第一章机构结构分析

1、精选ppt1机械原理机械原理绪论绪论平面机构的结构分析平面机构的结构分析绪论绪论机械原理课程研究的对象机械原理课程研究的对象机械原理课程的研究内容机械原理课程的研究内容机械原理课程的地位及学习本课程的目的机械原理课程的地位及学习本课程的目的机械原理课程的学习方法机械原理课程的学习方法机械原理参考文献机械原理参考文献精选ppt3一、机械原理课程研究的对象一、机械原理课程研究的对象v基本概念基本概念 v机械原理的研究对象机械原理的研究对象 精选ppt4内燃机内燃机精选ppt5自行车、缝纫机精选ppt6轿车、翻斗车精选ppt7美国西科斯基公司生产的“黑鹰”直升机主旋翼主旋翼尾尾旋旋翼翼精选ppt8普

2、通车床普通车床精选ppt9数控车床数控车床精选ppt10焊接工业机器人焊接工业机器人2020世纪中后期，出现以机电一体化技术为代表的机器人世纪中后期，出现以机电一体化技术为代表的机器人。精选ppt11非制造环境下的机器人非制造环境下的机器人- -步行拟人机器人步行拟人机器人精选ppt12“神舟五号神舟五号”发射时的情景。发射时的情景。发射塔发射塔、运载火箭运载火箭都是庞大的都是庞大的机器机器。2020世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在航空航天，海世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在航空航天，海洋舰船等领域开发出了众多高新机械产品，如火箭、卫星、宇宙洋舰船等领域开发出了众多高新机械产品，如

3、火箭、卫星、宇宙飞船、空间站、航空母舰、深海探测器等飞船、空间站、航空母舰、深海探测器等精选ppt13世世 界界 最最 小小 的的 微微 型型 机机 械械 人人Worlds smallest robot美国山迪亚国美国山迪亚国家实验室的科家实验室的科学家，成功研学家，成功研制了相信是世制了相信是世界最小的微型界最小的微型机械人，这微机械人，这微型机械人体积型机械人体积只有四分之一只有四分之一立方寸，体重立方寸，体重小於一盎司。小於一盎司。 2121世纪，智能机械、微型机构、仿生机械的蓬勃发展，将促进世纪，智能机械、微型机构、仿生机械的蓬勃发展，将促进材料、信息、计算机技术、自动化等领域的交叉与

4、融合，进一步丰材料、信息、计算机技术、自动化等领域的交叉与融合，进一步丰富和发展机械基础学科知识。富和发展机械基础学科知识。精选ppt14“鹊桥相会鹊桥相会”牛郎机器人牛郎机器人精选ppt15v机器机器v机构机构基本概念基本概念 精选ppt16机器机器v机器机器: :执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与信息物料与信息 。精选ppt17机构机构v 机构：机构：机器中执行机械运动的装置机器中执行机械运动的装置。精选ppt18连杆机构、凸轮机构、齿轮机构连杆机构、凸轮机构、齿轮机构 等等.v工程实际中常用的机构工程实际中常用的机构:机构机构精选ppt

5、19v机构与机器机构与机器共同点：共同点：实现机械运动的装置。实现机械运动的装置。 从运动学的观点看，二者一样。从运动学的观点看，二者一样。不同点：不同点：机构没有能量的转换和信息的传递。机构没有能量的转换和信息的传递。 从机械运动的观点看问题，机构与机器无本质区别。从机械运动的观点看问题，机构与机器无本质区别。机械是机器与机构的总称。机械是机器与机构的总称。精选ppt20v现代机器由四个部分组成现代机器由四个部分组成机器的组成机器的组成 精选ppt21v研究对象：研究对象：机构机构机械原理的研究对象机械原理的研究对象v机构的种类、机构的组成、机构的分析、机构的种类、机构的组成、机构的分析、机

6、构的运动、机构的受力、机构的设计以及机构的运动、机构的受力、机构的设计以及机构系统的设计等。机构系统的设计等。精选ppt22v构件构件：机构中独立的运动单元体。机构中独立的运动单元体。 一个构件可以是单一的整体一个构件可以是单一的整体; ;也可以是由多个零件固结而成。也可以是由多个零件固结而成。v零件零件：单独加工制造的单元。单独加工制造的单元。构件构件精选ppt23二、机械原理课程的研究内容二、机械原理课程的研究内容精选ppt24三、机械原理课程的地位及学习本课程的目的三、机械原理课程的地位及学习本课程的目的v机械原理课程的定位机械原理课程的定位v机械设计的一般过程机械设计的一般过程v学习本

