第三章 機(jī)構(gòu)的組成和結(jié)構(gòu)分析

1、第三章機(jī)構(gòu)的組成與結(jié)構(gòu)分析,§3.1機(jī)構(gòu)的組成§3.2機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖§3.3機(jī)構(gòu)的自由度和具有確定運(yùn)動(dòng)條件§3.4平面閉鏈機(jī)構(gòu)組成原理及結(jié)構(gòu)分析,§3.1機(jī)構(gòu)的組成,一、構(gòu)件二、運(yùn)動(dòng)副三、運(yùn)動(dòng)鏈（區(qū)分運(yùn)動(dòng)鏈和機(jī)構(gòu)）四、機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)是傳遞運(yùn)動(dòng)和力或者導(dǎo)引構(gòu)件上的點(diǎn)按給定軌跡運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置。機(jī)構(gòu)的組成要素為構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副,一、構(gòu)件,從制造加工角度：機(jī)械由零件組成 零件——

2、制造單元體 從運(yùn)動(dòng)和功能實(shí)現(xiàn)角度： 構(gòu)件——獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單元體,注意：構(gòu)件可以是單一零件，也可以是幾個(gè)零件的組合聯(lián)接,機(jī)構(gòu)的組成,二、運(yùn)動(dòng)副,(一)運(yùn)動(dòng)副元素(二)運(yùn)動(dòng)副的自由度與約束度(三)運(yùn)動(dòng)副類型,◆ 運(yùn)動(dòng)副：指兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。 ◆ 運(yùn)動(dòng)副元素：指兩個(gè)構(gòu)件直接接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的部分。,機(jī)構(gòu)的組成,(一) 運(yùn)動(dòng)副元素,運(yùn)動(dòng)副元素不外乎為點(diǎn)、線、面。,機(jī)構(gòu)的組成,(二)運(yùn)動(dòng)副的自由度與

3、約束度,1. 構(gòu)件的自由度：指一個(gè)構(gòu)件相對(duì)另一個(gè)構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。一個(gè)自由構(gòu)件在空間具有6個(gè)自由度。,2. 約束：指通過運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接的兩構(gòu)件之間的某些相對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所受到的限制。運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)等于兩構(gòu)件相對(duì)自由度減少的數(shù)目。運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)：最多為5個(gè)。,機(jī)構(gòu)的組成,對(duì)于兩個(gè)空間構(gòu)件對(duì)于兩個(gè)平面構(gòu)件,機(jī)構(gòu)的組成,1.按運(yùn)動(dòng)副相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分,（三）運(yùn)動(dòng)副類型,轉(zhuǎn)動(dòng)副,移動(dòng)副,螺旋副,球面副,2.按運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)

4、分：,X級(jí)運(yùn)動(dòng)副：指引入X個(gè)約束的運(yùn)動(dòng)副。,Ⅰ級(jí)副、Ⅱ級(jí)副、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)副、Ⅴ級(jí)副,Ⅴ級(jí)副,Ⅴ級(jí)副,Ⅲ級(jí)副,機(jī)構(gòu)的組成,3.按運(yùn)動(dòng)副接觸形式分,★ 低副: 兩構(gòu)件通過面接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副統(tǒng)稱為低副; ★ 高副: 凡兩構(gòu)件系通過點(diǎn)或線接觸而構(gòu)成的運(yùn) 動(dòng)副統(tǒng)稱為高副;,,4.按運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)空間分: ★平面運(yùn)動(dòng)副:指構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副; ★空間運(yùn)動(dòng)副:指構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)

5、動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)。,機(jī)構(gòu)的組成,運(yùn)動(dòng)副元素間的鎖合,幾何鎖合 力鎖合,機(jī)構(gòu)的組成,三、運(yùn)動(dòng)鏈,◆ 運(yùn)動(dòng)鏈:指兩個(gè)以上的構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。,★ 閉鏈: 運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。,★ 開鏈: 運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。,機(jī)構(gòu)的組成,運(yùn)動(dòng)鏈（續(xù)）,★平面運(yùn)動(dòng)鏈:各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈。 ★ 空間運(yùn)動(dòng)鏈:各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)的運(yùn)

6、動(dòng)鏈 。,空間運(yùn)動(dòng)鏈,機(jī)構(gòu)的組成,四、機(jī)構(gòu),◆機(jī)構(gòu):在運(yùn)動(dòng)鏈中將一構(gòu)件加以固定作為機(jī)架或參考構(gòu)件, 并給定另外一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，則運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)。,◆機(jī)架：機(jī)構(gòu)中固定不動(dòng)構(gòu)件。,◆ 平面機(jī)構(gòu): 機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)?！?空間機(jī)構(gòu): 機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)。,◆原動(dòng)件: 機(jī)構(gòu)中按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。,◆從動(dòng)件:機(jī)構(gòu)其余活動(dòng)構(gòu)件。,機(jī)構(gòu)的組成,機(jī)構(gòu)中構(gòu)件類型,機(jī)構(gòu)的組成,§3.2

