機(jī)械原理第二章機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析CH02

1、第二章第二章 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-1 2-1 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的2-2 2-2 機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成2-3 2-3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖2-4 2-4 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件2-5 2-5 機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算2-6 2-6 計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)2-7 2-7 虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的 合理設(shè)計(jì)合理設(shè)計(jì)2-1 2-1 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的主要內(nèi)容及目的是：主要內(nèi)容及目的是： 研究機(jī)構(gòu)的組成及機(jī)

2、構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的畫(huà)法；研究機(jī)構(gòu)的組成及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的畫(huà)法； 了解機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件；了解機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件； 研究機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類。研究機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類。 是兩構(gòu)是兩構(gòu)件參與接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面。件參與接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面。 是兩構(gòu)件直接接觸而構(gòu)成的可是兩構(gòu)件直接接觸而構(gòu)成的可動(dòng)連接；動(dòng)連接；2-2 機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成1. 構(gòu)件（構(gòu)件（Member）零件零件是機(jī)器中的一個(gè)獨(dú)立制造單元體；是機(jī)器中的一個(gè)獨(dú)立制造單元體；構(gòu)件構(gòu)件是機(jī)器中的一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元體。是機(jī)器中的一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元體。 從運(yùn)動(dòng)來(lái)看，任何機(jī)器都是由若干個(gè)從運(yùn)動(dòng)來(lái)看，任何機(jī)器都是由若干個(gè)構(gòu)件組合而成的。構(gòu)件

3、組合而成的。 任何機(jī)器都是由許多零件組合而成的。任何機(jī)器都是由許多零件組合而成的。氣缸體氣缸體連桿體連桿體連連桿桿頭頭曲軸曲軸齒輪齒輪活塞活塞2.運(yùn)動(dòng)副（運(yùn)動(dòng)副（Kinematic Pair）運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副元素（運(yùn)動(dòng)副元素（Pairing Element）例例2-1軸與軸承軸與軸承、滑塊與導(dǎo)軌滑塊與導(dǎo)軌、兩輪齒嚙合兩輪齒嚙合。3 3）按其相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分）按其相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副（回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副或或鉸鏈鉸鏈）移動(dòng)副移動(dòng)副螺旋副螺旋副球面副球面副4 4）運(yùn)動(dòng)副還可分為）運(yùn)動(dòng)副還可分為平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)副與與空間運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)副兩類。兩類。2 2）按其接觸形式分）按其接觸形式分高副高副： 點(diǎn)

4、、線接觸的運(yùn)動(dòng)副點(diǎn)、線接觸的運(yùn)動(dòng)副低副低副： 面接觸的運(yùn)動(dòng)副面接觸的運(yùn)動(dòng)副（1 1）運(yùn)動(dòng)副的分類）運(yùn)動(dòng)副的分類1 1）按其引入的約束數(shù)目分：）按其引入的約束數(shù)目分： 級(jí)副級(jí)副、 級(jí)副級(jí)副、 級(jí)副級(jí)副。機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成(2/4)3.運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副的連接而構(gòu)成的相對(duì)可動(dòng)的系統(tǒng)。構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副的連接而構(gòu)成的相對(duì)可動(dòng)的系統(tǒng)。閉式運(yùn)動(dòng)鏈閉式運(yùn)動(dòng)鏈 （簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱閉鏈閉鏈）開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈 （簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱開(kāi)鏈開(kāi)鏈）平面閉式運(yùn)動(dòng)鏈平面閉式運(yùn)動(dòng)鏈空間閉式運(yùn)動(dòng)鏈空間閉式運(yùn)動(dòng)鏈平面開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈平面開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈空間開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈空間開(kāi)式運(yùn)動(dòng)鏈（2）運(yùn)動(dòng)副符號(hào)）運(yùn)動(dòng)副符號(hào)運(yùn)動(dòng)副常用規(guī)定的簡(jiǎn)單符號(hào)來(lái)表達(dá)（運(yùn)動(dòng)副

