圖比例尺繪圖比例尺作者潘存云繪制機構(gòu)運動簡圖舉例：繪制機構(gòu)運動簡圖舉例：例題一：繪制單缸內(nèi)燃機運動簡圖。例題一：繪制單缸內(nèi)燃機運動簡圖。潘存云教授研制動動 畫畫順口溜：順口溜：先兩頭，后中間，先兩頭，后中間， 從頭至尾走一遍，從頭至尾走一遍， 數(shù)數(shù)構(gòu)件是多少，數(shù)數(shù)構(gòu)件是多少， 再看它們怎相聯(lián)。再看它們怎相聯(lián)。84 235167ACBD E作者潘存云繪制機構(gòu)運動簡圖舉例：繪制機構(gòu)運動簡圖舉例：例題二：繪制偏心泵的運動簡圖。例題二

15、：繪制偏心泵的運動簡圖。1234偏心泵偏心泵作者：潘存云教授作者潘存云12341 1141 123給定給定S S3 3S S3 3(t)(t)，一個獨立參數(shù)，一個獨立參數(shù)1 11 1（t t）唯一確定，該機）唯一確定，該機構(gòu)僅需要一個獨立參數(shù)。構(gòu)僅需要一個獨立參數(shù)。若僅給定若僅給定1 11 1（t t）, ,則則2 2 3 3 4 4 均不能唯一確定。均不能唯一確定。4 424 機構(gòu)具有確定運動的條件及自由度的計算機構(gòu)具有確定運動的條件及自由度的計算 一、機構(gòu)具有確定運動的條件一、機構(gòu)具有確定運動的條件 123S31 1S3若同時給定若同時給定1 1和和4 4 ，則，則3 3 2 2 能唯一確

16、定，該機構(gòu)需要兩能唯一確定，該機構(gòu)需要兩個獨立參數(shù)個獨立參數(shù) 。作者潘存云自由度自由度保證機構(gòu)具有確定運動時所必須給定的保證機構(gòu)具有確定運動時所必須給定的 獨立運動參數(shù)。（獨立運動參數(shù)。（ FreedomFreedom）原動件能獨立運動的構(gòu)件。原動件能獨立運動的構(gòu)件。一個原動件只能提供一個獨立參數(shù)一個原動件只能提供一個獨立參數(shù)機構(gòu)具有確定運動的條件為：機構(gòu)具有確定運動的條件為：自由度原動件數(shù)自由度原動件數(shù)作者潘存云 作作平面運動平面運動的剛體在空間的位置需要三個獨立的參的剛體在空間的位置需要三個獨立的參數(shù)數(shù)（x，y, ）才能唯一確定。才能唯一確定。yx(x , y)F = 3單個自由構(gòu)件的自由

17、度為單個自由構(gòu)件的自由度為 3 3二、平面機構(gòu)自由度的計算二、平面機構(gòu)自由度的計算 單個自由構(gòu)件的單個自由構(gòu)件的自由度是多少自由度是多少？兩個構(gòu)件連接之后兩個構(gòu)件連接之后自由度有何變化自由度有何變化？經(jīng)運動副相聯(lián)后，由于有約束，構(gòu)件自由度會有變化：作者潘存云yx 運動副運動副 自由度數(shù)自由度數(shù) 約束數(shù)約束數(shù)回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副 1（） + 2（x，y） = 31 2 Sxy12R=2, F=1R=2, F=1R=1, F=2結(jié)論：結(jié)論：構(gòu)件自由度構(gòu)件自由度3約束數(shù)約束數(shù)移動副移動副 1（x） + 2（y，）= 3高高 副副 2（x,） + 1（y） = 3yx12S S自由構(gòu)自由構(gòu)件的自件的自由度數(shù)由

18、度數(shù)自由構(gòu)件的自由度數(shù)約束數(shù)自由構(gòu)件的自由度數(shù)約束數(shù)作者潘存云活動構(gòu)件數(shù)活動構(gòu)件數(shù) n 計算公式：計算公式： F=3n(2PL +Ph )要求：要求：記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。構(gòu)件總自由度構(gòu)件總自由度 低副約束數(shù)低副約束數(shù) 高副約束數(shù)高副約束數(shù) 3n 2 PL1 Ph例題例題計算曲柄滑塊機構(gòu)的自由度。計算曲柄滑塊機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)低副數(shù)PL=4F = 3n 2PL PH =33 24 = 1 高副數(shù)高副數(shù)PH=0123推廣到一般：推廣到一般： 作者潘存云例題例題計算五桿鉸鏈機構(gòu)的自由度。計算五桿鉸鏈機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)解

