第2章機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

1、本章教學(xué)目的本章教學(xué)目的 了解機(jī)構(gòu)的組成，搞清運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)鏈、自由度了解機(jī)構(gòu)的組成，搞清運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)鏈、自由度等概念；等概念； 能繪制常用機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；能繪制常用機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖； 能計(jì)算平面機(jī)構(gòu)的自由度；能計(jì)算平面機(jī)構(gòu)的自由度；了解平面機(jī)構(gòu)組成的基本原理；了解平面機(jī)構(gòu)組成的基本原理； 掌握機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的方法。掌握機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的方法。本章教學(xué)基本內(nèi)容本章教學(xué)基本內(nèi)容2-2 機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的組成2-3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖2-5 平面機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)的的自由度自由度2-7 機(jī)構(gòu)的組成原理和機(jī)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)的組成原理和機(jī)構(gòu)分析 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：分析和綜合都是重要的，需要計(jì)算和分析確定機(jī)

2、構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制：工程技術(shù)人員必備技能 平面機(jī)構(gòu)：所有構(gòu)件都在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu) 了解機(jī)構(gòu)的組成原理和機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分類二、運(yùn)動(dòng)副及其分類二、運(yùn)動(dòng)副及其分類 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：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)副的接觸接觸部分。部分。 從制造加工角度：機(jī)械由零件組成從制造加工角度：機(jī)械由零件組成 零件零件制造單元體制造單元體 從運(yùn)動(dòng)和功能實(shí)現(xiàn)角度：從運(yùn)動(dòng)和功能實(shí)現(xiàn)角度： 構(gòu)件構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單元體獨(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)零件的剛性聯(lián)接注

3、意：構(gòu)件可以是單一零件，也可以是幾個(gè)零件的剛性聯(lián)接一、構(gòu)件一、構(gòu)件運(yùn)動(dòng)副元素不外乎運(yùn)動(dòng)副元素不外乎為點(diǎn)、線、面。為點(diǎn)、線、面。1. 構(gòu)件的自由度構(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。以以 f 表示。表示。2. 約束：約束：指通過(guò)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。 約束數(shù)以約束數(shù)以s表示。表示。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)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)：運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)：最少為最少為1個(gè)，個(gè)，最多為最多為5個(gè)。個(gè)。運(yùn)動(dòng)副的自由度：運(yùn)動(dòng)副的自由度：f=6s1. 按

4、運(yùn)動(dòng)副相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分按運(yùn)動(dòng)副相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式分 運(yùn)動(dòng)副分類運(yùn)動(dòng)副分類轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副移動(dòng)副螺旋副螺旋副球面副球面副 2. 按運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)分：按運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)分： X級(jí)運(yùn)動(dòng)副：指引入級(jí)運(yùn)動(dòng)副：指引入X個(gè)約束的運(yùn)動(dòng)副。個(gè)約束的運(yùn)動(dòng)副。級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副、級(jí)副級(jí)副級(jí)副級(jí)副級(jí)副級(jí)副級(jí)副級(jí)副3. 按運(yùn)動(dòng)副接觸形式分按運(yùn)動(dòng)副接觸形式分 低副低副: 兩構(gòu)件通過(guò)面接觸而構(gòu)成的兩構(gòu)件通過(guò)面接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副統(tǒng)稱為低副運(yùn)動(dòng)副統(tǒng)稱為低副; 高副高副: 凡兩構(gòu)件系通過(guò)點(diǎn)或線接觸凡兩構(gòu)件系通過(guò)點(diǎn)或線接觸而構(gòu)成的運(yùn)而構(gòu)成的運(yùn) 動(dòng)副統(tǒng)稱為高副動(dòng)副統(tǒng)稱為高副; 124. 按運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)空間

5、分按運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)空間分: 平面運(yùn)動(dòng)副平面運(yùn)動(dòng)副:指構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩指構(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)副運(yùn)動(dòng)副; 空間運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)副:指構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩指構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)。構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)。常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)（續(xù)）常用運(yùn)動(dòng)副的符號(hào)（續(xù)）三、運(yùn)動(dòng)鏈三、運(yùn)動(dòng)鏈 運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈:指兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而構(gòu)成的相對(duì)可指兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而構(gòu)成的相對(duì)可動(dòng)系統(tǒng)。動(dòng)系統(tǒng)。 閉鏈閉鏈: 運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首的各構(gòu)件構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。尾封閉的系統(tǒng)。 開(kāi)鏈開(kāi)鏈: 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件

