《【重慶大學(xué)機(jī)械原理本科生教學(xué)課件】第一章 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《【重慶大學(xué)機(jī)械原理本科生教學(xué)課件】第一章 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（71頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、1 第一章 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主要研究內(nèi)容 構(gòu)件間 可動聯(lián)接 (Movable connector)的型式及其運(yùn)動和 傳力特征 。 構(gòu)件與可動聯(lián)接所構(gòu)成的系統(tǒng) ， 應(yīng)滿足什么條件才能成 為具有確定相對運(yùn)動規(guī)律的機(jī)構(gòu) 。 獲取滿足一定自由度要求的機(jī)構(gòu)的方法 (即機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新 設(shè)計(jì)的途徑與方法 )。 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與分類 。 2 1. 構(gòu)件 (Link) 機(jī)械的運(yùn)動單元 ， 傳遞運(yùn) 動和力的載體 。 實(shí)例： 內(nèi)燃機(jī)中的缸體 、 活塞 、 連桿 、 曲軸等 。 第一節(jié) 機(jī)構(gòu)的組成 內(nèi)燃機(jī)連桿 3 一個構(gòu)件也可以由幾個零件剛性聯(lián)接組成 。 實(shí)例： 連桿由連桿體 、 軸瓦 、 連桿蓋 、 螺栓 、 墊圈

2、、 螺 母 、 連桿襯套等相互剛性聯(lián)接組成 。 連桿體 連桿蓋 螺栓 墊圈 螺母 連桿襯套 軸瓦 零件 (Part)是機(jī)械的制造單元 。 內(nèi)燃機(jī)連桿 4 2. 運(yùn)動副 (Kinematic pair) 兩個構(gòu)件以一定幾何形狀和尺寸的表面相互接觸所形成 的可動聯(lián)接 。 運(yùn)動副元素 (Pair element)兩個構(gòu)件上相互接觸的表 面 。 約束 (Constraint)運(yùn)動副對構(gòu)件間的相對運(yùn)動自由度 所施加的限制 。 5 O x z y sx s z sy y x z 空間運(yùn)動剛體的自由度 一個完全獨(dú)立的剛體 在空間直角坐標(biāo)系下的 自 由度 (Degree of freedom, Mobilit

3、y)為 sx， sy， sz， x， y， z ， 即自由度數(shù) f 6。 平面運(yùn)動剛體的自由 度為 sx， sy， z， 即自由度 數(shù) f 3。 y x z O y z (x , y) x O 平面運(yùn)動剛體的自由度 sx sy 剛體的自由度 6 觀察圖示兩構(gòu)件組成的 圓柱副 (Cylindric pair) 兩構(gòu)件保留的相對運(yùn)動 sz和 z， 即自由度數(shù) f 2。 兩構(gòu)件之間受限制的相對運(yùn)動 sx， sy ， x和 y， 即約束數(shù) s 4。 兩構(gòu)件之間可以傳遞的力 （ 力 矩 ） Px， Py， Mx， My 結(jié)論 幾何約束與力約束本質(zhì) 上是一致的 ， 是可以相互替代的 。 z x y O z

4、 sz 7 特點(diǎn) 具有較多的自由度 ， 易于構(gòu)件的 自動調(diào)整 ， 保持靜定特性 。 接觸應(yīng)力大 ， 易變形 、 易磨損 、 承載能力低 。 制造比較困難 。 適用場合 結(jié)構(gòu)簡單 ， 運(yùn)動精度要求較高 ， 受力較小 。 構(gòu)件的不同接觸形式 點(diǎn)接觸 (Point contact) 點(diǎn)接觸， f 5,s 1 線接觸， f 4,s 2 線接觸 (Line contact) 8 面接觸 (Area contact) 特點(diǎn) 相當(dāng)于多點(diǎn)接觸 ， 承載能力較高 ， 應(yīng)用廣泛 。 運(yùn)動副的自由度一般較低 ， 其接觸狀況對尺寸 、 形 狀及相對位置誤差十分敏感 ， 實(shí)際接觸及受力狀況難以 準(zhǔn)確確定 ， 需要較高的