5、常用規(guī)定的簡(jiǎn)單符號(hào)來(lái)表達(dá)（GB446084）。）。各種常用運(yùn)動(dòng)副模型各種常用運(yùn)動(dòng)副模型常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)表常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)表機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成(3/4)12341234123412345 但當(dāng)機(jī)但當(dāng)機(jī)構(gòu)安裝在運(yùn)動(dòng)的機(jī)械上時(shí)則是運(yùn)動(dòng)的。構(gòu)安裝在運(yùn)動(dòng)的機(jī)械上時(shí)則是運(yùn)動(dòng)的。 按給定已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律按給定已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件；獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件；4.機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) 其中一構(gòu)件固定為機(jī)架的運(yùn)動(dòng)鏈稱其中一構(gòu)件固定為機(jī)架的運(yùn)動(dòng)鏈稱為為機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)。機(jī)架機(jī)架原動(dòng)件原動(dòng)件從動(dòng)件從動(dòng)件機(jī)構(gòu)中相對(duì)固定的構(gòu)件。機(jī)構(gòu)中相對(duì)固定的構(gòu)件。機(jī)構(gòu)中其余活動(dòng)構(gòu)件。機(jī)構(gòu)中其余活動(dòng)構(gòu)件。平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu)常分為機(jī)構(gòu)常分為平面

6、機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)和和空間機(jī)構(gòu)空間機(jī)構(gòu)兩類，兩類，其中平面機(jī)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛。其中平面機(jī)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛?？臻g鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)空間鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 一般機(jī)架相對(duì)地面固定不動(dòng)，一般機(jī)架相對(duì)地面固定不動(dòng)，常以箭頭表示運(yùn)動(dòng)規(guī)律。常以箭頭表示運(yùn)動(dòng)規(guī)律。其運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定于原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律其運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定于原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的尺寸。和機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的尺寸。機(jī)架機(jī)架原動(dòng)件原動(dòng)件從動(dòng)件從動(dòng)件機(jī)架機(jī)架從動(dòng)件從動(dòng)件原動(dòng)件原動(dòng)件機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成(4/4)12341234 不嚴(yán)格按比例繪出的，只表示機(jī)械結(jié)構(gòu)狀況的不嚴(yán)格按比例繪出的，只表示機(jī)械結(jié)構(gòu)狀況的簡(jiǎn)圖。簡(jiǎn)圖。 根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，按一定的比例尺定出根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)

7、尺寸，按一定的比例尺定出各運(yùn)動(dòng)副的位置，各運(yùn)動(dòng)副的位置，2-3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 在對(duì)現(xiàn)有機(jī)械進(jìn)行分析或設(shè)計(jì)新機(jī)器時(shí)，都需要繪出其機(jī)構(gòu)在對(duì)現(xiàn)有機(jī)械進(jìn)行分析或設(shè)計(jì)新機(jī)器時(shí)，都需要繪出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。1.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 例例2-2 內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 采用采用運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副及及常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)符號(hào)和和構(gòu)件的構(gòu)件的表示方法表示方法，將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞情況表示出來(lái)的簡(jiǎn)化圖形。，將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞情況表示出來(lái)的簡(jiǎn)化圖形。機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)示意圖舉例舉例：（2）選定視圖平面；）選定視圖平面； （3）選適當(dāng)比例尺和合適的原動(dòng)件位置

8、，作出各運(yùn)動(dòng)副的相）選適當(dāng)比例尺和合適的原動(dòng)件位置，作出各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，再畫(huà)出各運(yùn)動(dòng)副和機(jī)構(gòu)的符號(hào)，最后用簡(jiǎn)單線條連接，對(duì)位置，再畫(huà)出各運(yùn)動(dòng)副和機(jī)構(gòu)的符號(hào)，最后用簡(jiǎn)單線條連接，即得機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。即得機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖(2/2)2. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制繪制方法及步驟：繪制方法及步驟： （1）搞清機(jī)械的構(gòu)造及運(yùn)動(dòng)情況，沿著運(yùn)動(dòng)傳遞路線，查明）搞清機(jī)械的構(gòu)造及運(yùn)動(dòng)情況，沿著運(yùn)動(dòng)傳遞路線，查明組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的類別及其位置；組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的類別及其位置；內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制顎式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制顎式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)