6、未鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首尾封閉構(gòu)成首尾封閉的系統(tǒng)。的系統(tǒng)。平面運(yùn)動(dòng)鏈平面運(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。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)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)動(dòng)鏈 ?？臻g運(yùn)動(dòng)鏈空間運(yùn)動(dòng)鏈 四、機(jī)構(gòu)四、機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu):在運(yùn)動(dòng)鏈中將一構(gòu)在運(yùn)動(dòng)鏈中將一構(gòu)件加以固定件加以固定, 各構(gòu)件之間都各構(gòu)件之間都具有確定的運(yùn)動(dòng)，則運(yùn)動(dòng)鏈具有確定的運(yùn)動(dòng)，則運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)。便成為機(jī)構(gòu)。機(jī)架：機(jī)構(gòu)中固定不動(dòng)構(gòu)件。機(jī)架：機(jī)構(gòu)中固定不動(dòng)構(gòu)件。 平面機(jī)構(gòu)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)。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)。

7、空間機(jī)構(gòu)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)。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)。機(jī)架機(jī)架原動(dòng)件原動(dòng)件原動(dòng)件原動(dòng)件: 機(jī)構(gòu)中按已知給定機(jī)構(gòu)中按已知給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。的運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。從動(dòng)件從動(dòng)件:機(jī)構(gòu)其余活動(dòng)構(gòu)件。機(jī)構(gòu)其余活動(dòng)構(gòu)件。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 指為了表明機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況指為了表明機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)狀況, 不要求嚴(yán)格地按比例而不要求嚴(yán)格地按比例而繪制的簡(jiǎn)圖。繪制的簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：指根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸指根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸, 按一定的比例尺定按一定的比例尺定出各運(yùn)動(dòng)副的位置出各運(yùn)動(dòng)副的位置, 并用國(guó)標(biāo)規(guī)定的簡(jiǎn)單線條和符號(hào)代表構(gòu)并用國(guó)標(biāo)規(guī)定的簡(jiǎn)單線條和符

8、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(jiǎn)明圖形。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(jiǎn)明圖形。 機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)示意圖 常用運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件的表示方法常用運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件的表示方法為什么要畫機(jī)為什么要畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖？構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)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)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)。運(yùn)動(dòng)尺寸有關(guān)。一般構(gòu)件的表示方法一般構(gòu)件的表示方法常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)(續(xù)）續(xù)）例題一：繪制圖示顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖例題一：繪制圖示顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖分析：該機(jī)構(gòu)有分析：該機(jī)構(gòu)有6個(gè)構(gòu)件和個(gè)構(gòu)件和7個(gè)

9、轉(zhuǎn)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。動(dòng)副。123456 畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的方法畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的方法例題二、圖示為一沖床。繞固定中心例題二、圖示為一沖床。繞固定中心A轉(zhuǎn)動(dòng)的菱形盤轉(zhuǎn)動(dòng)的菱形盤1為為原動(dòng)件，與滑塊原動(dòng)件，與滑塊2在在B點(diǎn)鉸接，滑塊點(diǎn)鉸接，滑塊2推動(dòng)撥叉推動(dòng)撥叉3繞固定軸繞固定軸C轉(zhuǎn)動(dòng)，撥叉轉(zhuǎn)動(dòng)，撥叉3與圓盤與圓盤4為同一構(gòu)件，當(dāng)圓盤為同一構(gòu)件，當(dāng)圓盤4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿過(guò)連桿5使沖頭使沖頭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(jiǎn)圖。實(shí)現(xiàn)沖壓運(yùn)動(dòng)。試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的方法畫機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的方法ABCDE分析：分析：繪制簡(jiǎn)圖：繪制簡(jiǎn)圖：123456:1. 分析機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)情況，確定機(jī)構(gòu)中

