机构的结构设计申永胜精选PPT.ppt

机构的结构设计申机构的结构设计申永胜永胜2023/4/141第1页，此课件共67页哦第一节机构的基本结构及简图第一节机构的基本结构及简图一、构件与自由度一、构件与自由度1.构件构件 构件是机构的最基本单元，用来传递运动和力。构件是机构的最基本单元，用来传递运动和力。凡是能传递运动和力，并且在运动时可视为一个整体的物理介质凡是能传递运动和力，并且在运动时可视为一个整体的物理介质都可以称为构件。构件可以是刚体，也可以是挠性体都可以称为构件。构件可以是刚体，也可以是挠性体(如带、链、绳等如带、链、绳等)和流体和流体(液体、气体液体、气体)。研究机构的组成原理时，一般将构件抽象为刚体。研究机构的组成原理时，一般将构件抽象为刚体。2.自由度自由度 构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所需的独立变量构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所需的独立变量的数目。的数目。第2页，此课件共67页哦Oxzysxszsy y x z空间运动刚体的自由度空间运动刚体的自由度y x z O y z(x,y)xO平面运动刚体的自由度平面运动刚体的自由度sxsy作空间运动的自由刚体：作空间运动的自由刚体：作空间运动的自由刚体：作空间运动的自由刚体：具有沿三个坐标轴的移动具有沿三个坐标轴的移动具有沿三个坐标轴的移动具有沿三个坐标轴的移动(s(sx x，s sy y，s sz z)及绕三个坐标轴的转动及绕三个坐标轴的转动及绕三个坐标轴的转动及绕三个坐标轴的转动(x x，y y，z z)共六个独立运动的可能，即具共六个独立运动的可能，即具共六个独立运动的可能，即具共六个独立运动的可能，即具有六个自由度有六个自由度有六个自由度有六个自由度 。平面运动构件：平面运动构件：平面运动构件：平面运动构件：具有具有具有具有sxsx，sysy及及及及zz等三个自由度的运动。等三个自由度的运动。等三个自由度的运动。等三个自由度的运动。平面运动构件也是组成机构的基平面运动构件也是组成机构的基平面运动构件也是组成机构的基平面运动构件也是组成机构的基本构件型式。本构件型式。本构件型式。本构件型式。自由构件自由构件自由构件自由构件(空间空间空间空间)：F=6F=6自由构件自由构件自由构件自由构件(平面平面平面平面)：F=3F=3第3页，此课件共67页哦平面运动刚体的标线平面运动刚体的标线 平面运动刚体还可以用运动平面上的平面运动刚体还可以用运动平面上的一条直线一条直线PM作为作为“标线标线”来代表平来代表平面运动刚体，并以面运动刚体，并以“基点基点”P的的sx，sy及标线绕及标线绕P点转动的角运动参数点转动的角运动参数z来描述平面构件的来描述平面构件的3个自由度。个自由度。二、运动副与约束二、运动副与约束 两个构件之间两个构件之间两个构件之间两个构件之间直接接触直接接触直接接触直接接触所形成的所形成的所形成的所形成的可可可可动联接动联接动联接动联接，称为，称为，称为，称为运动副运动副运动副运动副。约束：约束：约束：约束：运动副对构件间相对运动自由度所施加的限制。运动副对构件间相对运动自由度所施加的限制。运动副对构件间相对运动自由度所施加的限制。运动副对构件间相对运动自由度所施加的限制。不同的运动副元素，构成了不同的接触形式，提供了不同的约束和相不同的运动副元素，构成了不同的接触形式，提供了不同的约束和相对运动自由度。对运动自由度。第4页，此课件共67页哦 以以 f 和和 s 分别代表自由度和约束，分别代表自由度和约束，则：则：1 s 5，且，且 s+f=6 实例：两构件组成的圆柱副实例：两构件组成的圆柱副实例：两构件组成的圆柱副实例：两构件组成的圆柱副保留的相对运动保留的相对运动保留的相对运动保留的相对运动：s s s sz z z z和和和和 z z z z，自由度数自由度数自由度数自由度数 f f f f 2 2 2 2。约束：约束：约束：约束：s s s sx x x x，s s s sy y y y，x x x x和和和和 y y y y，约束数约束数约束数约束数 s s s s 4 4 4 4。两构件之间可以传递的力（力矩）：两构件之间可以传递的力（力矩）：两构件之间可以传递的力（力矩）：两构件之间可以传递的力（力矩）：P P P Px x x x，P P P Py y y y，M M M Mx x x x，M M M My y y y两构件之间通过运动副的联接，实现了运动和力的传递，并具有确定两构件之间通过运动副的联接，实现了运动和力的传递，并具有确定两构件之间通过运动副的联接，实现了运动和力的传递，并具有确定两构件之间通过运动副的联接，实现了运动和力的传递，并具有确定的相对运动自由度。