9、動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制2-4 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件一個(gè)機(jī)構(gòu)在什么條件下才能實(shí)現(xiàn)確定的運(yùn)動(dòng)呢？一個(gè)機(jī)構(gòu)在什么條件下才能實(shí)現(xiàn)確定的運(yùn)動(dòng)呢？?jī)蓚€(gè)例子兩個(gè)例子例例2-3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)例例2-4 鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)若若給定機(jī)構(gòu)一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)給定機(jī)構(gòu)一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)， 則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)完全確定；則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)完全確定；若若給定機(jī)構(gòu)兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)給定機(jī)構(gòu)兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)， 則機(jī)構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié)損壞。則機(jī)構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié)損壞。若若給定機(jī)構(gòu)一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)給定機(jī)構(gòu)一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)， 則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不確定；則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不確定；若若給定機(jī)構(gòu)兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)給定機(jī)構(gòu)兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)， 則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)完全確定。則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)完全確定

10、。 機(jī)構(gòu)的自由度機(jī)構(gòu)的自由度 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)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，其數(shù)目用參數(shù)的數(shù)目，其數(shù)目用F表示。表示。 結(jié)論結(jié)論 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)等機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目F。如果原動(dòng)件數(shù)如果原動(dòng)件數(shù)F,則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)將不確定；則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)將不確定；則會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)最薄弱環(huán)節(jié)的損壞。則會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)最薄弱環(huán)節(jié)的損壞。機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件(2/2) 結(jié)論：結(jié)論： 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：機(jī)構(gòu)原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)等于機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：機(jī)構(gòu)原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)

11、等于機(jī)構(gòu)的自由度的數(shù)目自由度的數(shù)目F。2-5 機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算1. 平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算（1）計(jì)算公式）計(jì)算公式F3n(2plph)式中：式中：n為機(jī)構(gòu)的活動(dòng)構(gòu)件數(shù)目；為機(jī)構(gòu)的活動(dòng)構(gòu)件數(shù)目；pl 為機(jī)構(gòu)的低副數(shù)目為機(jī)構(gòu)的低副數(shù)目；ph為機(jī)構(gòu)的高副數(shù)目為機(jī)構(gòu)的高副數(shù)目。平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)副低副低副高副：高副：轉(zhuǎn)動(dòng)副：轉(zhuǎn)動(dòng)副：移動(dòng)副：移動(dòng)副： 引入兩個(gè)約束（一個(gè)平動(dòng)、一個(gè)引入兩個(gè)約束（一個(gè)平動(dòng)、一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)），保留一個(gè)平動(dòng)自由度轉(zhuǎn)動(dòng)），保留一個(gè)平動(dòng)自由度引入兩個(gè)約束（兩個(gè)平動(dòng)），保引入兩個(gè)約束（兩個(gè)平動(dòng)），保留一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度留一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度引入一個(gè)約束（平動(dòng)），保留

12、一個(gè)引入一個(gè)約束（平動(dòng)），保留一個(gè)平動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度平動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度一個(gè)平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件具有三個(gè)自由度一個(gè)平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件具有三個(gè)自由度1）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)F3n(2plph)3324012）鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)）鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)F3n(2plph)3425021234512343）內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)）內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)F3n(2plph)3627311 13 34 47 78 8 9 9101011111818A AB BC CD D, ,機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算(2/5)其約束數(shù)為其約束數(shù)為i (i =1, 2, . 5)，則，則2. 空間機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算空間機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算（1）一般空間機(jī)構(gòu)自由度的

13、計(jì)算）一般空間機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算設(shè)一空間機(jī)構(gòu)共有設(shè)一空間機(jī)構(gòu)共有n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，pi個(gè)個(gè)i級(jí)運(yùn)動(dòng)副，級(jí)運(yùn)動(dòng)副，F(xiàn)6n(5p54p43p32p2p1)6nipii=15例例2-5 空間四桿機(jī)構(gòu)空間四桿機(jī)構(gòu)解解F6n5p54p43p36352 311機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算(3/5)1B2C3DA4例例2-6 楔形滑塊機(jī)構(gòu)楔形滑塊機(jī)構(gòu)解解 因此機(jī)構(gòu)為全移動(dòng)副平面機(jī)構(gòu)，故因此機(jī)構(gòu)為全移動(dòng)副平面機(jī)構(gòu)，故m4，則，則F(6m)n(5m)p5(64)2(54)31 （2）含公共約束的空間機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算）含公共約束的空間機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公共約束公共約束F(6m)n (im)pii=m+15

