1.机构的结构分析(运动副)

1、21 21 机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的 第二章第二章 机构的结构分析机构的结构分析 22 22 机构的组成机构的组成 23 23 机构运动简图机构运动简图 24 24 机构自由度的计算机构自由度的计算 25 25 计算平面自由度时应注意的事项计算平面自由度时应注意的事项 21 21 机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的 机构结构分析的内容主要有以下几个方面：机构结构分析的内容主要有以下几个方面： (1) 研究机构的组成及其具有确定运动的条件。研究机构的组成及其具有确定运动的条件。 (2) 根据结构特点进行机构的结构分类。根据结构特点进行机构的结构分类。 (3)

2、 研究机构的组成原理。研究机构的组成原理。 目的目的 为新机构的创造提供途径。为新机构的创造提供途径。 在综合新机构时，需要知道机构是怎样在综合新机构时，需要知道机构是怎样 组合起来的，而且在什么条件下，才能实现组合起来的，而且在什么条件下，才能实现 确定的运动；确定的运动； 为举一反三地研究机构的运动分析和动力为举一反三地研究机构的运动分析和动力 分析提供方便。分析提供方便。 2运动副运动副(kinetic pair) 两个构件组成的可动的联接称为两个构件组成的可动的联接称为 运动副。而把两构件上能够参加接触运动副。而把两构件上能够参加接触 而构成运动副的表面称为而构成运动副的表面称为运动副

3、元素。运动副元素。 22 22 机构的组成机构的组成 1构件构件(link) 构件构件 机器中每一个独立的运动单元体。机器中每一个独立的运动单元体。 运动副元素：圆柱面、圆孔面运动副元素：圆柱面、圆孔面 运动副元素：棱柱面、棱孔面运动副元素：棱柱面、棱孔面 运动副元素：两齿廓曲面运动副元素：两齿廓曲面 （1）按引入约束的数目分。）按引入约束的数目分。 I级副、级副、级副、级副、级副、级副、级副、级副、级副。级副。 运动副分类：运动副分类： 球面副（球面副（ 级副）级副） 球销副（球销副（副）副） 转动副（副转动副（副） 2 1 （2）按两构件的接触情况进行分。）按两构件的接触情况进行分。 高副

4、：点或线接触而构成的运动副；高副：点或线接触而构成的运动副； 低副：面接触而构成的运动副。低副：面接触而构成的运动副。 运动副分类：运动副分类： 球面高副球面高副 齿轮副齿轮副转动副转动副 （3）按两构件之间的相对运动的不同分。）按两构件之间的相对运动的不同分。 转动副或回转副、移动副、螺旋副、球面副、转动副或回转副、移动副、螺旋副、球面副、 平面运动副、空间运动副。平面运动副、空间运动副。 运动副分类：运动副分类： 球销副球销副螺旋副螺旋副 移动副移动副 转动副转动副 3、运动链、运动链 把两个以上的构件通过运动副的联接而构成把两个以上的构件通过运动副的联接而构成 的相对可动的系统称为运动链

5、的相对可动的系统称为运动链。 开式运动链开式运动链 闭式运动链闭式运动链 单闭环运动链单闭环运动链 多闭环运动链多闭环运动链 平面运动链平面运动链 空间运动链空间运动链 闭式运动链闭式运动链 简单运动链简单运动链 开式运动链开式运动链 复杂运动链复杂运动链 空间运动链空间运动链 4、机构、机构 1 2 3 4 A B C D 23 23 机构运动简图机构运动简图 用简单的线条和规定的符号用简单的线条和规定的符号 表示组成机构的构件和运动副，表示组成机构的构件和运动副， 并按一定的比例尺表示运动副的并按一定的比例尺表示运动副的 相对位置的简单图形称为机构运相对位置的简单图形称为机构运 动简图动简

6、图(Kinematical Diagrams) 。 23 23 机构运动简图机构运动简图 （1）分析机构的运动情况，定出其原动部）分析机构的运动情况，定出其原动部 分、工作部分，搞清楚传动部分。分、工作部分，搞清楚传动部分。 （3）选择适当的比例尺。）选择适当的比例尺。 步骤：步骤： （2）合理选择投影面及原动件适当的投影瞬）合理选择投影面及原动件适当的投影瞬 时位置。时位置。 （4）用简单的线条和规定的符号绘图。）用简单的线条和规定的符号绘图。 （5）检验。）检验。 23 23 机构运动简图机构运动简图 例题：插齿机 23 23 机构运动简图机构运动简图 例题：破碎机机构 24 24 机构自