的相对运动自由度。的相对运动自由度。的相对运动自由度。zxyO zsz第5页，此课件共67页哦 运动副的分类运动副的分类运动副的分类运动副的分类 按运动副引入的约束数分类按运动副引入的约束数分类按运动副引入的约束数分类按运动副引入的约束数分类 I I级副、级副、级副、级副、IIII级副、级副、级副、级副、IIIIII级副、级副、级副、级副、IVIV级副、级副、级副、级副、V V级副。级副。级副。级副。按运动副的接触形式分类按运动副的接触形式分类按运动副的接触形式分类按运动副的接触形式分类 面与面接触的运动副面与面接触的运动副面与面接触的运动副面与面接触的运动副低副低副低副低副 点、线接触的运动副点、线接触的运动副点、线接触的运动副点、线接触的运动副高副高副高副高副 按两构件相对运动的形式分类按两构件相对运动的形式分类按两构件相对运动的形式分类按两构件相对运动的形式分类 平面运动副、空间运动副平面运动副、空间运动副平面运动副、空间运动副平面运动副、空间运动副 按接触部分的几何形状分类按接触部分的几何形状分类按接触部分的几何形状分类按接触部分的几何形状分类 圆圆圆圆柱柱柱柱副副副副、球球球球面面面面副副副副、螺螺螺螺旋旋旋旋副副副副、球球球球面面面面 平平平平面面面面副副副副、平平平平面面面面 平平平平面面面面副副副副、球球球球面面面面 圆柱副、圆柱圆柱副、圆柱圆柱副、圆柱圆柱副、圆柱 平面副等等。平面副等等。平面副等等。平面副等等。第6页，此课件共67页哦球球面面平平面面副副空空间间I 级级高高副副圆圆柱柱平平面面副副空空间间II 级级高高副副球球面面副副空空间间III 级级低低副副球球销销副副空空间间IV 级级低低副副第7页，此课件共67页哦圆柱副圆柱副空间空间IV 级低副级低副螺旋副螺旋副空间空间V 级低副级低副第8页，此课件共67页哦转动副转动副转动副转动副平面平面平面平面V V 级低副级低副级低副级低副轴承轴承轴承轴承铰链铰链铰链铰链移动副移动副移动副移动副平面平面平面平面V V 级低副级低副级低副级低副第9页，此课件共67页哦点、线接触的特点：点、线接触的特点：点、线接触的特点：点、线接触的特点：1 1）具具具具有有有有较较较较多多多多的的的的自自自自由由由由度度度度，易易易易于于于于构构构构件件件件自自自自动调整，保持静定特性。动调整，保持静定特性。动调整，保持静定特性。动调整，保持静定特性。2 2）接接接接触触触触应应应应力力力力大大大大，易易易易变变变变形形形形、易易易易磨磨磨磨损损损损、承载能力低。承载能力低。承载能力低。承载能力低。3 3）制造比较困难。）制造比较困难。）制造比较困难。）制造比较困难。适用场合适用场合适用场合适用场合:点接触，点接触，f f 5,s 5,s 1 1线接触线接触f 4,s 2结构简单，运动精度要求较高，受力较小。结构简单，运动精度要求较高，受力较小。结构简单，运动精度要求较高，受力较小。结构简单，运动精度要求较高，受力较小。面接触特点面接触特点面接触特点面接触特点：1 1）承载能力较高，应用广泛。）承载能力较高，应用广泛。）承载能力较高，应用广泛。）承载能力较高，应用广泛。2 2）运动副的自由度一般较低，其接触状况对尺寸、形状及相对位置误）运动副的自由度一般较低，其接触状况对尺寸、形状及相对位置误）运动副的自由度一般较低，其接触状况对尺寸、形状及相对位置误）运动副的自由度一般较低，其接触状况对尺寸、形状及相对位置误差十分敏感，实际接触及受力状况难以准确确定，需要较高的制造精差十分敏感，实际接触及受力状况难以准确确定，需要较高的制造精差十分敏感，实际接触及受力状况难以准确确定，需要较高的制造精差十分敏感，实际接触及受力状况难以准确确定，需要较高的制造精度。度。度。度。适用场合适用场合适用场合适用场合:尽量选择易于精确制造的规则表面，如圆柱面、平面、球面等。尽量选择易于精确制造的规则表面，如圆柱面、平面、球面等。尽量选择易于精确制造的规则表面，如圆柱面、平面、球面等。尽量选择易于精确制造的规则表面，如圆柱面、平面、球面等。第10页，此课件共67页哦根据机构中各构件的相对运动是否在同一平面或平行平面内，将机构根据机构中各构件的相对运动是否在同一平面或平行平面内，将机构根据机构中各构件的相对运动是否在同一平面或平行平面内，将机构根据机构中各构件的相对运动是否在同一平面或平行平面内，将机构分为平面机构和空间机构。分为平面机构和空间机构。