5、制造精度 。 保證運(yùn)動副可靠工作的措施 提高表面硬度 正確選用材料 添加潤滑劑 加入中間體 ,將滑動摩擦改為滾動摩擦 9 運(yùn)動副的分類 按運(yùn)動副引入的約束數(shù)分類 I級副 (Class I kinematic pair)、 II級副 、 III級副 、 IV級 副 、 V級副 。 按運(yùn)動副的接觸形式分類 面與面接觸的運(yùn)動副 低副 (Lower pair) 點(diǎn) 、 線接觸的運(yùn)動副 高副 (Higher pair) 按兩構(gòu)件相對運(yùn)動的形式分類 平面運(yùn)動副 (Planar kinematic pair) 空間運(yùn)動副 (Spatial kinematic pair) 按接觸部分的幾何形狀分類 圓柱副 、

6、 球面副 、 螺旋副 、 球面 平面副 、 平面 平面 副 、 球面 圓柱副 、 圓柱 平面副等等 。 10 運(yùn)動副舉例 球面 平面副 Sphere-plane pair 空間 I 級高副 圓柱 平面副 Cylinder-plane pair 空間 II 級高副 11 球面副 Spherical pair 空間 III 級低副 球銷副 Sphere-pin pair 空間 IV 級低副 12 圓柱副 Cylindric pair 空間 IV 級低副 螺旋副 Helical pair 空間 V 級低副 13 轉(zhuǎn)動副 Revolute pair 平面 V 級低副 軸承 Bearing 鉸鏈 Hin

7、ged joint 14 移動副 Prismatic pair, Sliding pair 平面 V 級低副 15 平面機(jī)構(gòu)是應(yīng)用最廣泛的機(jī)構(gòu) 。 平面運(yùn)動副的約束數(shù)為 1 s 2。 點(diǎn) 、 線接觸的平面運(yùn)動副 平面高副 面接觸的平面運(yùn)動副 平面低副 轉(zhuǎn)動副 移動副 滾動副 凸輪副 齒輪副 16 運(yùn)動副的封閉 保持運(yùn)動副元素之間的接觸稱為運(yùn)動副的封閉 。 幾何封閉 (Geometric closure) 力封閉 (Forced closure) 彈簧力封閉 重力封閉 17 3. 運(yùn)動鏈 (Kinematic chain) 兩個以上構(gòu)件用運(yùn)動副聯(lián)接的構(gòu)件系統(tǒng) 。 閉式運(yùn)動鏈 (Closed ki

8、nematic chain) 單封閉回路閉鏈 p N （ p為運(yùn)動副數(shù)， N為構(gòu)件數(shù)） 多封閉回路運(yùn)動閉鏈 k pN 1 (k為回路數(shù) ) 18 開式運(yùn)動鏈 (Open kinematic chain) 開式運(yùn)動鏈廣泛應(yīng)用于機(jī)械手 和機(jī)器人中 。 N p 1 19 4. 機(jī)構(gòu) 其余構(gòu)件運(yùn)動 是否確定？ 機(jī)構(gòu) 滿足條件 在另一個（或幾個） 構(gòu)件上加上已知運(yùn)動 2 1 3 4 1 4 3 2 運(yùn)動鏈 4 1 3 2 固定一個構(gòu)件 20 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 搖塊機(jī)構(gòu) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 運(yùn)動鏈的生成是創(chuàng)造 、 獲取新機(jī)構(gòu)的重要手段 。 運(yùn)動鏈的設(shè)計(jì)只關(guān) 注構(gòu)件數(shù)和聯(lián)接這些構(gòu)件的運(yùn)動副的數(shù)量和類型 ， 所以又稱為機(jī)構(gòu)

