第2章机构的结构分析

1、第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析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22 机构的组成机构的组成23 机构运动简图机构运动简图24 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件25 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算26 自由度计算中的特殊问题自由度计算中的特殊问题 27 机构的组成原理及其结构分类机构的组成原理及其结构分类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目的是2.按结构特点对机构进行分类按结构特点对机构进行分类 不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构不

2、同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构加以分类，其目的是按其分类加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动力建立运动分析和动力分析的一般方法分析的一般方法。3.绘制机构运动简图绘制机构运动简图 目的是为运动分析和动力分析作准备。目的是为运动分析和动力分析作准备。弄清机构包含哪几个部分弄清机构包含哪几个部分;各部分如何相联？各部分如何相联？ 以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？ 这对于设计新的机构显得尤其重要。4.研究机构的组成原理研究机构的组成原理 目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足运动目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足运动确定性的要求

3、。确定性的要求。机构有简有繁，构件有多有少，而运动确定是它们的共同特征。研究的名词术语解释名词术语解释:1.构件构件(Link) 独立的运动单元独立的运动单元 内燃机内燃机中的连杆21 机构的组成机构的组成作者：潘存云教授内燃机内燃机连杆连杆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2.运动副运动副a)两个构件、两个构件、b) 直接接触、直接接触、c) 有相对运动有相对运动运动副元素直接接触的部分（点、线、面）运动副元素直接接触的部分（点、线、面）例如：例如：凸轮凸轮、齿轮齿廓齿轮齿廓、活塞与缸套活塞与缸套

4、等。等。定义：定义：运动副运动副两个构件直接接触组成的仍能产两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。生某些相对运动的联接。三个条件，缺一不可三个条件，缺一不可作者：潘存云教授作者：潘存云教授运动副的分类：运动副的分类： 1)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。 2)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)IV级副级副例如：例如：球铰链球铰链、拉杆天线、拉杆天线、螺旋螺旋、生物关节。

5、、生物关节。空间运动副空间运动副空间运动空间运动(Spatial kinematic pair )V级副级副1V级副级副2V级副级副3两者关联 3)按运动副元素分有：按运动副元素分有： 高副高副(high pair)点、线接触，应力高。点、线接触，应力高。低副低副(lower pair)面接触，应力低。面接触，应力低。例如：例如：滚动滚动副副、凸轮副凸轮副、齿轮副齿轮副等。等。例如：例如：转动副转动副（回转副）、（回转副）、移动副移动副 。运动链运动链两个以上的构件通过运动副两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。的联接而构成的系统。闭式链闭式链(Close chain) 3. 运动链运动

6、链 (Kinematic chain) 作者：潘存云教授开式链开式链(Open chain)若干若干若干若干1个或几个个或几个1个个4. 机构机构定义定义：具有确定运动的运动链称为机构具有确定运动的运动链称为机构 。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、车如机床床身、车辆底盘、飞机机身。辆底盘、飞机机身。机构的组成：机构的组成：机构机构机架原动件从动件运动副机架原动件从动件运动副机构是由若干构件经运动副联接而成的，很显然，机构归属于运动链，那么，运动链在什么条件下就能称为机构呢？即各部分运动确定。分别用四杆机构和五杆机构模型演示得出如下结论：在运动链中，如果以某一个构件作为参考

7、坐标系，当其中另一个（或少数几个）构件相对于该坐标系按给定的运动规律运动时，其余所有的构件都能得到确定的运动，那么，该运动链便成为机构。 原（主）动件原（主）动件按给定运动规律运动的构件按给定运动规律运动的构件。从动件从动件其余可动构件。其余可动构件。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。空间机构空间机构构件运动平面不平行的机构。构件运动平面不平行的机构。某些空间机构 平面机构中的运动副必定是平面运动副，而仅有平面运动副的机构可能是空间机构. 万向联轴节仅含有转动副，但该机构是空间机构.1.1 机构运动简图机构运动简图 用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构