分为平面机构和空间机构。分为平面机构和空间机构。空间空间RSRC机构机构球面球面4 4R机构机构空间空间RSSP机构机构第11页，此课件共67页哦平面机构是应用最广泛的机构，运动副的约束数为平面机构是应用最广泛的机构，运动副的约束数为平面机构是应用最广泛的机构，运动副的约束数为平面机构是应用最广泛的机构，运动副的约束数为1 1、2 2。点、线接触的平面运动副点、线接触的平面运动副点、线接触的平面运动副点、线接触的平面运动副平面高副平面高副平面高副平面高副 滚动副、凸轮副、齿轮副滚动副、凸轮副、齿轮副滚动副、凸轮副、齿轮副滚动副、凸轮副、齿轮副面接触的平面运动副面接触的平面运动副面接触的平面运动副面接触的平面运动副平面低副平面低副平面低副平面低副 转动副、移动副转动副、移动副转动副、移动副转动副、移动副 平面机构是我们的主要研究对象。平面机构是我们的主要研究对象。平面机构是我们的主要研究对象。平面机构是我们的主要研究对象。第12页，此课件共67页哦三、运动副的封闭三、运动副的封闭保持运动副元素之间的接触称为运动副的封闭。保持运动副元素之间的接触称为运动副的封闭。保持运动副元素之间的接触称为运动副的封闭。保持运动副元素之间的接触称为运动副的封闭。几何封闭：几何封闭：几何封闭：几何封闭：依靠形状、尺寸相同的几何表面包容实现。依靠形状、尺寸相同的几何表面包容实现。依靠形状、尺寸相同的几何表面包容实现。依靠形状、尺寸相同的几何表面包容实现。优点：强制性、可靠性优点：强制性、可靠性优点：强制性、可靠性优点：强制性、可靠性 力封闭：力封闭：力封闭：力封闭：依靠重力、弹性力、摩擦力、惯性力等实现。依靠重力、弹性力、摩擦力、惯性力等实现。依靠重力、弹性力、摩擦力、惯性力等实现。依靠重力、弹性力、摩擦力、惯性力等实现。单单单单侧侧侧侧约约约约束束束束，优优优优点点点点：易易易易于于于于装装装装配配配配和和和和快快快快速速速速拆拆拆拆卸卸卸卸，在在在在自自自自调调调调、自自自自适适适适应应应应机机机机构构构构及及及及“仿仿仿仿形形形形”、“随形随形随形随形”系统中广泛采用力封闭运动副。系统中广泛采用力封闭运动副。系统中广泛采用力封闭运动副。系统中广泛采用力封闭运动副。弹簧力封闭弹簧力封闭重力封闭重力封闭几何封闭几何封闭第13页，此课件共67页哦四、运动链、机构四、运动链、机构 1 1。运动链。运动链。运动链。运动链 运动链：两个以上构件用运动副联接的构件系统。运动链：两个以上构件用运动副联接的构件系统。运动链：两个以上构件用运动副联接的构件系统。运动链：两个以上构件用运动副联接的构件系统。运运运运动动动动链链链链是是是是机机机机构构构构的的的的一一一一般般般般初初初初始始始始结结结结构构构构，运运运运动动动动链链链链设设设设计计计计只只只只关关关关注注注注构构构构件件件件数数数数和和和和联联联联接接接接这这这这些些些些构构构构件件件件的的的的运运运运动副的数量和类型，又称为机构的动副的数量和类型，又称为机构的动副的数量和类型，又称为机构的动副的数量和类型，又称为机构的“型数综合型数综合型数综合型数综合”。闭式运动链，开式运动链闭式运动链，开式运动链闭式运动链，开式运动链闭式运动链，开式运动链单封闭回路闭链单封闭回路闭链p N（p为运动副数，为运动副数，N为构件数）为构件数）多封闭回路运动闭链多封闭回路运动闭链k p N 1(k为回路数为回路数)第14页，此课件共67页哦开式运动链：开式运动链：开式运动链：开式运动链：开链的每两个构件之间都可作独立的相对运动，其开链的每两个构件之间都可作独立的相对运动，其开链的每两个构件之间都可作独立的相对运动，其开链的每两个构件之间都可作独立的相对运动，其运动范围大，运动形式与运动规律复杂，特别是末端执行构件，运动范围大，运动形式与运动规律复杂，特别是末端执行构件，运动范围大，运动形式与运动规律复杂，特别是末端执行构件，运动范围大，运动形式与运动规律复杂，特别是末端执行构件，广泛应用于机械手和机器人中。广泛应用于机械手和机器人中。广泛应用于机械手和机器人中。广泛应用于机械手和机器人中。N p 1相同构件数的闭链与开链比较，闭链系统显然具有更多的约束，构件之间的相对相同构件数的闭链与开链比较，闭链系统显然具有更多的约束，构件之间的相对相同构件数的闭链与开链比较，闭链系统显然具有更多的约束，构件之间的相对相同构件数的闭链与开链比较，闭链系统显然具有更多的约束，构件之间的相对运动具有更高的强制性，构件运动范围较小，运动形式与运动规律比较简单，确运动具有更高的强制性，构件运动范围较小，运动形式与运动规律比较简单，确运动具有更高的强制性，构件运动范围较小，运动形式与运动规律比较简单，确运动具有更高的强制性，构件运动范围较小，运动形式与运动规律比较简单，确定各构件之间的相对位置所需独立变量数较少，其驱动与控制也比较简单，系统定各构件之间的相对位置所需独立变量数较少，其驱动与控制也比较简单，系统定各构件之间的相对位置所需独立变量数较少，其驱动与控制也比较简单，系统定各构件之间的相对位置所需独立变量数较少，其驱动与控制也比较简单，系统的结构刚度和运动确定性较高，是应用最广泛的运动链。