14、 由上式可知，公共約束由上式可知，公共約束m=0,1,2,3,4。故相應(yīng)的機(jī)構(gòu)分別。故相應(yīng)的機(jī)構(gòu)分別稱為稱為0族、族、1族、族、2族、族、3族、族、4族機(jī)構(gòu)族機(jī)構(gòu)（五類）。（五類）。是指機(jī)構(gòu)中所有構(gòu)件均受到的共同的約束，是指機(jī)構(gòu)中所有構(gòu)件均受到的共同的約束， 以m表示。機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算(4/5)（3）空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算）空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算 因空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副總數(shù)因空間開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副總數(shù)p(= pi)等于其活動(dòng)構(gòu)件數(shù)等于其活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n，i=156n (6fi)pii=15式中，式中，fi為為i級(jí)運(yùn)動(dòng)副的自由度，級(jí)運(yùn)動(dòng)副的自由度，fi6i。例例2-7 機(jī)械手開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)機(jī)

15、械手開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)解解 F(65)p5(64)p417219 因機(jī)械手具有因機(jī)械手具有9個(gè)自由度，故它運(yùn)動(dòng)的靈活性較大，可繞過(guò)障個(gè)自由度，故它運(yùn)動(dòng)的靈活性較大，可繞過(guò)障礙進(jìn)入作業(yè)區(qū)。礙進(jìn)入作業(yè)區(qū)。F6n ipii=15故故機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算(5/5)F FE ED DC CB BG GH HA A fi pii=15 如果兩構(gòu)件在多處如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副，且符合下列情況者，接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副，且符合下列情況者，則為同一運(yùn)動(dòng)副，即只能算一個(gè)運(yùn)動(dòng)副。則為同一運(yùn)動(dòng)副，即只能算一個(gè)運(yùn)動(dòng)副。2-6 計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)1. 要正確計(jì)算運(yùn)動(dòng)副的

16、數(shù)目要正確計(jì)算運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目 由由m個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈，共有鉸鏈，共有(m-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。（1）復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈 （2）同一運(yùn)動(dòng)副同一運(yùn)動(dòng)副 1）移動(dòng)副，且移動(dòng)方向彼此平行或）移動(dòng)副，且移動(dòng)方向彼此平行或重合；重合；2）轉(zhuǎn)動(dòng)副，且轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合；）轉(zhuǎn)動(dòng)副，且轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合； 3）平面高副，且各接觸點(diǎn)處的公法）平面高副，且各接觸點(diǎn)處的公法線彼此重合。線彼此重合。 A 是指機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所產(chǎn)生的不影響其他構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的局部運(yùn)動(dòng)的自由度， 如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，但各接觸點(diǎn)處的公如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副，但各接觸點(diǎn)處的公法線方向并不彼此重合，則為復(fù)合高副，相當(dāng)

17、于一個(gè)低副（移動(dòng)法線方向并不彼此重合，則為復(fù)合高副，相當(dāng)于一個(gè)低副（移動(dòng)副或轉(zhuǎn)動(dòng)副）。副或轉(zhuǎn)動(dòng)副）。（3）復(fù)合平面高副復(fù)合平面高副2.要除去局部自由度要除去局部自由度 局部自由度局部自由度以以F表示。表示。計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)(2/6) 滾子繞其軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)為一個(gè)局部自滾子繞其軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)為一個(gè)局部自由度，由度， 在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，應(yīng)將在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，應(yīng)將 F從計(jì)算從計(jì)算公式中減去，即公式中減去，即例例2-8 滾子推桿凸輪機(jī)構(gòu)滾子推桿凸輪機(jī)構(gòu)解解F3n(2plph) F故凸輪機(jī)構(gòu)的自由度為故凸輪機(jī)構(gòu)的自由度為F33(231)113.要除去虛約束要除

18、去虛約束 虛約束虛約束是指機(jī)構(gòu)中某些運(yùn)動(dòng)副帶入的是指機(jī)構(gòu)中某些運(yùn)動(dòng)副帶入的對(duì)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)起重復(fù)約束作用的約束，以機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)起重復(fù)約束作用的約束，以 p表表示。示。例例2-9 平行四邊形四桿機(jī)構(gòu)平行四邊形四桿機(jī)構(gòu)F3n(2plph) F33(240)01計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)(3/6)當(dāng)增加一個(gè)構(gòu)件當(dāng)增加一個(gè)構(gòu)件5和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副E、F， 且且 BE AF，則，則F3n(2plph) F34(260)00原因：原因：構(gòu)件構(gòu)件5 和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副E、F 引入的一個(gè)約束為虛約束。引入的一個(gè)約束為虛約束。 在計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)，應(yīng)從機(jī)構(gòu)的約束數(shù)中減