8、件，并按用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图形。形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。22 机构运动简图 (The Kinematic Diagram of a Mechanism ) 绘制机构运动简图是机械工程师的基本功绘制机构运动简图是机械工程师的基本功. .用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论重点在于机构的运动分析重点在于机构的运动分析构件的具体结构、组成方式等在方案设

9、计阶段并不影响构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响 机构的运动特性机构的运动特性运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式构件的运动尺寸是运动分析的基础构件的运动尺寸是运动分析的基础不严格按比例可绘制不严格按比例可绘制机构示意图机构示意图 孔的半径不是运动学尺寸! 连杆的横截面形状与尺寸都不是运动学尺寸！ 孔间距是连杆唯一的运动学尺寸.1234567ABCDEFD554 内燃机的机构运动简图如下:2.2机构运动简图 (The Kinematic Diagram of a Mechanism ) 2.2.2 运动副的表示方法(1)转动副

10、(Revolute) ：1B12B2 不管半径如何，用在圆心处的小圆表示 转动副的半径不是运动学尺寸！固定铰链 (Fixed pivot )XY121111122222122211 机架 (frame)表示法.1111122222122211(2)移动副 (Sliding pair) ：121212(a)(b)(c)121212(a)(b)(c)121212(a)(b)(c)121212(a)(b)(c)121212(a)(b)(c) 移动副横截面的形状和尺寸与运动传递无关，不是运动学尺寸.(2)移动副 (Sliding pair) ：带阴影线的构件代表机架.12112121122122112

11、12112212112121122122112121122带阴影线的构件代表机架.注意：AAAAABBBBB1111122222(2)移动副中心线可平移。(3) 其中一构件可画成滑块，另一构件画成导杆 。 以下五个简图是等价的。(1) 机构运动简图中的移动副中心线应该与机构实际导路平行，未必重合。 移动副中心线的方向不能改变ABBA12AB21 转动副中心位置不能变动.ABBA12AB21(3) 齿轮副: 用两个相切的点划线圆表示它们的节圆。(4) 凸轮副： 画出凸轮和从动件顶端的真实外形Cam DriveInner-meshed Ratchet MechanismCylindrical Ge

12、ar DriveOuter-meshed Cylindrical Gear DriveCam DriveInner-meshed Ratchet MechanismCylindrical Gear DriveOuter-meshed Cylindrical Gear DriveCam DriveInner-meshed Ratchet MechanismCylindrical Gear DriveOuter-meshed Cylindrical Gear Drive2.2.3 构件的表示法BAAB(a)(b)BAAB(a)(b) 构件的运动学目的是使其上的各运动副相对位置保持不变. 孔间距LA

13、B 是连杆唯一的运动学尺寸.双副构件注：点划线或虚线是表示与其联接的其他构件注：点划线或虚线是表示与其联接的其他构件 多副构件： 图a构件的几种表示法：ABCABCABCABCABCC(a) 注意左右图的区别：ABCABCABCBAC32211CABABC32211注意事项注意事项:作者：潘存云教授 画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质副的性质。 某些常用机构的表示法，见表 2-1.原动机原动机Electric MotorCone Gear Drive锥齿轮 (Cone gear)Chain DriveWorm and Worm Gear

14、 DriveChain DriveWorm and Worm Gear Drive 齿轮与齿条传动Chain DriveWorm and Worm Gear Drive蜗杆 (Worm)蜗轮 (Worm gear) 传动(棘轮机构)棘轮机构凸轮传动Cam DriveInner-meshed Ratchet MechanismCylindrical Gear DriveOuter-meshed Cylindrical Gear DriveCam DriveInner-meshed Ratchet MechanismCylindrical Gear DriveOuter-meshed Cylind