9、的 型 數(shù)綜合 (Type and number synthesis)。 同一運(yùn)動鏈可以生成的不同機(jī)構(gòu) 4 3 1 C A B 2 1 4 2 3 A B C 1 4 3 2 A B C A B 2 1 3 4 21 至少 1個 1個 構(gòu)件的類型 原動件 (Driving link)機(jī)構(gòu)中按給定運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動的構(gòu) 件 ， 也稱為 輸入構(gòu)件 (Input link)。 從動件 (Driven link, Follower)其余的可動構(gòu)件 。 具 有預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律 、 對外完成某種工藝動作的從動件也稱為 輸出構(gòu)件 (Output link)或 執(zhí)行構(gòu)件 (Executive link)。 機(jī)架 (F

10、ixed link,Frame)固定不動的構(gòu)件 。 機(jī)構(gòu) 機(jī)架 原動件 從動件系統(tǒng) 22 根據(jù)機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的相對運(yùn)動是否在同一平面或平行 平面內(nèi) ， 可將機(jī)構(gòu)分為 平面機(jī)構(gòu) (Planar mechanism)和 空 間機(jī)構(gòu) (Spatial mechanism)。 空間 RSRC機(jī)構(gòu) 球面 4R機(jī)構(gòu) 空間 RSSP機(jī)構(gòu) 平面機(jī)構(gòu)是我們的主要研究對象 。 23 1. 運(yùn)動簡圖 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 (Kinematic sketch)是從運(yùn)動學(xué)角度出發(fā) ， 將實(shí)際機(jī)械中與運(yùn)動無關(guān)的因素加以抽象和簡化后 ， 得到的反 映實(shí)際機(jī)械的運(yùn)動特性和運(yùn)動傳遞關(guān)系的圖形 。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 應(yīng)滿足的 條件： 構(gòu)件數(shù)目

11、與實(shí)際機(jī)構(gòu)相同； 運(yùn)動副的性質(zhì) 、 數(shù)目與實(shí)際機(jī)構(gòu)相符； 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 。 機(jī)構(gòu)示意圖 為不嚴(yán)格按比例繪制的簡圖 ， 用于表達(dá)機(jī)械的 結(jié)構(gòu)特征 。 第二節(jié) 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 24 常用運(yùn)動副的符號 運(yùn)動副符號 兩運(yùn)動構(gòu)件構(gòu)成的運(yùn)動副 轉(zhuǎn) 動 副 移 動 副 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 1 平 面 運(yùn) 動 副 兩構(gòu)件之一為固定時的運(yùn)動副 1 2 1 2 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 2 1 1 2 運(yùn)動副 名稱 25 平 面 高 副 螺 旋 副 2 1 1 2 1 2 2 1 2 1 1 2 1 2 球 面 副

12、球 銷 副 1 2 1 2 空 間 運(yùn) 動 副 1 2 2 1 1 2 平 面 運(yùn) 動 副 2 1 26 構(gòu)件的表示方法 桿、軸構(gòu)件 固定構(gòu)件 同一構(gòu)件 27 三副構(gòu)件 兩副構(gòu)件 構(gòu)件的表示方法 28 畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實(shí)際外形，而只考慮運(yùn)動副的性質(zhì)。 29 常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號（摘自 GB/T4460-1984） 在 機(jī) 架 上 的 電 機(jī) 齒 輪 齒 條 傳 動 圓 錐 齒 輪 傳 動 帶 傳 動 30 鏈 傳 動 圓 柱 桿 蝸 輪 傳 動 凸 輪 傳 動 外嚙 合圓 柱齒 輪傳 動 常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號（續(xù)） 31 常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖符號（續(xù)） 內(nèi)嚙 合圓 柱齒 輪傳 動 棘 輪 機(jī)

13、構(gòu) 32 2. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制 步驟 ： 分析機(jī)械的動作原理 、 組成情況和運(yùn)動情況 ， 確定 原動件 、 機(jī)架 、 執(zhí)行部分和傳動部分 。 沿著運(yùn)動傳遞路線 ， 逐一分析每兩個構(gòu)件間相對運(yùn) 動的性質(zhì) ， 確定運(yùn)動副的類型和數(shù)目 。 選擇與機(jī)械多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動平面平行的平面 ， 作為 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的視圖平面 。 選擇適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)運(yùn)動瞬時位置和比例尺 l(mmm)， 定出各運(yùn)動副的相對位置 ， 并用各運(yùn)動副的代表符號 、 常用 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖符號和簡單線條 ， 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 。 從原動件開始 ， 按運(yùn)動傳遞順序標(biāo)出各構(gòu)件的編號 和運(yùn)動副代號 。 在原動件上標(biāo)出箭頭以表示其運(yùn)動的方向 。 33

