机械原理机构的组成原理和机构类型综合PPT学习教案

1、会计学1 机械原理机构的组成原理和机构类型综机械原理机构的组成原理和机构类型综 合合 2.1.2 基本概念复习基本概念复习 构件构件(link) 独立的运动单元；独立的运动单元；零件零件(part) 独立的制造单元独立的制造单元 作者：潘存云教授 套筒套筒 连杆体连杆体 螺栓螺栓 垫圈垫圈 螺母螺母 轴瓦轴瓦 连杆盖连杆盖 内燃机连杆内燃机连杆 第1页/共49页 运动副运动副两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的连接。两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的连接。 注意：注意：三个条件缺一不可：三个条件缺一不可： a)两个构件，两个构件，b) 直接接触，直接接触，c) 有相对运动有相

2、对运动 运动副元素运动副元素两构件构成运动副的直接接触的部分（点、线、面）两构件构成运动副的直接接触的部分（点、线、面） 例如凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。例如凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。 作者：潘存云教授 运动副的分类：运动副的分类： 按引入的约束数分有：按引入的约束数分有： I级副、级副、II级副、级副、III级副、级副、IV级副、级副、V级副。级副。 构件受到约束后自由度减少，每加上一个约束，便失去一个自由度，自由度与约束数之和为构件受到约束后自由度减少，每加上一个约束，便失去一个自由度，自由度与约束数之和为6。提供一个约束条件的，称为。提供一个约束条件的，称为I级副。其余依此类推。级

3、副。其余依此类推。 第2页/共49页 I级副级副 作者：潘存云教授 II级副级副III级副级副 IV级副级副 V级副级副1 V级副级副2 V级副级副3 两者关联 第3页/共49页 按相对运动范围分有按相对运动范围分有 平面运动副平面运动副平面运动平面运动(plannar kinematic pair) 空间运动副空间运动副空间运动空间运动(spatial kinematic pair ) 例如球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。例如球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。 平面机构平面机构全部由平面运动副组成的机构。全部由平面运动副组成的机构。 空间机构空间机构至少含有一个空间运动副的机构。至少含有一

4、个空间运动副的机构。 按运动副元素分有按运动副元素分有 面接触（应力低）的运动副称为低副，例如转动副（回转副）、移动副面接触（应力低）的运动副称为低副，例如转动副（回转副）、移动副 ；点、线接触的运动副（应力高）称为高副，；点、线接触的运动副（应力高）称为高副，例如例如滚动副、凸轮副、齿轮副滚动副、凸轮副、齿轮副等。等。 第4页/共49页 运动链运动链两个以上的构件通过运动副的连接而构成的系统。两个以上的构件通过运动副的连接而构成的系统。 分为分为闭式闭式运动运动链和开式运动链两种。链和开式运动链两种。 作者：潘存云教授 1个或几个个或几个1个个 机构机构将运动链中某一构件固定，而其余构件相对

5、于它有确定将运动链中某一构件固定，而其余构件相对于它有确定 运动，此种运动链称为机构运动，此种运动链称为机构 。 机架机架作为参考系的构件作为参考系的构件，如机床床身、车辆底盘、飞机机身。如机床床身、车辆底盘、飞机机身。 主（原）动件主（原）动件按给定运动规律相对于机架独立运动的构件按给定运动规律相对于机架独立运动的构件。主主 动件往往也是驱动力作用的构件，即原动件。动件往往也是驱动力作用的构件，即原动件。 从动件从动件除主动件之外，其余相对于机架运动的构件。除主动件之外，其余相对于机架运动的构件。 机构的组成：机构的组成：机构机构机架原动件从动件机架原动件从动件 若干若干 第5页/共49页

6、机构运动简图机构运动简图用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形。用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形。 作用：作用： 表示机构的结构和运动情况。表示机构的结构和运动情况。 作为运动分析和动力分析的依据。作为运动分析和动力分析的依据。 机构示意图机构示意图不按精确比例绘制的简图。不按精确比例绘制的简图。 机构运动简图符号已经有国家标准，该标准对运动副、构件及各种机构的表示机构运动简图符号已经有国家标准，该标准对运动副、构件及各种机构的表示 符号作了规定，下表中符号作了规定，下表中构件和运动副的表示方法构件和运动副的表示方法供参考。供参考。 第6页/共49页 构件和运动副的表