7、课程的目的学习本课程的目的精选ppt25基础课程基础课程技术基础课程技术基础课程专业课程专业课程更接近工程实际更接近工程实际知识面更宽、适应性更广知识面更宽、适应性更广机械原理机械原理v机械原理研究各种机械所具有的共性问题机械原理研究各种机械所具有的共性问题。1.机械原理课程的定位机械原理课程的定位v机械工程类专业中的一门重要技术基础课程，机械工程类专业中的一门重要技术基础课程，在机械设计过程中有独特的应用。在机械设计过程中有独特的应用。精选ppt262.机械设计的一般过程机械设计的一般过程1)1)根据社会的需求，确定待研制开发的产品对象；根据社会的需求，确定待研制开发的产品对象；2)2)市场

8、调查与研究；市场调查与研究；3)3)确定产品的具体功能目标；确定产品的具体功能目标；4)4)拟订待设计产品的机械系统运动方案；拟订待设计产品的机械系统运动方案；5)5)机构及其机构系统的设计；机构及其机构系统的设计；6)6)机械结构与强度设计；机械结构与强度设计；7)7)制造样机与调试；制造样机与调试；8)8)安排投产。安排投产。精选ppt27v为学习机械设计和机械类有关专业课以及掌握为学习机械设计和机械类有关专业课以及掌握新的科学技术打好工程技术的理论基础；新的科学技术打好工程技术的理论基础；v为机械的合理使用和革新改造打好良好基础；为机械的合理使用和革新改造打好良好基础；v为产品的创新设计

9、奠定基础为产品的创新设计奠定基础。3. 3. 学习本课程的目的学习本课程的目的精选ppt28四、机械原理课程的学习方法四、机械原理课程的学习方法v注意将前面已经学过的相关课程的知识与本课程注意将前面已经学过的相关课程的知识与本课程学习的灵活结合；学习的灵活结合； 如如: :理论力学、高等数学、机械制图等理论力学、高等数学、机械制图等. .v学习知识的同时，注重能力的培养；学习知识的同时，注重能力的培养； 注重实践和实验，增强动手能力。注重实践和实验，增强动手能力。v重视逻辑思维能力培养的同时，加强形象思维能重视逻辑思维能力培养的同时，加强形象思维能力的培养；力的培养；v适应本课程的概念、术语、

10、特有的一些简化方法适应本课程的概念、术语、特有的一些简化方法和实用方法，将课程的分析方法和实际相结合。和实用方法，将课程的分析方法和实际相结合。精选ppt29四、机械原理课程的学习方法四、机械原理课程的学习方法精选ppt30五、机械原理参考文献五、机械原理参考文献v申永胜申永胜机械原理机械原理 清华大学出版社清华大学出版社v申永胜申永胜机械原理辅导与习题机械原理辅导与习题 清华大学出版社清华大学出版社v孙桓孙桓 机械原理机械原理 高等教育出版社高等教育出版社v葛文杰葛文杰机械原理常见题型解析及模拟题机械原理常见题型解析及模拟题 西北工业西北工业大学出版社大学出版社v郑文纬郑文纬机械原理机械原理

11、 高等教育出版社高等教育出版社v崔正昀崔正昀机械设计基础机械设计基础天津大学出版社天津大学出版社精选ppt31机构的组成机构的组成机构运动简图机构运动简图平面机构的自由度平面机构的自由度平面机构的组成原理与结构分析平面机构的组成原理与结构分析 精选ppt321 1 机构的组成机构的组成v构件构件v运动副运动副 v运动链运动链v机构机构精选ppt33 构件和运动副是组成机构的基本要素。构件和运动副是组成机构的基本要素。v 构件构件： 机构中独立的运动单元体。机构中独立的运动单元体。一、构件一、构件精选ppt34v运动副运动副定义定义二、运动副二、运动副v运动副运动副类型类型v运动副代表符号运动副

12、代表符号精选ppt35v运动副元素：运动副元素：两构件参与接触而构成运动副的部分。两构件参与接触而构成运动副的部分。 有：点、线、面三种有：点、线、面三种。v运动副：运动副：两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接。两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接。精选ppt36v运动副的类型运动副的类型q 按相对运动的形式按相对运动的形式平面运动副：平面运动副：相对运动为平面运动的运动副。相对运动为平面运动的运动副。按两构件之间相对运动方式、两构件的接触方式分类按两构件之间相对运动方式、两构件的接触方式分类空间运动副：空间运动副：相对运动为空间运动的运动副相对运动为空间运动的运动副。精选ppt37q