14、 顎式破碎機(jī) 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖繪制舉例 偏心泵 1 2 3 4 34 1. 運(yùn)動鏈的自由度計(jì)算 運(yùn)動鏈的自由度 確定運(yùn)動鏈中各構(gòu)件相對于其中某一 構(gòu)件的位置所需的獨(dú)立參變量的數(shù)目 。 考察由 N個構(gòu)件組成的運(yùn)動鏈 ， 活動構(gòu)件數(shù) n=N-1。 空間運(yùn)動 運(yùn)動鏈自由度： 構(gòu)件 總自由度 6n I級副 約束數(shù) p1 II級副 約束數(shù) 2p2 III級副 約束數(shù) 3p3 IV級副 約束數(shù) 4p4 V級副 約束數(shù) 5p5 5 1 54321 6)5432(6 k kkpnpppppnF 第三節(jié) 運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu)的條件 35 具有 q個公共約束的運(yùn)動鏈 ， 其自由度計(jì)算公式為： 5 1 )()6( qk

15、kpqknqF 平面 運(yùn)動鏈 q = 3， 其自由度計(jì)算公式為： 5 4 )3()36( k kpknF 4523 ppnF HL23 ppnF 36 運(yùn)動鏈自由度計(jì)算舉例 例 1 縫紉機(jī)腳踏板 運(yùn)動鏈自由度計(jì)算 例 2 平面四桿運(yùn)動鏈自由度計(jì)算 分析 ： n 3， p5 2， p4 1， p3 1 計(jì)算： F63(314152) 1 只要給定 1個獨(dú)立位置參數(shù) ， 各構(gòu)件 間的相對位置關(guān)系就確定了 。 分析 ： n 3， q 3， p5 4 計(jì)算： F 3n 2pL pH 3324 1 只要給定 1個獨(dú)立位置參數(shù) ， 各構(gòu)件 間的相對位置關(guān)系就確定了 。 平面四桿運(yùn)動鏈 1 4 3 2 A

16、B C 1 2 4 C 3 A D B 縫紉機(jī)腳踏板運(yùn)動鏈 37 2. 運(yùn)動鏈 成為機(jī)構(gòu)的條件 判斷所設(shè)計(jì)的運(yùn)動鏈?zhǔn)欠衲艹蔀闄C(jī)構(gòu) ， 是提出新的設(shè)計(jì) 方案時自行評價方案可行性的關(guān)鍵步驟 。 F3n2pLpH3325 1 該運(yùn)動鏈約束過多 ， 成為超靜 定桁架 ， 不能成為機(jī)構(gòu) 。 F3n2pLpH32230 運(yùn)動鏈為一剛性桁架 ， 不能成為 機(jī)構(gòu) 。 運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu)的首要條件 ： 運(yùn)動鏈自由度必須大于零 。 A B 1 2 C 3 平面三構(gòu)件運(yùn)動鏈 1 2 4 3 A D B C E 平面四構(gòu)件運(yùn)動鏈 38 在 F0的條件下 ， 進(jìn)一步 判斷運(yùn)動鏈?zhǔn)欠窬哂写_定的 運(yùn)動 。 平面五桿運(yùn)動鏈 F3