的结构刚度和运动确定性较高，是应用最广泛的运动链。的结构刚度和运动确定性较高，是应用最广泛的运动链。的结构刚度和运动确定性较高，是应用最广泛的运动链。第15页，此课件共67页哦其余构件运动其余构件运动是否确定？是否确定？机构机构满足条件满足条件在另一个（或几个）在另一个（或几个）构件上加上已知运动构件上加上已知运动21341432运动链运动链 4132固定一个构件固定一个构件2.2.机构机构机构机构第16页，此课件共67页哦曲柄滑块机构曲柄滑块机构摇块机构摇块机构导杆机构导杆机构431CAB21423ABC1432ABCAB2134 原动件：机构中按给定运动规律运动的构件。原动件：机构中按给定运动规律运动的构件。原动件：机构中按给定运动规律运动的构件。原动件：机构中按给定运动规律运动的构件。从动件：其余的可动构件。具有预期的运动规律、对外完成某种工从动件：其余的可动构件。具有预期的运动规律、对外完成某种工从动件：其余的可动构件。具有预期的运动规律、对外完成某种工从动件：其余的可动构件。具有预期的运动规律、对外完成某种工艺动作的从动件也称为输出构件或执行构件。艺动作的从动件也称为输出构件或执行构件。艺动作的从动件也称为输出构件或执行构件。艺动作的从动件也称为输出构件或执行构件。机架：固定不动的构件。机架：固定不动的构件。机架：固定不动的构件。机架：固定不动的构件。同一运动链，取不同构件为机架和原动件，不改变各构件的相对运动规同一运动链，取不同构件为机架和原动件，不改变各构件的相对运动规同一运动链，取不同构件为机架和原动件，不改变各构件的相对运动规同一运动链，取不同构件为机架和原动件，不改变各构件的相对运动规律，可以得到不同运动传递规律和用途的机构。律，可以得到不同运动传递规律和用途的机构。律，可以得到不同运动传递规律和用途的机构。律，可以得到不同运动传递规律和用途的机构。第17页，此课件共67页哦 五五.机构运动简图机构运动简图 从从从从原原原原理理理理方方方方案案案案设设设设计计计计的的的的角角角角度度度度看看看看，机机机机构构构构能能能能否否否否实实实实现现现现预预预预定定定定的的的的运运运运动动动动和和和和功功功功能能能能，是是是是由由由由原原原原动动动动件件件件的的的的运运运运动动动动规规规规律律律律、联联联联接接接接各各各各构构构构件件件件的的的的运运运运动动动动副副副副类类类类型型型型与与与与机机机机构构构构的的的的运运运运动动动动尺尺尺尺寸寸寸寸(即即即即各各各各运运运运动动动动副副副副间间间间的的的的相相相相对对对对位位位位置置置置尺尺尺尺寸寸寸寸)来来来来决决决决定定定定的的的的，而而而而与与与与构构构构件件件件及及及及运运运运动动动动副副副副的的的的具具具具体体体体结结结结构构构构、断断断断面面面面尺尺尺尺寸寸寸寸、组组组组成成成成构件的构件的构件的构件的零件数目及固联方式零件数目及固联方式零件数目及固联方式零件数目及固联方式等无关。等无关。等无关。等无关。用用用用国国国国标标标标规规规规定定定定的的的的简简简简单单单单符符符符号号号号和和和和线线线线条条条条代代代代表表表表运运运运动动动动副副副副和和和和构构构构件件件件，并并并并按按按按一一一一定定定定的的的的比比比比例例例例尺尺尺尺表表表表示示示示机机机机构构构构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图形。这种图形称为的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图形。这种图形称为的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图形。这种图形称为的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图形。这种图形称为机构运动简图。机构运动简图。机构运动简图。机构运动简图。