7、 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,◆ 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖,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。,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖：指根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸, 按一定的比例尺定出各運(yùn)動(dòng)副的位置, 并用國標(biāo)規(guī)定的簡單線條和符號(hào)代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，繪制出表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡明圖形。,◆ 機(jī)構(gòu)示意圖,為什么要畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖？,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)：與原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律、運(yùn)動(dòng)副類型、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸有關(guān),而與機(jī)構(gòu)的 結(jié)構(gòu)尺寸和形狀以及運(yùn)動(dòng)副的具體構(gòu)造無關(guān)，因此可以不計(jì)或略去

8、那些與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的 因素。,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,（一）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的步驟和方法（二）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖中常用的規(guī)定符號(hào)（三）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的識(shí)別,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,（一）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的步驟與方法,:1.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(dòng)平面相平行的平面作為投影面。2.分析機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)情況，確定機(jī)構(gòu)中的機(jī)架、原動(dòng)部分、傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分，以確定構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目。3.循著運(yùn)動(dòng)傳遞的路線，逐一分析每兩個(gè)構(gòu)件間相對(duì)

9、運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目;還應(yīng)確定與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性相關(guān)的 運(yùn)動(dòng)要素：運(yùn)動(dòng)副間的相對(duì)位置；如轉(zhuǎn)動(dòng)副中心的位置和移動(dòng)副導(dǎo)路的方位；高副的廓線形狀，包括其曲率中心和曲率半徑等。4. 選擇適當(dāng)?shù)谋壤? 用規(guī)定的簡單線條和各種運(yùn)動(dòng)副符號(hào), 將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖畫出來。,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖中的常用符號(hào),機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,常用傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,例題一：繪制圖示顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖,分析：該機(jī)構(gòu)有6個(gè)構(gòu)件

10、和7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。,◆ 畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的方法,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,例題二：繪制圖示偏心輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,例題三、圖示為一沖床。繞固定中心A轉(zhuǎn)動(dòng)的菱形盤1為原動(dòng)件，與滑塊2在B點(diǎn)鉸接，滑塊2推動(dòng)撥叉3繞固定軸C轉(zhuǎn)動(dòng)，撥叉3與圓盤4為同一構(gòu)件，當(dāng)圓盤4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過連桿5使沖頭6實(shí)現(xiàn)沖壓運(yùn)動(dòng)。試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。,◆ 畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的方法,分析：,繪制簡圖：,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,（三）

11、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的識(shí)別,由于移動(dòng)副繪制和表達(dá)方法的不同而出現(xiàn)的簡圖差異由于轉(zhuǎn)動(dòng)副元素尺寸變化而出現(xiàn)的簡圖差異,實(shí)際繪制的運(yùn)動(dòng)簡圖會(huì)因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)副繪制或表達(dá)方式的不同而會(huì)使同一機(jī)構(gòu)所繪制的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖不同；或不同機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖相同。,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,§3.3 機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,一、機(jī)構(gòu)的自由度二、平面機(jī)構(gòu)自由度三、空間機(jī)構(gòu)自由度四、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)條件,一、機(jī)構(gòu)的自由度,構(gòu)件的自由度 確定平面或空間運(yùn)動(dòng)構(gòu)件位

12、置所需的獨(dú)立位置參數(shù)的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度平面和空間運(yùn)動(dòng)構(gòu)件分別有3個(gè)和6個(gè)自由度機(jī)構(gòu)的自由度 機(jī)構(gòu)的自由度是機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件相對(duì)機(jī)架所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目或組成該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈的位形相對(duì)于機(jī)架或參考構(gòu)件所需的獨(dú)立位置參數(shù)的數(shù)目，用F表示,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,假設(shè)平面機(jī)構(gòu)有n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件： 3n個(gè)自由度有P5 個(gè)低副和P4 個(gè)高副：,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：

13、引入1個(gè)約束,平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式： F= 3n-(2 p5+ p4),引入(2 P5 +P4)約束,分析：,二、機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算,◆ 平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式,運(yùn)動(dòng)副的作用是約束構(gòu)件自由度的，所以機(jī)構(gòu)的自由度為活動(dòng)構(gòu)件在自由狀態(tài)下自由度總和減去由于運(yùn)動(dòng)副引入而限制的自由度,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,◆自由度計(jì)算實(shí)例分析,F=3n-2 P5 – P4=3×4 - 2×5-0

