机械原理课件第2章分析

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。AxAyAzAxyzO S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。Axy

2、OyAxA S2.1.2 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。12xy(a)OyxO12(b)nn12(c)tt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，

3、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1n=3, PL=4, PH=0,DCAB4312计算下列机构的自由度。计算下列机构的自由度。解：解：则则104233 F例例2n=4, PL=5, PH=0,205243 F例例3n=3, PL=4, PH=0,104233 FDCABE43125CAB1234解：解：解：解：则则则则例例4n=7, PL=6, PH=0,906273 F显然，错误显然，错

4、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。AEDCBF12543687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：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213A1234123312PL=2再看上述例再看上述例4。n=7, PL=10, PH=0,12021010273 F2. 局部自由度局部自由度对整个机构的运

5、动无影响的自由度。对整个机构的运动无影响的自由度。AEDCBF12543687解：解：则则n=3, PL=3, PH=1，213233 F与实际不符！与实际不符！n=2,PL=2,PH=1，112223 F有局部自由度的地方，应将其去掉，有局部自由度的地方，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 w1234w w123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=1F=34260=04231CDBAABCD=431CDBAEF25ABCDEF=AB CD EF=机车车轮联动机构机车车轮联动机构机构中有虚

6、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，有时需证明。要注意几何条件，有时需证明。n=4, PL=6, PH=0,006243 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。BDCA4321AB=BC=BDACAD24315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 9021180432123

7、15BDCA4321AB=BC=BDACAD则则F=33240=12）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=2,123233 F则则1432例例1: :计算下列机构的

8、自由度。计算下列机构的自由度。1) )n=8,PL=11,PH=1,解：解：C CD DB BAEFBDCABCDEF=154326789局局复复复复虚虚F=382111=1则则2) )n=6,PL=8,解：解：PH=1,AB CDABCD=1654327虚虚局局则则F=36281=13) )n=4,PL=4,PH=2,54321解：解：F=34242=2则则ABCDEFGH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=5, PL=7,PH=1,125643解：解：则则F=35271=0若将若将C点改成下图所示，则点改

9、成下图所示，则n=6,PL=8,PH=1，ABCDEFG1256437HF=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，ADCBFE54321ADCBFE4321解：解：则则所以所以F=33241=0F=34251=1ABCDFEEGHF=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1C: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

10、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=22.4.1 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. .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-2PLnP23L 3 26 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