机构运动简图应满足的条件：机构运动简图应满足的条件：机构运动简图应满足的条件：机构运动简图应满足的条件：构件数目与实际机构相同；构件数目与实际机构相同；构件数目与实际机构相同；构件数目与实际机构相同；运动副的性质、数目与实际机构相符；运动副的性质、数目与实际机构相符；运动副的性质、数目与实际机构相符；运动副的性质、数目与实际机构相符；运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。机构示意图：机构示意图：机构示意图：机构示意图：不严格按比例绘制的简图，用于表达机械的结构特征。不严格按比例绘制的简图，用于表达机械的结构特征。不严格按比例绘制的简图，用于表达机械的结构特征。不严格按比例绘制的简图，用于表达机械的结构特征。第18页，此课件共67页哦常用运动副的符号常用运动副的符号运动副符号运动副符号两运动构件构成的运动副两运动构件构成的运动副转转动动副副移移动动副副121212121212212121平平面面运运动动副副两构件之一为固定时的运动副两构件之一为固定时的运动副121221211222112运动副运动副名称名称第19页，此课件共67页哦平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球球销销副副1212空空间间运运动动副副122112平平面面运运动动副副21第20页，此课件共67页哦构件的表示方法构件的表示方法 杆、轴构件杆、轴构件固定构件固定构件同一构件同一构件第21页，此课件共67页哦三副构件三副构件 两副构件两副构件 构件的表示方法构件的表示方法第22页，此课件共67页哦 画构件时应撇开实际外形，只考虑运动副的性质。画构件时应撇开实际外形，只考虑运动副的性质。内燃机连杆内燃机连杆第23页，此课件共67页哦常用机构运动简图符号（摘自常用机构运动简图符号（摘自GB/T4460-1984）在在机机架架上上的的电电机机齿齿轮轮齿齿条条传传动动圆圆锥锥齿齿轮轮传传动动带带传传动动第24页，此课件共67页哦链链传传动动圆圆柱柱杆杆蜗蜗轮轮传传动动凸凸轮轮传传动动外啮外啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动常用机构运动简图符号（续）常用机构运动简图符号（续）第25页，此课件共67页哦常用机构运动简图符号（续）常用机构运动简图符号（续）内啮合内啮合圆柱齿圆柱齿轮传动轮传动棘棘轮轮机机构构第26页，此课件共67页哦第二节第二节 运动链及机构的自由度计算运动链及机构的自由度计算和机构运动简图的绘制和机构运动简图的绘制一、运动链及机构的自由度计算一、运动链及机构的自由度计算1 1。运动链的自由度。运动链的自由度。运动链的自由度。运动链的自由度确定运动链中各构件相对于其中某一构件的位置所需的独立参变量的确定运动链中各构件相对于其中某一构件的位置所需的独立参变量的确定运动链中各构件相对于其中某一构件的位置所需的独立参变量的确定运动链中各构件相对于其中某一构件的位置所需的独立参变量的数目称为运动链的自由度。数目称为运动链的自由度。数目称为运动链的自由度。数目称为运动链的自由度。一个独立的活动构件在一个独立的活动构件在一个独立的活动构件在一个独立的活动构件在3 3维空间内由维空间内由维空间内由维空间内由6 6个自由度。若以个自由度。若以个自由度。若以个自由度。若以p pi i代表代表代表代表i i(i i=15)=15)级运级运级运级运动副数，一个动副数，一个动副数，一个动副数，一个i i级副有级副有级副有级副有i i个约束。个约束。个约束。个约束。若运动链中有若运动链中有若运动链中有若运动链中有n n个可动构件，个可动构件，个可动构件，个可动构件，p pi i个个个个i i级副的运动链，自由度级副的运动链，自由度级副的运动链，自由度级副的运动链，自由度F F为为为为 平面运动链自由度计算公式为：平面运动链自由度计算公式为：平面运动链自由度计算公式为：平面运动链自由度计算公式为：F F=3=3n n-2-2p pL L-p pHHF F=6=6n n-(-(p p1 1+2+2p p2 2+3+3p p3 3+4+4p p4 4+5+5p p5 5)第27页，此课件共67页哦运动链自由度计算举例运动链自由度计算举例运动链自由度计算举例运动链自由度计算举例例例1 缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构自由度计算自由度计算例例2 平面四杆运动链自由度计算平面四杆运动链自由度计算分析分析：n 3，p5 2，p4 1，p3 1计算：计算：F 6 3(3 1 4 1 5 2)1分析分析：n 3，q 3，p5 4计算：计算：F 3n 2pL pH 3 3 2 4 11432ABC124C3ADB缝纫机脚踏板运动链缝纫机脚踏板运动链运动链自由度计算公式也就是机构自由度计算公式，运动链自由度计算公式也就是机构自由度计算公式，适用于所有运适用于所有运动链和机构的自由度计算，但在应用使需要注意机构中的一些特殊结动链和机构的自由度计算，但在应用使需要注意机构中的一些特殊结构，否则会得出错误结果。