10、的機(jī)架、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，以確定運(yùn)動(dòng)副的數(shù)原動(dòng)部分、傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分，以確定運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目。目。2. 循著運(yùn)動(dòng)傳遞的路線，逐一分析每?jī)蓚€(gè)構(gòu)件間相對(duì)循著運(yùn)動(dòng)傳遞的路線，逐一分析每?jī)蓚€(gè)構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，確定運(yùn)動(dòng)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。運(yùn)動(dòng)平面相平行的平面作為投影面。4. 選擇適當(dāng)?shù)谋壤哌x擇適當(dāng)?shù)谋壤? 定出各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，定出各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置，用規(guī)定的簡(jiǎn)單線條和各種運(yùn)動(dòng)副

11、符號(hào)用規(guī)定的簡(jiǎn)單線條和各種運(yùn)動(dòng)副符號(hào), 將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖畫出來(lái)。圖畫出來(lái)。小結(jié)：小結(jié)： 實(shí)例分析實(shí)例分析 四桿機(jī)構(gòu)動(dòng)畫四桿機(jī)構(gòu)動(dòng)畫給定一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)：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)。其余構(gòu)件有確定運(yùn)動(dòng)。 機(jī)構(gòu)中給定機(jī)構(gòu)中給定獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的構(gòu)件為原動(dòng)件。構(gòu)件為原動(dòng)件。 問(wèn)題：取運(yùn)動(dòng)鏈中某個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，其余問(wèn)題：取運(yùn)動(dòng)鏈中某個(gè)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(dòng)構(gòu)件在什么條件下才具有確定運(yùn)動(dòng)？具有確定運(yùn)動(dòng)的條件具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 結(jié)論結(jié)論機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為：機(jī)構(gòu)自由度機(jī)構(gòu)自由度F 0,機(jī)構(gòu)原動(dòng)件數(shù)機(jī)構(gòu)原動(dòng)件數(shù)=機(jī)構(gòu)自由度

12、數(shù)機(jī)構(gòu)自由度數(shù)五桿機(jī)構(gòu)五桿機(jī)構(gòu)給定一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)：給定一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)：機(jī)構(gòu)沒(méi)有確定運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)沒(méi)有確定運(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)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)目稱為機(jī)構(gòu)的自由度。動(dòng)參數(shù)的數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的自由度。給定兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)：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)有確定運(yùn)動(dòng)。假設(shè)平面機(jī)構(gòu)有假設(shè)平面機(jī)構(gòu)有n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件：個(gè)活動(dòng)構(gòu)件： 3n個(gè)自由度個(gè)自由度有有Pl個(gè)低副和個(gè)低副和Ph個(gè)高副：個(gè)高副： 平面自由構(gòu)件：平面自由構(gòu)件：3個(gè)自由度個(gè)自由度平面低副：引入平面低副：引入2個(gè)約束個(gè)約束平面高副：引入平面高副：引入1個(gè)約束個(gè)約束平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式：平面

13、機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式： 引入約束引入約束分析：分析： 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lh2p + p（）lhlhF = 3n-(2 p + p )= 3n-2 p - p自由度計(jì)算實(shí)例分析自由度計(jì)算實(shí)例分析 F=3n-2 Pl Ph=34 - 25-0=2F=3n-2 pl ph=33 - 24-0=1四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)五桿機(jī)構(gòu)五桿機(jī)構(gòu)1） 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈 實(shí)例分析實(shí)例分析1：計(jì)算圖示直線機(jī)構(gòu)自由度：計(jì)算圖示直線機(jī)構(gòu)自由度解：解：F=3n-2 pl ph=37 - 26-0=9解：解：F=3n-2 pl ph=37 - 210-0=1 兩個(gè)以上構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接即構(gòu)成復(fù)合鉸兩

14、個(gè)以上構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接即構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。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)。個(gè)。一、正確計(jì)算運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目?jī)蓸?gòu)件在幾處接觸兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成移動(dòng)副且導(dǎo)路而構(gòu)成移動(dòng)副且導(dǎo)路互相平行或重合?；ハ嗥叫谢蛑睾稀蓚€(gè)構(gòu)件組成在幾處兩個(gè)構(gòu)件組成在幾處構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副且各轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副且各轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線是重合的。的軸線是重合的。只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)副起約束只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)副起約束作用作用,一個(gè)低副。一個(gè)低副。2）. 兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成低副兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成低副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)若兩構(gòu)件在多處相接觸構(gòu)成平面高副，且各接