7、示方法构件和运动副的表示方法 双双 副副 三三 副副 构构 件件 第7页/共49页 两构件为活动构件两构件为活动构件 有一个构件固定有一个构件固定 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 转动副转动副 1 2 第8页/共49页 两构件为活动构件两构件为活动构件 有一个构件固定有一个构件固定 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 移动副移动副 第9页/共49页 齿轮的轮齿与轮齿接触齿轮的轮齿与轮齿接触 凸轮与从动件的接触凸轮与从动件的接触 高高 副副 1 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 1 第10页/共49页 机构运动简图机构运动简图应满足的应满足的条件

8、条件： 构件数目与实际相同构件数目与实际相同; 运动副的特点、数目与实际相符运动副的特点、数目与实际相符; 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。 绘制机构运动简图的绘制机构运动简图的思路：思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。 顺口溜：顺口溜： 先两头，后中间，从头至尾走一遍，先两头，后中间，从头至尾走一遍， 数数构件是多少，数数构件是多少，

9、 再看它们怎相连。再看它们怎相连。 绘制机构运动简图的绘制机构运动简图的步骤：步骤： 运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目； 测量各运动副之间的尺寸，选视图平面（通常选与运动平面平行的平测量各运动副之间的尺寸，选视图平面（通常选与运动平面平行的平 面），绘制示意图；面），绘制示意图； 按比例绘制运动简图；按比例绘制运动简图； 检验机构是否满足运动确定的条件。检验机构是否满足运动确定的条件。 第11页/共49页 E C 颚式破碎机颚式破碎机 举例：举例：绘制绘制破碎机破碎机的机构运动简图。的机构运动简图。 分析：分析：该例题中各构件全部由转动

10、副连接而成，其中该例题中各构件全部由转动副连接而成，其中O、E、F三处是与机架相连的固定铰链，原动件为三处是与机架相连的固定铰链，原动件为AC，作整周旋转。，作整周旋转。 难点：难点：关键是搞清楚原动构件关键是搞清楚原动构件AC是一个作整周旋转的偏心轮，不容易看出。是一个作整周旋转的偏心轮，不容易看出。 B D F A O 第12页/共49页 作者：潘存云教授 1 2 3 4 举例：举例：绘制图示绘制图示偏心泵偏心泵的运动简图的运动简图 分析：分析：该例题中共有四个构件，三个转动副，一个移动副。原动件是该例题中共有四个构件，三个转动副，一个移动副。原动件是 一个偏心轮，其上有两个转动副。另外一

11、个构件是摇块，其外形是圆柱，与机架构成转动副，与深黄色构件（连杆）构成移动副一个偏心轮，其上有两个转动副。另外一个构件是摇块，其外形是圆柱，与机架构成转动副，与深黄色构件（连杆）构成移动副 。 难点：难点：弄清原动构件为一个偏心轮以及摇块上运动副的特点。弄清原动构件为一个偏心轮以及摇块上运动副的特点。 偏心泵偏心泵 第13页/共49页 单个自由构件的自由度为单个自由构件的自由度为 3 3 2. 机构的自由度计算及机构运动确定的条件机构的自由度计算及机构运动确定的条件 1）平面机构的自由度）平面机构的自由度 定义：定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数称为机构的自由度。保证机构具有

12、确定运动时所必须给定的独立运动参数称为机构的自由度。 计算方法：计算方法： 作平面运动的刚体在空间的位置需要三个独立的参数作平面运动的刚体在空间的位置需要三个独立的参数（x，y, ）才能唯一确定。才能唯一确定。 y x (x , y) F = 3 o 第14页/共49页 自由构自由构 件的自件的自 由度数由度数 运动副运动副 自由度数自由度数F 约束数约束数R 回转副回转副 1（） + 2（x，y） = 3 S y x 1 2 x y 1 2 R=2, F=1R=2, F=1 R=1, F=2 结论：结论：构件自由度构件自由度3约束数自由构件的自由度数约束数约束数自由构件的自由度数约束数 移动

13、副移动副 1（x） + 2（y，）= 3 高高 副副 2（x,） + 1（y） = 3 y x 1 2 经运动副相连后，由于有约束，构件自由度会有变化：经运动副相连后，由于有约束，构件自由度会有变化： 第15页/共49页 活动构件数活动构件数 n 计算公式：计算公式： F=3n(2PL +Ph ) 要求：要求：记住上述公式，并能熟练应用。记住上述公式，并能熟练应用。 构件总自由度构件总自由度 低副约束数低副约束数 高副约束数高副约束数 3n 2 PL 1 Ph 推广到一般情况：推广到一般情况： 设一个平面机构，共有设一个平面机构，共有n n个活动构件，用个活动构件，用P PL L个低副和个低副

