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1、8/15/2023第二章第二章 機構的組成及機構的組成及 其自由度的計算其自由度的計算2-1 機構的組成機構的組成2-2 機構運動簡圖機構運動簡圖2-3 機構機構具有確定運動的條件具有確定運動的條件2-4 平面機構自由度的計算平面機構自由度的計算2-5 計算平面機構自由度時應注意的事項計算平面機構自由度時應注意的事項返回返回一、本章知識脈絡1、機構的組成構件運動副 運動副元素運動鏈 平面閉式運動鏈氣缸體連桿體曲軸齒輪軸活塞2、本章以機構整體為對象的有關知識機構具有確定運動的條件機構運動簡圖的繪制機構自由度的計算2、學習的難點二、學習的重點及難點構件、運動副、運動鏈等的概念 機構運動簡圖的繪制
2、機構具有確定運動的條件及機構自由度的計算 1、學習的重點機構中虛約束的判定 是兩構件參與接觸而構成運動副的表面。是兩構件直接接觸而構成的可動聯接；2-1 機構的組成機構的組成1.構件零件是機器中的一個獨立制造單元體；構件是機器中的一個獨立運動單元體。從運動來看，任何機器都是由若干個構件組合而成的。任何機器都是由許多零件組合而成的。氣缸體連桿體連桿頭曲軸齒輪活塞2.運動副運動副運動副元素例 軸與軸承、滑塊與導軌、兩輪齒嚙合。2）按其相對運動形式分轉動副（回轉副或鉸鏈）移動副螺旋副球面副還可分為平面運動副與空間運動副兩類。1）按其接觸形式分高副：點、線接觸的運動副低副：面接觸的運動副（1）運動副的
3、分類機構的組成機構的組成(2/4)3.運動鏈構件通過運動副的聯接而構成的相對可動的系統。閉式運動鏈（簡稱閉鏈）開式運動鏈（簡稱開鏈）平面閉式運動鏈空間閉式運動鏈平面開式運動鏈空間開式運動鏈（2）運動副符號運動副常用規定的簡單符號來表達（GB446084）。各種常用運動副模型常用運動副的符號表機構的組成機構的組成(3/4)但當機構安裝在運動的機械上時則是運動的。按給定已知運動規律獨立運動的構件；4.機構具有固定構件的運動鏈稱為機構。機 架原動件從動件機構中的固定構件；機構中其余活動構件。平面鉸鏈四桿機構 機構常分為平面機構和空間機構兩類，其中平面機構應用最為廣泛。空間鉸鏈四桿機構 一般機架相對地
4、面固定不動，常以轉向箭頭表示。其運動規律決定于原動件的運動規律和機構的結構及構件的尺寸。機架原動件從動件機架從動件原動件機構的組成機構的組成(4/4)不嚴格按比例繪出的，只表示機械結構狀況的簡圖。根據機構的運動尺寸，按一定的比例尺定出各運動副的位置，2-2 機構運動簡圖機構運動簡圖 在對現有機械進行分析或設計新機器時，都需要繪出其機構運動簡圖。1.何謂機構運動簡圖？例 內燃機機構運動簡圖。機構運動簡圖 采用運動副及常用機構運動簡圖符號和構件的表示方法，將機構運動傳遞情況表示出來的簡化圖形。機構示意圖舉例：（2）選定視圖平面；（3）選適當比例尺，作出各運動副的相對位置，再畫出各運動副和機構的符號
5、，最后用簡單線條連接，即得機構運動簡圖。機構運動簡圖機構運動簡圖(2/2)2.機構運動簡圖的繪制繪制方法及步驟：（1）搞清機械的構造及運動情況，沿著運動傳遞路線，查明組成機構的構件數目、運動副的類別及其位置；內燃機機構運動簡圖繪制顎式破碎機機構運動簡圖繪制2-3 機構具有確定運動的條件機構具有確定運動的條件一個機構在什么條件下才能實現確定的運動呢？兩個例子例1 鉸鏈四桿機構例2 鉸鏈五桿機構則機構的運動完全確定；則機構的最薄弱環節損壞。則機構的運動不確定；則機構的運動完全確定。機構的自由度 機構具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數的數目，其數目用F表示。結論 機構具有確定運動的條件是：機構的
6、原動件數目應等于機構的自由度數目F。若給定機構一個獨立運動，若給定機構兩個獨立運動，若給定機構一個獨立運動，若給定機構兩個獨立運動，如果原動件數F,則機構的運動將不確定；則會導致機構最薄弱環節的損壞。機構具有確定運動的條件機構具有確定運動的條件(2/2)結論：機構具有確定運動的條件是：機構原動件數目應等于機構的自由度的數目F。2-4 平面機構自由度的計算平面機構自由度的計算1.平面機構自由度的計算（1）計算公式F3n(2plph)式中：n為機構的活動構件數目；pl 為機構的低副數目；ph為機構的高副數目。(2)舉例1）鉸鏈四桿機構F3n(2plph)33 24 012）鉸鏈五桿機構F3n(2p