13、按接触形式按接触形式 低副低副：两构件通过两构件通过面接触面接触组成的运动副；组成的运动副； 高副高副：两构件通过两构件通过点或线接触点或线接触组成的运动副。组成的运动副。v运动副的类型运动副的类型精选ppt38平面低副平面低副转动副：记作转动副：记作R.固定铰链固定铰链活动铰链活动铰链移动副：移动副： 记作记作P.Rovolute PairPrismatic Pairv运动副的类型运动副的类型精选ppt39v代表运动副的符号代表运动副的符号( 摘自国标摘自国标4460-84)u转动副转动副u移动副移动副u平面高副平面高副精选ppt40两活动构件组成的运动副两活动构件组成的运动副构件的运动平面

14、为纸面构件的运动平面为纸面运动平面与纸面垂直运动平面与纸面垂直u转动副转动副 精选ppt41两构件之一固定时的运动副两构件之一固定时的运动副构件的运动平面为纸面构件的运动平面为纸面运动平面与纸面垂直运动平面与纸面垂直u转动副转动副 精选ppt42u移动副移动副 两活动构件组成的运动副两活动构件组成的运动副两构件之一固定时两构件之一固定时精选ppt43u平面高副：平面高副：照实绘出两高副元素的轮廓曲线。照实绘出两高副元素的轮廓曲线。精选ppt44三、三、运动链运动链v运动链运动链：若干个构件通过运动副连接起来组成的相互：若干个构件通过运动副连接起来组成的相互间可作相对运动的构件系统。间可作相对运

15、动的构件系统。闭式运动链：闭式运动链： 运动链的各构件构成首运动链的各构件构成首末封闭的系统。末封闭的系统。开式运动链开式运动链 运动链的各构件未构成运动链的各构件未构成首末封闭系统。首末封闭系统。v分类分类精选ppt45四、四、机构机构v机构：有一个构件为机架，并具有确定相对运动机构：有一个构件为机架，并具有确定相对运动的运动链。的运动链。精选ppt46四、四、机构机构机架机架：固定不动的构件。：固定不动的构件。原动件原动件：按给定的运动规律作独立运动的构件。：按给定的运动规律作独立运动的构件。从动件从动件：随原动件的运动而运动的其余活动构件。：随原动件的运动而运动的其余活动构件。n 输出构

16、件输出构件：其中输出预期运动的从动件。：其中输出预期运动的从动件。v机构是由机架、原动件和从动件组成的。机构是由机架、原动件和从动件组成的。精选ppt47平面机构：平面机构：机构中各构件的运动平面互相平行。机构中各构件的运动平面互相平行。空间机构：空间机构：机构中至少有一构件不在相互平行的机构中至少有一构件不在相互平行的平面上运动。平面上运动。 低副机构：低副机构：完全由低副连接而成的机构。完全由低副连接而成的机构。 高副机构：高副机构：只要含有一个高副的机构只要含有一个高副的机构 。v分类分类四、四、机构机构2 2 机构运动简图机构运动简图v基本概念基本概念v机构运动简图的绘制方法机构运动简

17、图的绘制方法精选ppt49简易冲床的构造图简易冲床的构造图机构运动简图机构运动简图精选ppt50 机构简图机构简图 一、基本概念一、基本概念机构运动简图：机构运动简图：按比例尺绘制的机构简图。按比例尺绘制的机构简图。机构示意图：机构示意图：不按比例尺绘制的机构简图。不按比例尺绘制的机构简图。 用国标规定的简单线条和符号表示机构的组成用国标规定的简单线条和符号表示机构的组成情况和运动情况的图形。情况和运动情况的图形。精选ppt51 机构运动简图的特点机构运动简图的特点 反映机构中构件的数目；反映机构中构件的数目；反映机构中运动副的类型和数目；反映机构中运动副的类型和数目；表示出各运动副的相对位置

18、（运动尺寸）表示出各运动副的相对位置（运动尺寸）能完全表达原机械具有的运动特性。能完全表达原机械具有的运动特性。精选ppt52 机构运动简图的特点机构运动简图的特点 v长度比例尺长度比例尺 l = =运动尺寸实际长度运动尺寸实际长度/ /图示长度，图示长度， 单位：单位：mm/mm, m/mmmm/mm, m/mm，取值取为简单数。取值取为简单数。（ l 1 1 mm/mm mm/mm ，将原图，将原图缩小缩小； l 1 1 mm/mm mm/mm，将原图，将原图放大。放大。）精选ppt53分析研究机构运动的分析研究机构运动的“模型模型”。机构运动简图的作用机构运动简图的作用 表达机构设计的目

