機(jī)械原理2機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析工程課件

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1、第第2章章 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析21 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 研究組成機(jī)構(gòu)的要素及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件研究組成機(jī)構(gòu)的要素及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件,然后判斷機(jī)構(gòu)能否運(yùn)動。然后判斷機(jī)構(gòu)能否運(yùn)動。研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制方法，即研究如何用簡研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制方法，即研究如何用簡單的圖形表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動狀態(tài)。單的圖形表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動狀態(tài)。研究機(jī)構(gòu)的組成原理，并根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對機(jī)構(gòu)進(jìn)研究機(jī)構(gòu)的組成原理，并根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類，以便于對其進(jìn)行運(yùn)動分析和動力分析。行分類，以便于對其進(jìn)行運(yùn)動分析和動力分析。22 機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成構(gòu)件和運(yùn)動副是組成機(jī)構(gòu)的兩個(gè)

2、基本要素，而機(jī)構(gòu)構(gòu)件和運(yùn)動副是組成機(jī)構(gòu)的兩個(gè)基本要素，而機(jī)構(gòu)則是具有固定構(gòu)件的運(yùn)動鏈。要知道機(jī)構(gòu)是怎樣則是具有固定構(gòu)件的運(yùn)動鏈。要知道機(jī)構(gòu)是怎樣組成的組成的,首先要搞清構(gòu)件、運(yùn)動副和運(yùn)動鏈的概念。首先要搞清構(gòu)件、運(yùn)動副和運(yùn)動鏈的概念。1、構(gòu)件構(gòu)件 2、運(yùn)動副運(yùn)動副3、運(yùn)動鏈、運(yùn)動鏈 4、機(jī)構(gòu)、機(jī)構(gòu) 1.構(gòu)件：構(gòu)件：組成機(jī)構(gòu)的各個(gè)獨(dú)立運(yùn)動單元組成機(jī)構(gòu)的各個(gè)獨(dú)立運(yùn)動單元內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)零件：零件：加工制造的單元加工制造的單元在各種機(jī)器或機(jī)構(gòu)中常用的零件，稱為通用零件 只在特定的機(jī)器中才用到的零件，稱為專用零件。通用零件是本課程的主要學(xué)習(xí)對象，而專用零件的設(shè)計(jì)方通用零件是本課程的主要學(xué)習(xí)對象，而專用零件

3、的設(shè)計(jì)方法應(yīng)在有關(guān)專業(yè)課中學(xué)習(xí)。法應(yīng)在有關(guān)專業(yè)課中學(xué)習(xí)。內(nèi)燃機(jī)中的連桿內(nèi)燃機(jī)中的連桿套筒套筒連桿體連桿體螺栓螺栓墊圈墊圈螺母螺母軸瓦軸瓦連桿蓋連桿蓋構(gòu)件可以由一個(gè)或幾個(gè)零件（剛性聯(lián)結(jié)）組成構(gòu)件可以由一個(gè)或幾個(gè)零件（剛性聯(lián)結(jié)）組成機(jī)器、機(jī)構(gòu)、構(gòu)件與零件機(jī)器、機(jī)構(gòu)、構(gòu)件與零件一部機(jī)器可以只包含一個(gè)機(jī)構(gòu)（如電動機(jī)），也一部機(jī)器可以只包含一個(gè)機(jī)構(gòu)（如電動機(jī)），也可包含多個(gè)機(jī)構(gòu)可包含多個(gè)機(jī)構(gòu)在研究構(gòu)件的運(yùn)動和受力情況時(shí)，機(jī)器與機(jī)構(gòu)之在研究構(gòu)件的運(yùn)動和受力情況時(shí)，機(jī)器與機(jī)構(gòu)之間并無區(qū)別間并無區(qū)別機(jī)械機(jī)械構(gòu)件：組成機(jī)構(gòu)的各個(gè)獨(dú)立運(yùn)動單元構(gòu)件：組成機(jī)構(gòu)的各個(gè)獨(dú)立運(yùn)動單元構(gòu)件可以由一個(gè)或幾個(gè)零件（元件剛性）組成