7、由度的计算机构自由度的计算 作空间运动的自由构件有作空间运动的自由构件有6个独立运动（自由度），个独立运动（自由度）， 作平面运动的自由构件有作平面运动的自由构件有3个独立运动（自由度）个独立运动（自由度） 。 若平面机构中有若平面机构中有n个活动构件，各构件之间共构成了个活动构件，各构件之间共构成了 Pl个低副和个低副和Ph个高副，则它们共引入个高副，则它们共引入(2Pl+Ph)个约束。个约束。 机构的自由度机构的自由度F为为： F=3n(2Pl+Ph)=3n2PlPh 一一 平面机构自由度的一般公式平面机构自由度的一般公式 24 24 机构自由度的计算机构自由度的计算 二二 机构具有确定运

8、动的条件机构具有确定运动的条件 n=2,P5=3,F=0 2 3 1 B n=3,P5=5,F= 1 2 C 4 A D E 1 3 n=3,P5=4,F=1 1 4 1 2 3 A B C D C 2 B 5 4 A D E 1 3 n=4,P5=5,F=2 结论：结论： 机构具有确定机构具有确定 运动的条件是：运动的条件是： 机构自由度数机构自由度数F F 1 1 且且等于主动件数。等于主动件数。 25 25 计算平面自由度时应注意的事项计算平面自由度时应注意的事项 1. 1. 复合铰链复合铰链 由两个以上构件在由两个以上构件在 同一处构成的重合转动同一处构成的重合转动 副称为复合铰链。副

9、称为复合铰链。 由由m个构件在一处组个构件在一处组 成轴线重合的转动副。实成轴线重合的转动副。实 际上有际上有(m-1)个转动副。个转动副。 3 12 3 21 F = 3*7 - 2*10 = 1 如图所示如图所示F、B、D、C 处是复合铰链处是复合铰链 25 25 计算平面自由度时应注意的事项计算平面自由度时应注意的事项 2. 2. 局部自由度局部自由度 局部自由度局部自由度机构中个别构件所具有的不影响机构中个别构件所具有的不影响 其它构件运动，即与整个机构运动无关的自由度。其它构件运动，即与整个机构运动无关的自由度。 在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计。在计算机构自由度时，局部自

10、由度应当舍弃不计。 2 1 A C B 4 3 2 1 A C B 3 F = 3*3 - 2*3 1 = 2？ F = 3*2 - 2*2 1 = 1 25 25 计算平面自由度时应注意的事项计算平面自由度时应注意的事项 3. 3. 虚约束虚约束 虚约束虚约束机构中那些对构件间的相对运动不起独机构中那些对构件间的相对运动不起独 立限制作用的重复约束。或称消极约束。立限制作用的重复约束。或称消极约束。 常见的虚约束：常见的虚约束： （1）机构中联结构件与被联结构件的轨迹重合。）机构中联结构件与被联结构件的轨迹重合。 C AD=BD=DC 2 A B 1 4 D 3 F = 3*4 - 2*6

11、= 0？ F = 3*3 - 2*4= 1 （2）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合 时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。 25 25 计算平面自由度时应注意的事项计算平面自由度时应注意的事项 常见的虚约束：常见的虚约束： F=3 2 -2 2 1=1 F=3 3-2 4 =1 25 25 计算平面自由度时应注意的事项计算平面自由度时应注意的事项 常见的虚约束：常见的虚约束： （3）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则 只

12、有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。只有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。 25 25 计算平面自由度时应注意的事项计算平面自由度时应注意的事项 常见的虚约束：常见的虚约束： （4）机构运动过程中，其中某两构件上两点之间的距离始）机构运动过程中，其中某两构件上两点之间的距离始 终不变，则将两点以构件联接，则将会引入一个虚约束。终不变，则将两点以构件联接，则将会引入一个虚约束。 4 C A B 1 3 2 5 D EF BC=EF， AB=CD， BE=CF， AE=DF。 F=3n-2p-p=3*4-2*6=0 ? F=3n-2p-p=3*3-2*4=1 25 25 计算平面自由度时应注意的事项计算平面自由度时应注意的事项 常见的虚约束：常见的虚约束： (5) 机构中对运动起重复限制作用的对称部分引入机构中对运动起重复限制作用的对称部分引入 虚约束。虚约束。 2 1 3 22 O F=3 3 - 2 3 2 = 1 25 25 计算平面自由度时应注意的事项计算平面自由度时应注意的事项 常见的虚约束：常见的