19、标。表达机构设计的目标。设计说明的文件。设计说明的文件。构造设计的依据。构造设计的依据。专利性质的判据。专利性质的判据。精选ppt54常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号构构件件精选ppt55凸凸轮轮机机构构高副元素：高副元素：点、曲线点、曲线高副元素：高副元素：圆、曲线圆、曲线高副元素：高副元素：直线、曲线直线、曲线常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号精选ppt56齿齿轮轮机机构构常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号一对相切的节圆一对相切的节圆精选ppt57齿齿轮轮传传动动常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号精选ppt58绘制步骤绘制步骤分析机构的组成和运动情况，分清构件并用

20、数字分析机构的组成和运动情况，分清构件并用数字编号（编号（1 1，2 2，3 3） 。认清运动副的类型，依次用大写英文字母编号认清运动副的类型，依次用大写英文字母编号(A,B,C(A,B,C），），合理选择投影面。合理选择投影面。测出每个构件上的运动尺寸。测出每个构件上的运动尺寸。用规定的线条和符号绘制出机构运动简图。用规定的线条和符号绘制出机构运动简图。 二、二、机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制精选ppt59二、二、机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制例例1 1：绘制液压泵的机构运动简图：绘制液压泵的机构运动简图例例2-12-1绘制简易冲床机构的运动简图绘制简易冲床机构的运动简图精选pp

21、t60例例1 1：绘制液压泵的机构运动简图：绘制液压泵的机构运动简图分析机构分析机构: :分清机架、原动件及从动件，并按连接顺序分清机架、原动件及从动件，并按连接顺序给构件用数字编号。给构件用数字编号。机架机架1 1、偏心轴、偏心轴2 2、环状构件、环状构件3 3 和隔板和隔板4 4。原动件原动件 从动件从动件构件：构件： 运动单元运动单元精选ppt61精选ppt62v认清运动副的类型和数目，依次用大写英文字认清运动副的类型和数目，依次用大写英文字母编号。母编号。 构件构件1 1、2 2：转动副：转动副A A构件构件2 2、3 3：转动副：转动副B B构件构件3 3、4 4：转动副：转动副C

22、C构件构件4 4、1 1：移动副：移动副D D( (根据相联两构件间的相对运动形态，或运动副元素的根据相联两构件间的相对运动形态，或运动副元素的形状及接触型式。形状及接触型式。) ) 精选ppt63合理选择投影面。合理选择投影面。 移动副的固定导路线通过固定铰链移动副的固定导路线通过固定铰链A A的中心。的中心。v测出每个构件的运动尺寸。测出每个构件的运动尺寸。构件构件2 2： lABAB= =5 mm5 mm, ,提问提问:转动副转动副C、A中心间的距离是运动尺寸吗？中心间的距离是运动尺寸吗？不是不是。同一个构件上两同一个构件上两转动副中心间的转动副中心间的距离距离。偏心轴偏心轴2直径的大小

23、影响机构的运动吗？直径的大小影响机构的运动吗？不影响。不影响。选择与构件的运动平面相平行的平面为投影面。选择与构件的运动平面相平行的平面为投影面。构件构件3 3： lBCBC=10mm,精选ppt64按一定的顺序绘图按一定的顺序绘图ABC选择选择 l =0.5 mm/mm，根据运动尺寸，先确定出机架上根据运动尺寸，先确定出机架上各运动副的相对位置各运动副的相对位置: :（固定铰链（固定铰链A A中心、移动副的导路中心、移动副的导路线的方位），线的方位），再将原动件再将原动件2 2置于一个适当的位置于一个适当的位置，定出转动副置，定出转动副B B、C C的位置。的位置。（用几何作图法）（用几何作

24、图法）精选ppt65按一定的顺序绘图按一定的顺序绘图选择选择 l =0.5 mm/mm=0.5 mm/mm，根据运动尺寸，先确定出机架根据运动尺寸，先确定出机架上各运动副的相对位置（固定上各运动副的相对位置（固定铰链铰链A A中心中心、移动移动副副D D的导路线的导路线的方位的方位），），ABC再将原动件再将原动件2 2置于一个适当的置于一个适当的位置，定出转动副位置，定出转动副B B、C C的位置。的位置。（用几何作图法）（用几何作图法）用规定的线条和符号绘制出机用规定的线条和符号绘制出机构运动简图。构运动简图。原动件原动件2 2上标出箭头以表示其转上标出箭头以表示其转动方向。动方向。精选p