4、。構(gòu)件可以由一個(gè)或幾個(gè)零件（元件剛性）組成。a)兩個(gè)構(gòu)件、兩個(gè)構(gòu)件、b)直接接觸、直接接觸、c)有相對運(yùn)動有相對運(yùn)動運(yùn)動副元素：兩構(gòu)件上能夠參與接觸而構(gòu)成運(yùn)動副運(yùn)動副元素：兩構(gòu)件上能夠參與接觸而構(gòu)成運(yùn)動副的部分（點(diǎn)、線、面）的部分（點(diǎn)、線、面）常用運(yùn)動副類型及動畫演示常用運(yùn)動副類型及動畫演示2.運(yùn)動副：運(yùn)動副：使兩個(gè)構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對使兩個(gè)構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運(yùn)動的聯(lián)接。運(yùn)動的聯(lián)接。三個(gè)條件，缺一不可三個(gè)條件，缺一不可一個(gè)自由構(gòu)件作平面運(yùn)動時(shí)有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動的可能性。如在Oxy坐標(biāo)系中，構(gòu)件S可隨其上任一點(diǎn)A沿x軸、y軸方向移動和繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動。要描述構(gòu)件S的狀態(tài)需要三個(gè)變量：x、

5、y、xyASO一個(gè)自由構(gòu)件作平面運(yùn)動、空間運(yùn)動的自由度？構(gòu)件的自由度：構(gòu)件的自由度：構(gòu)件含有獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目構(gòu)件含有獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目答案：答案：36構(gòu)件構(gòu)件xzyO約束約束：對獨(dú)立運(yùn)動的限制：對獨(dú)立運(yùn)動的限制組成運(yùn)動副兩構(gòu)件的相對自由度組成運(yùn)動副兩構(gòu)件的相對自由度 f 及約束及約束s 的關(guān)系為：的關(guān)系為：sf6運(yùn)動副的分類：運(yùn)動副的分類：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。2)按按運(yùn)動副的運(yùn)動性質(zhì)分有：按按運(yùn)動副的運(yùn)動性質(zhì)分有：平面運(yùn)動副平面運(yùn)動副平面運(yùn)動平面運(yùn)動平面機(jī)構(gòu)平面機(jī)

6、構(gòu)全部由平面運(yùn)動副組成的機(jī)構(gòu)。全部由平面運(yùn)動副組成的機(jī)構(gòu)。IV級副級副例如：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)?？臻g運(yùn)動副空間運(yùn)動副空間運(yùn)動空間運(yùn)動V級副級副1V級副級副2空間機(jī)構(gòu)空間機(jī)構(gòu)至少含有一個(gè)空間運(yùn)動副的機(jī)構(gòu)。至少含有一個(gè)空間運(yùn)動副的機(jī)構(gòu)。4)按運(yùn)動副元素分有：按運(yùn)動副元素分有：高副點(diǎn)、線接觸，應(yīng)力高，易磨損。高副點(diǎn)、線接觸，應(yīng)力高，易磨損。低副面接觸，應(yīng)力低低副面接觸，應(yīng)力低例如：例如：滾動副滾動副、凸輪副凸輪副、齒輪副齒輪副等。等。轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副：兩個(gè)構(gòu)件之間只能繞同一軸線做相對轉(zhuǎn)動兩個(gè)構(gòu)件之間只能繞同一軸線做相對轉(zhuǎn)動移動副移動副：兩個(gè)構(gòu)件之間只能

7、沿某一軸線相對移動兩個(gè)構(gòu)件之間只能沿某一軸線相對移動 3)按相對運(yùn)動的形式分有：按相對運(yùn)動的形式分有：轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副（或回轉(zhuǎn)副、鉸鏈），（或回轉(zhuǎn)副、鉸鏈），移動副移動副，螺旋副螺旋副和和球面副球面副等。等。例如：例如：轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副、移動副移動副等。等。運(yùn)動副的符號表示運(yùn)動副的符號表示:轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副移動副移動副高副高副高副高副高副高副常用運(yùn)動副的符號常用運(yùn)動副的符號:國標(biāo)國標(biāo)GB446084運(yùn)動副運(yùn)動副名稱名稱運(yùn)動副符號運(yùn)動副符號兩運(yùn)動構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動副兩運(yùn)動構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動副轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動副副移移動動副副12121212121212121212121212兩構(gòu)件之一為固定時(shí)的運(yùn)動副兩構(gòu)件之一為固定時(shí)的運(yùn)動

