機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析專題培訓(xùn)課件

第一章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析本章教學(xué)內(nèi)容1-1平面機(jī)構(gòu)的組成1-2平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖1-3平面機(jī)構(gòu)自由度1-4機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析1-5平面機(jī)構(gòu)中的高副低代第一章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析本章教學(xué)內(nèi)容1-1平面機(jī)構(gòu)1

1.構(gòu)件(Link)

機(jī)械的獨立運(yùn)動單元，傳遞運(yùn)動和力的載體。

實例：內(nèi)燃機(jī)中的缸體、活塞、連桿、曲軸等?！?-2

平面機(jī)構(gòu)的組成內(nèi)燃機(jī)連桿1.構(gòu)件(Link)§1-2平面機(jī)構(gòu)的2

構(gòu)件可以是一個零件,也可以由幾個零件剛性連接組成。

實例：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連接組成。零件(Part)是機(jī)械的制造單元。連桿體連桿蓋螺栓墊圈螺母連桿襯套軸瓦內(nèi)燃機(jī)連桿構(gòu)件可以是一個零件,也可以由幾個零件剛性連接組成。零件3

2.運(yùn)動副

兩個構(gòu)件以一定幾何形狀和尺寸的表面相互直接接觸所形成的可動連接。運(yùn)動副元素—兩個構(gòu)件上相互接觸的表面。

2.運(yùn)動副4運(yùn)動副元素不外乎為點、線、面。運(yùn)動副元素不外乎為點、線、面。51.構(gòu)件的自由度：指一個構(gòu)件相對另一個構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立運(yùn)動。一個自由構(gòu)件在空間具有6個自由度。2.約束：指通過運(yùn)動副連接的兩構(gòu)件之間的某些相對獨立運(yùn)動所受到的限制。運(yùn)動副引入的約束數(shù)等于兩構(gòu)件相對自由度減少的數(shù)目。運(yùn)動副引入的約束數(shù)：最多為5個?！魳?gòu)件自由度與約束1.構(gòu)件的自由度：指一個構(gòu)件相對另一個構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立6Oxzysxszsyyxz空間運(yùn)動剛體的自由度

一個完全獨立的剛體在空間直角坐標(biāo)系下的自由度為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。yxzOyz(x,y)xO平面運(yùn)動剛體的自由度sxsy

剛體的自由度Oxzysxszsyyxz空間運(yùn)動剛體的自由度一7

觀察圖示兩構(gòu)件組成的圓柱副

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。

zxyOzsz觀察圖示兩構(gòu)件組成的圓柱副兩構(gòu)件保留的相對運(yùn)動z8

運(yùn)動副的分類●

按運(yùn)動副引入的約束數(shù)分類

I級副、II級副、III級副、IV級副、V級副?！?/p>

按運(yùn)動副的接觸形式分類點、線接觸的運(yùn)動副—高副面與面接觸的運(yùn)動副—低副

●按兩構(gòu)件相對運(yùn)動的形式分類平面運(yùn)動副

空間運(yùn)動副●

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)動副的分類9運(yùn)動副舉例球面–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)動副舉例球面–平面副圓柱–平面副10球面副Sphericalpair空間III級低副球銷副Sphere-pinpair空間IV級低副球面副球銷副11圓柱副Cylindricpair空間IV級低副螺旋副Helicalpair空間V級低副圓柱副螺旋副12轉(zhuǎn)動副Revolutepair平面V級低副軸承Bearing鉸鏈Hingedjoint轉(zhuǎn)動副軸承鉸鏈13移動副Prismaticpair,Slidingpair平面V級低副移動副14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>

幾何封閉(Geometricclosure)

●

力封閉(Forcedclosure)彈簧力封閉重力封閉運(yùn)動副的封閉彈簧力封閉重力封閉153、運(yùn)動鏈◆運(yùn)動鏈:指兩個以上的構(gòu)件通過運(yùn)動副連接而構(gòu)成可相對運(yùn)動的系統(tǒng)?！?/p>

閉鏈:運(yùn)動鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)?！?/p>

開鏈:運(yùn)動鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。3、運(yùn)動鏈◆運(yùn)動鏈:指兩個以上的構(gòu)件通過運(yùn)動副連接而構(gòu)成16★平面運(yùn)動鏈:各構(gòu)件間的相對運(yùn)動為平面運(yùn)動的運(yùn)動鏈?！锟臻g運(yùn)動鏈:各構(gòu)件間的相對運(yùn)動為空間運(yùn)動的運(yùn)動鏈?？臻g運(yùn)動鏈★平面運(yùn)動鏈:各構(gòu)件間的相對運(yùn)動為平面運(yùn)動的運(yùn)動鏈?？臻g運(yùn)17

4.

機(jī)構(gòu)其余構(gòu)件運(yùn)動是否確定？機(jī)構(gòu)滿足條件在另一個（或幾個）構(gòu)件上加上已知運(yùn)動21341432運(yùn)動鏈

4132固定一個構(gòu)件至少1個1個機(jī)構(gòu)機(jī)架原動件

從動件系統(tǒng)4.機(jī)構(gòu)其余構(gòu)件運(yùn)動是否確定？機(jī)構(gòu)滿足條件在另一個184、機(jī)構(gòu)◆機(jī)構(gòu):在運(yùn)動鏈中將一構(gòu)件加以固定,而其余構(gòu)件都具有確定的運(yùn)動，則運(yùn)動鏈便成為機(jī)構(gòu)。◆機(jī)架：機(jī)構(gòu)中固定不動構(gòu)件?！?/p>

平面機(jī)構(gòu):機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間的相對運(yùn)動為平面運(yùn)動?！艨臻g機(jī)構(gòu):機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間的相對運(yùn)動為空間運(yùn)動。機(jī)架原動件◆原動件:機(jī)構(gòu)中按給定的運(yùn)動規(guī)律獨立運(yùn)動的構(gòu)件?！魪膭蛹?機(jī)構(gòu)其余活動構(gòu)件。4、機(jī)構(gòu)◆機(jī)構(gòu):在運(yùn)動鏈中將一構(gòu)件加以固定,而其余構(gòu)件都19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、線接觸的平面運(yùn)動副—平面高副