25、pt66 对平面低副机构，只用简单的线条和符号表示构件和对平面低副机构，只用简单的线条和符号表示构件和运动副，不再出现与构件外形相关的线条。运动副，不再出现与构件外形相关的线条。 一个机架支承多个活动构件，参与组成多个运动副。一个机架支承多个活动构件，参与组成多个运动副。注意：注意：移动副移动副精选ppt67例例2-12-1绘制图绘制图2-172-17简易冲床机构的运动简图简易冲床机构的运动简图v分析分析： 分清构件分清构件: : 偏心轮偏心轮1 （原动件）（原动件） 连杆连杆2 摇杆摇杆3 连杆连杆4 滑块滑块5 机架机架6 从动件从动件精选ppt68转转动动副副1 1、6:O6:O1 11

26、 1、2:A2:A2 2、3:B3:B2 2、4:C4:C3 3、6:O6:O2 2 4 4、5:D5:D移移动动副副5 5、6 6v分析：分析： 认清运动副的类型认清运动副的类型精选ppt69 合理选择投影面。合理选择投影面。 测出每个构件的运动尺寸。测出每个构件的运动尺寸。 偏心轮偏心轮1 ： lO1O1A连杆连杆2 : lAB 、 lBC 、 lAC摇杆摇杆3 : lO2O2B连杆连杆4: lCDCD 活动构件的运动尺寸活动构件的运动尺寸精选ppt70 以固定铰链以固定铰链O1的中心为坐标原点，机架上的运动尺的中心为坐标原点，机架上的运动尺寸有寸有 : : 冲头冲头5 5的移动导路线与的

27、移动导路线与转动副转动副D D中心的轨迹重中心的轨迹重合合, ,且通过固定铰链且通过固定铰链O2的中心。的中心。 测出每个构件上的运动尺寸。测出每个构件上的运动尺寸。 固定固定铰链铰链O2的位置：的位置： X XO2 、 Y YO2精选ppt714 4 按一定的顺序绘图按一定的顺序绘图O O1O O2ABCD选择长度比例尺选择长度比例尺 l，根据运动尺寸，确定各运动副的，根据运动尺寸，确定各运动副的相对位置。相对位置。精选ppt724 4 按一定的顺序绘图按一定的顺序绘图 O O1O O2ABCD用规定的线条和符号绘制出机构运动简图。用规定的线条和符号绘制出机构运动简图。 在原动件上标出箭头以

28、表示其转动方向。在原动件上标出箭头以表示其转动方向。1234DCABO O2123456O O1精选ppt73小结小结 绘制机构运动简图的绘制机构运动简图的关键关键是：是： 分清构件，分清构件， 认清运动副的类型，认清运动副的类型， 确定各构件的运动尺寸。确定各构件的运动尺寸。 精选ppt74 同一个构件上两转动副中心间的同一个构件上两转动副中心间的距离。距离。 机架上的运动尺寸，机架上的运动尺寸， 即：即：表示移动副导路线的方位、各表示移动副导路线的方位、各固定铰链中心之间的相对位置等的尺固定铰链中心之间的相对位置等的尺寸参数。寸参数。 v构件的运动尺寸构件的运动尺寸一对齿轮的运动尺寸为两轮

29、的节圆半径。一对齿轮的运动尺寸为两轮的节圆半径。对于高副：对于高副：照实绘出两构件接触处的照实绘出两构件接触处的轮廓曲线。轮廓曲线。 如：凸轮的廓线等如：凸轮的廓线等； （确定各运动副相对位置的尺寸，影响机构的运动）（确定各运动副相对位置的尺寸，影响机构的运动）精选ppt753 3 平面机构的自由度平面机构的自由度l构件的自由度及平面运动副的约束构件的自由度及平面运动副的约束l平面机构自由度的计算公式平面机构自由度的计算公式l机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件l计算平面机构自由度的注意事项计算平面机构自由度的注意事项精选ppt76构件的自由度构件的自由度一个作平面运动的自由构件有一个