构，否则会得出错误结果。第28页，此课件共67页哦2.2.运动链运动链运动链运动链成为机构的条件成为机构的条件成为机构的条件成为机构的条件 判判判判断断断断所所所所设设设设计计计计的的的的运运运运动动动动链链链链是是是是否否否否能能能能成成成成为为为为机机机机构构构构，是是是是提提提提出出出出新新新新的的的的设设设设计计计计方方方方案案案案时时时时自自自自行评价方案可行性的关键步骤。行评价方案可行性的关键步骤。行评价方案可行性的关键步骤。行评价方案可行性的关键步骤。F F 3 3n n 2 2p pL L p pHH 3 3 3 3 2 2 5 5 1 1运动链约束过多，超静定桁架。运动链约束过多，超静定桁架。运动链约束过多，超静定桁架。运动链约束过多，超静定桁架。F F 3 3n n 2 2p pL L p pHH 3 3 2 2 2 2 3 3 0 0 运动链为一刚性桁架，不能成为机构。运动链为一刚性桁架，不能成为机构。运动链为一刚性桁架，不能成为机构。运动链为一刚性桁架，不能成为机构。运动链成为机构的首要条件：运动链成为机构的首要条件：运动链成为机构的首要条件：运动链成为机构的首要条件：运动链自由度必须大于零。运动链自由度必须大于零。运动链自由度必须大于零。运动链自由度必须大于零。AB12C3平面三构件运动链平面三构件运动链1243ADBCE平面四构件运动链平面四构件运动链第29页，此课件共67页哦在在在在F F 0 0的条件下，进一步判断运动链的条件下，进一步判断运动链的条件下，进一步判断运动链的条件下，进一步判断运动链是否具有确定的运动。是否具有确定的运动。是否具有确定的运动。是否具有确定的运动。平面五杆运动链平面五杆运动链平面五杆运动链平面五杆运动链 F F 3 3n n 2 2p pL L p pH H 3 3 4 4 2 2 5 5 2 2 原原原原动动动动件件件件数数数数 F F,运运运运动动动动链链链链内内内内部部部部的的的的运运运运动动动动关关关关系不确定。系不确定。系不确定。系不确定。运动链不能成为机构。运动链不能成为机构。运动链不能成为机构。运动链不能成为机构。原原原原动动动动件件件件数数数数 F,F,F,F,运运运运动动动动链链链链内内内内部部部部各各各各构构构构件件件件运动关系确定。运动关系确定。运动关系确定。运动关系确定。运动链成为机构。运动链成为机构。运动链成为机构。运动链成为机构。第30页，此课件共67页哦平面四杆运动链平面四杆运动链平面四杆运动链平面四杆运动链 F F 3 3n n 2 2p pL L p pHH 3 3 3 3 2 2 4 4 1 1原原原原动动动动件件件件数数数数 F F，运运运运动动动动链链链链内内内内部部部部的的的的运运运运动动动动关关关关系系系系将将将将发发发发生生生生矛矛矛矛盾盾盾盾，其其其其中中中中最最最最薄薄薄薄弱的构件将会损坏。弱的构件将会损坏。弱的构件将会损坏。弱的构件将会损坏。运动链不能成为机构。运动链不能成为机构。运动链不能成为机构。运动链不能成为机构。原原原原动动动动件件件件数数数数 F F F F，运运运运动动动动链链链链内内内内部部部部各各各各构构构构件件件件运动运动关系确定。运动运动关系确定。运动运动关系确定。运动运动关系确定。运动链成为机构。运动链成为机构。运动链成为机构。运动链成为机构。运运运运动动动动链链链链成成成成为为为为机机机机构构构构的的的的条条条条件件件件：取取取取运运运运动动动动链链链链中中中中一一一一个个个个构构构构件件件件相相相相对对对对固固固固定定定定作作作作为为为为机机机机架架架架，运运运运动动动动链链链链相相相相对对对对于于于于机机机机架架架架的的的的自自自自由由由由度度度度必必必必须须须须大大大大于于于于零零零零，且且且且原原原原动动动动件件件件的的的的数数数数目目目目等等等等于于于于运运运运动动动动链的自由度数。链的自由度数。链的自由度数。链的自由度数。第31页，此课件共67页哦 二、平面机构运动简图的绘制二、平面机构运动简图的绘制 机机机机构构构构运运运运动动动动简简简简图图图图，是是是是设设设设计计计计与与与与分分分分析析析析机机机机构构构构的的的的常常常常用用用用基基基基本本本本图图图图形形形形，必必必必须须须须掌掌掌掌握握握握其其其其绘绘绘绘制制制制方方方方法法法法。