8、副122121平平面面運(yùn)運(yùn)動動副副平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球球銷銷副副121212空空間間運(yùn)運(yùn)動動副副1212123.運(yùn)動鏈運(yùn)動鏈 4.機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)四、機(jī)構(gòu)四、機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)：機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的運(yùn)動平面互相平行平面機(jī)構(gòu)：機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的運(yùn)動平面互相平行空間機(jī)構(gòu)：空間機(jī)構(gòu)：機(jī)構(gòu)中至少有一構(gòu)件不在相互平行的平面上運(yùn)機(jī)構(gòu)中至少有一構(gòu)件不在相互平行的平面上運(yùn) 動，或至少有一構(gòu)件能在三維空間中運(yùn)動動，或至少有一構(gòu)件能在三維空間中運(yùn)動 低副機(jī)構(gòu)：低副機(jī)構(gòu)：完全由低副連接而成的機(jī)構(gòu)完全由低副連接而成的機(jī)構(gòu) 高副機(jī)構(gòu)：高副機(jī)構(gòu)：只要含有一個(gè)高副的機(jī)構(gòu)只要含有一個(gè)高副的機(jī)構(gòu) 23

9、 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖在對現(xiàn)有機(jī)械進(jìn)行分在對現(xiàn)有機(jī)械進(jìn)行分析或設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí)析或設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí),都都需要繪制出其機(jī)構(gòu)運(yùn)需要繪制出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。動簡圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸,按一定的比例尺定出各運(yùn)動副的按一定的比例尺定出各運(yùn)動副的位置，就可以用運(yùn)動副及位置，就可以用運(yùn)動副及常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的代表符常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的代表符號號和和構(gòu)件的表示方法構(gòu)件的表示方法，將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動傳遞情況表示出，將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動傳遞情況表示出來。用以表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動傳遞情況的簡化圖形稱為來。用以表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動傳遞情況的簡化圖形稱為機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖運(yùn)動簡圖。忽略構(gòu)件和運(yùn)動副具體的結(jié)構(gòu)和形狀，用

10、忽略構(gòu)件和運(yùn)動副具體的結(jié)構(gòu)和形狀，用簡單的線條簡單的線條和和符號符號來表示構(gòu)件和運(yùn)動副，并來表示構(gòu)件和運(yùn)動副，并按比例按比例定出各定出各運(yùn)動副運(yùn)動副的的位置位置。作用：作用：1.1.表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動情況。表示機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動情況。2.2.作為運(yùn)動分析和動力分析的依據(jù)。作為運(yùn)動分析和動力分析的依據(jù)。根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖對機(jī)械進(jìn)行運(yùn)動及動力分析就變得根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖對機(jī)械進(jìn)行運(yùn)動及動力分析就變得十分簡明和方便了。十分簡明和方便了。而只是為了表明機(jī)械的結(jié)構(gòu)情況，也可以不要求嚴(yán)格而只是為了表明機(jī)械的結(jié)構(gòu)情況，也可以不要求嚴(yán)格的按比例來繪制出的簡圖稱為的按比例來繪制出的簡圖稱為機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)示意圖。注意

11、事項(xiàng)注意事項(xiàng):畫構(gòu)件時(shí)應(yīng)撇開構(gòu)件的實(shí)際外形，而只考慮運(yùn)動副畫構(gòu)件時(shí)應(yīng)撇開構(gòu)件的實(shí)際外形，而只考慮運(yùn)動副的性質(zhì)的性質(zhì)。常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號 在在機(jī)機(jī)架架上上的的電電機(jī)機(jī)齒齒輪輪齒齒條條傳傳動動帶帶傳傳動動圓圓錐錐齒齒輪輪傳傳動動鏈鏈傳傳動動圓柱圓柱蝸桿蝸桿蝸輪蝸輪傳動傳動凸凸輪輪傳傳動動外嚙外嚙合圓合圓柱齒柱齒輪傳輪傳動動機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)運(yùn)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(shí)際相同構(gòu)件數(shù)目與實(shí)際相同 2.運(yùn)動副的性質(zhì)、數(shù)目與實(shí)際相符運(yùn)動副的性質(zhì)、數(shù)目與實(shí)際相符 3.運(yùn)動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實(shí)際機(jī)構(gòu)運(yùn)動副之間的相對位置以及構(gòu)件尺寸與實(shí)際機(jī)構(gòu) 成比例。成比例

