第1章機(jī)構(gòu)的組成和結(jié)構(gòu)1.1機(jī)構(gòu)的組成1.2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1.3機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件1.4機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)：具有確定運(yùn)動(dòng)的實(shí)物組合體

運(yùn)動(dòng)鏈具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)桁架運(yùn)動(dòng)鏈相對(duì)運(yùn)動(dòng)不確定無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)1.3運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件

運(yùn)動(dòng)鏈的自由度：確定運(yùn)動(dòng)鏈中各構(gòu)件相對(duì)與其中某一構(gòu)件的位置所需要的獨(dú)立參變量的數(shù)目。

運(yùn)動(dòng)鏈的自由度

F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2–P1機(jī)架1F=0活動(dòng)構(gòu)件

2F=6K級(jí)運(yùn)動(dòng)副F=6-kn為活動(dòng)構(gòu)件數(shù)目，Pk

表示k級(jí)副的數(shù)目自動(dòng)駕駛儀操作裝置1.3.1運(yùn)動(dòng)鏈的自由度計(jì)算2314構(gòu)件數(shù)目：N=4活動(dòng)構(gòu)件數(shù)目：n=3運(yùn)動(dòng)副：機(jī)架1和活塞2：圓柱副（4級(jí)副）活塞2和連桿3：轉(zhuǎn)動(dòng)副（5級(jí)副）連桿3和搖桿4：球面副（3級(jí)副）搖桿4和機(jī)架1：轉(zhuǎn)動(dòng)副（5級(jí)副）P3=1P4=1P5=22314F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2–P1

=

6×3－5×2－4×1－3×1=1P3=1P4=1P5=2n=32314公共約束作用下的運(yùn)動(dòng)鏈自由度平面運(yùn)動(dòng)鏈自由度

平面運(yùn)動(dòng)鏈的自由度

F=3n-2P5-P4q=3n為活動(dòng)構(gòu)件數(shù)目平面運(yùn)動(dòng)鏈中只有4級(jí)副和5級(jí)副（轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副和平面高副）例：計(jì)算平面運(yùn)動(dòng)鏈自由度12345P4=1P5=5n=4F

=3×4–2×5–1=11.3.2運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動(dòng)鏈的自由度F=?運(yùn)動(dòng)鏈的運(yùn)動(dòng)情況如何?

Fa=3×2-2×3=0

Fb=3×3-2×5=-1F0運(yùn)動(dòng)鏈不能運(yùn)動(dòng)，不成為機(jī)構(gòu)

F

=3×4-2×5=21個(gè)原動(dòng)件F>0，但原動(dòng)件數(shù)目小于自由度數(shù)目，運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)不確定，不能成為機(jī)構(gòu)。

F

=3×3-2×4=12個(gè)原動(dòng)件F>0，但原動(dòng)件數(shù)目大于自由度數(shù)目，運(yùn)動(dòng)鏈被破壞，不能成為機(jī)構(gòu)。運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件：

運(yùn)動(dòng)鏈中取一個(gè)構(gòu)件相對(duì)固定作為機(jī)架，運(yùn)動(dòng)鏈

相對(duì)于機(jī)架的自由度必須大于零，且原動(dòng)件數(shù)目

等于運(yùn)動(dòng)鏈自由度數(shù)。滿足此條件的運(yùn)動(dòng)鏈即成為機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)自由度的

計(jì)算可采用運(yùn)動(dòng)鏈自由度的計(jì)算公式。“機(jī)構(gòu)”的定義：在運(yùn)動(dòng)鏈中，將某一個(gè)構(gòu)件加以固定，而讓另一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)固定構(gòu)件運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果運(yùn)動(dòng)鏈中其余各構(gòu)件都有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則此運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)。F=

11

個(gè)原動(dòng)件：活塞實(shí)現(xiàn)搖桿的往復(fù)擺動(dòng)1.3.3計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

問(wèn)題1：復(fù)合鉸鏈兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。解決方案k

個(gè)構(gòu)件在同一處構(gòu)成復(fù)合鉸鏈，實(shí)際上構(gòu)成了(k-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。

F

=3×5-2×7=1解決方案計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，假想滾子和安裝滾子的構(gòu)件固接為一個(gè)整體，成為一個(gè)構(gòu)件或在計(jì)算結(jié)果中去除局部自由度

問(wèn)題2：局部自由度某些構(gòu)件具有的只影響自身局部運(yùn)動(dòng)而不影響其它構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的自由度，經(jīng)常發(fā)生在將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的場(chǎng)合。

問(wèn)題3：虛約束

在特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運(yùn)動(dòng)副所引入的約束可能與其它運(yùn)動(dòng)副所起的限制作用是一致的。這種不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束稱為虛約束。場(chǎng)合一：兩個(gè)構(gòu)件之間形成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副