绘绘绘绘制制制制运运运运动动动动简简简简图图图图时，主要应注意：时，主要应注意：时，主要应注意：时，主要应注意：根据机械的功能，仔细观察机构的工作原理。首先找到原动件、机架和从动件。根据机械的功能，仔细观察机构的工作原理。首先找到原动件、机架和从动件。根据机械的功能，仔细观察机构的工作原理。首先找到原动件、机架和从动件。根据机械的功能，仔细观察机构的工作原理。首先找到原动件、机架和从动件。从从从从原原原原动动动动件件件件开开开开始始始始，按按按按照照照照运运运运动动动动的的的的传传传传递递递递过过过过程程程程，分分分分析析析析各各各各构构构构件件件件之之之之间间间间的的的的相相相相对对对对运运运运动动动动性性性性质质质质，确确确确定定定定活活活活动动动动构件的数目、运动副的类型和数目。构件的数目、运动副的类型和数目。构件的数目、运动副的类型和数目。构件的数目、运动副的类型和数目。选择与机械多数构件的运动平面平行的平面，作为机构运动简图的视图平面。选择与机械多数构件的运动平面平行的平面，作为机构运动简图的视图平面。选择与机械多数构件的运动平面平行的平面，作为机构运动简图的视图平面。选择与机械多数构件的运动平面平行的平面，作为机构运动简图的视图平面。选选选选择择择择适适适适当当当当的的的的机机机机构构构构运运运运动动动动瞬瞬瞬瞬时时时时位位位位置置置置和和和和比比比比例例例例尺尺尺尺l l(m/mmm/mm)，定定定定出出出出各各各各运运运运动动动动副副副副之之之之间间间间的的的的相相相相对对对对位位位位置置置置，用用用用规规规规定定定定的的的的符符符符号号号号将将将将各各各各运运运运动动动动副副副副表表表表示示示示出出出出来来来来，用用用用直直直直线线线线和和和和曲曲曲曲线线线线将将将将同同同同一一一一构构构构件件件件上上上上各各各各运运运运动动动动副副副副元元元元素素素素连连连连接起来。接起来。接起来。接起来。从从从从原原原原动动动动件件件件开开开开始始始始，按按按按运运运运动动动动传传传传递递递递顺顺顺顺序序序序标标标标出出出出各各各各构构构构件件件件的的的的编编编编号号号号和和和和运运运运动动动动副副副副代代代代号号号号。在原动件上标出箭头以表示其运动的方向。在原动件上标出箭头以表示其运动的方向。在原动件上标出箭头以表示其运动的方向。在原动件上标出箭头以表示其运动的方向。采采采采用用用用解解解解析析析析法法法法进进进进行行行行机机机机构构构构分分分分析析析析和和和和设设设设计计计计时时时时，尺尺尺尺寸寸寸寸比比比比例例例例就就就就不不不不一一一一定定定定严严严严格格格格要要要要求求求求，这这这这种种种种图图图图形形形形称为机构运动示意图。称为机构运动示意图。称为机构运动示意图。称为机构运动示意图。第32页，此课件共67页哦平面机构运动简图绘制举例平面机构运动简图绘制举例平面机构运动简图绘制举例平面机构运动简图绘制举例偏心泵偏心泵偏心泵偏心泵1234机构运动简图绘制是一项基本的能力训练，而这种能力的培养，需要随时机构运动简图绘制是一项基本的能力训练，而这种能力的培养，需要随时机构运动简图绘制是一项基本的能力训练，而这种能力的培养，需要随时机构运动简图绘制是一项基本的能力训练，而这种能力的培养，需要随时随地注意日常生活和生产中所遇到的各种机械，多做绘制其机构运动简图随地注意日常生活和生产中所遇到的各种机械，多做绘制其机构运动简图随地注意日常生活和生产中所遇到的各种机械，多做绘制其机构运动简图随地注意日常生活和生产中所遇到的各种机械，多做绘制其机构运动简图的练习，才能逐渐熟练和掌握。的练习，才能逐渐熟练和掌握。的练习，才能逐渐熟练和掌握。的练习，才能逐渐熟练和掌握。第33页，此课件共67页哦 计算错误的原因：计算错误的原因：计算错误的原因：计算错误的原因：三、计算机构自由度时应注意的问题三、计算机构自由度时应注意的问题举例举例举例举例飞机起落架飞机起落架飞机起落架飞机起落架机构自由度计算机构自由度计算机构自由度计算机构自由度计算 解解解解 n n 5 5，p pL L 6 6，p pHH 0 0 F F 3 3n n 2 2p pL L p pHH 3 3 5 5 2 2 6 6 3 3错误的结果！错误的结果！错误的结果！错误的结果！两个转动副两个转动副第34页，此课件共67页哦1 1 1 1。复合铰链。复合铰链。复合铰链。复合铰链两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副。