12、。棘棘輪輪機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)內(nèi)嚙內(nèi)嚙合圓合圓柱齒柱齒輪傳輪傳動動4.繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖步驟第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析（1）分析機(jī)構(gòu)：判斷機(jī)架、原動件、執(zhí)行部件；沿運(yùn)動傳遞路線，分析原動件的運(yùn)動如何傳至執(zhí)行部件；數(shù)清從動件、構(gòu)件數(shù)目、運(yùn)動副類型和數(shù)目；（2）選擇大多數(shù)構(gòu)件所在平面為投影面選擇大多數(shù)構(gòu)件所在平面為投影面（3）選擇適當(dāng)?shù)谋壤撸▽?shí)長/圖長）；（4）按順序用規(guī)定符號繪圖，并標(biāo)出原動件運(yùn)動方向例例 題題 2 21 1 第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析例：圖為鄂式破碎機(jī)。當(dāng)曲軸1繞軸心O連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，動鄂板5繞軸心F往復(fù)擺動，從而將礦石軋碎。試?yán)L制此破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。2-4 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動

13、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)動呢？先來看兩個(gè)例子：例1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)例2 鉸鏈五桿機(jī)構(gòu)若給定機(jī)構(gòu)一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動，則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動完全確定；若給定機(jī)構(gòu)兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動，則機(jī)構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié)損壞。若給定機(jī)構(gòu)一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動，則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不確定；若給定機(jī)構(gòu)兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動，則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動完全確定。機(jī)構(gòu)的自由度 結(jié)論 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件是：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目，其數(shù)目用F表示。機(jī)構(gòu)的原動件數(shù)目應(yīng)等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目。25 機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算運(yùn)動副對構(gòu)件自由度的影響運(yùn)動副對構(gòu)件自由度的影響低副：低副：2個(gè)約束，1個(gè)自由度1個(gè)約束，2個(gè)自由度（1 1）一個(gè)作平面運(yùn)動的

14、自由構(gòu)件具有三個(gè)自由度。）一個(gè)作平面運(yùn)動的自由構(gòu)件具有三個(gè)自由度。高副：高副：（2 2）引入一個(gè)轉(zhuǎn)動副約束了構(gòu)件兩個(gè)自由度，引入一個(gè)）引入一個(gè)轉(zhuǎn)動副約束了構(gòu)件兩個(gè)自由度，引入一個(gè)移動副也約束了構(gòu)件的兩個(gè)自由度。移動副也約束了構(gòu)件的兩個(gè)自由度。（3 3）引入一個(gè)高副約束了構(gòu)件的一個(gè)自由度。）引入一個(gè)高副約束了構(gòu)件的一個(gè)自由度。1.1.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 機(jī)構(gòu)的自由度：機(jī)構(gòu)的自由度：機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件相對于機(jī)架所能有的機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件相對于機(jī)架所能有的獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目獨(dú)立運(yùn)動的數(shù)目平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式設(shè)平面機(jī)構(gòu)共有設(shè)平面機(jī)構(gòu)共有K個(gè)構(gòu)件，除去自由度等于零的固個(gè)構(gòu)件，除去自由度等于零的固

15、定構(gòu)件，則機(jī)構(gòu)中的定構(gòu)件，則機(jī)構(gòu)中的活動構(gòu)件數(shù)活動構(gòu)件數(shù)n=K-1，若機(jī)構(gòu)中有，若機(jī)構(gòu)中有PL個(gè)低副，個(gè)低副，PH個(gè)高副，該機(jī)構(gòu)的自由度為：個(gè)高副，該機(jī)構(gòu)的自由度為：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。24 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件為了按照一定的要求進(jìn)行運(yùn)動的傳遞及變換，當(dāng)機(jī)構(gòu)的原動為了按照一定的要求進(jìn)行運(yùn)動的傳遞及變換，當(dāng)機(jī)構(gòu)的原動件按給定的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動時(shí)，該機(jī)構(gòu)中的其余構(gòu)件的運(yùn)動也都件按給定的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動時(shí)，該機(jī)構(gòu)中的其余構(gòu)件的運(yùn)動也都應(yīng)是完全確定的。應(yīng)是完全確定的。機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件：機(jī)構(gòu)的原動件數(shù)目機(jī)構(gòu)的原