15、觸點(diǎn)處的公法線重合處的公法線重合,則只能算一個(gè)平面高副。若公法線方向則只能算一個(gè)平面高副。若公法線方向不重合，將提供各不重合，將提供各2個(gè)約束，個(gè)約束，相當(dāng)一個(gè)低副相當(dāng)一個(gè)低副。一個(gè)平面高副一個(gè)平面高副復(fù)合高副，相當(dāng)一個(gè)低副復(fù)合高副，相當(dāng)一個(gè)低副實(shí)例分析實(shí)例分析2：計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)自由度：計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)自由度解：解：F=3n-2 pl ph=33 - 23-1=2F=3n-2 pl ph - F =33 - 23-1-1=1方法二：假想構(gòu)件方法二：假想構(gòu)件2 2和和3 3焊成一體焊成一體F=3n-2 pl ph=32 - 22-1=1 二、二、 局部自由度局部自由度 機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局

16、部運(yùn)動(dòng)并不影響其他構(gòu)件的運(yùn)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)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表示表示.注意：計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)注意：計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí), 應(yīng)將局應(yīng)將局部自由度除去不計(jì)。部自由度除去不計(jì)。方法一：方法一： 指機(jī)構(gòu)在某些特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，有些約束指機(jī)構(gòu)在某些特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，有些約束對(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)這些對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)際上起重復(fù)約束作用的約束稱為虛約束，用動(dòng)實(shí)際上起重復(fù)約束作用的約束稱為虛約束，用P表示。表示。三、三、 虛

17、約束虛約束注意：在計(jì)算自由度時(shí)，應(yīng)將虛約束除去不計(jì)。注意：在計(jì)算自由度時(shí)，應(yīng)將虛約束除去不計(jì)。將因虛約束而減少的自由度再加上。將因虛約束而減少的自由度再加上。 即：即： F=3n-2 pl ph + P 不計(jì)引起虛約束的附加構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副數(shù)。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 pl ph去除虛約束的方法：去除虛約束的方法：lhp = 2 p + p - 3n F=3n-2 pl ph=34 - 26-0=0虛約束常出現(xiàn)的情況：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, 則該則該聯(lián)接引入聯(lián)接引入1個(gè)虛約束個(gè)虛約束;正確計(jì)算：

18、正確計(jì)算：將因虛約束而減少的自由度將因虛約束而減少的自由度再加上。再加上。 F=3n-2 pl ph + P =34 - 26-0+1=1不計(jì)引起虛約束的附加構(gòu)件不計(jì)引起虛約束的附加構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副數(shù)。和運(yùn)動(dòng)副數(shù)。F=3n-2 pl ph=33 - 24-0=1F=3n-2 pl ph=33 - 24-0=1F=3n-2 pl ph=34 - 26-0=0 分析：分析：E3和和E5點(diǎn)的軌跡重合，引入一個(gè)虛約束點(diǎn)的軌跡重合，引入一個(gè)虛約束正確計(jì)算：正確計(jì)算：F=3n-2 pl ph + P =34 - 26-0+1=13. 某些不影響機(jī)構(gòu)某些不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱部分或運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱部分或重復(fù)部分所帶入的

19、重復(fù)部分所帶入的約束為虛約束。約束為虛約束。2. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中, 某某兩構(gòu)件上的兩點(diǎn)之間的兩構(gòu)件上的兩點(diǎn)之間的距離始終保持不變距離始終保持不變, 將此將此兩點(diǎn)以構(gòu)件相聯(lián)兩點(diǎn)以構(gòu)件相聯(lián), 則將帶則將帶入入1個(gè)虛約束。個(gè)虛約束。23lhpppn小結(jié)小結(jié)復(fù)合復(fù)合鉸鏈處有鉸鏈處有m個(gè)構(gòu)件則有個(gè)構(gòu)件則有(m-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成重復(fù)的低副：兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成重復(fù)的低副：1個(gè)個(gè)低副低副 兩構(gòu)件接觸而構(gòu)成公法線重合的高副：兩構(gòu)件接觸而構(gòu)成公法線重合的高副：1個(gè)個(gè)高副；否則高副；否則1個(gè)低副個(gè)低副 正確計(jì)算正確計(jì)算運(yùn)動(dòng)副數(shù)運(yùn)動(dòng)副數(shù) 局部自由度局部自由度常發(fā)生在為減小高

