第四章平面机构的结构分析

1、第四章第四章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析第一节第一节 概述概述第二节第二节 运动副及其分类运动副及其分类第三节第三节 平面机构的运动简图平面机构的运动简图第四节第四节 平面机构的自由度平面机构的自由度第五节第五节 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析n 本章要求了解机构的组成，运动副、约本章要求了解机构的组成，运动副、约束和自由度等基本概念；能绘制常用机构的束和自由度等基本概念；能绘制常用机构的机构运动简图；能计算平面机构的自由度。机构运动简图；能计算平面机构的自由度。n重点重点：运动副的概念、机构运动简图的绘制、：运动副的概念、机构运动简图的绘制、机构具有确定运

2、动的条件及机构自由度的计机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算。算。n难点难点：机构自由度计算中有关虚约束的识别：机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理。及处理。第一节第一节 概概 述述1 1、探讨机构运动的可能性及其具有确定运动的条件。、探讨机构运动的可能性及其具有确定运动的条件。2 2、根据机构各自的结构特点加以分类，并按这种分类，、根据机构各自的结构特点加以分类，并按这种分类，建立对其进行运动分析和动力分析的一般方法。建立对其进行运动分析和动力分析的一般方法。 3 3、如何正确绘制机构运动简图。、如何正确绘制机构运动简图。 4 4、合理设计机构和创造新机构，熟悉构件组成机构的、合理设计

3、机构和创造新机构，熟悉构件组成机构的规律，了解机构的组成原理。规律，了解机构的组成原理。研究机构结构的目的研究机构结构的目的第二节第二节 运动副及其分类运动副及其分类n一、机构的组成要素一、机构的组成要素n二、运动副的分类二、运动副的分类一、机构的组成要素一、机构的组成要素n 机构是具机构是具有确定相对运有确定相对运动的构件组合动的构件组合体，由体，由构件和构件和运动副运动副两个要两个要素组成。素组成。n 所谓构件是指作为一个整体参与机构所谓构件是指作为一个整体参与机构运动的刚性单元。运动的刚性单元。1 1、构、构 件件n 在机构中，每个构件都在机构中，每个构件都是以一定的方式与其它构件是以一

4、定的方式与其它构件相互相互联接联接。2 2、运动副、运动副 两构件之间的直接接触而又能产生一定两构件之间的直接接触而又能产生一定相对运动的相对运动的活动连接称为运动副活动连接称为运动副。三个条件，缺一不可。三个条件，缺一不可。a)a)两个构件两个构件b)b)直接接触直接接触 c) c)有相对运动有相对运动n组成运动副的组成运动副的点、线、面称为运动副元素点、线、面称为运动副元素。n运动副元素运动副元素（1 1）自由度）自由度 一个作一个作平面运动的平面运动的自由构件有三个独立运动的自由构件有三个独立运动的可能性，有三个自由度。可能性，有三个自由度。构件构件2xzyO构件构件1 一个自由构件出现

5、的独立运动的可能性称为一个自由构件出现的独立运动的可能性称为自自由度。由度。（2 2）约束）约束n 两构件间的运动副所起的作用是限制构两构件间的运动副所起的作用是限制构件间的相对运动，这种限制作用称为件间的相对运动，这种限制作用称为约束约束。每加上一个约束，构件便失去一个自由度，每加上一个约束，构件便失去一个自由度，加上两个约束，构件便失去两个自由度。加上两个约束，构件便失去两个自由度。二、运动副的分类二、运动副的分类n 把引入把引入一个约束一个约束的运动副称为的运动副称为I I级副级副，引入，引入两个约束两个约束的运动副称为的运动副称为级副级副，依此类推，最，依此类推，最末为末为V V级副级

6、副。n1) 1) 根据运动副所引入的约束数分类根据运动副所引入的约束数分类I I级副级副级副级副级副级副V V级副级副级副级副n2) 2) 根据构成运动副的两元素间相对运动的空根据构成运动副的两元素间相对运动的空间形式进行分类间形式进行分类n 如果运动副元素间只能相互作平面平行运动，则如果运动副元素间只能相互作平面平行运动，则称之为称之为平面运动副平面运动副，否则称为，否则称为空间运动副空间运动副。平面运动副平面运动副空间运动副空间运动副平面运动副平面运动，平面运动副平面运动，空间运动副空间运动。空间运动副空间运动。平面机构全部由平面运动副组成的机构。平面机构全部由平面运动副组成的机构。空间机

7、构至少含有一个空间运动副的机构。空间机构至少含有一个空间运动副的机构。 n3 ) 3 ) 根据构成运动副的两构件的接触情况根据构成运动副的两构件的接触情况进行分类进行分类球面高副球面高副柱面高副柱面高副球面低副球面低副圆柱套筒低副圆柱套筒低副低副低副-面接触，面接触，应力低。应力低。 高副高副-点或线相接触，点或线相接触，应力高。应力高。 平面运动副平面运动副平面高副平面高副平面低副平面低副具有一个独立相对转动的运动副具有一个独立相对转动的运动副转动副转动副1 1、具有、具有2 2个约束个约束而相对而相对自由度为自由度为1 1的平面运动副的平面运动副平面低副平面低副具有沿一个方向独立相对移动的