14、和P PH H个高副连接。如上所述，一个没有任何约束的构件作平面运动时具有个高副连接。如上所述，一个没有任何约束的构件作平面运动时具有3 3个自由度，一个低副有两个约束条件，一个高副有一个约束条件。因此：个自由度，一个低副有两个约束条件，一个高副有一个约束条件。因此： 第16页/共49页 例题例题 计算曲柄滑块机构的自由度。计算曲柄滑块机构的自由度。 解：活动构件数解：活动构件数n = 3 低副数低副数PL = 4 高副数高副数PH = 0 F = 3n 2PL PH = 33 24 = 1 1 2 3 第17页/共49页 例题例题 计算五杆铰链机构的自由度。计算五杆铰链机构的自由度。 解：活

15、动构件数解：活动构件数n = 4 低副数低副数PL = 5 高副数高副数PH = 0 F=3n 2PL PH =34 25 =2 1 23 4 1 1 第18页/共49页 例题例题 计算图示凸轮机构的自由度。计算图示凸轮机构的自由度。 解：活动构件数解：活动构件数n = 2 低副数低副数PL = 2 高副数高副数PH = 1 F=3n 2PL PH =32 221 =1 1 2 3 第19页/共49页 原动件原动件驱动力作用的，相对于机架能独立运动的构件。驱动力作用的，相对于机架能独立运动的构件。 因为一个原动件只能提供一个独立参数因为一个原动件只能提供一个独立参数 所以机构具有确定运动的条件

16、为所以机构具有确定运动的条件为 自由度原动件数自由度原动件数 作者：潘存云教授 给定给定S S3 3S S3 3(t)(t)，一个独立参数一个独立参数 1 11 1（t t）唯一确定，该机唯一确定，该机 构仅需要一个独立参数。构仅需要一个独立参数。 若仅给定若仅给定1 11 1（t t）, ,则则2 2 3 3 4 4 均不能唯一确定。若同时给定均不能唯一确定。若同时给定1 1和和4 4 ，则，则3 3 2 2 能唯一确定，该机构需要两个独立参数能唯一确定，该机构需要两个独立参数 。 4 4 S3 1 2 3 S3 11 1 23 4 1 1 第20页/共49页 复合铰链。复合铰链。 两个以上

17、的构件在同一处以转动副相连。两个以上的构件在同一处以转动副相连。 每两个构件之间构成一个转动副，因此，当有每两个构件之间构成一个转动副，因此，当有m个构件在同一处以转动副相连时，有个构件在同一处以转动副相连时，有m1转动副。转动副。 此处有两个低副此处有两个低副 例题例题 求图示圆盘锯机构的自由度。求图示圆盘锯机构的自由度。 解：在解：在B、C、D、E四处各有三个构件形成复合铰四处各有三个构件形成复合铰 链，每处有链，每处有 2 个运动副，因此有个运动副，因此有 活动构件数活动构件数 n = 7 低副数低副数PL = 10 F=3n 2PL PH =37 2100 =1 如果不考虑复合铰链，低

18、副数目为如果不考虑复合铰链，低副数目为6个，则计算的自由度数为个，则计算的自由度数为9，显然计算有误！，显然计算有误！ 1 2 3 4 5 6 7 8 A B C D E F 作者：潘存云教授 圆盘锯机构圆盘锯机构 3）计算平面机构自由度时应注意的事项）计算平面机构自由度时应注意的事项 第21页/共49页 例题例题计算图示两种凸轮机构的自由度。计算图示两种凸轮机构的自由度。 解：如果不考虑局部自由度，那么有解：如果不考虑局部自由度，那么有 n=3 , PL = 3, PH = 1 F = 3n 2PL PH = 33 23 1 = 2 对于右边的机构，有：对于右边的机构，有： F=32 22

19、1=1 第一例计算结果显然有误。事实上，当凸轮转速一样时，两个机构中从动件的运动完全相同，且两个机构的第一例计算结果显然有误。事实上，当凸轮转速一样时，两个机构中从动件的运动完全相同，且两个机构的 F=1。 加装滚子的好处在于将滑动摩擦变成滚动摩擦以减小摩擦力。加装滚子的好处在于将滑动摩擦变成滚动摩擦以减小摩擦力。 1 2 3 1 2 3 局部自由度。局部自由度。 定义：定义：构件局部运动所产生的自由度。构件局部运动所产生的自由度。 局部自由度常出现在加装滚子的场合，计算机构自由度时应去掉。否则会出错。局部自由度常出现在加装滚子的场合，计算机构自由度时应去掉。否则会出错。 第22页/共49页