20、副磨損而將滑動(dòng)摩擦常發(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。變成滾動(dòng)摩擦所增加的滾子處。正確處理方法：計(jì)算自由度時(shí)將局部自正確處理方法：計(jì)算自由度時(shí)將局部自由度減去。由度減去。 虛約束虛約束存在于特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下。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)。運(yùn)動(dòng)副除去不計(jì)。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，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)。并判斷該機(jī)構(gòu)是否有確定運(yùn)動(dòng)。復(fù)合鉸鏈：復(fù)合鉸鏈：D包含包含2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副局部自由度：局部自由度：F

21、=2虛約束：桿虛約束：桿8及轉(zhuǎn)動(dòng)副及轉(zhuǎn)動(dòng)副F、I引引入入1個(gè)虛約束個(gè)虛約束:p=1計(jì)算自由度前直接去除虛約計(jì)算自由度前直接去除虛約束和局部自由度：束和局部自由度：計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析 n=6 pl=7 ph=3 F=3n-2pl-ph=1 n=9 pl=11 ph=3 F=3n-2pl-ph+ p - F =1典型例題二：計(jì)典型例題二：計(jì) 算算 圖圖 示示 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu) 的的 自自 由由 度，度， 如如 有有 復(fù)復(fù) 合合 鉸鉸 鏈、鏈、 局局 部部 自自 由由 度度 和和 虛虛 約約 束，需束，需 明明 確確 指指 出。出。 畫畫 箭箭 頭頭 的的 構(gòu)構(gòu) 件件 為

22、為 原原 動(dòng)動(dòng) 件。件。復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈解：分析解：分析局部自由度局部自由度1 1個(gè)虛約束個(gè)虛約束復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析典型例題二（續(xù)）典型例題二（續(xù)）L LHH8 81 11 1 1 1n np pp p 、L LH H3 32 23 38 82 21 1 1 11 11 1F Fn np pp p 復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈局部自由度局部自由度1 1個(gè)虛約束個(gè)虛約束復(fù)合鉸鏈復(fù)合鉸鏈計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度典型例題分析一、機(jī)構(gòu)的組成原理一、機(jī)構(gòu)的組成原理機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件： 自由度數(shù)自由度數(shù)=原動(dòng)件數(shù)原動(dòng)件數(shù)基本

23、桿組：把機(jī)構(gòu)中最后不能再拆分的自由度為零的構(gòu)件基本桿組：把機(jī)構(gòu)中最后不能再拆分的自由度為零的構(gòu)件組稱為機(jī)構(gòu)的基本桿組。組稱為機(jī)構(gòu)的基本桿組。1. 桿組桿組機(jī)架和原動(dòng)件與從動(dòng)件組分開(kāi)：機(jī)架和原動(dòng)件與從動(dòng)件組分開(kāi)： 從動(dòng)構(gòu)件組自由度為零。從動(dòng)構(gòu)件組自由度為零。可以再拆成更簡(jiǎn)單的可以再拆成更簡(jiǎn)單的自由度為零的桿組自由度為零的桿組對(duì)于全低副的桿組：對(duì)于全低副的桿組：n個(gè)構(gòu)件、個(gè)構(gòu)件、pl個(gè)低副個(gè)低副 基本桿組的分類基本桿組的分類 根據(jù)根據(jù)n的取值基本桿組分為以下幾種情況：的取值基本桿組分為以下幾種情況：（1）n=2, pl=3的雙桿組：又叫的雙桿組：又叫級(jí)桿組級(jí)桿組 常見(jiàn)常見(jiàn)級(jí)桿組的形式為級(jí)桿組的形式

24、為n和和pl為整數(shù)為整數(shù)n=2,4,6PL=3，6，9320320L LnPnP2 23 3L LnPnP （2）n=4, pl=6的桿組，稱為的桿組，稱為級(jí)桿組級(jí)桿組 特征為桿組中具有一個(gè)三副構(gòu)件。特征為桿組中具有一個(gè)三副構(gòu)件。常見(jiàn)的三種形式為常見(jiàn)的三種形式為23lnp（3）更高級(jí)別的桿組）更高級(jí)別的桿組 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)。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. 2. 機(jī)構(gòu)的組成原理機(jī)構(gòu)的組成原理動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示機(jī)構(gòu)組成過(guò)程機(jī)構(gòu)組成過(guò)程 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