面接觸的平面運(yùn)動副—平面低副

轉(zhuǎn)動副

移動副

滾動副

凸輪副

齒輪副

平面機(jī)構(gòu)是應(yīng)用最廣泛的機(jī)構(gòu)。面接觸的平面20§1-2

機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖◆機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖：指根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸,按一定的比例尺定出各運(yùn)動副的位置,并用國標(biāo)規(guī)定的簡單線條和符號代表構(gòu)件和運(yùn)動副，繪制出表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動關(guān)系的簡明圖形。為什么要畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖？機(jī)構(gòu)的運(yùn)動：與原動件運(yùn)動規(guī)律、運(yùn)動副類型、機(jī)構(gòu)運(yùn)動尺寸有關(guān)?！?-2機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖◆機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖：指根21◆機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)的示意圖：指為了表明機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況,不要求嚴(yán)格地按比例而繪制的簡圖。◆

常用運(yùn)動副和構(gòu)件的表示方法機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖應(yīng)滿足的條件：⑴構(gòu)件數(shù)目與實際機(jī)構(gòu)相同；⑵運(yùn)動副的性質(zhì)、數(shù)目與實際機(jī)構(gòu)相符；⑶運(yùn)動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實際機(jī)構(gòu)成比例?！魴C(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)的示意圖：指為了表明機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況,不要求22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23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平面高副螺旋副21121221211212球面副球銷副12124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)件的表示方法桿、軸構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件25三副構(gòu)件

兩副構(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26

畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實際外形，而只考慮運(yùn)動副的性質(zhì)。畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實際外形，而只考慮運(yùn)動副的性質(zhì)。27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)齒輪齒條傳動圓錐齒輪傳動帶傳動常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號（摘自GB/T4460-1984）在機(jī)架28鏈傳動圓柱桿蝸輪傳動凸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（續(xù)）鏈傳動圓柱桿蝸輪傳動凸輪傳動外嚙合圓柱齒輪傳動常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡29常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號（續(xù)）內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動棘輪機(jī)構(gòu)常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號（續(xù)）內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動棘輪機(jī)構(gòu)302）確定運(yùn)動副類型和數(shù)目。3）選定比例尺，用線條和規(guī)定符號作圖。例繪制轉(zhuǎn)動翼板式水泵機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。

繪制旋轉(zhuǎn)泵機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。

繪制圖示機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。◆

畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的方法1）確定構(gòu)件數(shù)目，辨清主、從動件。2）確定運(yùn)動副類型和數(shù)目?！舢嫏C(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的方法1）確定構(gòu)31機(jī)架→原動件→從動件例2:作圖步驟：1.分析結(jié)構(gòu)和相對運(yùn)動2.選擇視圖平面和比例尺3.選擇原動件的一個位置4.按表達(dá)方式作圖例1:機(jī)架→原動件→從動件例2:作圖步驟：例1:321234ABC141223A14B12C23432414例題3：1234ABC141223A14B12C23432414例題33例題4：內(nèi)燃機(jī)例題4：內(nèi)燃機(jī)34例題5：繪制圖示顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖分析：該機(jī)構(gòu)有6個構(gòu)件和7個轉(zhuǎn)動副。123456例題5：繪制圖示顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖分析：該機(jī)構(gòu)有6個構(gòu)35ABCEFDG例題5：破碎機(jī)ABCEFDG例題5：破碎機(jī)36平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制舉例偏心泵1234例題６平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制舉例偏心泵1234例題６37例題7、圖示為一沖床。繞固定中心A轉(zhuǎn)動的菱形盤1為原動件，與滑塊2在B點鉸接，滑塊2推動撥叉3繞固定軸C轉(zhuǎn)動，撥叉3與圓盤4為同一構(gòu)件，當(dāng)圓盤4轉(zhuǎn)動時，通過連桿5使沖頭6實現(xiàn)沖壓運(yùn)動。試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖?！舢嫏C(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的方法ABCDE分析：繪制簡圖：123456例題7、圖示為一沖床。繞固定中心A轉(zhuǎn)動的菱形盤1為原動件，與38:1.分析機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動情況，確定機(jī)構(gòu)中的機(jī)架、原動部分、傳動部分和執(zhí)行部分，以確定運(yùn)動副的數(shù)目。2.循著運(yùn)動傳遞的路線，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.恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面：一般選擇與機(jī)械的多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動平面相平行的平面作為投影面。選擇適當(dāng)?shù)谋壤?定出各運(yùn)動副之間的相對位置，用規(guī)定的簡單線條和各種運(yùn)動副符號,將機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖畫出來。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。小結(jié)：:小結(jié)：39◆實例分析§1-3

平面機(jī)構(gòu)自由度四桿機(jī)構(gòu)給定一個獨立運(yùn)動參數(shù)：其余構(gòu)件有確定運(yùn)動。

機(jī)構(gòu)中給定獨立運(yùn)動參數(shù)的構(gòu)件為原動件?！魡栴}：取運(yùn)動鏈中某個構(gòu)件為機(jī)架，其余構(gòu)件在什么條件下才具有確定運(yùn)動？◆實例分析§1-3平面機(jī)構(gòu)自由度四桿機(jī)構(gòu)給定一40五桿機(jī)構(gòu)一機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件給定一個獨立運(yùn)動參數(shù)：機(jī)構(gòu)沒有確定運(yùn)動。機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動時所必須給定的獨立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的自由度。給定兩個獨立運(yùn)動參數(shù)：機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動。五桿機(jī)構(gòu)一機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件給定一個獨立運(yùn)動參數(shù)：41

機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件F=0,剛性桁架，構(gòu)件之間無相對運(yùn)動原動件數(shù)小于F,各構(gòu)件無確定的相對運(yùn)動原動件數(shù)大于F,在機(jī)構(gòu)的薄弱處遭到破壞結(jié)論：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：1機(jī)構(gòu)自由度>02原動件數(shù)＝機(jī)構(gòu)自由度數(shù)◆結(jié)論機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件F=0,剛性桁架，構(gòu)件之間無相對運(yùn)動42二平面機(jī)構(gòu)自由度的計算(1)平面運(yùn)動構(gòu)件的自由度(構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立運(yùn)動)(2)平面運(yùn)動副引入的約束R(對獨立的運(yùn)動所加的限制)xyＯ21

與其它構(gòu)件未連之前：3用運(yùn)動副與其它構(gòu)件連接后,運(yùn)動副引入約束,原自由度減少xyoxyottnnR=2R=2R=1結(jié)論：平面低副引入2個約束平面高副引入1個約束二平面機(jī)構(gòu)自由度的計算(1)平面運(yùn)動構(gòu)件的自由度(243(3)平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式如果：活動構(gòu)件數(shù)：n