20、解：若套用公式直接计算有解：若套用公式直接计算有 n=4，PL=6，PH=0 F = 3n 2PL PH = 34 26 = 0 事实上，该机构是可以运动的，老式的蒸汽机火车头车轮驱动就采用了该机构。事实上，该机构是可以运动的，老式的蒸汽机火车头车轮驱动就采用了该机构。 虚约束虚约束( formal constraint) 对机构的运动实际不起作用的约束。对机构的运动实际不起作用的约束。 计算自由度时应去掉虚约束。计算自由度时应去掉虚约束。 因为因为 AB CD FE ，故增加构件故增加构件4前后前后E点的轨迹都是圆弧。增加了构件点的轨迹都是圆弧。增加了构件4 ，带来，带来3个自由度，同时多了

21、个自由度，同时多了2个转动副，带来了个转动副，带来了4个约束。但个约束。但增加的约束不起作用增加的约束不起作用，应去掉构件，应去掉构件4后变为下图，重新计算得后变为下图，重新计算得 F=1。 例题例题已知：已知：ABCDEF，计算图示平行四边形机构的自由度。，计算图示平行四边形机构的自由度。 1 2 34 A BC D E F 作者：潘存云教授 1 2 3 4 A BC D E F 4 F 特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：特别注意：此例存在虚约束的几何条件是： ABCDEF 第23页/共49页 出现虚约束的场合：出现虚约束的场合： a.两构件连接前后，连接点的轨迹重合；两构件连接前后，连

22、接点的轨迹重合； b.两构件构成多个移动副，且导路平行。两构件构成多个移动副，且导路平行。 如平行四边形机构，火车轮，椭圆仪等。如平行四边形机构，火车轮，椭圆仪等。 第24页/共49页 d.运动时，两构件上的两点距离始终不变。运动时，两构件上的两点距离始终不变。 c.两构件构成多个转动副，且同轴。两构件构成多个转动副，且同轴。 e.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。 EF 作者：潘存云教授 虚约束 虚约束 虚约束 虚约束 虚约束 第25页/共49页 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 f.两构件构成高副，两处接触，且法线重合两构件

23、构成高副，两处接触，且法线重合 如等宽凸轮。如等宽凸轮。 W 注意：注意： 法线不重合时，变成实际约束！法线不重合时，变成实际约束！ A A n1 n1 n2 n2 n1 n1 n2 n2 A A 注意：注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的各种出现虚约束的场合都是有条件的 ! 虚约束的作用：虚约束的作用： 改善构件的受力情况，如多个行星轮。改善构件的受力情况，如多个行星轮。 增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。 使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。 虚约束 虚约束 第26页/共49页 高副低代：高副低代：为了

24、使平面低副机构的运动分析和动力分析方法能适用于所为了使平面低副机构的运动分析和动力分析方法能适用于所 有平面机构，因而要了解平面高副与平面低副之间的内在联系，研究在平有平面机构，因而要了解平面高副与平面低副之间的内在联系，研究在平 面机构中用低副代替高副的条件和方法（简称高副低代）。面机构中用低副代替高副的条件和方法（简称高副低代）。 为保证机构的运动保持不变，进行高副低代为保证机构的运动保持不变，进行高副低代必须满足的条件必须满足的条件是：是： a.代替机构和原机构的自由度必须完全相同。代替机构和原机构的自由度必须完全相同。 b.瞬时速度和瞬时加速度必须完全相同。瞬时速度和瞬时加速度必须完全

25、相同。 高副低代的方法：高副低代的方法：用一个带有两个转动副的构件来代替一个高副，这两用一个带有两个转动副的构件来代替一个高副，这两 个转动副分别处在高副两元素接触点的曲率中心。个转动副分别处在高副两元素接触点的曲率中心。 平面机构中的高副均可以用低副来代替。平面机构中的高副均可以用低副来代替。 第27页/共49页 b) 3 2 A 1 B 4 O1 O2 O1 2 r1 A 3 1 nO2 r2 n B a) 3 2 A 1 B 4 b) 高副机构高副机构 任意曲线轮廓高副机构任意曲线轮廓高副机构 O1 2 r1 A 3 1 n O2 r2 n B a) C 曲率圆曲率圆 第28页/共49页