15、rical Gear DriveCam DriveInner-meshed Ratchet MechanismCylindrical Gear DriveOuter-meshed Cylindrical Gear Drive内啮合圆柱齿轮传动外啮合圆柱齿轮传动偏心轮偏心轮AB12BA212.2.4. 绘制机构运动简图的步骤:(1) 仔细研究。多少构件？运动副的种类和数目？(3) 先画机架上的所有固定运动副!(4) 从原动件开始，按照运动传递路线，逐个绘制构件。 (2) 选择绘图面。必要时，需加局部视图。(5) 构件用数字标注，运动副用英文大写字母标注。(7) 仅测量所有运动学尺寸.(8) 选择

16、合适的比例尺, 绘制机构运动简图.(6) 计算并校核机构的自由度. 一个构件不管有多少个零件，都只能用一个序号。 属于同一构件的各零件之间应该用焊接符号连接起来.2.2 运动简图的绘制运动简图的绘制小型压力机小型压力机编号原则：编号原则：注意区分位置重叠的不注意区分位置重叠的不同构件和同轴刚性联接的多个零件。同构件和同轴刚性联接的多个零件。前者分别编号，后者采用一个编号，前者分别编号，后者采用一个编号，加加 以示区别。以示区别。 1. 分析整个机构的工作原理分析整个机构的工作原理机构组成机构组成动作原理和运动情况动作原理和运动情况偏心轮偏心轮1 齿轮齿轮1 杆件杆件2 齿轮齿轮6 杆件杆件3

17、槽凸轮槽凸轮6 杆件杆件4 滑块滑块7 压头压头8原动件原动件执行构件执行构件2. 沿着传动路线，分析相沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动关系，邻构件之间的相对运动关系，确定运动副的类型和数目。确定运动副的类型和数目。转动副转动副移动副移动副平面高副平面高副3. 选择适当的视图平面选择适当的视图平面 选择原则选择原则1 1 清楚表达机构的主体部分；清楚表达机构的主体部分；2 2 尽可能反映机构的全面运动；尽可能反映机构的全面运动；3 3 可以选择其他视图平面作为补充。可以选择其他视图平面作为补充。1.2.2 运动简图的绘制运动简图的绘制 1. 分析整个机构的工作原理分析整个机构的工作原理

18、2. 沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动 关系，确定运动副的类型和数目关系，确定运动副的类型和数目3. 选择适当的视图平面选择适当的视图平面4. 绘图绘图选择机架选择机架提取构件的运动尺寸提取构件的运动尺寸确定比例尺确定比例尺选择机构运动中的一个状态选择机构运动中的一个状态确定各运动副位置，绘图确定各运动副位置，绘图编号：编号：A、B、C 表示运动副表示运动副 1、2、3 表示构件表示构件 O1、O2表示固定转轴表示固定转轴 原动件的运动方向原动件的运动方向Ex.1: Ex.1: 绘制内燃机的机构运动简图绘制内燃机的机构运动简图. .机构组成机构组

19、成动作原理和运动情况动作原理和运动情况编号原则：编号原则：注意区分位置重叠的不注意区分位置重叠的不同构件和同轴刚性联接的多个零件。同构件和同轴刚性联接的多个零件。前者分别编号，后者采用一个编号，前者分别编号，后者采用一个编号，加加 以示区别。以示区别。先画机架上的所有固定运动副先画机架上的所有固定运动副 先画原动件活塞. 画连杆3. 画曲柄4和小齿轮4。属于同一构件的各零件之间应该用焊接符号连接起来. 画大齿轮5、凸轮5、和凸轮5”. 画进气阀门杆6 . 画排气阀门杆7. 一个构件不管有多少个零件，都只能用一个序号。 1234567554 运动副用英文大写字母标注。1234567ABCDEFD

20、554 原动件加注箭头1234567ABCDEFD554 属于同一构件的各零件之间应该用焊接符号连接起来.4D5A4E65C231D5B7FFig2-15Ex.2： 绘制图示机构的机构运动简图BACD4DACB123123仔细观察有2个固定转动副和2个活动转动副D23ACB1先画固定运动副D23ACB1先画固定运动副D23ACB1先画固定运动副D23ACB1画原动件1D23ACB1画原动件1D23ACB1画构件2D23ACB1画构件2D23ACB1画构件3D23ACB1原动件加注箭头1234D23ACB14构件用数字标注1BA3CD4D23ACB142运动副用英文大写字母标注曲柄-摇杆机构Ex

