机械原理课件第2章

1、 内容：内容：1) )机构的组成；机构的组成； 2) )机构具有确定运动的条件；机构具有确定运动的条件； 3) )机构的自由度；机构的自由度； 4) )机构的组成原理。机构的组成原理。 目的：目的：研究机构在何种条件下可动，研究机构在何种条件下可动， 具备何种条件时具有确定的相具备何种条件时具有确定的相 对运动。对运动。 ( (Composition of mechanism) 2.1.1 构件构件 组成：组成： 2.1 基本概念基本概念 独立运动的单元体。独立运动的单元体。 由单个或多个零件刚性构成。由单个或多个零件刚性构成。 A xA yA zA x y z O S 构件所具有的独立运动的

2、数目。构件所具有的独立运动的数目。 A x y O yA xA S 2.1.2 自由度自由度 2.1.3 约束约束 2.1.4 运动副运动副 构件的约束数构件的约束数=构件失去的自由度数构件失去的自由度数 对独立运动的限制。对独立运动的限制。 两个构件直接接触，并能产生一定相两个构件直接接触，并能产生一定相 对运动的连接对运动的连接。 1 2 x y (a) O y x O 1 2 (b) n n 1 2 (c) t t 运动副的类型运动副的类型 引入引入n个约束的运个约束的运 动副称为动副称为n级副。级副。 (n0，此机构具有的独立运动数目大于，此机构具有的独立运动数目大于 零，可动。零，可

3、动。 机构可动的条件为：机构可动的条件为：F0 若若F=2，则机构独立运动数目为，则机构独立运动数目为2，需要两个，需要两个 主动件带动，其他构件就具有确定运动；主动件带动，其他构件就具有确定运动； 同理：若同理：若F=m，则需要，则需要m个主动件，其他构件个主动件，其他构件 才有确定运动。才有确定运动。 机构具有确定运动的条件为：机构具有确定运动的条件为： 例例1 n=3, PL=4, PH=0, D C A B 4 3 1 2 计算下列机构的自由度。计算下列机构的自由度。 解：解： 则则 1 04233 F 例例2 n=4, PL=5, PH=0, 2 05243 F 例例3 n=3, P

4、L=4, PH=0, 1 04233 F D C A B E 4 3 1 2 5 C A B 1 2 3 4 解：解： 解：解： 则则 则则 例例4 n=7, PL=6, PH=0, 9 06273 F 显然，错误显然，错误！ 2.3.3 计算机构自由度时的注意事项计算机构自由度时的注意事项 1.复合铰链复合铰链两个以上构件在同一处铰两个以上构件在同一处铰 接接, , 所构成的转动副称为所构成的转动副称为 复合铰链。复合铰链。 A E D C B F 1 2 54 3 6 8 7 解：解： 则则 若若m个构件在同一点连接，则转动副数为个构件在同一点连接，则转动副数为( (m-1)-1)。 注：

5、注：“m个构件个构件”中的构件包括机架。中的构件包括机架。 如：如： 两个转动副两个转动副3个转动副个转动副 2 1 3 A 1 23 4 1 23 3 1 2 PL=2 再看上述例再看上述例4。 n=7, PL=10, PH=0, 1 2021 010273 F 2. 局部自由度局部自由度 对整个机构的运动无影响的自由度。对整个机构的运动无影响的自由度。 A E D C B F 1 2 54 3 6 8 7 解：解： 则则 n=3, PL=3, PH=1， 2 13233 F 与实际不符！与实际不符！ n=2,PL=2,PH=1， 1 12223 F 有局部自由度的地方，应将其去掉，有局部自

6、由度的地方，应将其去掉， 看做将滚子与从动件焊在一起。看做将滚子与从动件焊在一起。 w w 1 2 3 4 w w 1 2 3 则则 则则 3. 虚约束虚约束 对机构的对机构的运动运动不起作用的约束。不起作用的约束。 则则 则则 F=33240=1 F=34260=0 4 2 3 1 C D B A ABCD = 4 3 1 C D B A E F 2 5 ABCDEF = = AB CD EF = 机车车轮联动机构机车车轮联动机构 机构中有虚约束时，应将虚约束去掉机构中有虚约束时，应将虚约束去掉。 虚约束常出现的场合如下：虚约束常出现的场合如下： 1）轨迹重合）轨迹重合 要注意几何条件，有时