17、n2pLpH 3425 2 原動件數(shù) F,運(yùn)動鏈內(nèi)部 的運(yùn)動關(guān)系不確定 。 運(yùn)動鏈不能成為機(jī)構(gòu) 。 原動件數(shù) F,運(yùn)動鏈內(nèi)部 各構(gòu)件運(yùn)動關(guān)系確定 。 運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu) 。 39 平面四桿運(yùn)動鏈 F3n2pLpH3324 1 原動件數(shù) F， 運(yùn)動鏈內(nèi) 部的運(yùn)動關(guān)系將發(fā)生矛盾 ， 其中最薄弱的構(gòu)件將會損 壞 。 運(yùn)動鏈不能成為機(jī)構(gòu) 。 原動件數(shù) F， 運(yùn)動鏈內(nèi) 部各構(gòu)件運(yùn)動關(guān)系確定 。 運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu) 。 40 運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu)的條件是： 取運(yùn)動鏈中一個構(gòu)件相對固 定作為機(jī)架 ， 運(yùn)動鏈相對于機(jī)架的自由度必須大于零 ， 且原 動件的數(shù)目等于運(yùn)動鏈的自由度數(shù) 。 滿足以上條件的運(yùn)動鏈即為機(jī)構(gòu) ， 機(jī)構(gòu)的

18、自由度可用運(yùn) 動鏈自由度公式計(jì)算 。 41 直線機(jī)構(gòu) 計(jì)算錯誤的原因： 3. 計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的問題 舉例 直線機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算 解 n7， pL6， pH0 F3n2pLpH37269 錯誤的結(jié)果 ！ 1 2 3 4 5 6 7 8 A B C D E F 兩個轉(zhuǎn)動副 42 復(fù)合鉸鏈 (Compound hinges) 定義 ：兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副聯(lián)接所構(gòu)成的運(yùn) 動副 。 k個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈 ， 有 (k-1)個 轉(zhuǎn)動副 。 1 2 3 4 5 6 7 8 A B C D E F 正確計(jì)算 B、 C、 D、 E處為復(fù)合鉸鏈 ， 轉(zhuǎn) 動副數(shù)均為 2。 n7， pL10， pH

19、0 F3n2pLpH372101 43 準(zhǔn)確識別復(fù)合鉸鏈舉例 關(guān)鍵： 分辨清楚哪幾個構(gòu)件在同一處形成了轉(zhuǎn)動副 1 2 3 1 3 4 2 1 2 3 4 4 1 3 2 1 4 3 2 3 1 2 兩個轉(zhuǎn)動副 兩個轉(zhuǎn)動副 兩個轉(zhuǎn)動副 兩個轉(zhuǎn)動副 兩個轉(zhuǎn)動副 兩個轉(zhuǎn)動副 44 未考慮局部自由度時的機(jī)構(gòu)自 由度計(jì)算 。 F3n2pLpH332312 局部自由度 (Passive degree of freedom) 定義 ：機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的僅與其自身的局部運(yùn)動 有關(guān)的自由度 。 考慮局部自由度時的機(jī)構(gòu)自由 度計(jì)算 。 設(shè)想將滾子與從動件焊成一體 F322211 計(jì)算時減去局部自由度 FP F

20、332311(局部自由度 )1 45 虛約束 (Redundant constraint, Passive constraint) 定義 ：機(jī)構(gòu)中不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束 。 計(jì)算具有虛約束的機(jī)構(gòu)的自由度時 ， 應(yīng)先將機(jī)構(gòu)中引入 虛約束的運(yùn)動副或運(yùn)動鏈部分除去 。 虛約束發(fā)生的場合 兩構(gòu)件間構(gòu)成多個運(yùn)動副 兩構(gòu)件構(gòu)成多個 導(dǎo)路平行的移動副 兩構(gòu)件構(gòu)成多個接觸 點(diǎn)處法線重合的高副 兩構(gòu)件構(gòu)成多個 軸線重合的轉(zhuǎn)動副 46 5 2 1 3 4 E F 5 兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)間的距離在運(yùn)動過程中始終保持不變 未去掉虛約束時 F3n2pLpH34260 3 2 4 1 E F 附加的構(gòu)件 5和其兩端的轉(zhuǎn)動