21、.3234122334411圆盘2套在滑块3的孔内，滑块3在圆盘4的槽中滑动，圆盘4相对于机架1转动。仔细观察 有两个固定铰链、一个活动铰链、和一个移动副.23412341 画机架1和原动件2之间的固定铰链（画法1）2341 画机架1和原动件2之间的固定铰链（画法2）2341 画机架1与构件4之间的固定铰链2341画构件2和3之间的活动铰链.2341画原动件 2.2341曲柄摇块机构2341曲柄摆动导杆机构2341 原动件加注箭头.234122334411构件用数字标注234122334411ABCBAC运动副用英文大写字母标注。234122334411ABCBAC 注意C处摇块的画法。 导杆

22、不要浮在摇块的上面。曲柄摇块机构(曲柄摆动导杆机构)23 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算作平面运动的刚体在空间的位作平面运动的刚体在空间的位置需要三个独立的参数置需要三个独立的参数（x，y, ）才能唯一确定。才能唯一确定。yx(x , y)F = 3单个自由构件的自由度为单个自由构件的自由度为 3 3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 约束数约束数回转副回转副 1（） + 2（x，y） = 3yx12Syx12xy12R=2, F=1R=2, F=1R=1, F=2结论：结论：构件自由度构件自由度3约束数约束数移动副移动副 1（x） + 2（y，）=

23、3高高 副副 2（x,） + 1（y） = 3经运动副相联后，由于有约束，构件自由度会有变化：经运动副相联后，由于有约束，构件自由度会有变化：自由构件的自由度数约束数自由构件的自由度数约束数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 PL1 Ph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= 4F=3n 2PL PH =33 24 =1 高副数高副

24、数PH=0S3123推广到一般：推广到一般： 例：计算平面运动链自由度例：计算平面运动链自由度12345P4 = 1 P5 = 5n = 4F = 34 25 1 = 1运动链的自由度运动链的自由度 F = ?运动链的运动情况如何运动链的运动情况如何? Fa = 32 - 23 = 0 Fb = 33 - 25 = -1F 0 不能运动，不成为机构不能运动，不成为机构 24 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件作者：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

25、。 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。若同均不能唯一确定。若同时给定时给定1 1和和4 4 ，则，则3 3 2 2 能能唯一确定，该机构需要两个独立唯一确定，该机构需要两个独立参数参数 。4 4S3123S31 112341 1定义：定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的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独立运动参数称为机构的自由度。 ( (Freedom)Freedom)原动件原动件能独立运动的构件。能独立运动的构件。 一个原动件只能提供一个独立参数一个原动件只能提供一个独立参数机构具有确定运动的条件为：机

26、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 F = 34 - 25 = 21 个原动件个原动件F 0，但原动件数目小，但原动件数目小于自由度数目，机构运于自由度数目，机构运动不确定。动不确定。 当机构的自由度大于机构的原动件数时，不能说机构就无用。机构的运动也不一定是毫无规律的乱动，而要受到最小阻力定律的支配，即:当机构的自由度大于机构的原动件数时，机构将优先沿着阻力最小的方向运动。 以下是某同学制作的“爬楼梯机器人”，在2000年10月“挑战杯” 湖北省大学生课外学术科技作品竞赛中获奖。该机器人只有一个电机，但该机采用的却是双自由度机构。 DOF212H344 两自由度刹车机构 D

27、OF= 3n-2PL-Ph 123456ACDEFGH=36 -28 = 2 两自由度的刹车机构可使两片刹车片均匀地抱紧在轮毂上，自动调节刹车片的均载，刹车效果比单一刹车片（或单自由度）的更好。25 自由度计算中的特殊问题自由度计算中的特殊问题作者：潘存云教授12345678ABCDEF例题例题计算图示圆盘锯机构的自由度。计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n= 7低副数低副数PL=6F=3n 2PL PH 高副数高副数PH=0=37 26 0=9计算结果肯定不对！计算结果肯定不对！构件数不会错，肯定是低副数目搞错了！1.复合铰链复合铰链 两个以上的构件在同一处以转动两个以