30、作平面运动的自由构件有3 3个自由度。个自由度。一、一、构件的自由度及平面运动副的约束构件的自由度及平面运动副的约束构件所具有的独立运动的数目。构件所具有的独立运动的数目。精选ppt77运动副对构件运动的限制作用。运动副对构件运动的限制作用。v平面运动副的平面运动副的约束特点：约束特点：低副：引入低副：引入2 2个约束。个约束。高副：引入高副：引入1 1个约束。个约束。运动副的约束运动副的约束精选ppt78机构的自由度机构的自由度 机构中各构件相对于机架的所能有的独立运机构中各构件相对于机架的所能有的独立运动的数目。动的数目。 设机构中有设机构中有K个构件个构件 ，其中，其中活动构件数为活动构

31、件数为n n; ; P PL L个低副，个低副， P Ph h 个高副。个高副。 则其自由度为：则其自由度为： F= 3F= 3n n 2P2PL L- P- Ph h二、二、平面机构自由度的计算公式平面机构自由度的计算公式精选ppt79例：计算牛头刨床的自由度例：计算牛头刨床的自由度解：此机构中，解：此机构中， n=6n=6， P PL L =8 =8 ，P Ph h =1=1，则则: :F = 3nF = 3n2P2PL L P Ph h = 3= 36 6 2 2 8 81 1 = 1 = 1精选ppt80牛头刨床牛头刨床精选ppt81F=1F=1原动件数目原动件数目= F,= F,机构

32、运动确定机构运动确定原动件数目原动件数目 F F机构损坏机构损坏三三、机构具有确定运动的条件、机构具有确定运动的条件讨论讨论当原动件的位置确定时当原动件的位置确定时,其余从其余从动件也随之处于确定的唯一位动件也随之处于确定的唯一位置置.精选ppt82原动件数目原动件数目= F,= F,机构运动确定机构运动确定F=2F=2原动件数目原动件数目 F F运动不确定运动不确定三三、机构具有确定运动的条件、机构具有确定运动的条件精选ppt83三三、机构具有确定运动的条件、机构具有确定运动的条件F=0F=0F=-1F=-1构件组合成为刚性（超静定）桁架。构件组合成为刚性（超静定）桁架。精选ppt84自由度

33、自由度F0F0，且机构原动件的数目等于机构，且机构原动件的数目等于机构自由度的数目。自由度的数目。三三、机构具有确定运动的条件、机构具有确定运动的条件精选ppt85四、计算平面机构自由度的注意事项四、计算平面机构自由度的注意事项v复合铰链复合铰链v局部自由度局部自由度v虚约束虚约束精选ppt86 解决方法解决方法 m m个构件组成的复合铰链含个构件组成的复合铰链含(m-1)(m-1)个转动副。个转动副。 复合铰链：复合铰链：由三个或三个以上的由三个或三个以上的构件组成的构件组成的轴线重合轴线重合的转动副。的转动副。事项事项1 1：复合铰链：复合铰链 精选ppt87v事项事项2 2 ：局部自由度

34、：局部自由度滚子滚子3绕其自身轴线的转动是局部自由度绕其自身轴线的转动是局部自由度 。机构中某些构件具有的不影响其他构件运动的自由度。机构中某些构件具有的不影响其他构件运动的自由度。3 32 21 1 14 4精选ppt88 常见型式常见型式 装有滚子的构件，其上滚子绕装有滚子的构件，其上滚子绕自身自身轴线轴线的转动。的转动。 解决方法解决方法F=3nF=3n2P2PL LP Ph h=3=32 2-2-22 2-1=-1=1 1v事项事项2 2 ：局部自由度：局部自由度 将滚子与安装滚子的构件视作将滚子与安装滚子的构件视作固接在一起固接在一起，去除局部自由度。去除局部自由度。123精选ppt

35、89v事项事项3 3：虚约束：虚约束 定义：定义：在特定的几何条件或结构条件下，不起独在特定的几何条件或结构条件下，不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。立限制作用的重复约束称为虚约束。 影响计算机构自由度的正确性，应除去。影响计算机构自由度的正确性，应除去。几种常见的虚约束几种常见的虚约束两个构件间组成多个运动副两个构件间组成多个运动副等距点产生的虚约束等距点产生的虚约束不起限制作用的虚约束不起限制作用的虚约束 轨迹重合的情况轨迹重合的情况精选ppt90两个构件组成两个构件组成多个导路平行（重合多个导路平行（重合) )的的移动移动副。副。场合一：两个构件间组成多个运动副场合一：两个构件间组成