21、副 E、 F提供的自由度 F3122 1 即引入了一個約束 ， 但這個約束對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不起實(shí)際 約束作用 ， 為虛約束 。 去掉虛約束后 F3n2pLpH33241 ? 47 聯(lián)接構(gòu)件與被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合 附加的構(gòu)件 4和其兩端的轉(zhuǎn)動副 E、 F以及附加的構(gòu)件 1和 其兩端的轉(zhuǎn)動副 A、 B提供的自由度 F3122 1 即引入了一個約束 ， 但這個約束對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不起實(shí)際 約束作用 ， 為虛約束 。 去掉虛約束后 F 3n2pLpH33241 1 2 3 4 A B D F E C 4 3 1 2 5 A B C D 平行四邊形機(jī)構(gòu) 橢圓儀機(jī)構(gòu) 構(gòu)件 2和 4在 E點(diǎn)軌跡重合 構(gòu)件

22、1和 2在 B點(diǎn)軌跡重合 48 1 B 3 4 2 A 機(jī)構(gòu)中對傳遞運(yùn)動不起獨(dú)立作用的對稱部分 對稱布置的兩個行星輪 2和 2以及相應(yīng)的兩個轉(zhuǎn)動副 D、 C和 4個平面高副提供的自由度 F322214 2 即引入了兩個虛約束 。 未去掉虛約束時 F 3n2pLpH352516 1 行星輪系 去掉虛約束后 F 3n2pLpH3323121 1 2 3 4 A D B C 2 2 49 虛約束的作用 改善構(gòu)件的受力情況 ， 分擔(dān)載荷或 平衡慣性力 ， 如多 個行星輪 。 增加 結(jié)構(gòu)剛度 ， 如軸與軸承 、 機(jī)床導(dǎo)軌 。 提高運(yùn)動可靠性和工作的穩(wěn)定性 ， 如 機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī) 構(gòu) 。 注意 ：機(jī)構(gòu)中的

23、虛約束都是在一定的幾何條件下出現(xiàn) 的 ， 如果這些幾何條件不滿足 ， 則虛約束將變成實(shí)際有效的 約束 ， 從而使機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動 。 50 B 2 I 9 C 3 A 1 J 6 H 8 7 D E 4 F G 5 例 3 計(jì)算包裝機(jī)送紙機(jī)構(gòu)的自由度 分析 活動構(gòu)件數(shù) B 2 J 6 8 n9 復(fù)合鉸鏈 虛約束 運(yùn)動副 D 1處 去掉局部自由度和虛 約束 局部自由度 n6， pL7， pH3 F3n2pLpH3627131 滾子 3、 8繞 自身軸線的 轉(zhuǎn)動 E D 4 2個轉(zhuǎn)動副 桿 9和運(yùn)動副 F、 I引入一個虛約 束 51 第四節(jié) 平面運(yùn)動鏈與機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1. 平面運(yùn)動鏈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)構(gòu)

24、的構(gòu)件數(shù) n、 運(yùn)動副數(shù) pk與自由度數(shù) F之間存在著一 定的關(guān)系 。 運(yùn)動鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 機(jī)構(gòu)的型數(shù)綜合 ） 的目的 確定在滿足一定自由度的前提下運(yùn)動鏈的所有結(jié)構(gòu)形 式 ， 從而獲得能滿足各種工作要求的機(jī)構(gòu) 。 這是機(jī)構(gòu) 創(chuàng)新設(shè)計(jì) (Creative design)的基本途徑 。 假定所有運(yùn)動副為單一轉(zhuǎn)動副 。 平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公 式簡化為 F3n2pL3(N1)2p 自由度 F是機(jī)構(gòu)型數(shù)綜合的目標(biāo)。 52 2. 運(yùn)動鏈結(jié)構(gòu)公式推導(dǎo)法 改寫前述公式 2 3)( 2 3 FNp p， N均應(yīng)為正整數(shù) ， 因此 當(dāng) F為奇數(shù)時 ， 構(gòu)件 N必為偶數(shù)；反之 ， 當(dāng) F為偶數(shù)時 ， 構(gòu)件 數(shù) N必