两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副。两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副。两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副。k k k k个构件组成的复合铰链，有个构件组成的复合铰链，有个构件组成的复合铰链，有个构件组成的复合铰链，有(k-1)(k-1)(k-1)(k-1)个转动副。个转动副。个转动副。个转动副。例例例例 计算图示机构自由度计算图示机构自由度计算图示机构自由度计算图示机构自由度 解：解：解：解：B B B B、C C C C、D D D D、E E E E处为复合铰链，转动副数均为处为复合铰链，转动副数均为处为复合铰链，转动副数均为处为复合铰链，转动副数均为2 2 2 2。12345678ABCDEF n n 7 7，p pL L 1010，p pHH 0 0 F F 3 3n n 2 2p pL L p pHH 3 3 7 7 2 2 1010 1 1 机构运动演示机构运动演示机构运动演示机构运动演示第35页，此课件共67页哦注意注意注意注意：识别复合铰链，分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副识别复合铰链，分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副识别复合铰链，分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副识别复合铰链，分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副 123134212344132两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副第36页，此课件共67页哦 1 1）机构自由度计算）机构自由度计算）机构自由度计算）机构自由度计算1 1 F F 3 3n n 2 2p pL L p pHH 3 3 3 3 2 2 3 3 1 1 2 2 未考虑局部自由度计算结果，未考虑局部自由度计算结果，未考虑局部自由度计算结果，未考虑局部自由度计算结果，不正确不正确不正确不正确。2 2 2 2。局部自由度。局部自由度。局部自由度。局部自由度定定定定义义义义：机机机机构构构构中中中中某某某某些些些些构构构构件件件件所所所所具具具具有有有有的的的的仅仅仅仅与与与与其其其其自自自自身身身身的的的的局局局局部部部部运运运运动动动动有有有有关关关关的的的的自自自自由度。由度。由度。由度。计算时应将局部自由度除去不计。计算时应将局部自由度除去不计。计算时应将局部自由度除去不计。计算时应将局部自由度除去不计。2 2）机构自由度计算）机构自由度计算）机构自由度计算）机构自由度计算2 2设想将滚子与从动件焊成一体设想将滚子与从动件焊成一体设想将滚子与从动件焊成一体设想将滚子与从动件焊成一体 F F 3 3 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 考虑局部自由度计算结果，考虑局部自由度计算结果，考虑局部自由度计算结果，考虑局部自由度计算结果，正确正确正确正确。或者：计算时减去局部自由度或者：计算时减去局部自由度或者：计算时减去局部自由度或者：计算时减去局部自由度 F F 3 3 3 3 2 2 3 3 1 1 1 1(局部自由度局部自由度局部自由度局部自由度)1 1局部自由度常发生在为减局部自由度常发生在为减局部自由度常发生在为减局部自由度常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦小高副磨损而将滑动摩擦小高副磨损而将滑动摩擦小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩擦所增加的滚变成滚动摩擦所增加的滚变成滚动摩擦所增加的滚变成滚动摩擦所增加的滚子处子处子处子处第37页，此课件共67页哦3.3.3.3.虚约束虚约束虚约束虚约束虚约束：机构中不起独立限制作用的重复约束。虚约束：机构中不起独立限制作用的重复约束。虚约束：机构中不起独立限制作用的重复约束。虚约束：机构中不起独立限制作用的重复约束。计计计计算算算算具具具具有有有有虚虚虚虚约约约约束束束束的的的的机机机机构构构构的的的的自自自自由由由由度度度度时时时时，应应应应先先先先将将将将机机机机构构构构中中中中引引引引入入入入虚虚