28、上的构件在同一处以转动副相联。副相联。计算：计算：m个构件个构件, 有有m1转动副。转动副。两个低副两个低副上例：在上例：在B、C、D、E四处应各有四处应各有 2 个运动副。个运动副。例题例题重新计算图示圆盘锯机构的自由度。重新计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数解：活动构件数n=7低副数低副数PL=10F=3n 2PL PH =37 2100 =1可以证明：可以证明：F点的轨迹为一直线。点的轨迹为一直线。12345678ABCDEF作者：潘存云教授圆盘锯机构圆盘锯机构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：解：n=3， PL=3，F=3n 2PL PH =33

29、23 1 =2PH=1对于右边的机构，有：对于右边的机构，有： F=32 22 1=1事实上，两个机构的运动相同，且事实上，两个机构的运动相同，且F=11231232.局部自由度局部自由度F=3n 2PL PH FP =33 23 1 1 =1本例中局部自由度本例中局部自由度 FP=1或计算时去掉滚子和铰链：或计算时去掉滚子和铰链： F=32 22 1 =1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。出现在加装滚子的场合，出现在加装滚子的场合，计算时应去掉计算时应去掉Fp。滚子的作用：滑动摩擦滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。滚动摩擦。123123作者：潘存云教授解：解：n

30、=4， PL=6，F=3n 2PL PH =34 26 =0PH=03.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。 FEAB CD ，故增加构件故增加构件4前后前后E点的轨迹都是圆弧，。点的轨迹都是圆弧，。增加的约束不起作用，应去掉构件增加的约束不起作用，应去掉构件4。已知：已知：ABCDEF，计算图示平行四边形，计算图示平行四边形 机构的自由度。机构的自由度。 1234ABCDEF作者：潘存云教授重新计算：重新计算：n=3, PL=4, PH=0F=3n 2PL PH

31、 =33 24 =1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：1234ABCDEF4F已知：已知：ABCDEF，计算图示平行四边形，计算图示平行四边形 机构的自由度。机构的自由度。 ABCDEF虚约束虚约束作者：潘存云教授出现虚约束的场合：出现虚约束的场合： 1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，两构件联接前后，联接点的轨迹重合，2.两构件构成多个移动副，且两构件构成多个移动副，且导路平行。导路平行。 如如平行四边形机构平行四边形机构，火车轮火车轮椭圆仪椭圆仪等。等。(需要证明)作者：潘存云教授4.运动时，两构件上的运动时，两构件上的两点距离始终不变。两点距离

32、始终不变。3.两构件构成多个转动副，两构件构成多个转动副，且同轴。且同轴。5.对运动不起作用的对对运动不起作用的对称部分。如称部分。如多个行星轮多个行星轮。EF作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。两构件构成高副，两处接触，且法线重合。如如等宽凸轮等宽凸轮注意：注意：法线不重合时，法线不重合时，变成实际约束！变成实际约束！AAn1n1n2n2n1n1n2n2AA等宽凸轮机构等宽凸轮机构等径凸轮机构等径凸轮机构 虚约束的引入，一般是为了改善机构受力，增大传递功率虚约束的引入，一般是为了改善机构受力，增大传递功率 或者其它特殊需求；或者其它特殊需

33、求； 计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用；计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用； 虚约束的成立，要满足一定的几何条件或者结构条件，如果虚约束的成立，要满足一定的几何条件或者结构条件，如果 这些条件被破坏，将转化了实约束，影响机构运动；这些条件被破坏，将转化了实约束，影响机构运动； 虚约束问题小结：虚约束问题小结： 机械设计中如果需要采用虚约束，必须保证设计、加工、装机械设计中如果需要采用虚约束，必须保证设计、加工、装 配精度，以确保满足虚约束存在的条件。配精度，以确保满足虚约束存在的条件。Ex.1：Calculate the DOF of the mechanism shown below.