25、為奇數(shù) 。 當(dāng) F1時 ， N必須大于 2。 結(jié)論 對于 F=1的面閉鏈機(jī)構(gòu) 構(gòu)件數(shù) N必為 4， 6， 8， 10， 等； 對應(yīng)的運(yùn)動副數(shù) p為 4， 7， 10， 13， 等 。 由 kpN1可知 ， 對于 410桿運(yùn)動鏈 ， 對應(yīng)的封閉回路 數(shù)為 1， 2， 3， 4， 。 53 F=1的運(yùn)動鏈 N32N45N5N4 NN2N3N4N5 式中 ， Nk表示 k副構(gòu)件的數(shù)目 。 自由度 F1的 6桿運(yùn)動鏈的可能結(jié)構(gòu)型 N32， N24 Watt鏈 N41， N25 等同于 4桿鏈 N32， N24 等同于 4桿鏈 N32， N24 與 Watt鏈同構(gòu) N32， N24 Stephenson

26、鏈 54 第五節(jié) 按基本桿組的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合 與結(jié)構(gòu)分析 1. 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合 的 基本桿組法 基本思路 驅(qū)動桿組 (Driving groups) 基本桿組 (Basic groups) 機(jī)構(gòu) 由原動件和機(jī)架 組成，自由度等 于機(jī)構(gòu)自由度 不可再分的自 由度為零的構(gòu) 件組合 核心問題： 如何獲得各種 F0的基本桿組 ？ 55 基本桿組應(yīng)滿足的條件 F3n2pL0 即 n (23)pL 基本桿組的構(gòu)件數(shù) n 2， 4， 6， 基本桿組的運(yùn)動副數(shù) pL 3， 6， 9， n2， pL3的雙桿組 (II級組 ) 內(nèi)接運(yùn)動副 外接運(yùn)動副 R-R-R組 R-R-P組 R-P-R組 P-R-P組 R-P-P

27、組 56 n4， pL6的多桿組 III級組 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 有一個三副構(gòu)件 ， 而每個內(nèi)副所聯(lián)接的分 支構(gòu)件是兩副構(gòu)件 。 57 IV級組 不同級別的桿組 ， 其構(gòu)形的難度和位置解的數(shù)量都很不 相同 ， 從而決定了由它們所構(gòu)成的機(jī)構(gòu)可能實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動規(guī) 律 ， 以及它們的運(yùn)動與受力分析的難易程度都不相同 。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 具有兩個三副構(gòu)件 ， 桿組的四個內(nèi)副形成四 邊形 。 58 桿組不同的構(gòu)形解 即各構(gòu)件的相對位 置解 ， 又稱為桿組的 裝配模式 (Assemble modes)。 桿組的構(gòu)形解 II級組有兩種裝配模式 ， 為 ABC或 ABC。 III級組的裝配模式多 達(dá)六種 。 由不同級別的基本桿

28、組組成的機(jī)構(gòu) ， 其分析設(shè) 計(jì)的復(fù)雜程度不一樣 。 為 此 ， 常根據(jù)機(jī)構(gòu)中的桿組 級別來確定機(jī)構(gòu)的級別 。 II級組的構(gòu)形解 A B C C D F E C A B D E F E D F III級組的構(gòu)形解 d e f 59 2. 機(jī)構(gòu)的組成原理 基本概念 基本機(jī)構(gòu) 僅由一個基本桿組構(gòu)成的機(jī)構(gòu) 。 復(fù)合機(jī)構(gòu) 由一個以上基本桿組構(gòu)成的機(jī)構(gòu) 。 按基本桿組的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合步驟 按自由度要求設(shè)計(jì)出驅(qū)動桿組； 將基本桿組依次聯(lián)接到原動件 、 機(jī)架上 ， 或者機(jī)架和其 它基本桿組的構(gòu)件上 ， 組成機(jī)構(gòu) 。 60 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成舉例 B C 2 D 3 E F 4 5 G I H 6 7 J A 1 8