低副數(shù)：pl

高副數(shù)：phxyＯ21未連接前總自由度：3n連接后引入的總約束數(shù)：2pl+phF=3n-(2pl+ph)機(jī)構(gòu)自由度F：F=3n-2pl-ph(3)平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式如果：活動構(gòu)件數(shù)：nxyＯ2144機(jī)構(gòu)自由度舉例：1234F=3n－2pl－ph

=3

－2

－340=

112345F=3n－2pl－ph

=3

－2

－450=

2F=3n－2pl－ph

=3

－2

－221=1BCAF=3n－2pl－ph

=3

－2

－340=

1F=3n－2pl－ph

=3

－2

－451=

1機(jī)構(gòu)自由度舉例：1234F=3n－2pl－ph340=45自由度F0原動件數(shù)目＝機(jī)構(gòu)自由度數(shù)目n=6,Pl=8,Ph

=1(3與5同一構(gòu)件)F=3n－2Pl－Ph=3×6－2×8－1=1Ｆ＝原動件→機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動例:機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件(F=0不動；多于不確定;少于破壞）3自由度F0n=6,Pl=8,Ph=1(346內(nèi)燃機(jī)及其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖F＝3n－(2pl＋ph)＝3×6－2×7－3＝1內(nèi)燃機(jī)及其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖F＝3n－(2pl＋ph)＝3×6－247直線機(jī)構(gòu)

計算錯誤的原因：

三計算機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的問題

舉例直線機(jī)構(gòu)自由度計算

解

n7，pL6，pH0

F3n2pLpH37269錯誤的結(jié)果！兩個轉(zhuǎn)動副12345678ABCDEF直線機(jī)構(gòu)計算錯誤的原因：三計算機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的問48

●復(fù)合鉸鏈

定義：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。

正確計算

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

n7，pL10，pH0

F3n2pLpH372101

12345678ABCDEF●復(fù)合鉸鏈正確計算12345678ABCDE49

準(zhǔn)確識別復(fù)合鉸鏈舉例關(guān)鍵：分辨清楚哪幾個構(gòu)件在同一處形成了轉(zhuǎn)動副1231342123441321432312兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副準(zhǔn)確識別復(fù)合鉸鏈舉例1231342123441321450實例分析2：計算圖示凸輪機(jī)構(gòu)自由度解：F=3n-2pl–ph=3×3-2×3-1=2F=3n-2pl–ph-F′

=3×3-2×3-1-1=1方法二：假想構(gòu)件2和3焊成一體F=3n-2pl–ph=3×2-2×2-1=1★

局部自由度◆計算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項（續(xù)）

機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運(yùn)動并不影響其他構(gòu)件的運(yùn)動,把這種局部運(yùn)動的自由度稱為局部自由度。數(shù)目用F′表示.注意：計算機(jī)構(gòu)自由度時,應(yīng)將局部自由度除去不計。方法一：實例分析2：計算圖示凸輪機(jī)構(gòu)自由度解：F=3n-2pl–51

指機(jī)構(gòu)在某些特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，有些運(yùn)動副帶入的約束對機(jī)構(gòu)運(yùn)動實際上起不到獨立的約束作用,這些對機(jī)構(gòu)運(yùn)動實際上不起約束作用的約束稱為虛約束，用P′表示。◆計算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項（續(xù)）★虛約束注意：在計算自由度時，應(yīng)將虛約束除去不計。●將因虛約束而減少的自由度再加上。即：

F=3n-2pl–ph+P′

●不計引起虛約束的附加構(gòu)件和運(yùn)動副數(shù)。

F=3n-2pl–ph去除虛約束的方法：指機(jī)構(gòu)在某些特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，有些運(yùn)52●虛約束定義：機(jī)構(gòu)中不起獨立限制作用的重復(fù)約束。計算具有虛約束的機(jī)構(gòu)的自由度時，應(yīng)先將機(jī)構(gòu)中引入虛約束的運(yùn)動副或運(yùn)動鏈部分除去。虛約束發(fā)生的場合

⑴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●虛約束⑴兩構(gòu)件間構(gòu)成多個運(yùn)動副兩構(gòu)件構(gòu)成多53

若兩構(gòu)件在多處相接觸構(gòu)成平面高副，且各接觸點處的公法線重合,則只能算一個平面高副。若公法線方向不重合，將提供各2個約束。此兩種情況沒有虛約束兩構(gòu)件構(gòu)成多個接觸點處法線重合的高副若兩構(gòu)件在多處相接觸構(gòu)成平面高副，且各接觸點處的公法線重合5452134EF5

⑵兩構(gòu)件上某兩點間的距離在運(yùn)動過程中始終保持不變

未去掉虛約束時F3n2pLpH34260

3241EF

附加的構(gòu)件5和其兩端的轉(zhuǎn)動副E、F提供的自由度F31221即引入了一個約束，但這個約束對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不起實際約束作用，為虛約束。去掉虛約束后F3n2pLpH33241?52134EF5⑵兩構(gòu)件上某兩點間的距離在運(yùn)動過55

⑶聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合

附加的構(gòu)件4和其兩端的轉(zhuǎn)動副E、F以及附加的構(gòu)件1和其兩端的轉(zhuǎn)動副A、B提供的自由度F31221即引入了一個約束，但這個約束對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不起實際約束作用，為虛約束。去掉虛約束后F3n2pLpH332411234ABDFEC43125ABCD平行四邊形機(jī)構(gòu)橢圓儀機(jī)構(gòu)構(gòu)件2和4在E點軌跡重合構(gòu)件1和2在B點軌跡重合⑶聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合561B342A

⑷機(jī)構(gòu)中對傳遞運(yùn)動不起獨立作用的對稱部分

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F3222142即引入了兩個虛約束。未去掉虛約束時F3n2pLpH3525161周轉(zhuǎn)輪系

去掉虛約束后F3n2pLpH33231211234ADBC221B342A⑷機(jī)構(gòu)中對傳遞運(yùn)動不起獨立作用的對稱57

虛約束的作用⑴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。⑵增加結(jié)構(gòu)剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。⑶提高運(yùn)動可靠性和工作的穩(wěn)定性，如機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)。

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，則虛約束將變成實際有效的約束，從而使機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動。虛約束的作用注意：機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何58小結(jié)◆計算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項（續(xù)）存在于轉(zhuǎn)動副處正確處理方法：復(fù)合鉸鏈處有m個構(gòu)件則有(m-1)個轉(zhuǎn)動副◆復(fù)合鉸鏈◆局部自由度常發(fā)生在為減小高副磨損而將滑動摩擦變成滾動摩擦所增加的滾子處。正確處理方法：計算自由度時將局部自由度減去?！籼摷s束存在于特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下。正確處理方法：將引起虛約束的構(gòu)件和運(yùn)動副除去不計。小結(jié)◆計算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項（續(xù)）存在于轉(zhuǎn)動副處◆復(fù)59典型例題一：計算圖示某包裝機(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。解法2：