16、動件數(shù)目等于機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)目等于機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)目F 機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)F原動件數(shù)原動件數(shù)0機(jī)構(gòu)的自由度就是機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動時(shí)所必須給定機(jī)構(gòu)的自由度就是機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目的獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目。只有當(dāng)給機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動。只有當(dāng)給機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動數(shù)等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)時(shí)機(jī)構(gòu)才能具有確定運(yùn)動，數(shù)等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)時(shí)機(jī)構(gòu)才能具有確定運(yùn)動，一般只有原動件具有獨(dú)立運(yùn)動，而且通常每個(gè)原動一般只有原動件具有獨(dú)立運(yùn)動，而且通常每個(gè)原動件只有一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動。件只有一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動。當(dāng)機(jī)構(gòu)不滿足這一條件時(shí)，如果原動件數(shù)目小于機(jī)構(gòu)的當(dāng)機(jī)構(gòu)不滿足這一條件時(shí)，如果原動件數(shù)目小于機(jī)構(gòu)的自由度，則機(jī)

17、構(gòu)的運(yùn)動不確定；若原動件數(shù)目大于機(jī)構(gòu)自由度，則機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不確定；若原動件數(shù)目大于機(jī)構(gòu)的自由度，則導(dǎo)致機(jī)構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié)破壞。的自由度，則導(dǎo)致機(jī)構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié)破壞。計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算曲柄滑塊機(jī)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=0S3123機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算舉例機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算舉例計(jì)算五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度解：活動構(gòu)件數(shù)解：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=012341 1計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的

18、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=11232、4計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng)第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析 1、復(fù)合鉸鏈CB321A5E6D 增加構(gòu)件5、6 后，n=5，pl=6，ph=0 F=3n-2pl-ph=35-26=3 顯然是錯(cuò)誤的 如圖：n=3，pl=4，ph=0 F=3n-2pl-ph=33-24=1由兩個(gè)以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)合鉸鏈312 推廣：m個(gè)構(gòu)件鉸接在一起，有(m-1)個(gè)轉(zhuǎn)動副 上例：F=35-27=1第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析 由兩個(gè)以上構(gòu)件在同一處構(gòu)成的重合轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)合鉸

19、鏈，如：123213第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析 例：活動構(gòu)件：n=7 運(yùn)動副：不考慮復(fù)合鉸鏈，pl=6，ph=0，F(xiàn)=3n-2pl-ph =9（）考慮復(fù)合鉸鏈，pl=10，ph=0，F(xiàn)=3n-2pl-ph =1（）第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析 2、局部自由度不影響機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動的自由度，稱為局部自由度不影響機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動的自由度，稱為局部自由度。例如：圖示滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)F=3n-2pl-ph=2（）焊接法：仍采用原公式，但活動構(gòu)件、運(yùn)動副數(shù)目均變化。F=3n-2PL-PH=1變換公式：在原公式中減去局部自由度。F=3n-(2pl+ph)-F =1局部自由度常出現(xiàn)場合：活動摩擦變?yōu)闈L動摩擦?xí)r添加的滾子，

20、軸承中的滾珠等。第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析 3、虛約束不起獨(dú)立限制作用的約束。虛約束處理方法：計(jì)算自由度時(shí)，將虛約束去除。此時(shí)，自由度計(jì)算公式為：F=3n-(2pl+ph-p)-F其中：n活動構(gòu)件數(shù)目 pl、ph分別為低副數(shù)和高副數(shù) p虛約束個(gè)數(shù) F局部自由度約束此為平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算的完整公式第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析 虛約束常出現(xiàn)場合:1、兩構(gòu)件之間形成多個(gè)運(yùn)動副。2、用轉(zhuǎn)動副聯(lián)接兩構(gòu)件上軌跡重合的點(diǎn)。AB=CD=EF，BC=AD BE=AF F=34 (26+0-0)-0=0 錯(cuò)誤E點(diǎn)軌跡重合 EF為虛約束（或AB、CD)F=34-(26+0-1)-0=1 下一個(gè)第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析 兩個(gè)構(gòu)件