19、去虛約束數(shù)在計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)，應(yīng)從機(jī)構(gòu)的約束數(shù)中減去虛約束數(shù)目目p，故故F3n(2plph p) F如平行四邊形五桿機(jī)構(gòu)的自由度為如平行四邊形五桿機(jī)構(gòu)的自由度為F34(2601)0 1計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)(4/6)（1）軌跡重合的情況）軌跡重合的情況 在機(jī)構(gòu)中，如果用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接的是在機(jī)構(gòu)中，如果用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接的是兩個(gè)構(gòu)件上運(yùn)動(dòng)軌跡相重合的點(diǎn)，該連兩個(gè)構(gòu)件上運(yùn)動(dòng)軌跡相重合的點(diǎn)，該連接將帶入接將帶入1個(gè)虛約束。個(gè)虛約束。 例如橢圓儀機(jī)構(gòu)就是這種情況（圖例如橢圓儀機(jī)構(gòu)就是這種情況（圖中：中：CAD90，BCBD）。）。 顯然，轉(zhuǎn)動(dòng)副顯然，轉(zhuǎn)動(dòng)副C所連接的所

20、連接的C2、C3兩點(diǎn)兩點(diǎn)的軌跡重合，將帶入一個(gè)虛約束。的軌跡重合，將帶入一個(gè)虛約束。（2）用雙副桿連接兩構(gòu)件上距離恒定不變的兩點(diǎn)的情況）用雙副桿連接兩構(gòu)件上距離恒定不變的兩點(diǎn)的情況 在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果兩構(gòu)件上兩點(diǎn)之間的距離始終保持在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果兩構(gòu)件上兩點(diǎn)之間的距離始終保持不變，不變， 若用一雙副桿將此兩點(diǎn)相連，也將帶入一個(gè)虛約束。若用一雙副桿將此兩點(diǎn)相連，也將帶入一個(gè)虛約束。計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)(5/6)4機(jī)構(gòu)中的虛約束常發(fā)生的幾種情況機(jī)構(gòu)中的虛約束常發(fā)生的幾種情況例如圖示平行四邊形機(jī)構(gòu)就屬于此種情況。例如圖示平行四邊形機(jī)構(gòu)就屬于此種情

21、況。 顯然，構(gòu)件顯然，構(gòu)件 5和轉(zhuǎn)動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副E、F所聯(lián)所聯(lián)接的兩點(diǎn)間的距離始終保持不變，故接的兩點(diǎn)間的距離始終保持不變，故帶入一個(gè)虛約束。帶入一個(gè)虛約束。（3）結(jié)構(gòu)重復(fù)的情況）結(jié)構(gòu)重復(fù)的情況 在機(jī)構(gòu)中，不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞的重復(fù)部分所帶入的約束為在機(jī)構(gòu)中，不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞的重復(fù)部分所帶入的約束為虛約束。虛約束。例如圖示輪系就屬于這種情況。例如圖示輪系就屬于這種情況。 顯然，從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞來(lái)看，僅顯然，從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞來(lái)看，僅有一個(gè)齒輪就可以了，而其余兩個(gè)齒有一個(gè)齒輪就可以了，而其余兩個(gè)齒輪并不影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)傳遞，故帶入輪并不影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)傳遞，故帶入了虛約束，且了虛約束，且p2。計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自

22、由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)(6/6) 2-7 虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響 及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)1.虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響（1）虛約束的作用）虛約束的作用（2）虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的影響）虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的影響 虛約束是存在于某些特定幾何條件下的，但這些條件不滿足虛約束是存在于某些特定幾何條件下的，但這些條件不滿足時(shí)，它就將成為實(shí)際有效的約束，從而影響到機(jī)構(gòu)的性能。時(shí)，它就將成為實(shí)際有效的約束，從而影響到機(jī)構(gòu)的性能。例如平行四邊形機(jī)構(gòu)，例如平行四邊形機(jī)構(gòu)， 若誤差較小，則機(jī)構(gòu)裝配困難，若誤差較小，則機(jī)