25、應(yīng)遵循的原則機(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(jiǎn)單、桿組的級(jí)別越低、構(gòu)要求的條件下，機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單、桿組的級(jí)別越低、構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)越少越好。件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)越少越好。二、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類二、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類 II級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu) 指機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級(jí)別為指機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級(jí)別為II級(jí)的機(jī)構(gòu)。級(jí)的機(jī)構(gòu)。 III級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu) 指機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級(jí)別為指機(jī)構(gòu)中基本桿組的最高級(jí)別為III級(jí)組的機(jī)構(gòu)。級(jí)組的機(jī)構(gòu)。級(jí)機(jī)構(gòu)級(jí)機(jī)構(gòu) 只由機(jī)架和原動(dòng)件組成的機(jī)構(gòu)稱為只由機(jī)架和原動(dòng)件組成的機(jī)構(gòu)

26、稱為級(jí)的機(jī)構(gòu)。級(jí)的機(jī)構(gòu)。 （杠桿機(jī)構(gòu)、斜面機(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)：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(jí)別進(jìn)行分類。根據(jù)機(jī)構(gòu)中基本桿組的級(jí)別進(jìn)行分類。 結(jié)構(gòu)分析目的結(jié)構(gòu)分析目的 三、平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析三、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(jí)別。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。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(guò)程結(jié)構(gòu)分析的過(guò)程拆桿組拆桿組 從離原動(dòng)件最遠(yuǎn)的構(gòu)件開(kāi)始試拆，先拆從離原動(dòng)件最遠(yuǎn)的構(gòu)件開(kāi)始試拆，先拆II級(jí)組，若不級(jí)組，若不成，再拆成，再拆III級(jí)組，每拆出一個(gè)桿組后，機(jī)構(gòu)的剩余部分仍級(jí)組，每拆

27、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)構(gòu)有相同自由度的機(jī)構(gòu)，直到只剩原動(dòng)件應(yīng)是一個(gè)與原機(jī)構(gòu)有相同自由度的機(jī)構(gòu)，直到只剩原動(dòng)件為止。為止。 桿組拆分原則桿組拆分原則 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析步驟機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析步驟典型例題典型例題1：試確定圖示機(jī)構(gòu)級(jí)。試確定圖示機(jī)構(gòu)級(jí)。1、正確計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度；、正確計(jì)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、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(jí)別。、最后定出機(jī)構(gòu)的級(jí)別。桿組拆分示例桿組拆分示例 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)分析的方法適用于所有平面機(jī)構(gòu)，需要進(jìn)行平面機(jī)構(gòu)的高副低代。適用于所有平面機(jī)構(gòu)，需要進(jìn)行平面機(jī)

28、構(gòu)的高副低代。 高副低代的含義高副低代的含義 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(lái)代替的方法。低副來(lái)代替的方法。 高副低代的條件：高副低代的條件：代替前后機(jī)構(gòu)的自由度不變；代替前后機(jī)構(gòu)的自由度不變；代替前后機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度不變。代替前后機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度不變。高副低代方法高副低代方法 結(jié)論結(jié)論：用一個(gè)含有兩個(gè)低副的虛擬構(gòu)件來(lái)代替高副，且兩：用一個(gè)含有兩個(gè)低副的虛擬構(gòu)件來(lái)代替高副，且兩轉(zhuǎn)動(dòng)副位置分別在兩高副兩元素接觸點(diǎn)處的曲率中心。轉(zhuǎn)動(dòng)副位置分別在兩高副兩元素接觸點(diǎn)處的曲率中心。分析：分析：高副：提供高副：提供1個(gè)約束個(gè)約束低副：提供低副：提供2個(gè)約束個(gè)約束不能直接用低副來(lái)代替，如不能直接用低副來(lái)代替，如何進(jìn)行高副低代？何進(jìn)行高副低代？高副兩元素均為圓弧高副兩元素均為圓弧高副元素為非圓曲線高副元素為非圓曲線高副兩元素之一為直線高副兩元素之一為直線高副兩元素之一為一點(diǎn)高副