7、需证明。要注意几何条件，有时需证明。 n=4, PL=6, PH=0, 0 06243 F 实际上机构可动，算出实际上机构可动，算出F=0 是因为有虚约束存在。是因为有虚约束存在。 B D C A 4 3 2 1 AB=BC=BD ACAD 2 4 3 1 5 则则 需证明当需证明当D点滑块拿掉后，仍有点滑块拿掉后，仍有ACAD， 即即 证明：证明： 42, 31 CDBCAB 即即 将将D点滑块去掉后点滑块去掉后, ,n=3, ,PL=4, ,PH=0, , 。9021 9021 1804321 2 3 1 5 B D C A 4 3 2 1 AB=BC=BD ACAD 则则 F=33240

8、=1 2）两构件组成多个移动副且导路平行，两构件组成多个移动副且导路平行， 或组成多个转动副且轴线重合，则只考或组成多个转动副且轴线重合，则只考 虑一处约束，其他看做虚约束；虑一处约束，其他看做虚约束；若两构若两构 件组成多个高副且公法线重合，则也只件组成多个高副且公法线重合，则也只 考虑一处约束考虑一处约束。如下图所示。如下图所示。 3）对机构运动不起作用的结构对称）对机构运动不起作用的结构对称 部分所带来的约束，也存在虚约束。部分所带来的约束，也存在虚约束。 n=3, PL=3, PH=2, 1 23233 F 则则 1 4 3 2 例例1: :计算下列机构的自由度。计算下列机构的自由度。

9、 1) ) n=8,PL=11,PH=1,解：解： C C D D B B AE F B D C ABCDEF = 1 5 4 3 2 6 7 8 9 局局复复 复复 虚虚 F=382111=1 则则 2) ) n=6,PL=8,解：解：PH=1, AB CD A BC D = 1 6 5 4 3 2 7 虚虚 局局 则则 F=36281=1 3) ) n=4,PL=4,PH=2, 5 4 3 2 1 解：解： F=34242=2 则则 A B C D E F G H 例例2: :试判断下列机构运动是否确定，若试判断下列机构运动是否确定，若 不确定，如何改正？不确定，如何改正？ 1) ) n=

10、5, PL=7,PH=1, 1 2 5 6 4 3 解：解： 则则 F=35271=0 若将若将C点改成下图所示，则点改成下图所示，则 n=6,PL=8,PH=1， A B C DE F G 1 2 5 6 4 3 7 H F=36281=1 所以所以 2) ) n=3, PL=4, PH=1， 即机构不能运动。即机构不能运动。 若将若将D点改为如左图点改为如左图 所示，则所示，则 n=4,PL=5,PH=1， A D CB F E 5 4 3 2 1 A D C B F E 4 3 2 1 解：解： 则则 所以所以 F=33241=0 F=34251=1 A B C D F EE G H F

11、=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1 C:复合铰链复合铰链 E：虚约束：虚约束 滚子为局部滚子为局部 自由度自由度 推土机机构推土机机构 F=3*5-2*7=1 锯木机机构锯木机机构 F=3*8-2*11-1=1 平炉渣口堵塞机构 平炉渣口堵塞机构 F=3*6-2*8-1=1 测量仪表机构测量仪表机构 F=3*6-2*8-1=1 缝纫机送布机构缝纫机送布机构 F=3*4-2*4-2=2 2.4.1 高副低代高副低代 1. .定义定义 将机构中的高副根据一定的条件用虚拟将机构中的高副根据一定的条件用虚拟 的低副来等效替代，这种方法为高副低代。的低副来等效替代，这种方法为高副低代。 2.

12、.条件条件 1) )代替前后机构的自由度数必相同；代替前后机构的自由度数必相同； 2) )代替前后机构的瞬时运动必相同。代替前后机构的瞬时运动必相同。 3. .方法方法 用一个构件两个低副代替一个高副。用一个构件两个低副代替一个高副。 2.4 平面机构的高副低代、结构分析与组成原理平面机构的高副低代、结构分析与组成原理 ( (Lower pair replacing higher pair，structure analysis and composing principle of planar mechanism) ) 2.4.2 平面机构的结构分析及机构组成原理平面机构的结构分析及机构组成原理 1. .平面机构的平面机构的结构分类结构分类 杆组：杆组： 不可再拆的自由度为零的构件组称不可再拆的自由度为零的构件组称 为基本杆组，简称杆组。为基本杆组，简称杆组。 F=3n-2PL nP 2 3 L 3 2 6 4 级杆组级杆组 级杆组级杆组 级杆组：级杆组： 级杆组：级杆组： 机构的级