21、之間形成多個(gè)運(yùn)動副 多個(gè)轉(zhuǎn)動副軸線重合F=31-22=-1（）F=31-21=1 多個(gè)移動副導(dǎo)路平行 F=32-22-1=1多個(gè)高副在特定幾何條件下（法線重合）F=32-22-1=1返回第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析3、用雙轉(zhuǎn)動副構(gòu)件聯(lián)接兩構(gòu)件上距離不變的兩點(diǎn)。如圖：DC間 距離不變?nèi)鐖D：AB間 距離不變F=34-(26+0-1)-0=14、不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動的對稱部分，且p=2pl+ph-3n其中：n、pl、ph為重復(fù)部分構(gòu)件、低副和高副數(shù)。如：第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析其中：p=2pl+ph-3n =2所以，機(jī)構(gòu)自由度為：F=3n-(2pl+ph-p)-F =15-（10+6-2）-0 =1計(jì)算圖示圓盤鋸

22、機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算圖示圓盤鋸機(jī)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=10F=3n 2PL PH =37 2100 =1可以證明：可以證明：F點(diǎn)的軌跡為一直線。點(diǎn)的軌跡為一直線。12345678ABCDEF圓盤鋸機(jī)構(gòu)圓盤鋸機(jī)構(gòu)CDABGFoEE計(jì)算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度。計(jì)算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度。位置位置C，2個(gè)個(gè)低副低副復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈:局部自由度局部自由度 1個(gè)個(gè)虛約束虛約束EF=3n (2PL+PH P)F =38(211+1 2)1 =2第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析 例1：計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)自由度，并判斷機(jī)構(gòu)是否具有確定運(yùn)動。注：C 處為復(fù)合鉸鏈；E處為虛約束；F 處為局部自

23、由度F=36-(28+1-0)-0=1F=38-(210+1-0)-1=2例2：如圖所示，已知：DE=FG=HI，且相互平行；DF=EG，且相互平行；DH=EI，且相互平行。計(jì)算此機(jī)構(gòu)的自由度(若存在局部自由度、復(fù)合鉸鏈、虛約束請標(biāo)出）。局部自由度復(fù)合鉸鏈虛約束例3：計(jì)算圖所示機(jī)構(gòu)的自由度(若存在局部自由度、復(fù)合鉸鏈、虛約束請標(biāo)出）。局部自由度虛約束第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析2、7平面機(jī)構(gòu)組成原理平面機(jī)構(gòu)的組成原理2基本桿組的概念3 1平面機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析3 3第二章第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)都是由機(jī)架、原動件和從動件組構(gòu)成的。機(jī)構(gòu)都是由機(jī)架、原動件和從動件組構(gòu)成的。原動件從動件組機(jī)架

24、 一、基本桿組的概念一、基本桿組的概念第二章第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析基本桿組基本桿組 對具有確定相對運(yùn)動的對具有確定相對運(yùn)動的低副機(jī)構(gòu)低副機(jī)構(gòu)（原動件數(shù)（原動件數(shù)=自由度數(shù)），將原動件和自由度數(shù)），將原動件和機(jī)架拆下，剩余的從動件系統(tǒng)就是一個(gè)自由度為零的運(yùn)動鏈。若將其進(jìn)一步機(jī)架拆下，剩余的從動件系統(tǒng)就是一個(gè)自由度為零的運(yùn)動鏈。若將其進(jìn)一步拆為不可再拆的自由度為零的運(yùn)動鏈，即得到基本桿組。簡稱拆為不可再拆的自由度為零的運(yùn)動鏈，即得到基本桿組。簡稱“桿組桿組”DCAB+EFAODCBEF F=32-23=0O+第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析結(jié)論：34121）用桿組搭接機(jī)構(gòu)不代入多余的約束不代入

25、多余的自由度機(jī)構(gòu)的自由度不變。2）對桿組概念的理解：F=0，不能理解為不能動。而是，桿組參與搭接機(jī)構(gòu)時(shí)不會引入多余的約束和自由度。56第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析1 1、基本機(jī)構(gòu)、基本機(jī)構(gòu) （原動件原動件+機(jī)架）機(jī)架）2 2、機(jī)構(gòu)的組成、機(jī)構(gòu)的組成（基本機(jī)構(gòu)（基本機(jī)構(gòu)+桿組）桿組）3 3、平面機(jī)構(gòu)的級別、平面機(jī)構(gòu)的級別機(jī)構(gòu)的級別按其中所含桿組的最高機(jī)構(gòu)的級別按其中所含桿組的最高級別確定級別確定。第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析基本桿組的類型基本桿組的類型F=3 n 2 Pl=0由桿組的定義：3 n=2 Pl級組級組級組名稱構(gòu)件數(shù)、低副數(shù)桿組的基本型 n=2；Pl=3 n=4；Pl=6 n=4；Pl=6桿組的級