36、多个运动副两个构件组成两个构件组成多个轴线重合的转动副。多个轴线重合的转动副。只有一个只有一个移动副起约束作用移动副起约束作用. .只有一个只有一个转动副起约束作用转动副起约束作用. .123412精选ppt91 两构件组成若干个平面高副，两构件组成若干个平面高副，但各高副的公法线重合但各高副的公法线重合等。等。 解决方法解决方法只计一个运动副，其余都是虚约束，应除去。只计一个运动副，其余都是虚约束，应除去。场合一：两个构件间组成多个运动副场合一：两个构件间组成多个运动副精选ppt92 场合二：两构件上某两点之间的距离在运动中保持不变场合二：两构件上某两点之间的距离在运动中保持不变. . 解决

37、方法解决方法 将引入虚约束的构件将引入虚约束的构件5 5及两转动副除去。及两转动副除去。如用双转动副杆联接这两点，也带入一个虚约束。如用双转动副杆联接这两点，也带入一个虚约束。 AD BC EFAD BC EFCABDC1234精选ppt93场合三场合三：机构中传递运动不起独立作用的重复部分：机构中传递运动不起独立作用的重复部分. . 常见型式常见型式 在有些轮系中齿轮的对在有些轮系中齿轮的对称布置或其他机构中的称布置或其他机构中的重复部分等重复部分等. . 解决方法解决方法将重复的部分除去将重复的部分除去。精选ppt94 场合四：轨迹重合的情况场合四：轨迹重合的情况 机构中联接构件和被联接构

38、件上联接点的轨迹重合。机构中联接构件和被联接构件上联接点的轨迹重合。AB=BC=BDAB=BC=BD，CAD=90CAD=90 解决方法解决方法将滑块将滑块3 3及其参与组成的及其参与组成的转动副转动副C C和移动副除去。和移动副除去。将转动副将转动副C拆开来看，点拆开来看，点C2 的轨迹为沿的轨迹为沿x 轴的直轴的直线线,与点与点C3的轨迹的轨迹重合，重合，故故滑块滑块3引入虚约束引入虚约束。精选ppt95 AB CD EFAB CD EF 解决方法解决方法将构件将构件5 5及构件及构件5 5参与组成参与组成的两个转动副的两个转动副E E、F F除去。除去。 场合四：轨迹重合的情况场合四：轨

39、迹重合的情况精选ppt96例：计算图示轮系的自由度例：计算图示轮系的自由度224243P2P3nFhL齿轮齿轮22和和2 2 为虚约束为虚约束, ,应除去；应除去；在在A A处处: :齿轮齿轮3 3、4 4、系杆、系杆1 1及机架及机架5 5构成复合铰链构成复合铰链, , 则：则： n=4, PL=4, Ph=2共计有共计有3个转动副。个转动副。精选ppt97轮系的结构、运动轮系的结构、运动精选ppt98例：计算图示机构的自由度例：计算图示机构的自由度局部自由度局部自由度虚约束虚约束12927323hl PPnF则：则： n=7, PL=9, Ph=2，精选ppt995 5 平面机构的的组成原

40、理与结构分析平面机构的的组成原理与结构分析l平面机构的组成原理平面机构的组成原理l平面机构的结构分析平面机构的结构分析精选ppt100一、一、基本杆组基本杆组机构机构机架机架原动件原动件从动件系统从动件系统: F=0F=0 构件构件 + + 运动副运动副 运动链运动链 精选ppt101 由从动件系统中分解出的不可再拆的、最简单由从动件系统中分解出的不可再拆的、最简单的自由度为零的运动链。的自由度为零的运动链。 基本杆组基本杆组一、一、基本杆组基本杆组精选ppt102v若基本杆组的运动副全为低副，若基本杆组的运动副全为低副， 基本杆组必满足的条件为：基本杆组必满足的条件为： 3n 3n 2P2P

41、L L = 0 = 0 即：即：n= 2Pn= 2PL L / 3/ 3一、一、基本杆组基本杆组当当n=2n=2时，时，P PL L =3=3当当n=4n=4时，时，P PL L =6=6 精选ppt103v基本杆组的型式基本杆组的型式 级组：级组：n=2n=2，P PL L=3=3；基本类型有五种。；基本类型有五种。级组：只含有两副件的基本杆组。级组：只含有两副件的基本杆组。应用最广。应用最广。 内副：内副：杆组内构件形成的运动副。杆组内构件形成的运动副。如运动副如运动副B B。 外副：外副：与组外的构件形成的运动副与组外的构件形成的运动副。如：运动副如：运动副A A和和C C。精选ppt1