復(fù)合鉸鏈：D包含2個轉(zhuǎn)動副局部自由度：F’=2虛約束：桿8及轉(zhuǎn)動副F、I引入1個虛約束。計算自由度前直接去除虛約束和局部自由度：動畫演示解法1：◆計算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析n=6pl=7ph=3F=3n-2pl-ph=1典型例題一：計算圖示某包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷該機(jī)構(gòu)是60典型例題二：計算圖示機(jī)構(gòu)的自由度，如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束，需明確指出。畫箭頭的構(gòu)件為原動件。復(fù)合鉸鏈解：分析局部自由度1個虛約束復(fù)合鉸鏈◆計算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析典型例題二：計算圖示機(jī)構(gòu)的自由度，如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和61典型例題二（續(xù)）復(fù)合鉸鏈局部自由度1個虛約束復(fù)合鉸鏈◆計算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析典型例題二（續(xù)）復(fù)合鉸鏈局部自由度1個虛約束復(fù)合鉸鏈◆計算機(jī)62一、機(jī)構(gòu)的組成原理機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：自由度數(shù)=原動件數(shù)◆基本桿組：把機(jī)構(gòu)中最后不能再拆的自由度為零的構(gòu)件組稱為機(jī)構(gòu)的基本桿組。§1-4平面機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析1.桿組機(jī)架和原動件與從動件組分開：從動構(gòu)件組自由度為零。可以再拆成更簡單的自由度為零的桿組一、機(jī)構(gòu)的組成原理機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：◆基本桿組：把機(jī)構(gòu)63

基本桿組應(yīng)滿足的條件F3n2pL0

即

n(23)pL

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，…

根據(jù)n的取值基本桿組分為以下幾種情況：

⑴n2，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)滿足的條件基本桿組的構(gòu)件數(shù)n2，4，664⑵n4，pL6的多桿組III級組

結(jié)構(gòu)特點有一個三副構(gòu)件，而每個內(nèi)副所聯(lián)接的分支構(gòu)件是兩副構(gòu)件。⑵n4，pL6的多桿組結(jié)構(gòu)特點有一個三副構(gòu)65

機(jī)構(gòu)組成原理指把若干個基本桿組依次聯(lián)接到原動件和機(jī)架上，就可以組成自由度數(shù)與原動件數(shù)相等的新機(jī)構(gòu)。2.機(jī)構(gòu)的組成原理動畫演示◆機(jī)構(gòu)組成過程◆機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計應(yīng)遵循的原則利用機(jī)構(gòu)組成原理進(jìn)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新時，在滿足相同工作要求的條件下，機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)越簡單、桿組的級別越低、構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動副數(shù)越少越好。機(jī)構(gòu)組成原理指把若干個基本桿組依次聯(lián)接到原動66

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成舉例BC2D3EF45GIH67JA1871245683GEFJIHABCD

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。機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成舉例BC2D3EF45GIH67JA1867A19B2C5463DEFGA19B2645GE3CDFIHJ78HJI87

在進(jìn)行新機(jī)械方案設(shè)計時，可以按設(shè)計要求由桿組組成機(jī)構(gòu)，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。A19B2C5463DEFGA19B2645GE3CDF68二、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類◆II級機(jī)構(gòu)指機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級別為II級的機(jī)構(gòu)?！?/p>

III級機(jī)構(gòu)指機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級別為III級組的機(jī)構(gòu)?！簪窦墮C(jī)構(gòu)只由機(jī)架和原動件組成的機(jī)構(gòu)稱為Ⅰ級的機(jī)構(gòu)。（杠桿機(jī)構(gòu)、斜面機(jī)構(gòu)）◆機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分類的依據(jù)：

根據(jù)機(jī)構(gòu)中基本桿組的級別進(jìn)行分類。二、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類◆II級機(jī)構(gòu)◆機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分類的69◆結(jié)構(gòu)分析目的

三、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

了解機(jī)構(gòu)的組成，確定機(jī)構(gòu)的級別。把機(jī)構(gòu)分解為基本桿組、機(jī)架和原動件?！艚Y(jié)構(gòu)分析的過程拆桿組

從離原動件最遠(yuǎn)的構(gòu)件開始試拆，先拆II級組，若不成，再拆III級組，每拆出一個桿組后，機(jī)構(gòu)的剩余部分仍應(yīng)是一個與原機(jī)構(gòu)有相同自由度的機(jī)構(gòu)，直到只剩原動件為止。◆桿組拆分原則◆機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析步驟★典型例題1：試確定圖示機(jī)構(gòu)級別。1、正確計算機(jī)構(gòu)的自由度；2、根據(jù)機(jī)構(gòu)拆分原則進(jìn)行拆分3、最后定出機(jī)構(gòu)的級別。桿組拆分示例◆結(jié)構(gòu)分析目的三、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析70

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析舉例EF45GIH67JBC2D3A1871245683GEFJIHABCD

機(jī)構(gòu)級別III級機(jī)構(gòu)III級組II級組機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析舉例EF45GIH67JBC2D3A18715IH7GBC2A1

機(jī)構(gòu)級別II級機(jī)構(gòu)注意機(jī)構(gòu)的級別與原動件的選擇有關(guān)。71245683GEFJIHABCDD3EF468JII級組II級組II級組5IH7GBC2A1機(jī)構(gòu)級別II級機(jī)構(gòu)7124572◆

平面機(jī)構(gòu)中高副低代的目的為了使平面低副機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動分析的方法適用于所有平面機(jī)構(gòu)，需要進(jìn)行平面機(jī)構(gòu)的高副低代?！舾吒钡痛暮x根據(jù)一定條件對平面高副機(jī)構(gòu)中的高副虛擬地用低副來代替的方法?！舾吒钡痛臈l件：①代替前后機(jī)構(gòu)的自由度不變；②代替前后機(jī)構(gòu)的瞬時速度和瞬時加速度不變?！?-5平面機(jī)構(gòu)的高副低代◆平面機(jī)構(gòu)中高副低代的目的§1-5平面機(jī)構(gòu)的高副低代73§1-5平面機(jī)構(gòu)的高副低代（續(xù)）◆高副低代方法