19、：活動構(gòu)件數(shù)n= 4低副數(shù)低副數(shù)PL=5F=3n 2PL PH =34 25 =2 高副數(shù)高副數(shù)PH=01 2 3 4 5 作者潘存云例題例題計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。計算圖示凸輪機構(gòu)的自由度。解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(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作者潘存云25 計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項 例題例題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=7低副數(shù)低副數(shù)PL=6F=3n 2PL PH 高副數(shù)高副數(shù)PH=37 26 0=9計算結(jié)果肯定不對！計算

20、結(jié)果肯定不對！作者：潘存云教授12345678ABCDEF0 結(jié)果正確嗎結(jié)果正確嗎？問題出在哪問題出在哪？作者潘存云1）復(fù)合鉸鏈）復(fù)合鉸鏈兩個以上構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)兩個以上構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)復(fù)合鉸鏈數(shù)：復(fù)合鉸鏈數(shù)：m個構(gòu)件個構(gòu)件, 有有m1轉(zhuǎn)動副。轉(zhuǎn)動副。注意：注意：在在B、C、D、E四處應(yīng)各有四處應(yīng)各有 2 個運動副。個運動副。解：活動構(gòu)件數(shù)解：活動構(gòu)件數(shù) n= 7低副數(shù)低副數(shù)PL= 10F = 3n 2PL PH =37 2100 =1可以證明：可以證明：F點的軌跡為一直線。點的軌跡為一直線。圓盤鋸機構(gòu)圓盤鋸機構(gòu)作者：潘存云教授12345678ABCDEF兩個低副兩個低副作者潘

21、存云例題例題計算圖示兩種滾子凸輪機構(gòu)的自由度。計算圖示兩種滾子凸輪機構(gòu)的自由度。解：解：n= 3，PL= 3，F(xiàn) = 3n 2PL PH =33 23 1 =2PH = 1 對于右邊的機構(gòu)，有：對于右邊的機構(gòu)，有： F=32 22 1=1事實上，兩個機構(gòu)的運動相同，且事實上，兩個機構(gòu)的運動相同，且對于左邊的機構(gòu)，有：對于左邊的機構(gòu)，有：F=1 12312作者潘存云2）局部自由度）局部自由度F = 3n 2PL PHFP =33 23 1 1 =1本例：本例： FP=1或計算時去掉滾子和鉸鏈：或計算時去掉滾子和鉸鏈： F = 32 22 1 =1局部自由度局部自由度構(gòu)件局部運動所產(chǎn)生的自由度。構(gòu)

22、件局部運動所產(chǎn)生的自由度。計算時應(yīng)去掉計算時應(yīng)去掉Fp! 出現(xiàn)在加裝滾子的場合滾子的作用：滾子的作用：滑動摩擦滑動摩擦滾動摩擦。滾動摩擦。12312作者潘存云解：解：n= 4， PL= 6，F(xiàn) = 3n 2PL PH =34 26 =0PH= 0 3）虛約束）虛約束(formal constraint) 虛約束虛約束對機構(gòu)的運動實際不起作用的約束。對機構(gòu)的運動實際不起作用的約束。 FEAB CD ，故增加構(gòu)件，故增加構(gòu)件4前后前后E點的軌跡點的軌跡都是圓弧。都是圓弧。例題例題已知：已知：ABCDEF，計算圖示平行四邊形機，計算圖示平行四邊形機構(gòu)的自由度。構(gòu)的自由度。 作者：潘存云教授1234A

23、BCDEF計算自由度時應(yīng)去掉虛約束！計算自由度時應(yīng)去掉虛約束！ 增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件4！作者潘存云n= 3， PL= 4，F(xiàn) = 3n 2PL PH =33 24 =1PH= 0 作者：潘存云教授1234ABCDEF重新計算：重新計算： 4EF動動 畫畫 特別注意：特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：此例存在虛約束的幾何條件是：AB CD EF 作者潘存云出現(xiàn)虛約束的場合：出現(xiàn)虛約束的場合： （1）兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點的軌跡重合兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點的軌跡重合如如平行四邊形機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)，火車輪火車輪橢圓儀橢圓儀等。等。(需要證明需要證明)作者潘