34、12345678ABCDEFOGE12345678ABCDEFOGE(1)The spring(弹簧) should not be counted.(2) C is a compound hinge of links 2、3、4。(3) The roller has a passive DOF(局部自由度).(4) There are two parallel(平行) sliding pairs E and E between the frame 8 and the slider 6. One of the sliding pairs is redundant(多余的).Solution: 1

35、23345678ABCDEFOOGEABCGDEF5847621 After the mechanism is redrawn, DOF=3N-2PL-Ph=37-29 -1=2.Needs two drivers.Ex.2：Calculate the DOF of the mechanism.(1) C is a compound hinge of links 4、5、7.1234567ABCDEF(2) A is a compound hinge of links 1、2、7. (3) The roller has a passive DOF. After the roller is we

36、lded with the link 6, there is still a revolute pair between links 5 and 6. DOF=3N-2PL-Ph=36 -28-1=1Ex.3：AB EC FD. Calculate the DOF of the mechanism.ABCDEFGHKABCDEFGHKLink EC, revolute E, and revolute C create a redundant constraint.Link EC, revolute E, and revolute C create a redundant constraint.

37、 6 moving links remains.ABCDEFGHK1234567 D is a compound hinge of links 2, 3, 4.ABCDEFGHK1234567 The roller has a passive DOF. There is only one higher pair between links 4 and 5.ABCDEFGHK1234567 There is only one higher pair between cam 6 and link 5.ABCDEFGHK1234567DOF=3N-2PL-PhABCDEFGHK1234567 Nee

38、ds two drivers.=36 -27 -2=2.作者：潘存云教授作者：潘存云教授B2I9C 3A1J6H87DE4FG5计算图示包装机送纸机构的自由度。计算图示包装机送纸机构的自由度。分析：分析：活动构件数活动构件数n：A1B2I9C 3J6H87DE4FG592个个低副低副复合铰链复合铰链:局部自由度局部自由度 2个个虚约束虚约束: 1处处I8去掉局部自由度去掉局部自由度和虚约束后：和虚约束后： n =6PL = 7F=3n 2PL PH =36 27 3 =1PH =326 机构的组成原理及其结构分类机构的组成原理及其结构分类一、机构的组成原理一、机构的组成原理 a)原动件作移动原

39、动件作移动 (如直线电机、如直线电机、 流体压力作动筒流体压力作动筒)。21 b)原动件作转动原动件作转动 (如电动机如电动机)。211.1.基本机构基本机构 由一个原动件和一个机架组成的双杆机构。由一个原动件和一个机架组成的双杆机构。2.2.基本杆组基本杆组定义：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。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。F=1F=0现设想将机构中的原动件和机架断开，则原动件与机架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，其构成了基本机构，其F1。剩下的构件组必有。剩下的构件组必

40、有F0。将。将构件组继续拆分成更简单构件组继续拆分成更简单F0的构件组，直到不能再拆的构件组，直到不能再拆为止。为止。设基本杆组中有设基本杆组中有n个构件，则由条件个构件，则由条件F0有：有： F3n2PLPh0 PL3n/2 (低副机构中低副机构中Ph0 ) PL 为整数，为整数， n n只能取偶数。只能取偶数。 n n 2 4 n42 4 n4 已无实例了已无实例了! ! PL 3 6 n=2 的杆组称为的杆组称为级组应用最广而又最简单级组应用最广而又最简单的基本杆组。共有的基本杆组。共有 5 5 种类型种类型 n=4 （PL6 6）的杆组有以下四种类型的杆组有以下四种类型: :以上三种形