結(jié)論：用一個含有兩個低副的虛擬構(gòu)件來代替高副，且兩低副位置分別在兩高副兩元素接觸點處的曲率中心。分析：高副：提供1個約束低副：提供2個約束不能直接用低副來代替，如何進(jìn)行高副低代？高副兩元素均為圓弧高副元素為非圓曲線§1-5平面機(jī)構(gòu)的高副低代（續(xù)）◆高副低代方法74高副兩元素之一為直線高副兩元素之一為一點因其曲率半徑為零，其中一個轉(zhuǎn)動副就在該點處。因其曲率中心在無窮遠(yuǎn)處，則其中的一個轉(zhuǎn)動副變?yōu)橐苿痈?；★典型例題一：試確定圖示高副機(jī)構(gòu)的級別。高副兩元素之一為直線高副兩元素之一為一點因其曲率半徑為零，其75典型例題二：計算圖示機(jī)構(gòu)的自由度，分析機(jī)構(gòu)組成情況。畫箭頭的構(gòu)件為原動件。解：1.分析復(fù)合鉸鏈局部自由度1個虛約束復(fù)合鉸鏈2.計算自由度去除需約束和局部自由度后機(jī)構(gòu)簡圖3.高副低代典型例題二：計算圖示機(jī)構(gòu)的自由度，分析機(jī)構(gòu)組成情況。畫箭頭的76典型例題二（續(xù)）：4.結(jié)構(gòu)分析二級機(jī)構(gòu)典型例題二（續(xù)）：4.結(jié)構(gòu)分析二級機(jī)構(gòu)77216DKO3457CBA109HGFEIJ8例3對圖示電鋸機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。解n8，pL11，pH1，F(xiàn)3n2pLpH38211111。機(jī)構(gòu)無復(fù)合鉸鏈和虛約束，局部自由度為滾子10繞自身軸線的轉(zhuǎn)動。高副低代O6DO1345721CBA119HGFEIJ8216DKO3457CBA109HGFEIJ8例3對圖78拆分基本桿組6GJ8II級機(jī)構(gòu)7HI5FD34ECO6DO1345721CBA119HGFEIJ8O19O12BA11拆分基本桿組6GJ8II級機(jī)構(gòu)7HI5FD34ECO6DO179★機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件機(jī)構(gòu)原動件數(shù)=機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F=3n-(2pl+ph)=3n-2pl-ph★計算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束★平面機(jī)構(gòu)自由度的計算第二章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析★機(jī)構(gòu)的組成

★機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖構(gòu)件、運(yùn)動副、運(yùn)動鏈、機(jī)構(gòu)本章小結(jié)★機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件機(jī)構(gòu)原動件數(shù)=機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F=3n80第二章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析★平面機(jī)構(gòu)的組成原理把若干基本桿組依次聯(lián)于原動件和機(jī)架上即為機(jī)構(gòu)。★結(jié)構(gòu)分類及結(jié)構(gòu)分析

注意桿組拆分原則★平面機(jī)構(gòu)中的高副低代代替條件：①代替前后機(jī)構(gòu)的自由度不變；②代替前后機(jī)構(gòu)的瞬時速度和瞬時加速度不變。

代替方法：用一個含有兩個低副的虛擬構(gòu)件來代替高副，且兩低副位置分別在兩高副兩元素接觸點處的曲率中心。本章小結(jié)第二章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析★平面機(jī)構(gòu)的組成原理★結(jié)構(gòu)81第一章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析本章教學(xué)內(nèi)容1-1平面機(jī)構(gòu)的組成1-2平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖1-3平面機(jī)構(gòu)自由度1-4機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析1-5平面機(jī)構(gòu)中的高副低代第一章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析本章教學(xué)內(nèi)容1-1平面機(jī)構(gòu)82

1.構(gòu)件(Link)

機(jī)械的獨立運(yùn)動單元，傳遞運(yùn)動和力的載體。

實例：內(nèi)燃機(jī)中的缸體、活塞、連桿、曲軸等。§1-2

平面機(jī)構(gòu)的組成內(nèi)燃機(jī)連桿1.構(gòu)件(Link)§1-2平面機(jī)構(gòu)的83

構(gòu)件可以是一個零件,也可以由幾個零件剛性連接組成。

實例：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連接組成。零件(Part)是機(jī)械的制造單元。連桿體連桿蓋螺栓墊圈螺母連桿襯套軸瓦內(nèi)燃機(jī)連桿構(gòu)件可以是一個零件,也可以由幾個零件剛性連接組成。零件84

2.運(yùn)動副

兩個構(gòu)件以一定幾何形狀和尺寸的表面相互直接接觸所形成的可動連接。運(yùn)動副元素—兩個構(gòu)件上相互接觸的表面。

2.運(yùn)動副85運(yùn)動副元素不外乎為點、線、面。運(yùn)動副元素不外乎為點、線、面。861.構(gòu)件的自由度：指一個構(gòu)件相對另一個構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立運(yùn)動。一個自由構(gòu)件在空間具有6個自由度。2.約束：指通過運(yùn)動副連接的兩構(gòu)件之間的某些相對獨立運(yùn)動所受到的限制。運(yùn)動副引入的約束數(shù)等于兩構(gòu)件相對自由度減少的數(shù)目。運(yùn)動副引入的約束數(shù)：最多為5個?！魳?gòu)件自由度與約束1.構(gòu)件的自由度：指一個構(gòu)件相對另一個構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立87Oxzysxszsyyxz空間運(yùn)動剛體的自由度

一個完全獨立的剛體在空間直角坐標(biāo)系下的自由度為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。yxzOyz(x,y)xO平面運(yùn)動剛體的自由度sxsy

剛體的自由度Oxzysxszsyyxz空間運(yùn)動剛體的自由度一88

觀察圖示兩構(gòu)件組成的圓柱副

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。

zxyOzsz觀察圖示兩構(gòu)件組成的圓柱副兩構(gòu)件保留的相對運(yùn)動z89

運(yùn)動副的分類●

按運(yùn)動副引入的約束數(shù)分類

I級副、II級副、III級副、IV級副、V級副?！?/p>

按運(yùn)動副的接觸形式分類點、線接觸的運(yùn)動副—高副面與面接觸的運(yùn)動副—低副

●按兩構(gòu)件相對運(yùn)動的形式分類平面運(yùn)動副

空間運(yùn)動副●

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)動副的分類90運(yùn)動副舉例球面–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)動副舉例球面–平面副圓柱–平面副91球面副Sphericalpair空間III級低副球銷副Sphere-pinpair空間IV級低副球面副球銷副92圓柱副Cylindricpair空間IV級低副螺旋副Helicalpair空間V級低副圓柱副螺旋副93轉(zhuǎn)動副Revolutepair平面V級低副軸承Bearing鉸鏈Hingedjoint轉(zhuǎn)動副軸承鉸鏈94移動副Prismaticpair,Slidingpair平面V級低副移動副95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)