26、 a) 1 2 3 A C B O1 n (O2) n b) A O1 O2 2 4 1 3B 若高副两元素之一为一点若高副两元素之一为一点(如下图如下图a)，则因其曲率半径为零，所以曲率中心与两构件的接触点，则因其曲率半径为零，所以曲率中心与两构件的接触点C重合，其瞬时代替机构如图重合，其瞬时代替机构如图b： 第29页/共49页 1 2 3 B O1 A O2 a) C 若高副两元素之一为一直线若高副两元素之一为一直线(如下图如下图a)，则因其曲率中心在无穷远处，所以这一端的转动副将转化为移动副，其瞬时代替机构如图，则因其曲率中心在无穷远处，所以这一端的转动副将转化为移动副，其瞬时代替机构如

27、图b或图或图c： 2 3 B A C 4 1 c) b) 2 3 B O1 A C 4 1 第30页/共49页 机构具有确定运动的条件是机构具有确定运动的条件是原动件数自由度原动件数自由度。 现设想将机构中的原动件和机架断开，则原动件与机架构成了基本现设想将机构中的原动件和机架断开，则原动件与机架构成了基本 机构，其机构，其F1。剩下的构件组必有。剩下的构件组必有F0。将构件组继续拆分成更简单。将构件组继续拆分成更简单 的的 F0的构件组，直到不能再拆为止。的构件组，直到不能再拆为止。 定义：定义：最简单的最简单的F0的构件组，称为基本杆组。的构件组，称为基本杆组。 F=1 F=0 第31页/

28、共49页 基本杆组按结构分类：基本杆组按结构分类： 设基本杆组中有设基本杆组中有n个构件，个构件，PL个低副，则由条件个低副，则由条件F0有：有： F3n2PLPH0 (低副机构中低副机构中PH0 ) 因为因为 PL 为整数，为整数， 所以所以 n n只能取偶数。只能取偶数。 n 2 4 n4 已无实例了已无实例了! PL 3 6 其中最简单的组合是其中最简单的组合是n=2 ， PL=3。这种基本杆组称为这种基本杆组称为II级组级组应用最广而又最简单的基本杆组。共有以下应用最广而又最简单的基本杆组。共有以下5 种类型：种类型： 得得 PL3n/2 第32页/共49页 n=4 （PL6）的事的事

29、级组级组有以下四种类型有以下四种类型: 结构特点：其中一个构件有三个运动副。结构特点：其中一个构件有三个运动副。 级组：级组： 结构特点：结构特点： 有两个三副杆，且有两个三副杆，且4个构件构成四边形结构。个构件构成四边形结构。 级组级组在实际机构中应用很少。在实际机构中应用很少。 第33页/共49页 机构命名方式：机构命名方式： 按所含最高杆组级别命名，如按所含最高杆组级别命名，如级机构级机构，级机构级机构等。等。 必须强调指出：必须强调指出： 杆组的各个外端副不可以同时加在同一个构件上，否则将成为刚体。例如下图中两种情况杆组都不能运动。杆组的各个外端副不可以同时加在同一个构件上，否则将成为

30、刚体。例如下图中两种情况杆组都不能运动。 机构的级别与原动件的选择有关。机构的级别与原动件的选择有关。 第34页/共49页 机构结构分析的步骤：机构结构分析的步骤： 计算机构的自由度，确定原动件。计算机构的自由度，确定原动件。 从远离原动件的地方开始拆杆组。先试拆从远离原动件的地方开始拆杆组。先试拆级组，当不可能时再试级组，当不可能时再试 拆拆级组。但应注意，每拆出一个杆组后，剩下的部分仍组成机级组。但应注意，每拆出一个杆组后，剩下的部分仍组成机 构，且自由度与原机构相同，直至全部杆组拆出只剩下构，且自由度与原机构相同，直至全部杆组拆出只剩下级机构级机构 。 确定机构的级别。确定机构的级别。

31、举例：举例：图示八杆机构中，图示八杆机构中，若分别以构件若分别以构件1 1、6 6、7 7为作为原动件，试为作为原动件，试将其拆分成基本机构和基本杆组。将其拆分成基本机构和基本杆组。 解：解： 当构件当构件1 1作为原动件时，作为原动件时，拆分所得杆组最高级别为拆分所得杆组最高级别为级组级组，故原机构为，故原机构为级机构级机构。 7 1 3 2 4 5 6 8 级组级组 级机构级机构 第35页/共49页 当构件当构件6 6作为原动件时，作为原动件时，拆分所得杆组最高级别为拆分所得杆组最高级别为级组级组，故原机构为，故原机构为级机构级机构。 级组级组 7 1 3 2 4 5 6 8 级机构级机构