14、=2,F=3n-2 p5 – p4=3×3 - 2×4-0=1,四桿機(jī)構(gòu),五桿機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,★ 復(fù)合鉸鏈,實(shí)例分析1：計(jì)算圖示直線機(jī)構(gòu)(實(shí)現(xiàn)無導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng))自由度,解：F=3n-2 p5 – p4=3×7 - 2×6-0=9,解：F=3n-2 p5 – p4=3×7 - 2×10-0=1,計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng),兩個(gè)以上構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接即

15、構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。m個(gè)構(gòu)件以復(fù)合鉸鏈聯(lián)接所構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)為(m-1)個(gè)注意：復(fù)合鉸鏈只存在于轉(zhuǎn)動(dòng)副中。 。,,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,實(shí)例分析2：計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)自由度,解：F=3n-2 p5 – p4=3×3 - 2×3-1=2,F=3n-2 p5 – p4 - 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-2 p5 – p4=3×2 -

16、2×2-1=1,★ 局部自由度,計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng)（續(xù)）,機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運(yùn)動(dòng)并不影響其他構(gòu)件的運(yùn)動(dòng), 把這種局部運(yùn)動(dòng)的自由度稱為局部自由度。數(shù)目用f′表示.,注意：計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí), 應(yīng)將局部自由度除去不計(jì)。,方法一：,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,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(dòng)副帶入的約束對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)際上起不到獨(dú)立的約束作用, 這些對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)際上不起約束作用的約束稱為虛約束，用P′表示。

17、,計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng)（續(xù)）,★ 虛約束,注意：在計(jì)算自由度時(shí)，應(yīng)將虛約束除去不計(jì)。,●不計(jì)引起虛約束的附加構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副數(shù)。 F=3n-2 p5– p4,去除虛約束的方法：,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,F=3n-2 pl – ph=3×4 - 2×6-0=0,虛約束常出現(xiàn)的情況：1. 機(jī)構(gòu)中兩構(gòu)件未聯(lián)接前的聯(lián)接點(diǎn)軌跡重合, 則該聯(lián)接引入1個(gè)虛約束;,

18、計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng)（續(xù)）,正確計(jì)算：●不計(jì)引起虛約束的附加構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副數(shù)。F=3n-2 p5 – p4=3×3 - 2×4-0=1,用于連接構(gòu)件2和3的轉(zhuǎn)動(dòng)副C即屬此種情況。因?yàn)镃2和C3在未連接前的軌跡都沿Y軸。此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)副C將引入一個(gè)虛約束。計(jì)算時(shí)去掉構(gòu)件3和轉(zhuǎn)動(dòng)副C以及3和機(jī)家移動(dòng)副,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,F=3n-2 p5 – p4=3×3 - 2×4-0=1,F=3n-

19、2 p5 – p4=3×4 - 2×6-0=0,,分析：E3和E5點(diǎn)的軌跡重合，引入一個(gè)虛約束,計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng)（續(xù)）,正確計(jì)算： n=3  P5=4  P4=0   F=3n-(2P5+P4)=3*3-2*4=1,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,▲兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成移動(dòng)副且導(dǎo)路互相平行或重合。,▲兩個(gè)構(gòu)件組成在幾處構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副且各轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線是重合的。,只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)

20、副起約束作用,其它各處均為虛約束;,2. 兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副,計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng)（續(xù)）,n=3   P5=4    P4=0    F=3n-(2P5+P4)=3*3-2*4=1,圖示機(jī)構(gòu)的兩個(gè)移動(dòng)副即屬此種情況。計(jì)算其自由度時(shí)，只按一個(gè)移動(dòng)副計(jì)算,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,3. 若兩構(gòu)件在多處相接觸構(gòu)成平面高副，且各接觸點(diǎn)處的公法線重合,則只能算一個(gè)

21、平面高副。若公法線方向不重合，將提供各2個(gè)約束。,有一處為虛約束,此兩種情況沒有虛約束a)圖相當(dāng)于轉(zhuǎn)動(dòng)副，b）圖相當(dāng)于移動(dòng)副,計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng)（續(xù)）,,n=2   P5=2   P4=1   F=3n-(2P5+P4)=3*2-2*2-1=1,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,某些不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱部分或重復(fù)部分所帶入的約束為虛約束。 3和1繞同一個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，計(jì)算機(jī)