●

力封閉(Forcedclosure)彈簧力封閉重力封閉運(yùn)動副的封閉彈簧力封閉重力封閉963、運(yùn)動鏈◆運(yùn)動鏈:指兩個以上的構(gòu)件通過運(yùn)動副連接而構(gòu)成可相對運(yùn)動的系統(tǒng)?！?/p>

閉鏈:運(yùn)動鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)?！?/p>

開鏈:運(yùn)動鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。3、運(yùn)動鏈◆運(yùn)動鏈:指兩個以上的構(gòu)件通過運(yùn)動副連接而構(gòu)成97★平面運(yùn)動鏈:各構(gòu)件間的相對運(yùn)動為平面運(yùn)動的運(yùn)動鏈。★空間運(yùn)動鏈:各構(gòu)件間的相對運(yùn)動為空間運(yùn)動的運(yùn)動鏈?？臻g運(yùn)動鏈★平面運(yùn)動鏈:各構(gòu)件間的相對運(yùn)動為平面運(yùn)動的運(yùn)動鏈?？臻g運(yùn)98

4.

機(jī)構(gòu)其余構(gòu)件運(yùn)動是否確定？機(jī)構(gòu)滿足條件在另一個（或幾個）構(gòu)件上加上已知運(yùn)動21341432運(yùn)動鏈

4132固定一個構(gòu)件至少1個1個機(jī)構(gòu)機(jī)架原動件

從動件系統(tǒng)4.機(jī)構(gòu)其余構(gòu)件運(yùn)動是否確定？機(jī)構(gòu)滿足條件在另一個994、機(jī)構(gòu)◆機(jī)構(gòu):在運(yùn)動鏈中將一構(gòu)件加以固定,而其余構(gòu)件都具有確定的運(yùn)動，則運(yùn)動鏈便成為機(jī)構(gòu)。◆機(jī)架：機(jī)構(gòu)中固定不動構(gòu)件?！?/p>

平面機(jī)構(gòu):機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間的相對運(yùn)動為平面運(yùn)動?！艨臻g機(jī)構(gòu):機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間的相對運(yùn)動為空間運(yùn)動。機(jī)架原動件◆原動件:機(jī)構(gòu)中按給定的運(yùn)動規(guī)律獨立運(yùn)動的構(gòu)件。◆從動件:機(jī)構(gòu)其余活動構(gòu)件。4、機(jī)構(gòu)◆機(jī)構(gòu):在運(yùn)動鏈中將一構(gòu)件加以固定,而其余構(gòu)件都100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、線接觸的平面運(yùn)動副—平面高副

面接觸的平面運(yùn)動副—平面低副

轉(zhuǎn)動副

移動副

滾動副

凸輪副

齒輪副

平面機(jī)構(gòu)是應(yīng)用最廣泛的機(jī)構(gòu)。面接觸的平面101§1-2

機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖◆機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖：指根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸,按一定的比例尺定出各運(yùn)動副的位置,并用國標(biāo)規(guī)定的簡單線條和符號代表構(gòu)件和運(yùn)動副，繪制出表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動關(guān)系的簡明圖形。為什么要畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖？機(jī)構(gòu)的運(yùn)動：與原動件運(yùn)動規(guī)律、運(yùn)動副類型、機(jī)構(gòu)運(yùn)動尺寸有關(guān)?！?-2機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖◆機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖：指根102◆機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)的示意圖：指為了表明機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況,不要求嚴(yán)格地按比例而繪制的簡圖?！?/p>

常用運(yùn)動副和構(gòu)件的表示方法機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖應(yīng)滿足的條件：⑴構(gòu)件數(shù)目與實際機(jī)構(gòu)相同；⑵運(yùn)動副的性質(zhì)、數(shù)目與實際機(jī)構(gòu)相符；⑶運(yùn)動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實際機(jī)構(gòu)成比例。◆機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)的示意圖：指為了表明機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況,不要求103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104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平面高副螺旋副21121221211212球面副球銷副121105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)件的表示方法桿、軸構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件106三副構(gòu)件

兩副構(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107

畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實際外形，而只考慮運(yùn)動副的性質(zhì)。畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實際外形，而只考慮運(yùn)動副的性質(zhì)。108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)齒輪齒條傳動圓錐齒輪傳動帶傳動常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號（摘自GB/T4460-1984）在機(jī)架109鏈傳動圓柱桿蝸輪傳動凸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（續(xù)）鏈傳動圓柱桿蝸輪傳動凸輪傳動外嚙合圓柱齒輪傳動常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡110常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號（續(xù)）內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動棘輪機(jī)構(gòu)常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號（續(xù)）內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動棘輪機(jī)構(gòu)1112）確定運(yùn)動副類型和數(shù)目。3）選定比例尺，用線條和規(guī)定符號作圖。例繪制轉(zhuǎn)動翼板式水泵機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。

繪制旋轉(zhuǎn)泵機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。

繪制圖示機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖?！?/p>

畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的方法1）確定構(gòu)件數(shù)目，辨清主、從動件。2）確定運(yùn)動副類型和數(shù)目?！舢嫏C(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的方法1）確定構(gòu)112機(jī)架→原動件→從動件例2:作圖步驟：1.分析結(jié)構(gòu)和相對運(yùn)動2.選擇視圖平面和比例尺3.選擇原動件的一個位置4.按表達(dá)方式作圖例1:機(jī)架→原動件→從動件例2:作圖步驟：例1:1131234ABC141223A14B12C23432414例題3：1234ABC141223A14B12C23432414例題114例題4：內(nèi)燃機(jī)例題4：內(nèi)燃機(jī)115例題5：繪制圖示顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖分析：該機(jī)構(gòu)有6個構(gòu)件和7個轉(zhuǎn)動副。123456例題5：繪制圖示顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖分析：該機(jī)構(gòu)有6個構(gòu)116ABCEFDG例題5：破碎機(jī)ABCEFDG例題5：破碎機(jī)117平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制舉例偏心泵1234例題６平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制舉例偏心泵1234例題６118例題7、圖示為一沖床。繞固定中心A轉(zhuǎn)動的菱形盤1為原動件，與滑塊2在B點鉸接，滑塊2推動撥叉3繞固定軸C轉(zhuǎn)動，撥叉3與圓盤4為同一構(gòu)件，當(dāng)圓盤4轉(zhuǎn)動時，通過連桿5使沖頭6實現(xiàn)沖壓運(yùn)動。試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖?！舢嫏C(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的方法ABCDE分析：繪制簡圖：123456例題7、圖示為一沖床。繞固定中心A轉(zhuǎn)動的菱形盤1為原動件，與119:1.分析機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動情況，確定機(jī)構(gòu)中的機(jī)架、原動部分、傳動部分和執(zhí)行部分，以確定運(yùn)動副的數(shù)目。2.循著運(yùn)動傳遞的路線，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.恰當(dāng)?shù)剡x擇投影面：一般選擇與機(jī)械的多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動平面相平行的平面作為投影面。選擇適當(dāng)?shù)谋壤?定出各運(yùn)動副之間的相對位置，用規(guī)定的簡單線條和各種運(yùn)動副符號,將機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖畫出來。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。小結(jié)：:小結(jié)：120◆實例分析§1-3