F

=3×1-2×2=-1

解決方案計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，不考慮虛約束的作用，認(rèn)為兩個(gè)構(gòu)件之間只形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)副

F

=3×1-2×1=1兩個(gè)構(gòu)件之間形成多個(gè)與導(dǎo)路重合或平行的移動(dòng)副等寬凸輪機(jī)構(gòu)等徑凸輪機(jī)構(gòu)場(chǎng)合二：兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動(dòng)中保持不變5EF

F

=3×1-2×2=-1ABCDAFDE點(diǎn)E、F距離在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終不變

桿式聯(lián)軸器ABAB=BC=BD<DAC=90°除

B、C、D點(diǎn)，各點(diǎn)軌跡為一橢圓D點(diǎn)軌跡是沿Y軸的直線場(chǎng)合三：聯(lián)接構(gòu)件和被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合

F

=3×1-2×2=-1場(chǎng)合四：機(jī)構(gòu)中存在不起作用的對(duì)稱部分為了傳遞較大功率，保持機(jī)構(gòu)受力平衡，在機(jī)構(gòu)中增加對(duì)稱部分

虛約束的引入，一般是為了改善機(jī)構(gòu)受力，增大傳遞功率或者其它特殊需求；計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，不考慮虛約束的作用；虛約束的成立，要滿足一定的幾何條件或者結(jié)構(gòu)條件，如果這些條件被破壞，將轉(zhuǎn)化了實(shí)約束，影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)；虛約束問(wèn)題小結(jié)：

機(jī)械設(shè)計(jì)中如果需要采用虛約束，必須保證設(shè)計(jì)、加工、裝配精度，以確保滿足虛約束存在的條件。例：計(jì)算大篩機(jī)構(gòu)自由度復(fù)合鉸鏈？局部自由度？虛約束？n

=7

P4=1P5=9F

=3×7-2×9–1=2構(gòu)件+運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)1.4機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析

機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件組合F=0基本桿組：最簡(jiǎn)單的不可再拆的自由度為零的構(gòu)件組，簡(jiǎn)稱為桿組。

平面低副運(yùn)動(dòng)鏈自由度

F=3n-2P5

基本桿組F=0P5=n32n

=2P5=3Ⅱ級(jí)桿組（雙桿組）n

=4P5=6Ⅲ級(jí)桿組三副構(gòu)件3個(gè)雙副構(gòu)件n

=2P5=3Ⅱ級(jí)桿組（雙桿組）n

=4P5=6Ⅲ級(jí)桿組1.4.1機(jī)構(gòu)的組成原理

任何機(jī)構(gòu)都可以看作是若干個(gè)自由度為零的基本桿組依次聯(lián)接到原動(dòng)機(jī)和機(jī)架上而構(gòu)成的，機(jī)構(gòu)的自由度等于原動(dòng)件的數(shù)目，這就是機(jī)構(gòu)的組成原理。構(gòu)件+運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)機(jī)架原動(dòng)件若干基本桿組機(jī)架和原動(dòng)件Ⅱ級(jí)桿組Ⅲ級(jí)桿組四桿機(jī)構(gòu)八桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的組成：

在機(jī)架和原動(dòng)件上每增加一個(gè)基本桿組，并不改變?cè)瓉?lái)的自由度，每次增加都可以獲得一個(gè)新機(jī)構(gòu)；

設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)時(shí)，在滿足相同工作要求的前提下，機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單越好，桿組級(jí)別越低越好，運(yùn)動(dòng)副數(shù)目越少越好。

F=3n-2P5–P41.4.2機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析是指把機(jī)構(gòu)分解為基本桿組、原動(dòng)件和機(jī)架，是機(jī)構(gòu)組成的反過(guò)程，又稱為拆桿組。機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析原則：

首先，從遠(yuǎn)離原動(dòng)件的部分開(kāi)始拆分；試拆時(shí)，先試拆低級(jí)別桿組；每拆完一個(gè)桿組，剩余的部分仍然是一個(gè)完整機(jī)構(gòu)。I級(jí)機(jī)構(gòu)II級(jí)機(jī)構(gòu)III級(jí)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的命名：以機(jī)構(gòu)中所包含的基本桿組的最高級(jí)別原動(dòng)件不同，機(jī)構(gòu)的級(jí)別也有可能不同123456781.4.3平面機(jī)構(gòu)的高副低代

根據(jù)一定的條件對(duì)平面機(jī)構(gòu)中的高副虛擬地用低副來(lái)替代，這種以低副代替高副的方法稱為高副低代。條件一：代替前后機(jī)構(gòu)的自由度不變

F

=3×1-2×2=-1條件二