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)運動簡圖1.3機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件1.4機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)：具有確定運動的實物組合體

運動鏈具有確定的相對運動機(jī)構(gòu)桁架運動鏈相對運動不確定無相對運動1.3運動鏈成為機(jī)構(gòu)的條件

運動鏈的自由度：確定運動鏈中各構(gòu)件相對與其中某一構(gòu)件的位置所需要的獨立參變量的數(shù)目。

運動鏈的自由度

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

2F=6K級運動副F=6-kn為活動構(gòu)件數(shù)目，Pk

表示k級副的數(shù)目自動駕駛儀操作裝置1.3.1運動鏈的自由度計算2314構(gòu)件數(shù)目：N=4活動構(gòu)件數(shù)目：n=3運動副：機(jī)架1和活塞2：圓柱副（4級副）活塞2和連桿3：轉(zhuǎn)動副（5級副）連桿3和搖桿4：球面副（3級副）搖桿4和機(jī)架1：轉(zhuǎn)動副（5級副）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動鏈自由度平面運動鏈自由度

平面運動鏈的自由度

F=3n-2P5-P4q=3n為活動構(gòu)件數(shù)目平面運動鏈中只有4級副和5級副（轉(zhuǎn)動副、移動副和平面高副）例：計算平面運動鏈自由度12345P4=1P5=5n=4F

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

Fa=3×2-2×3=0

Fb=3×3-2×5=-1F0運動鏈不能運動，不成為機(jī)構(gòu)

F

=3×4-2×5=21個原動件F>0，但原動件數(shù)目小于自由度數(shù)目，運動鏈運動不確定，不能成為機(jī)構(gòu)。

F

=3×3-2×4=12個原動件F>0，但原動件數(shù)目大于自由度數(shù)目，運動鏈被破壞，不能成為機(jī)構(gòu)。運動鏈成為機(jī)構(gòu)的條件：

運動鏈中取一個構(gòu)件相對固定作為機(jī)架，運動鏈

相對于機(jī)架的自由度必須大于零，且原動件數(shù)目

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

計算可采用運動鏈自由度的計算公式?！皺C(jī)構(gòu)”的定義：在運動鏈中，將某一個構(gòu)件加以固定，而讓另一個或幾個構(gòu)件按給定運動規(guī)律相對固定構(gòu)件運動時，如果運動鏈中其余各構(gòu)件都有確定的相對運動，則此運動鏈成為機(jī)構(gòu)。F=

11

個原動件：活塞實現(xiàn)搖桿的往復(fù)擺動1.3.3計算機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的問題

問題1：復(fù)合鉸鏈兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副聯(lián)接所構(gòu)成的運動副。解決方案k

個構(gòu)件在同一處構(gòu)成復(fù)合鉸鏈，實際上構(gòu)成了(k-1)個轉(zhuǎn)動副。

F

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

問題2：局部自由度某些構(gòu)件具有的只影響自身局部運動而不影響其它構(gòu)件運動的自由度，經(jīng)常發(fā)生在將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的場合。

問題3：虛約束

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

F

=3×1-2×2=-1

解決方案計算機(jī)構(gòu)自由度時，不考慮虛約束的作用，認(rèn)為兩個構(gòu)件之間只形成一個運動副

F

=3×1-2×1=1兩個構(gòu)件之間形成多個與導(dǎo)路重合或平行的移動副等寬凸輪機(jī)構(gòu)等徑凸輪機(jī)構(gòu)場合二：兩構(gòu)件上某兩點之間的距離在運動中保持不變5EF

F

=3×1-2×2=-1ABCDAFDE點E、F距離在運動過程中始終不變

桿式聯(lián)軸器ABAB=BC=BD<DAC=90°除

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

F

=3×1-2×2=-1場合四：機(jī)構(gòu)中存在不起作用的對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；計算機(jī)構(gòu)自由度時，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)化了實約束，影響機(jī)構(gòu)運動；虛約束問題小結(jié)：

機(jī)械設(shè)計中如果需要采用虛約束，必須保證設(shè)計、加工、裝配精度，以確保滿足虛約束存在的條件。例：計算大篩機(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+運動副運動鏈機(jī)構(gòu)1.4機(jī)構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析

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

平面低副運動鏈自由度

F=3n-2P5

基本桿組F=0P5=n32n

=2P5=3Ⅱ級桿組（雙桿組）n

=4P5=6Ⅲ級桿組三副構(gòu)件3個雙副構(gòu)件n

=2P5=3Ⅱ級桿組（雙桿組）n

=4P5=6Ⅲ級桿組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自由度為零的基本桿組依次聯(lián)接到原動機(jī)和機(jī)架上而構(gòu)成的，機(jī)構(gòu)的自由度等于原動件的數(shù)目，這就是機(jī)構(gòu)的組成原理。構(gòu)件+運動副運動鏈機(jī)構(gòu)機(jī)架原動件若干基本桿組機(jī)架和原動件Ⅱ級桿組Ⅲ級桿組四桿機(jī)構(gòu)八桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的組成：

在機(jī)架和原動件上每增加一個基本桿組，并不改變原來的自由度，每次增加都可以獲得一個新機(jī)構(gòu)；

設(shè)計新機(jī)構(gòu)時，在滿足相同工作要求的前提下，機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)越簡單越好，桿組級別越低越好，運動副數(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、原動件和機(jī)架，是機(jī)構(gòu)組成的反過程，又稱為拆桿組。機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析原則：

首先，從遠(yuǎn)離原動件的部分開始拆分；試拆時，先試拆低級別桿組；每拆完一個桿組，剩余的部分仍然是一個完整機(jī)構(gòu)。I級機(jī)構(gòu)II級機(jī)構(gòu)III級機(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別原動件不同，機(jī)構(gòu)的級別也有可能不同123456781.4.3平面機(jī)構(gòu)的高副低代

根據(jù)一定的條件對平面機(jī)構(gòu)中的高副虛擬地用低副來替代，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