22、構(gòu)自由度時(shí)，只考慮對(duì)稱或重復(fù)部分中的一處，去掉2‘和2’‘構(gòu)件,4. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中, 某兩構(gòu)件上的兩點(diǎn)之間的距離始終保持不變, 將此兩點(diǎn)以構(gòu)件相聯(lián), 則將帶入1個(gè)虛約束。,計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng)（續(xù)）,n=3   P5=4   P4=0   F=3n-(2P5+P4)=3*3-2*4=1,連接構(gòu)件2和4上的E點(diǎn)和F點(diǎn)的構(gòu)件5及轉(zhuǎn)動(dòng)副E和F即屬此種情況，引入一個(gè)虛約束。

23、,n=3   P5=3    P4=2        F=3n-(2P5+P4)=3*3-2*3-2=1,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,小結(jié),計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項(xiàng)（續(xù)）,存在于轉(zhuǎn)動(dòng)副處正確處理方法：復(fù)合鉸鏈處有m個(gè)構(gòu)件則有(m-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦所增加的滾子處

24、。正確處理方法：計(jì)算自由度時(shí)將局部自由度減去。,◆ 虛約束,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(dòng)副除去不計(jì)。,,,,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,典型例題一：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)。,解法1：,計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,機(jī)

25、構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,典型例題一：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)。,解法2：復(fù)合鉸鏈：D包含2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(桿4和7)局部自由度：F’=2虛約束：桿8及轉(zhuǎn)動(dòng)副F、I引入1個(gè)虛約束。計(jì)算自由度前直接去除虛約束和局部自由度：,n=6 p5=7 p4=3 F=3n-2p5-p4=1,計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析,,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,,,典型例題二：計(jì) 算 圖 示 機(jī) 構(gòu) 的 自

26、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(dòng) 件。,,復(fù)合鉸鏈,,局部自由度,1個(gè)虛約束,,,復(fù)合鉸鏈,計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,,典型例題三,計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析,計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)自由度。分析：該機(jī)構(gòu)具有5個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，有7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，即低副，沒有高副。于是機(jī)構(gòu)自由度為,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,F=3n-2 p5 –

27、p4=3×5 - 2×7-0=1,四、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,機(jī)構(gòu)中獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的構(gòu)件為原動(dòng)件。,◆問題：取運(yùn)動(dòng)鏈中某個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，即構(gòu)成機(jī)構(gòu)，那么機(jī)構(gòu)在什么條件下才具有確定運(yùn)動(dòng)？,,因?yàn)樽杂啥葹?給定一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)，其余構(gòu)件有確定運(yùn)動(dòng)。,自由度小于等于零自由度大于零若獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)大于自由度自由度大于零若獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)小于自由度自由度大于零若獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)等于自由度,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,◆ 結(jié)論,機(jī)構(gòu)具有確

28、定運(yùn)動(dòng)的條件為：機(jī)構(gòu)自由度大于0且機(jī)構(gòu)原動(dòng)件數(shù)=機(jī)構(gòu)自由度數(shù),五桿機(jī)構(gòu),四、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,給定一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)：機(jī)構(gòu)沒有確定運(yùn)動(dòng)。,給定兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)：機(jī)構(gòu)有確定運(yùn)動(dòng)。,機(jī)構(gòu)的自由度與確定運(yùn)動(dòng)條件,§3.4平面閉鏈機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,一、平面閉鏈機(jī)構(gòu)的組成原理二、平面閉鏈機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析三、平面機(jī)構(gòu)的高副低代,一、機(jī)構(gòu)的組成原理,機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件： 自由度數(shù)=原動(dòng)件數(shù),◆基本桿組：把機(jī)構(gòu)中

29、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. 桿組,機(jī)架和原動(dòng)件與從動(dòng)件組分開，運(yùn)動(dòng)副仍保留在桿組： 從動(dòng)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,平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,對(duì)于全低副的桿組：n個(gè)構(gòu)件、p5個(gè)低副,◆ 基本桿組的分類,根據(jù)n的取值基本桿組分為以下幾種情況：（1）n=2, p5=3的雙桿組：又叫Ⅱ級(jí)桿組 常見Ⅱ級(jí)桿組的形式為,n和pl為整數(shù)n=2,4,6…,平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)

30、構(gòu)分析,（2）n=4, p5=6的多桿組，又叫 Ⅲ級(jí)桿組 特征為桿組中具有一個(gè)三副構(gòu)件。常見的三種形式為,（3）更高級(jí)別的桿組,平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,機(jī)構(gòu)組成原理指把若干個(gè)基本桿組依次聯(lián)接到原動(dòng)件和機(jī)架上，就可以組成自由度數(shù)與原動(dòng)件數(shù)相等的新機(jī)構(gòu)。,2. 機(jī)構(gòu)的組成原理,◆ 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(shí)，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(jí)別越低、構(gòu)件