23、構(gòu)裝配困難，應(yīng)力將增大，運(yùn)動(dòng)不靈活；應(yīng)力將增大，運(yùn)動(dòng)不靈活； 若誤差較大，則機(jī)構(gòu)無(wú)法裝配，若若誤差較大，則機(jī)構(gòu)無(wú)法裝配，若勉強(qiáng)裝配，則傳動(dòng)效率低，易損壞。勉強(qiáng)裝配，則傳動(dòng)效率低，易損壞。為了改善構(gòu)件的受力情況；為了改善構(gòu)件的受力情況；增加機(jī)構(gòu)的剛度；增加機(jī)構(gòu)的剛度；保證機(jī)械通過(guò)某些特殊位置。保證機(jī)械通過(guò)某些特殊位置。 機(jī)構(gòu)中的虛約束數(shù)越多，制造精度要求越高，制造成本也就機(jī)構(gòu)中的虛約束數(shù)越多，制造精度要求越高，制造成本也就越高。越高。 結(jié)論結(jié)論 從保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)靈活性和便于加工裝配方面來(lái)說(shuō)，應(yīng)從保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)靈活性和便于加工裝配方面來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡量減少機(jī)構(gòu)的虛約束。因此，虛約束的多少是機(jī)構(gòu)性能的一個(gè)盡量

24、減少機(jī)構(gòu)的虛約束。因此，虛約束的多少是機(jī)構(gòu)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。重要指標(biāo)。2.機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì) 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)是指在不影響機(jī)構(gòu)其他性能的前提下，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)是指在不影響機(jī)構(gòu)其他性能的前提下，通過(guò)運(yùn)動(dòng)副類型的合理選擇和裝配來(lái)盡可能減少虛約束的問(wèn)題。通過(guò)運(yùn)動(dòng)副類型的合理選擇和裝配來(lái)盡可能減少虛約束的問(wèn)題。 （1） 族別虛約束族別虛約束 將某些機(jī)構(gòu)視為將某些機(jī)構(gòu)視為0族機(jī)構(gòu)時(shí)機(jī)構(gòu)所存在的族機(jī)構(gòu)時(shí)機(jī)構(gòu)所存在的虛約束的數(shù)目，以虛約束的數(shù)目，以p表示，表示， 則則 pFF0式中：式中：F 為機(jī)構(gòu)的實(shí)際自由度；為機(jī)構(gòu)的實(shí)際自由度；F0為機(jī)構(gòu)被視為為機(jī)構(gòu)被視為0族機(jī)構(gòu)時(shí)的自由度數(shù)目

25、。族機(jī)構(gòu)時(shí)的自由度數(shù)目。虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)(2/4)例例2-10 平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)F(6m)n(5m)p5(63)3(53)41F06n5p563542故故 pFF01(2)3 顯然，這三個(gè)族別虛約束存在的條件是：所有鉸鏈的軸線要顯然，這三個(gè)族別虛約束存在的條件是：所有鉸鏈的軸線要彼此平行。彼此平行。若不滿足上述條件，則機(jī)構(gòu)將變成為若不滿足上述條件，則機(jī)構(gòu)將變成為F02的結(jié)構(gòu)了。的結(jié)構(gòu)了。（2）消除或減少族別虛約束的方法消除或減少族別虛約束的方法 通過(guò)合理選擇和配置運(yùn)動(dòng)副的類型來(lái)消除或減少機(jī)構(gòu)中族別通過(guò)合

26、理選擇和配置運(yùn)動(dòng)副的類型來(lái)消除或減少機(jī)構(gòu)中族別虛約束。虛約束。虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)(3/4)例例2-11 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 將轉(zhuǎn)動(dòng)副將轉(zhuǎn)動(dòng)副B、C改為球面副和球銷副，則機(jī)構(gòu)變?yōu)楦臑榍蛎娓焙颓蜾N副，則機(jī)構(gòu)變?yōu)?族機(jī)構(gòu)，族機(jī)構(gòu)，即無(wú)族別虛約束。即無(wú)族別虛約束。F6n5p54p43p3635241311例例2-12 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 將轉(zhuǎn)動(dòng)副將轉(zhuǎn)動(dòng)副C變?yōu)榍蛎娓?，則此機(jī)構(gòu)可減變?yōu)榍蛎娓?，則此機(jī)構(gòu)可減少少2個(gè)族別虛約束。個(gè)族別虛約束。例例2-13 正切機(jī)構(gòu)正切機(jī)構(gòu) 將其低副用高副替代，即將其低副用高副替代，即變?yōu)楹?/p>