24、存云（2）兩構(gòu)件構(gòu)成多個移動副，且導(dǎo)路平行）兩構(gòu)件構(gòu)成多個移動副，且導(dǎo)路平行牛頭刨床牛頭刨床 油壓機立柱油壓機立柱 作者潘存云3）兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，且同軸）兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副，且同軸機床進(jìn)刀絲杠機床進(jìn)刀絲杠內(nèi)燃機曲軸內(nèi)燃機曲軸 作者潘存云EF4）運動時，兩構(gòu)件上的兩點距離始終不變）運動時，兩構(gòu)件上的兩點距離始終不變天平天平 5）對運動不起作用的對稱部分）對運動不起作用的對稱部分多個行星輪多個行星輪作者潘存云6）兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸，且法線重合）兩構(gòu)件構(gòu)成高副，兩處接觸，且法線重合如如等寬凸輪等寬凸輪W注意：注意：法線不重合時，法線不重合時，變成實際約束！變成實際約束！AAn1n1n2

25、n2n1n1n2n2AA作者潘存云虛約束的作用：虛約束的作用：改善構(gòu)件的受力情況，如多個行星輪。改善構(gòu)件的受力情況，如多個行星輪。增加機構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機床導(dǎo)軌。增加機構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機床導(dǎo)軌。使機構(gòu)運動順利，避免運動不確定，如火車輪。使機構(gòu)運動順利，避免運動不確定，如火車輪。注意：注意：各種出現(xiàn)虛約束的場合都是有條件的各種出現(xiàn)虛約束的場合都是有條件的 !作者潘存云分析：活動構(gòu)件數(shù)分析：活動構(gòu)件數(shù) n =10復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈: 局部自由度局部自由度: 1個個 虛約束虛約束: 2處處 去掉局部自由度和虛約束后：去掉局部自由度和虛約束后：1處處 n = 8PL = 11 PH =1HC

26、23145ILBAEGK678910FJ11CD例題例題計算圖示機構(gòu)的自由度，已知：計算圖示機構(gòu)的自由度，已知： ABCDEFCH723145ILBAEGK68910FJ11CDF = 3n 2PL PH =38211 1 =12個個低副低副作者潘存云作者：潘存云教授B2I9C 3A1J6H87DE4FG5例題例題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)的自由度分析：活動構(gòu)件數(shù)分析：活動構(gòu)件數(shù) n = 9復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈:局部自由度局部自由度2個個虛約束虛約束: 1處處去掉局部自由度和虛約束后：去掉局部自由度和虛約束后：I9A1B2C 3J6H87DE4FG51處處n = 6PL

27、= 7F = 3n 2PL PH =36 27 3 =1PH =32個個低副低副I9 作者潘存云2-6 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)分析一、機構(gòu)的組成原理一、機構(gòu)的組成原理 1 1）基本機構(gòu)）基本機構(gòu) 由一個原動件和一個機架組成的雙桿機構(gòu)。由一個原動件和一個機架組成的雙桿機構(gòu)。 a)原動件作移動原動件作移動 (如如油缸、氣缸、直線電機油缸、氣缸、直線電機等等)b)原動件作轉(zhuǎn)動原動件作轉(zhuǎn)動 (如如電動機電動機)2121作者潘存云2 2）基本桿組）基本桿組基本桿組基本桿組最簡單的最簡單的F0的構(gòu)件組。的構(gòu)件組。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:F

28、=1F=0設(shè)想：設(shè)想：將機構(gòu)中原動件和機架斷開，則原動件與機將機構(gòu)中原動件和機架斷開，則原動件與機架構(gòu)成基本機構(gòu)，其架構(gòu)成基本機構(gòu)，其F1。剩下的構(gòu)件組必有。剩下的構(gòu)件組必有F0將構(gòu)件組繼續(xù)拆分成更簡單將構(gòu)件組繼續(xù)拆分成更簡單F0的構(gòu)件組，直到不的構(gòu)件組，直到不能再拆為止。能再拆為止。原動件數(shù)自由度原動件數(shù)自由度作者潘存云713245678舉例：舉例：將圖示八桿機構(gòu)拆分成基本機構(gòu)和基本桿組。將圖示八桿機構(gòu)拆分成基本機構(gòu)和基本桿組。重要結(jié)論：重要結(jié)論：該機構(gòu)包含一個基本機構(gòu)和兩個基本桿組，該機構(gòu)包含一個基本機構(gòu)和兩個基本桿組，換句話說，將兩個基本桿組添加到基本機構(gòu)上，構(gòu)成換句話說，將兩個基本桿組