42、04 级组：级组：n=4n=4，P PL L=6=6。三种典型的类型如图所示。三种典型的类型如图所示。级组的特点：级组的特点： 含有一个参与组成三个内副的构件。含有一个参与组成三个内副的构件。如：杆组中的构件如：杆组中的构件2 2参与组成三个内副参与组成三个内副B B、C C、E E。v基本杆组的型式基本杆组的型式二、机构的组成原理二、机构的组成原理 机构是由若干个自由度为零的基本杆组，依次机构是由若干个自由度为零的基本杆组，依次联接到原动件和机架上形成的联接到原动件和机架上形成的。 设计新机构时，在满足相同工作要求的前提下，机构设计新机构时，在满足相同工作要求的前提下，机构的结构越简单、杆组

43、级别越低、运动副数目越少越好的结构越简单、杆组级别越低、运动副数目越少越好。精选ppt106机构结构分析机构结构分析 将机构分解为机架、原动件和若干个基本杆组，将机构分解为机架、原动件和若干个基本杆组，并确定机构的级别。并确定机构的级别。三、平面机构的结构分析三、平面机构的结构分析八八杆杆机机构构精选ppt107平面机构结构分析的步骤平面机构结构分析的步骤 计算机构的自由度，确认原动件，并用箭头标注。计算机构的自由度，确认原动件，并用箭头标注。 除去局部自由度和虚约束，如含高副进行高副低代。除去局部自由度和虚约束，如含高副进行高副低代。 按拆组的规则按拆组的规则从机构中分解出各基本杆组。从机构

44、中分解出各基本杆组。 确定机构的级别。确定机构的级别。精选ppt108v拆组的规则拆组的规则 从在传动路线上离原动件最远的从动件从在传动路线上离原动件最远的从动件拆起；拆起； 先试拆先试拆级组，如不成功，再试拆级组，如不成功，再试拆级组，级组， 判断拆组成功的方法是：拆去一个基本杆组后，剩判断拆组成功的方法是：拆去一个基本杆组后，剩余的部分仍是一个与原机构自由度相同的完整的机构。余的部分仍是一个与原机构自由度相同的完整的机构。 不允许残存不够一个基本杆组的构件和运动副；不允许残存不够一个基本杆组的构件和运动副； 每成功拆去一个基本杆组后，再拆时仍从每成功拆去一个基本杆组后，再拆时仍从级组试拆，

45、级组试拆，重复步骤重复步骤，直至只剩下原动件和机架。，直至只剩下原动件和机架。精选ppt109v机构的级别：机构的级别： 机构中所包含的基本杆组的最高级别为机构的级别机构中所包含的基本杆组的最高级别为机构的级别I 级机构级机构II 级机构级机构III 级机构级机构精选ppt110例例1:1:对机构进行结构分析。分别以构件对机构进行结构分析。分别以构件2 2、8 8为原动件。为原动件。解：解： 计算机构的自由度计算机构的自由度 C处是复合铰链处是复合铰链.F= 3n F= 3n 2P2PL L P Ph h =3 =37 72 210=1 10=1 精选ppt111以构件以构件2 2原动件原动件

46、C处是复合铰链处是复合铰链.杆组拆下时，拆开的运动副认为杆组拆下时，拆开的运动副认为是带在拆下的构件上。是带在拆下的构件上。v先拆下先拆下级组级组4-54-5，精选ppt112v再从剩余机构中拆出再从剩余机构中拆出构件构件6 6参与组成三参与组成三个内副个内副最后只剩下原动件和机架。最后只剩下原动件和机架。级组级组3-6-7-83-6-7-8，精选ppt113该机构为该机构为级机构。级机构。注意：当取构件注意：当取构件8 8为原动件时，机构属于不同级别的机构。为原动件时，机构属于不同级别的机构。 精选ppt114 n=8 ,Pn=8 ,PL L = 11 = 11 ，P Ph h=1=1 则：则： F =3nF =3n2P2PL LP Ph h =3 =38 82 211111 1 =1 =1解：解： C C处为复合铰链。处为复合铰链。 CG HD EFCG HD EF例例2-5:2-5:对图示机构进行结构分析。对图示机构进行结构分析。v计算机构的自由度，计算机构的自由度，I I处滚子为局部自由度，运动链处滚子为局部自由度，运动链HGFHGF引入虚约束引入虚约束, ,应除去，应除去，精选ppt115v去除局部自由度和虚约束后，进行高副低代。去除局部自由度和虚约束后，进行高副低代。精选ppt116先