27、點(diǎn)接觸的高副機(jī)構(gòu)，則變?yōu)楹c(diǎn)接觸的高副機(jī)構(gòu)，則此機(jī)構(gòu)中無(wú)虛約束。此機(jī)構(gòu)中無(wú)虛約束。 虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)工作性能的影響及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)(4/4) 任何機(jī)構(gòu)都可看作任何機(jī)構(gòu)都可看作是由若干個(gè)基本桿組依次連接于原動(dòng)件和是由若干個(gè)基本桿組依次連接于原動(dòng)件和機(jī)架而構(gòu)成的。機(jī)架而構(gòu)成的。 不能再拆的最簡(jiǎn)單的自不能再拆的最簡(jiǎn)單的自由度為零的構(gòu)件組，稱由度為零的構(gòu)件組，稱阿蘇爾阿蘇爾或或桿組桿組。2-8 平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu) 分類及結(jié)構(gòu)分析分類及結(jié)構(gòu)分析1. 平面機(jī)構(gòu)的組成原理平面機(jī)構(gòu)的組成原理例例2-14 顎式碎礦機(jī)顎式碎礦機(jī)1）基本桿

28、組基本桿組： 2）機(jī)構(gòu)組成原理機(jī)構(gòu)組成原理：例例2-15 顎式碎礦機(jī)顎式碎礦機(jī) 注意注意 在桿組并接時(shí)，不能將同一桿在桿組并接時(shí)，不能將同一桿組的各個(gè)外接運(yùn)動(dòng)副接于同一構(gòu)件上，否組的各個(gè)外接運(yùn)動(dòng)副接于同一構(gòu)件上，否則將起不到增加桿組的作用。則將起不到增加桿組的作用。（1）基本桿組的條件）基本桿組的條件3n2plph0式中式中n、pl及及ph分別為基本桿組中的構(gòu)件數(shù)、低副數(shù)和高副數(shù)。分別為基本桿組中的構(gòu)件數(shù)、低副數(shù)和高副數(shù)。全為低副桿組的條件全為低副桿組的條件3n2pl0或或 n/2pl/3 （2）桿組的基本類型）桿組的基本類型1）級(jí)桿組級(jí)桿組 由由2個(gè)構(gòu)件和個(gè)構(gòu)件和3個(gè)低副構(gòu)成的桿組。個(gè)低副構(gòu)

29、成的桿組。2）級(jí)桿組級(jí)桿組 由由4個(gè)構(gòu)件和個(gè)構(gòu)件和6個(gè)低副構(gòu)成的桿組。個(gè)低副構(gòu)成的桿組。平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析(2/4)ABC12a)ABC12b)AC12c)BABC12d)ABC12e)ABCDEF1234a)ABCDEF1234b)ABCDEF1234c)3. 平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析（1）分析的目的）分析的目的了解機(jī)構(gòu)的組成，確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別。了解機(jī)構(gòu)的組成，確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別。（2）分析的方法）分析的方法1）先計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，并確定原動(dòng)件；）先計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，并確定原動(dòng)件； 2）從遠(yuǎn)離原動(dòng)件的構(gòu)件先試拆）從遠(yuǎn)離原動(dòng)件的構(gòu)件先試拆級(jí)組，若不成；再拆級(jí)組，若不成；再拆級(jí)組，直至只剩下原動(dòng)件和機(jī)架為止；級(jí)組，直至只剩下原動(dòng)件和機(jī)架為止；3）最后確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別。）最后確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別。（3）舉例）舉例破碎機(jī)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析：破碎機(jī)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析：1）若取機(jī)構(gòu)）若取機(jī)構(gòu)1為原動(dòng)件時(shí)，為原動(dòng)件時(shí)， 此機(jī)構(gòu)為此機(jī)構(gòu)為級(jí)機(jī)構(gòu)。級(jí)機(jī)構(gòu)。平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析(3/4)2）若取構(gòu)件5為原動(dòng)件時(shí)，先試拆級(jí)桿組， 顯然，這種拆法不成。再試拆級(jí)組， 故此機(jī)構(gòu)為