41、式称为以上三种形式称为级组级组。结构特点：其中有一个三。结构特点：其中有一个三副构件。副构件。典型典型级组：级组：n=2,Pn=2,PL L=3=3ABCABCABCABCABC第四种形式称为第四种形式称为IVIV级组级组 （n=4 PL6） 。结构特点：结构特点： 有两个三副构件，且有两个三副构件，且4个构件构成四边形结构。个构件构成四边形结构。内端副内端副杆组内部相联。杆组内部相联。外端副外端副与组外构件相联。与组外构件相联。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。如：上，否则将成为刚体。如：3、 机

42、构的组成原理机构的组成原理 任何机构都可以看作是若干个自由度为零的基本杆组依次任何机构都可以看作是若干个自由度为零的基本杆组依次联接到原动机和机架上而构成的，机构的自由度等于原动件的联接到原动机和机架上而构成的，机构的自由度等于原动件的数目，这就是数目，这就是机构的组成原理机构的组成原理。构件构件 + 运动副运动副 运动链运动链 机构机构机架机架原动件原动件若干基本杆组若干基本杆组举例：将图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。举例：将图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。机架和原动件机架和原动件级杆组级杆组 级杆组级杆组四杆机构四杆机构八八杆杆机机构构机构的组成：机构的组成： 在机架和原动件上

43、每增加一个基本杆组，并不改变原来的在机架和原动件上每增加一个基本杆组，并不改变原来的 自由度，每次增加都可以获得一个新机构；自由度，每次增加都可以获得一个新机构； 设计新机构时，在满足相同工作要求的前提下，机构的结设计新机构时，在满足相同工作要求的前提下，机构的结 构越简单越好，杆组级别越低越好，运动副数目越少越好。构越简单越好，杆组级别越低越好，运动副数目越少越好。 F = 3n - 2PL Ph1.4.2 机构的结构分析机构的结构分析 机构的结构分析机构的结构分析是指把机构分解为基本杆组、原动件和是指把机构分解为基本杆组、原动件和机架，是机构组成的反过程，又称为拆杆组。机架，是机构组成的反

44、过程，又称为拆杆组。机构的结构分析原则：机构的结构分析原则： 首先，从远离原动件的部分开始拆分；首先，从远离原动件的部分开始拆分； 试拆时，先试拆低级别杆组；试拆时，先试拆低级别杆组； 每拆完一个杆组，剩余的部分仍然是一个完整机构。每拆完一个杆组，剩余的部分仍然是一个完整机构。I 级机构级机构II 级机构级机构III 级机构级机构机构的命名：机构的命名： 以机构中所包含的基本杆组的最高级别以机构中所包含的基本杆组的最高级别原动件不同，机构原动件不同，机构的级别也有可能不同的级别也有可能不同12345678Ex.1. 对下图机构进行结构分析（拆杆组）。(1) 机架 6 和原动件 1组成基本机构.

45、ACF1BEG2345(2) 构件3和2组成第一个II级杆组。 在该杆组中，转动副A是内副，转动副D和转动副B是外副。当此杆组通过外副D和B连接到运动已知构件ED和机架后，构件3和2就有确定的运动，当然C点也就有确定的运动。A1BE23C(3)构件 4和5组成第二个II级杆组。 在该杆组中，移动副C是内副，转动副C和转动副F是外副。ACF1BEG2345 注意：转动副C不是第一个杆组的外副。 第二个杆组通过转动副C和转动副F连接到运动已确定的构件3和机架上。第2个杆组第1个杆组RRRRPR种类 构件序号2, 34,5A移动副C4-5内副F, 转动副CB, D外副3-5注意：在容易混淆的地方，应加注下标.ACF1BEG2345Ex.2. 拆杆组： (a) 如果构件 1是原动件 (b)如果构件 5是原动件 1254ABCDEF6(a)如果构件 1是原动件 , 那么构件 2, 3, 4和 5以及转动副B、C、F、E、D和移动副B 组成从动件系统.4A3B56C2FDE4A1BE62CF5D构件 2, 3, 4和 5以及转动副B、C、F、E、D和移动副B 组