31、數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)越少越好。因?yàn)闄C(jī)構(gòu)的級(jí)別越高，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析也越困難.,自由度為F的機(jī)構(gòu)=F 個(gè)主動(dòng)桿+1個(gè)自由度為0的機(jī)架+若干個(gè)自由度為0的基本桿組,平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,二、平面閉鏈機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,◆ Ⅰ級(jí)機(jī)構(gòu) 只由機(jī)架和原動(dòng)件組成的機(jī)構(gòu)稱為Ⅰ級(jí)的機(jī)構(gòu)。 （杠桿機(jī)構(gòu)、斜面機(jī)構(gòu)）◆II級(jí)機(jī)構(gòu) 指機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級(jí)別為II級(jí)的機(jī)構(gòu)?！?/p>

32、 III級(jí)機(jī)構(gòu) 指機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級(jí)別為III級(jí)組的機(jī)構(gòu)。,機(jī)構(gòu)分類的依據(jù)： 根據(jù)機(jī)構(gòu)中基本桿組的級(jí)別進(jìn)行分類。,平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,◆ 結(jié)構(gòu)分析目的,： 了解機(jī)構(gòu)的組成，確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別。,把機(jī)構(gòu)分解為基本桿組、機(jī)架和原動(dòng)件。,◆ 結(jié)構(gòu)分析的過程：,拆桿組,從離原動(dòng)件最遠(yuǎn)的構(gòu)件開始試拆，先拆II級(jí)組，若不成，再拆III級(jí)組，每拆出一個(gè)桿組后，機(jī)構(gòu)的剩余部分仍應(yīng)是一個(gè)與原機(jī)

33、構(gòu)有相同自由度的機(jī)構(gòu)，直到只剩原動(dòng)件為止。,◆ 桿組拆分原則,平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,◆ 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析步驟,1、除去虛約束和局部自由度，正確計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度；2、指定機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件3、將機(jī)構(gòu)中的全部平面高副替換為低副4、根據(jù)機(jī)構(gòu)拆分原則進(jìn)行拆分5、最后定出機(jī)構(gòu)的級(jí)別。6、對(duì)于帶有氣、液缸的平面機(jī)構(gòu)，可先拆桿數(shù)較少的待缸或不帶缸的桿組，帶缸桿組自由度為缸數(shù)，而不帶缸桿組自由度為0,平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,典型例題：

34、試計(jì)算圖示沖壓機(jī)構(gòu)的自由度，并分析下列情況下組成機(jī)構(gòu)的基本桿組及機(jī)構(gòu)的級(jí)別：（1）當(dāng)以構(gòu)件1為原動(dòng)件時(shí)；（2）當(dāng)以構(gòu)件6為原動(dòng)件時(shí)。,解：,平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,典型例題（續(xù)）：（1）當(dāng)以構(gòu)件1為原動(dòng)件時(shí),Ⅱ級(jí)機(jī)構(gòu),平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,典型例題（續(xù)）： （2）當(dāng)以構(gòu)件6為原動(dòng)件時(shí),Ⅲ級(jí)機(jī)構(gòu),平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,◆ 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(dòng)分析的方法適用于

35、所有平面機(jī)構(gòu)，需要進(jìn)行平面機(jī)構(gòu)的高副低代?！?高副低代的含義 根據(jù)一定條件對(duì)平面高副機(jī)構(gòu)的中高副虛擬地用低副來代替的方法?！?高副低代的條件：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(shí)速度和瞬時(shí)加速度不變。,三、平面機(jī)構(gòu)的高副低代,平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,◆高副低代方法,結(jié)論：用一個(gè)含有兩個(gè)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(diǎn)處的曲率中心。,高副兩元素均為圓弧,高副元素為

36、非圓曲線,平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,高副兩元素之一為直線,高副兩元素之一為一點(diǎn),因其曲率半徑為零，其中一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副就在該點(diǎn)處。,因其曲率中心在無窮遠(yuǎn)處，則其中的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副變?yōu)橐聘保?平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,,典型例題：計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)的自由度，并分析機(jī)構(gòu)組成情況。畫箭頭的構(gòu)件為原動(dòng)件。,解：1. 分析,2. 計(jì)算自由度,去除虛約束和局部自由度后機(jī)構(gòu)簡圖,3. 高副低代,,,,平面機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析,典型例題（續(xù)）：,4. 結(jié)