29、添加到基本機構(gòu)上，構(gòu)成了該八桿機構(gòu)。了該八桿機構(gòu)。作者潘存云推論：推論：任何一個平面機構(gòu)都可以認(rèn)為是在基本機構(gòu)的任何一個平面機構(gòu)都可以認(rèn)為是在基本機構(gòu)的基礎(chǔ)上，依次添加若干個桿組所形成的?；A(chǔ)上，依次添加若干個桿組所形成的。機構(gòu)的組成原理：機構(gòu)的組成原理： 機構(gòu)機構(gòu)基本機構(gòu)基本機構(gòu)基本桿組基本桿組3 3）機構(gòu)的組成原理）機構(gòu)的組成原理 設(shè)計新機構(gòu)的原則設(shè)計新機構(gòu)的原則 ： 1)結(jié)構(gòu)最簡性原則結(jié)構(gòu)最簡性原則。即在滿足機構(gòu)運動要求的前提。即在滿足機構(gòu)運動要求的前提下，所設(shè)計的機構(gòu)結(jié)構(gòu)越簡單、構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)量下，所設(shè)計的機構(gòu)結(jié)構(gòu)越簡單、構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)量越少越好。越少越好。 2)運動不干涉原則運動

30、不干涉原則。添加桿組時，必須保證構(gòu)件組。添加桿組時，必須保證構(gòu)件組中所有的構(gòu)件仍能運動中所有的構(gòu)件仍能運動 。作者潘存云特別注意：特別注意： 桿組的各個桿組的各個外端副不可以同時加在同一個構(gòu)件外端副不可以同時加在同一個構(gòu)件上上，否則，構(gòu)件將發(fā)生運動干涉而成為剛體。，否則，構(gòu)件將發(fā)生運動干涉而成為剛體。作者潘存云二、機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析二、機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 PL 為整數(shù)，為整數(shù)， n n只能取偶數(shù)。只能取偶數(shù)。 n n 2 4 n4 2 4 n4 已無實例了已無實例了! ! PL 3 6 n=2 的桿組稱為的桿組稱為級組級組應(yīng)用最廣而又最簡單應(yīng)用最廣而又最簡單的基本桿組。共有的基本桿組。共有 5 5 種

31、類型種類型設(shè)基本桿組中有設(shè)基本桿組中有n個構(gòu)件，則由條件個構(gòu)件，則由條件F0有：有： F3n2PLPh0 PL3n/2 (低副機構(gòu)中低副機構(gòu)中Ph0 )作者潘存云 n=4 （PL6 6）的桿組有以下四種類型）的桿組有以下四種類型: : 這三種形式稱為這三種形式稱為級組級組。結(jié)構(gòu)特點：其中一個構(gòu)。結(jié)構(gòu)特點：其中一個構(gòu)件有三個運動副。件有三個運動副。典型典型級組：級組：作者潘存云第四種形式稱為第四種形式稱為IVIV級組級組。結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：有兩個三副桿，且有兩個三副桿，且4個構(gòu)件構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)個構(gòu)件構(gòu)成四邊形結(jié)構(gòu)內(nèi)端副內(nèi)端副桿組內(nèi)部相聯(lián)。桿組內(nèi)部相聯(lián)。外端副外端副與組外構(gòu)件相聯(lián)。與組外構(gòu)件相聯(lián)。 機構(gòu)按所含最高桿組級別命名，如機構(gòu)按所含最高桿組級別命名，如級機構(gòu)，級機構(gòu)，級機構(gòu)等。級機構(gòu)等。作者潘存云713245678圖示八桿機構(gòu)拆分成基本機構(gòu)和基本桿組。圖示八桿機構(gòu)拆分成基本機構(gòu)和基本桿組。 特別注意：特別注意：機構(gòu)的級別與原動件的選擇有關(guān)機構(gòu)的級別與原動件的選擇有關(guān)級機構(gòu)級機構(gòu) 作者潘存云713245678或或級機構(gòu)級機構(gòu)級機構(gòu)級機構(gòu)作者潘存云三、用低副代替機構(gòu)中高副的方法三、用低副代替機構(gòu)中高副的方法目的目的便于工程上對含高副的機構(gòu)也能像低副機便于工程上對含高副的機構(gòu)也能像低副機構(gòu)那樣方便地進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析構(gòu)那樣方便地進(jìn)行結(jié)