7、lph)34 25 023）內燃機機構F3n(2plph)36 27 31機構自由度的計算機構自由度的計算(2/4)例2 楔形滑塊機構解 因此機構為全移動副平面機構，故m4，則F(6m)n(5m)p5(64)2(54)31 （2）含公共約束的空間機構自由度的計算公共約束F(6m)n(im)pii=m+15 由上式可知，公共約束m=0、1、2、3、4。故相應的機構分別稱為0族、1族、2族、3族、4族機構（五類）。是指機構中所有構件均受到的共同的約束，以m表示。機構自由度的計算機構自由度的計算(3/4)（3）空間開鏈機構的自由度計算 因空間開鏈機構運動副總數p(=pi)等于其活動構件數n，i=15
8、6n(6fi)pii=15 fipii=15式中，fi為i級運動副的自由度，fi6i。例3 機械手開鏈機構解 F(65)p5(64)p417219 因機械手具有9個自由度，故它運動的靈活性較大，可繞過障礙進入作業區。F6n ipii=15故機構自由度的計算機構自由度的計算(4/4)如果兩構件在多處接觸而構成運動副，且符合下列情況者，則為同一運動副，即只能算一個運動副。2-5 計算平面機構自由度時應注意的事項計算平面機構自由度時應注意的事項1.要正確計算運動副的數目 由m個構件組成的復合鉸鏈，共有(m-1)個轉動副。（1）復合鉸鏈（2）同一運動副 1）移動副，且移動方向彼此平行或重合；2）轉動副
9、，且轉動軸線重合；3）平面高副，且各接觸點處的公法線彼此重合。是指機構中某些構件所產生的不影響其他構件運動的局部運動的自由度。如果兩構件在多處接觸而構成平面高副，但各接觸點處的公法線方向并不彼此重合，則為復合高副，相當于一個低副（移動副或轉動副）。（3）復合平面高副2.要除去局部自由度 局部自由度計算平面機構自由度時應注意的事項計算平面機構自由度時應注意的事項(2/6)滾子繞其軸線的轉動為一個局部自由度，在計算機構自由度時，應將 機構中的局部自由度除去不計，即例2 滾子推桿凸輪機構解F3n(2plph)故凸輪機構的自由度為F32(221)13.要除去虛約束 虛約束是指機構中某些運動副帶入的對機
10、構運動起重復約束作用的約束，對機構的運動實際上不產生約束效果。例3 平行四邊形四桿機構F3n(2plph)33241計算平面機構自由度時應注意的事項計算平面機構自由度時應注意的事項(3/6)當增加一個構件5和兩個轉動副E、F，且BE AF，則F3n(2plph)34260原因：構件5 和兩個轉動副E、F 引入的一個約束為虛約束。在計算機構的自由度時，應從機構的約束數中減去虛約束數目，故F3n(2plph)如平行四邊形五桿機構的自由度為F33241計算平面機構自由度時應注意的事項計算平面機構自由度時應注意的事項(4/6)（1）軌跡重合的情況 在機構中，如果用轉動副聯接的是兩個構件上運動軌跡相重合
11、的點，該聯接將帶入1個虛約束。例如橢圓儀機構就是這種情況（圖中：CAD90，BCBD）。顯然，轉動副C所聯接的C2、C3兩點的軌跡重合，將帶入一個虛約束。（2）用雙副桿聯接兩構件上距離恒定不變的兩點的情況 在機構運動過程中，如果兩構件上兩點之間的距離始終保持不變，若用一雙副桿將此兩點相連，也將帶入一個虛約束。計算平面機構自由度時應注意的事項計算平面機構自由度時應注意的事項(5/6)4機構中的虛約束常發生的幾種情況例如圖示平行四邊形機構就屬于此種情況。顯然，構件 5和轉動副E、F所聯接的兩點間的距離始終保持不變，故帶入一個虛約束。（3）結構重復的情況 在機構中，不影響機構運動傳遞的重復部分所帶入的約束為虛約束。例如圖示輪系就屬于這種情況。顯然，從機構運動傳遞來看，僅有一個齒輪就可以了，而其余兩個齒輪并不影響機構的運動傳遞，故帶入了虛約束，且p2。計算平面機構自由度時應注意的事項計算平面機構自由度時應注意的事項(6/6)
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