32、 第36页/共49页 当构件当构件7 7作为原动件时，作为原动件时，拆分所得杆组最高级别为拆分所得杆组最高级别为级组级组，故原机构为，故原机构为级机构级机构。 7 1 3 2 4 5 6 8 级机构级机构 级组级组 第37页/共49页 由上述机构结构分析的过程可知，平面机构的组成原理是：任何机由上述机构结构分析的过程可知，平面机构的组成原理是：任何机 构都可以看作是由若干个基本杆组依次连接到原动件和机架上所组成。构都可以看作是由若干个基本杆组依次连接到原动件和机架上所组成。 在设计一个新机构时，可先选定机架，并将等于该机构自由度数的在设计一个新机构时，可先选定机架，并将等于该机构自由度数的 若

33、干个原动件用低副连接于机架上，然后将各个基本杆组连接于机架和原若干个原动件用低副连接于机架上，然后将各个基本杆组连接于机架和原 动件上，即可完成该简图的设计。动件上，即可完成该简图的设计。 例如下图所示牛头刨床主机构的设计过程。例如下图所示牛头刨床主机构的设计过程。 1 2 3 4 5 E D A 6 C B 第38页/共49页 牛头刨床主机构的组成原理牛头刨床主机构的组成原理 D 4 5 E 1 A 6 1 2 3 4 5 E D A 6 C B 2 3 C B D 4 5 E 1 2 3 A 6 C B 第39页/共49页 现以由转动副（不包含复合铰链）组成的运动链为研究对象。图现以由转动

34、副（不包含复合铰链）组成的运动链为研究对象。图a所所 示的闭式运动链中，自由度为示的闭式运动链中，自由度为 F=34- -24=4 若将某一构件固定，如图若将某一构件固定，如图b所示，则可得一个单自由度的铰链四杆机所示，则可得一个单自由度的铰链四杆机 构。可见，综合一个单自由度机构与综合一个四自由度的运动链是一致的构。可见，综合一个单自由度机构与综合一个四自由度的运动链是一致的 。 a)b) 第40页/共49页 设运动链的构件数为设运动链的构件数为N，转动副数为，转动副数为P，由平面机构结构公式得，由平面机构结构公式得 可见，构件数必为偶数，所以构件数和转动副数的可能组合是可见，构件数必为偶数

35、，所以构件数和转动副数的可能组合是 N=2 P=1 (无实际价值无实际价值) N=4 P=4 N=6 P=7 N=8 P=10 多环机构的环数多环机构的环数L=P- -N+1，带入以上公式得，带入以上公式得P- -3L=1，所以多环机构，所以多环机构 的可能组合是的可能组合是 N=4 P=4 L=1 N=6 P=7 L=2 N=8 P=10 L=3 2 2 3 N P 第41页/共49页 由上式可见，四杆运动链只有一个闭环，因而仅有一种基本形式。由上式可见，四杆运动链只有一个闭环，因而仅有一种基本形式。 一个具有三个转动副的构件是六杆运动链中最复杂的构件，六杆运动一个具有三个转动副的构件是六杆

36、运动链中最复杂的构件，六杆运动 链的组装有两种可能性：链的组装有两种可能性： a) b) 1 4 2 3 6 5 图图a：型式：型式，瓦特型，其中两个具有三副的构件在一个公共点相连接。，瓦特型，其中两个具有三副的构件在一个公共点相连接。 图图b：型式：型式，斯蒂芬逊型，其中两个三副构件被两个双副构件隔开。，斯蒂芬逊型，其中两个三副构件被两个双副构件隔开。 而八杆运动链具有三个闭环，其运动链的基本型式有十六种。而八杆运动链具有三个闭环，其运动链的基本型式有十六种。 六杆运动链六杆运动链 6 1 34 5 2 第42页/共49页 单闭环机构的特点是：单闭环机构的特点是： 构件总数构件总数N与运动副总数与运动副总数P相等；相等； N=P3 所以构件数与运动副数有所以构件数与运动副数有 N=P=PLPH3 根据平面机构自由度的计算公式有根据平面机构自由度的计算公式有 F=3（N1）2PLPH 进行单闭环机构的类型综合时必须满足上面两公式。进行单闭环机构的类型综合时必须满足上面两公式。 对单自由度的机构，对单自由度的机构， 1=3（N1）2PLPH 即即 2