平面機(jī)構(gòu)自由度四桿機(jī)構(gòu)給定一個獨立運(yùn)動參數(shù)：其余構(gòu)件有確定運(yùn)動。

機(jī)構(gòu)中給定獨立運(yùn)動參數(shù)的構(gòu)件為原動件。◆問題：取運(yùn)動鏈中某個構(gòu)件為機(jī)架，其余構(gòu)件在什么條件下才具有確定運(yùn)動？◆實例分析§1-3平面機(jī)構(gòu)自由度四桿機(jī)構(gòu)給定一121五桿機(jī)構(gòu)一機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件給定一個獨立運(yùn)動參數(shù)：機(jī)構(gòu)沒有確定運(yùn)動。機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動時所必須給定的獨立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的自由度。給定兩個獨立運(yùn)動參數(shù)：機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動。五桿機(jī)構(gòu)一機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件給定一個獨立運(yùn)動參數(shù)：122

機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件F=0,剛性桁架，構(gòu)件之間無相對運(yùn)動原動件數(shù)小于F,各構(gòu)件無確定的相對運(yùn)動原動件數(shù)大于F,在機(jī)構(gòu)的薄弱處遭到破壞結(jié)論：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：1機(jī)構(gòu)自由度>02原動件數(shù)＝機(jī)構(gòu)自由度數(shù)◆結(jié)論機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件F=0,剛性桁架，構(gòu)件之間無相對運(yùn)動123二平面機(jī)構(gòu)自由度的計算(1)平面運(yùn)動構(gòu)件的自由度(構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立運(yùn)動)(2)平面運(yùn)動副引入的約束R(對獨立的運(yùn)動所加的限制)xyＯ21

與其它構(gòu)件未連之前：3用運(yùn)動副與其它構(gòu)件連接后,運(yùn)動副引入約束,原自由度減少xyoxyottnnR=2R=2R=1結(jié)論：平面低副引入2個約束平面高副引入1個約束二平面機(jī)構(gòu)自由度的計算(1)平面運(yùn)動構(gòu)件的自由度(2124(3)平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式如果：活動構(gòu)件數(shù)：n

低副數(shù)：pl

高副數(shù)：phxyＯ21未連接前總自由度：3n連接后引入的總約束數(shù)：2pl+phF=3n-(2pl+ph)機(jī)構(gòu)自由度F：F=3n-2pl-ph(3)平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式如果：活動構(gòu)件數(shù)：nxyＯ21125機(jī)構(gòu)自由度舉例：1234F=3n－2pl－ph

=3

－2

－340=

112345F=3n－2pl－ph

=3

－2

－450=

2F=3n－2pl－ph

=3

－2

－221=1BCAF=3n－2pl－ph

=3

－2

－340=

1F=3n－2pl－ph

=3

－2

－451=

1機(jī)構(gòu)自由度舉例：1234F=3n－2pl－ph340=126自由度F0原動件數(shù)目＝機(jī)構(gòu)自由度數(shù)目n=6,Pl=8,Ph

=1(3與5同一構(gòu)件)F=3n－2Pl－Ph=3×6－2×8－1=1Ｆ＝原動件→機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動例:機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件(F=0不動；多于不確定;少于破壞）3自由度F0n=6,Pl=8,Ph=1(3127內(nèi)燃機(jī)及其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖F＝3n－(2pl＋ph)＝3×6－2×7－3＝1內(nèi)燃機(jī)及其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖F＝3n－(2pl＋ph)＝3×6－2128直線機(jī)構(gòu)

計算錯誤的原因：

三計算機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的問題

舉例直線機(jī)構(gòu)自由度計算

解

n7，pL6，pH0

F3n2pLpH37269錯誤的結(jié)果！兩個轉(zhuǎn)動副12345678ABCDEF直線機(jī)構(gòu)計算錯誤的原因：三計算機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的問129

●復(fù)合鉸鏈

定義：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。

正確計算

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

n7，pL10，pH0

F3n2pLpH372101

12345678ABCDEF●復(fù)合鉸鏈正確計算12345678ABCDE130

準(zhǔn)確識別復(fù)合鉸鏈舉例關(guān)鍵：分辨清楚哪幾個構(gòu)件在同一處形成了轉(zhuǎn)動副1231342123441321432312兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副兩個轉(zhuǎn)動副準(zhǔn)確識別復(fù)合鉸鏈舉例12313421234413214131實例分析2：計算圖示凸輪機(jī)構(gòu)自由度解：F=3n-2pl–ph=3×3-2×3-1=2F=3n-2pl–ph-F′

=3×3-2×3-1-1=1方法二：假想構(gòu)件2和3焊成一體F=3n-2pl–ph=3×2-2×2-1=1★

局部自由度◆計算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項（續(xù)）

機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運(yùn)動并不影響其他構(gòu)件的運(yùn)動,把這種局部運(yùn)動的自由度稱為局部自由度。數(shù)目用F′表示.注意：計算機(jī)構(gòu)自由度時,應(yīng)將局部自由度除去不計。方法一：實例分析2：計算圖示凸輪機(jī)構(gòu)自由度解：F=3n-2pl–132

指機(jī)構(gòu)在某些特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，有些運(yùn)動副帶入的約束對機(jī)構(gòu)運(yùn)動實際上起不到獨立的約束作用,這些對機(jī)構(gòu)運(yùn)動實際上不起約束作用的約束稱為虛約束，用P′表示?！粲嬎銠C(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項（續(xù)）★虛約束注意：在計算自由度時，應(yīng)將虛約束除去不計。●將因虛約束而減少的自由度再加上。即：