29、7 1 2 4 5 6 8 3 G E F J I H A B C D 注意 桿組的各外接運(yùn)動副不能全部聯(lián)接在同一個構(gòu)件 上 。 61 A 1 9 B 2 C 5 4 6 3 D E F G A 1 9 B 2 6 4 5 G E 3 C D F I H J 7 8 H J I 8 7 在進(jìn)行新機(jī)械方案設(shè)計(jì)時 ， 可以按設(shè)計(jì)要求由桿組組成 機(jī)構(gòu) ， 進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì) 。 62 3. 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 在對已有的機(jī)構(gòu)或已設(shè)計(jì)完畢的機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析和力 分析時 ， 通常需要對機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析 。 問題核心 正確劃分出機(jī)構(gòu)組成的基本桿組 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析過程與機(jī)構(gòu)的組成過程相反 。 63 步驟 計(jì)算機(jī)構(gòu)的自

30、由度 ， 確定原動件 。 將機(jī)構(gòu)中的高副用低副替代 。 從傳動關(guān)系上離原動件最遠(yuǎn)的輸出構(gòu)件開始 ， 依次 進(jìn)行試拆 。 試拆時 ， 先按 II級組試拆 ， 若無法拆除 ， 再試拆 高一級別的桿組 。 按所有基本桿組中的最高級別桿組確定該機(jī)構(gòu)的類 別 ， 作為對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析和受力分析時 ， 選擇相應(yīng)方法 的依據(jù) 。 64 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析舉例 E F 4 5 G I H 6 7 J B C 2 D 3 A 1 8 7 1 2 4 5 6 8 3 G E F J I H A B C D 機(jī)構(gòu)級別 III級機(jī)構(gòu) III級組 II級組 65 5 I H 7 G B C 2 A 1 機(jī)構(gòu)級別 II級機(jī)構(gòu)

31、 注意 機(jī)構(gòu)的級別與原動件的選擇有關(guān) 。 7 1 2 4 5 6 8 3 G E F J I H A B C D D 3 E F 4 6 8 J II級組 II級組 II級組 66 4. 平面機(jī)構(gòu)的高副低代 平面機(jī)構(gòu)的高副低代 r1 r2 O1 O2 O2 r2 O1 高副低代 接觸點(diǎn)處兩高副元素 的曲率半徑為有限值 接觸點(diǎn)處兩高副元素 之一的曲率半徑為無窮大 高副低代 虛擬構(gòu)件 虛擬構(gòu)件 67 2 1 6 D K O 3 4 5 7 C B A 10 9 H G F E I J 8 例 4 對圖示電鋸機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。 解 n8， pL11， pH1， F3n2pLpH38211111。 機(jī)

32、構(gòu)無復(fù)合鉸鏈和虛約束 ， 局部自由度為滾子 10繞自 身軸線的轉(zhuǎn)動 。 高副低代 O 6 D O1 3 4 5 7 2 1 C B A 11 9 H G F E I J 8 68 拆分基本桿組 6 G J 8 II級機(jī)構(gòu) 7 H I 5 F D 3 4 E C O 6 D O1 3 4 5 7 2 1 C B A 11 9 H G F E I J 8 O 1 9 O1 2 B A 11 69 基本要求 從功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度認(rèn)識和了解運(yùn)動副與運(yùn)動副元 素 。 掌握機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制方法 。 能夠?qū)?shí)際機(jī)構(gòu)或機(jī)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)簡圖繪制成機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖；能看懂各種復(fù)雜機(jī)構(gòu) 的運(yùn)動簡圖；能用機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖表達(dá)自己的設(shè)計(jì)構(gòu)思 。 了解運(yùn)動鏈和機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)以及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論和方 法 ， 掌握運(yùn)動鏈成為機(jī)構(gòu)的條件 。 70 基本要求 熟練掌握機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法 ， 從結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)的 角度了解局部自由度及虛約束 ， 能準(zhǔn)確識別出機(jī)構(gòu)中存 在的復(fù)合鉸鏈 、 局部自由度和虛約束 ， 并作出正確處 理 。 掌握機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析方法 。 了解高副低代的 方法；會判斷桿組 、 桿組的級別和機(jī)構(gòu)的級別；學(xué)會將 II 級 、 III級機(jī)構(gòu)分解為機(jī)架 、 原動件和若干基本桿組的方 法 。 71 第一章習(xí)題 1-2a)、 c)， 1-4a)、 b)， 1-5， 1-6a)、 c)、 d)、 e)