26、別按其中所含最大封閉形邊數(shù)確定。概念：桿組的外接副、內(nèi)接副。外接副內(nèi)接副常見2級桿組第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析級組的基本型 n=4；Pl=6ACB1234DEF桿組的演化途徑轉(zhuǎn)動副變移動副桿長的變化桿組的演化第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析三、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析是機(jī)構(gòu)組成的逆過程，也可稱為機(jī)構(gòu)的拆桿組。步驟及注意事項(xiàng)1。除去機(jī)構(gòu)中的虛約束和局部自由度。計(jì)算自由度，明確原動件。2。拆桿組。一般是從遠(yuǎn)離原動件處開始拆，應(yīng)首先試拆級組，若不成再試拆高一級桿組。重復(fù)進(jìn)行直至原動件。123456789567834 F=38-211=2第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析是機(jī)構(gòu)組成的逆過程，也可稱為機(jī)

27、構(gòu)的拆桿組。步驟及注意事項(xiàng)1。除去機(jī)構(gòu)中的虛約束和局部自由度。計(jì)算自由度，明確原動件。2。拆桿組。一般是從遠(yuǎn)離原動件處開始拆，應(yīng)首先試拆級組，若不成再試拆高一級桿組。重復(fù)進(jìn)行直至原動件。123456789567834 F=38-211=23。注意：（1）拆解桿組前后。自由度不應(yīng)發(fā)生變化。剩余部分還應(yīng)是機(jī)構(gòu)。（2）復(fù)合鉸鏈應(yīng)按復(fù)合的次數(shù)拆多次。（3）原動件的不同會直接影響機(jī)構(gòu)拆解次序和結(jié)果。級機(jī)構(gòu)三、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析例題：分別以2、6構(gòu)件為原動件，分析圖示機(jī)構(gòu)的組成。123456F=3 5-2 7 =1若以構(gòu)件2為原動件345612 級機(jī)構(gòu)例題：分別以2、6構(gòu)件為原動件，

28、分析圖示機(jī)構(gòu)的組成。123456F=3 5-2 7 =1若以構(gòu)件6為原動件234516 級機(jī)構(gòu)第二章 機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析2-9 平面機(jī)構(gòu)中的高副低代平面機(jī)構(gòu)中的高副低代高副低代高副低代 機(jī)構(gòu)中的高副以低副來代替的方法機(jī)構(gòu)中的高副以低副來代替的方法。（1）高副低代應(yīng)滿足的條件高副低代應(yīng)滿足的條件：1）代替前后機(jī)構(gòu)的自由度完全相同代替前后機(jī)構(gòu)的自由度完全相同；2）代替前后機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度完全相同代替前后機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度完全相同。（2）高副低代的方法：高副低代的方法：圓弧高副機(jī)構(gòu)圓弧高副機(jī)構(gòu)非圓弧高副機(jī)構(gòu)非圓弧高副機(jī)構(gòu)結(jié)論：在對平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行高副低代時(shí)，為了滿足高副低代的條件，只要用一個(gè)虛擬的構(gòu)件分別與兩高副構(gòu)件在接觸點(diǎn)的曲率中心處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)即可。若高副兩元素之一為直線，若高副兩元素之一為一個(gè)點(diǎn)，結(jié)論：在對高副機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，可根據(jù)高副低代的方法，先將高副機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為低副機(jī)構(gòu)，然后在進(jìn)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動及力分析。平面機(jī)構(gòu)中的高副低代平面機(jī)構(gòu)中的高副低代(2/2)則低代時(shí)虛擬構(gòu)件這一端的轉(zhuǎn)動副將轉(zhuǎn)化為移動副。則低代時(shí)虛擬構(gòu)件這一端的轉(zhuǎn)動副就在此點(diǎn)處。結(jié)構(gòu)分析