F=3n-2pl–ph+P′

●不計引起虛約束的附加構(gòu)件和運(yùn)動副數(shù)。

F=3n-2pl–ph去除虛約束的方法：指機(jī)構(gòu)在某些特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，有些運(yùn)133●虛約束定義：機(jī)構(gòu)中不起獨立限制作用的重復(fù)約束。計算具有虛約束的機(jī)構(gòu)的自由度時，應(yīng)先將機(jī)構(gòu)中引入虛約束的運(yùn)動副或運(yùn)動鏈部分除去。虛約束發(fā)生的場合

⑴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●虛約束⑴兩構(gòu)件間構(gòu)成多個運(yùn)動副兩構(gòu)件構(gòu)成多134

若兩構(gòu)件在多處相接觸構(gòu)成平面高副，且各接觸點處的公法線重合,則只能算一個平面高副。若公法線方向不重合，將提供各2個約束。此兩種情況沒有虛約束兩構(gòu)件構(gòu)成多個接觸點處法線重合的高副若兩構(gòu)件在多處相接觸構(gòu)成平面高副，且各接觸點處的公法線重合13552134EF5

⑵兩構(gòu)件上某兩點間的距離在運(yùn)動過程中始終保持不變

未去掉虛約束時F3n2pLpH34260

3241EF

附加的構(gòu)件5和其兩端的轉(zhuǎn)動副E、F提供的自由度F31221即引入了一個約束，但這個約束對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不起實際約束作用，為虛約束。去掉虛約束后F3n2pLpH33241?52134EF5⑵兩構(gòu)件上某兩點間的距離在運(yùn)動過136

⑶聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合

附加的構(gòu)件4和其兩端的轉(zhuǎn)動副E、F以及附加的構(gòu)件1和其兩端的轉(zhuǎn)動副A、B提供的自由度F31221即引入了一個約束，但這個約束對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不起實際約束作用，為虛約束。去掉虛約束后F3n2pLpH332411234ABDFEC43125ABCD平行四邊形機(jī)構(gòu)橢圓儀機(jī)構(gòu)構(gòu)件2和4在E點軌跡重合構(gòu)件1和2在B點軌跡重合⑶聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡重合1371B342A

⑷機(jī)構(gòu)中對傳遞運(yùn)動不起獨立作用的對稱部分

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F3222142即引入了兩個虛約束。未去掉虛約束時F3n2pLpH3525161周轉(zhuǎn)輪系

去掉虛約束后F3n2pLpH33231211234ADBC221B342A⑷機(jī)構(gòu)中對傳遞運(yùn)動不起獨立作用的對稱138

虛約束的作用⑴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。⑵增加結(jié)構(gòu)剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。⑶提高運(yùn)動可靠性和工作的穩(wěn)定性，如機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)。

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，則虛約束將變成實際有效的約束，從而使機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動。虛約束的作用注意：機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在一定的幾何139小結(jié)◆計算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項（續(xù)）存在于轉(zhuǎn)動副處正確處理方法：復(fù)合鉸鏈處有m個構(gòu)件則有(m-1)個轉(zhuǎn)動副◆復(fù)合鉸鏈◆局部自由度常發(fā)生在為減小高副磨損而將滑動摩擦變成滾動摩擦所增加的滾子處。正確處理方法：計算自由度時將局部自由度減去?！籼摷s束存在于特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下。正確處理方法：將引起虛約束的構(gòu)件和運(yùn)動副除去不計。小結(jié)◆計算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項（續(xù)）存在于轉(zhuǎn)動副處◆復(fù)140典型例題一：計算圖示某包裝機(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。解法2：

復(fù)合鉸鏈：D包含2個轉(zhuǎn)動副局部自由度：F’=2虛約束：桿8及轉(zhuǎn)動副F、I引入1個虛約束。計算自由度前直接去除虛約束和局部自由度：動畫演示解法1：◆計算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析n=6pl=7ph=3F=3n-2pl-ph=1典型例題一：計算圖示某包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷該機(jī)構(gòu)是141典型例題二：計算圖示機(jī)構(gòu)的自由度，如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束，需明確指出。畫箭頭的構(gòu)件為原動件。復(fù)合鉸鏈解：分析局部自由度1個虛約束復(fù)合鉸鏈◆計算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析典型例題二：計算圖示機(jī)構(gòu)的自由度，如有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和142典型例題二（續(xù)）復(fù)合鉸鏈局部自由度1個虛約束復(fù)合鉸鏈◆計算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析典型例題二（續(xù)）復(fù)合鉸鏈局部自由度1個虛約束復(fù)合鉸鏈◆計算機(jī)143一、機(jī)構(gòu)的組成原理機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：自由度數(shù)=原動件數(shù)◆基本桿組：把機(jī)構(gòu)中最后不能再拆的自由度為零的構(gòu)件組稱為機(jī)構(gòu)的基本桿組?！?-4平面機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析1.桿組機(jī)架和原動件與從動件組分開：從動構(gòu)件組自由度為零?？梢栽俨鸪筛唵蔚淖杂啥葹榱愕臈U組一、機(jī)構(gòu)的組成原理機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：◆基本桿組：把機(jī)構(gòu)144

基本桿組應(yīng)滿足的條件F3n2pL0

即

n(23)pL

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，…

根據(jù)n的取值基本桿組分為以下幾種情況：

⑴n2，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)滿足的條件基本桿組的構(gòu)件數(shù)n2，4，6145⑵n4，pL6的多桿組III級組

結(jié)構(gòu)特點有一個三副構(gòu)件，而每個內(nèi)副所聯(lián)接的分支構(gòu)件是兩副構(gòu)件。⑵n4，pL6的多桿組結(jié)構(gòu)特點有一個三副構(gòu)146

機(jī)構(gòu)組成原理指把若干個基本桿組依次聯(lián)接到原動件和機(jī)架上，就可以組成自由度數(shù)與原動件數(shù)相等的新機(jī)構(gòu)。2.機(jī)構(gòu)的組成原理動畫演示◆機(jī)構(gòu)組成過程◆機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計應(yīng)遵循的原則利用機(jī)構(gòu)組成原理進(jìn)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新時，在滿足相同工作要求的條件下，機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)越簡單、桿組的級別越低、構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動副數(shù)越少越好。機(jī)構(gòu)組成原理指把若干個基本桿組依次聯(lián)接到原動147

機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成舉例BC2D3EF45GIH67JA1871245683GEFJIHABCD

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。機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成舉例