8、运动副具有沿一个方向独立相对移动的运动副移动副移动副转动副和移动副转动副和移动副属于属于平面低副平面低副，是面接触。是面接触。平面低副的约束数为，自由度为平面低副的约束数为，自由度为1 1。2 2、具有、具有1 1个约束个约束而相对而相对自由度为自由度为2 2的平面运动副的平面运动副具有二个独具有二个独立相对运动立相对运动的运动副的运动副平面高副平面高副n平面高副的约束数为，自由度为平面高副的约束数为，自由度为2 2。 具有具有2 2个约束的运动副（转动副和移动个约束的运动副（转动副和移动副）都是面接触；而具有副）都是面接触；而具有1 1个约束的运动副个约束的运动副都是点或线接触。都是点或线接

9、触。 在平面机构中，平面低副具有在平面机构中，平面低副具有2 2个约束，个约束，1 1个自由度；平面高副具有个自由度；平面高副具有1 1个约束，个约束，2 2个自个自由度。由度。 从相对运动来看，平面运动副不外乎三种形式：从相对运动来看，平面运动副不外乎三种形式：转动副、移动副转动副、移动副( (统称为平面低副统称为平面低副) )和平面高副。和平面高副。平面运动副平面运动副平面低副平面低副平面高副平面高副转动副转动副移动副移动副 约束一个相对转动而保留约束一个相对转动而保留两个独立相对移动的运动副是两个独立相对移动的运动副是不可能存在的。因为只要两构不可能存在的。因为只要两构件一旦直接接触，沿

10、接触点公件一旦直接接触，沿接触点公法线相对移动的可能性即被取法线相对移动的可能性即被取消消( (如图所示，构件如图所示，构件2 2沿沿n-nn-n向下向下运动将受到构件运动将受到构件1 1的限制；如沿的限制；如沿n-nn-n向上运动则两构件将脱离接向上运动则两构件将脱离接触而不再成为运动副了触而不再成为运动副了) )，因此，因此，从相对运动来看，平面运动副从相对运动来看，平面运动副不外乎上述三种形式。不外乎上述三种形式。运动链运动链n 若干个构件通过运动副联结组成的构件系统称若干个构件通过运动副联结组成的构件系统称为运动链。为运动链。n 如果运动链中的各构件构成首末封闭的系统则如果运动链中的各

11、构件构成首末封闭的系统则称为闭式链称为闭式链, ,否则称为开式链。否则称为开式链。n 机构要按一定的要求实现运动机构要按一定的要求实现运动的传递与变换，各构件要具有确定的传递与变换，各构件要具有确定的运动规律。为描述其传递和变换的运动规律。为描述其传递和变换关系及各构件的位置，须选定一个关系及各构件的位置，须选定一个构件作为参照体，将其视为与静止构件作为参照体，将其视为与静止坐标固结，即运动链中的一个构件坐标固结，即运动链中的一个构件固定作为参考坐标系（即机架），固定作为参考坐标系（即机架），这种运动链就成为这种运动链就成为机构。即具有确机构。即具有确定运动的运动链称为机构定运动的运动链称为机

12、构 。 1234ABCD机机 构构n从动件：从动件：随原动件运动而运动的构件随原动件运动而运动的构件机构包括：机构包括：n机架：机架：支承活动构件的构件，作为支承活动构件的构件，作为参考系的构件（有且只有一个），如参考系的构件（有且只有一个），如机床床身、车辆底盘、飞机机身。机床床身、车辆底盘、飞机机身。 n原动件原动件( (主动件主动件) )：运动规律已知的构件，又称输入件运动规律已知的构件，又称输入件有一个或几个。有一个或几个。 机构的组成：机构的组成：机构机架原动件从动件机构机架原动件从动件第三节第三节 平面机构的运动简图平面机构的运动简图 实际机构是由外形和结构都很复杂实际机构是由外形

13、和结构都很复杂的构件所组成的。从运动学的观点看，的构件所组成的。从运动学的观点看，各种机构都是由构件通过运动副的联接各种机构都是由构件通过运动副的联接而构成的，而构成的，构件的运动取决于运动副的构件的运动取决于运动副的类型和机构的运动尺寸，而与构件的外类型和机构的运动尺寸，而与构件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目、形、断面尺寸、组成构件的零件数目、固联方式及运动副的具体结构无关。固联方式及运动副的具体结构无关。所所以研究机构的运动，可以撇开构件、运以研究机构的运动，可以撇开构件、运动副的外形和具体构造。动副的外形和具体构造。 仅仅用简单的线条和符号来代表构件和运动副，并按仅仅用简单的线条和

14、符号来代表构件和运动副，并按一定比例表示各运动副间的相对位置。一定比例表示各运动副间的相对位置。画构件时撇开构件的实际外形，只考虑运动副的性质。画构件时撇开构件的实际外形，只考虑运动副的性质。n机构运动简图机构运动简图用简单的线条和符号代表构件和用简单的线条和符号代表构件和运动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的运动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的组成和传动情况。这样绘制出的表达机构运动特性组成和传动情况。这样绘制出的表达机构运动特性的简明图形就称为的简明图形就称为机构运动简图。机构运动简图。n机构示意图机构示意图只是为了表示机构的结构情况，不只是为了表示机构的结构情况，不严格按比

15、例绘制的运动简图，称为严格按比例绘制的运动简图，称为机构示意图。机构示意图。作用作用：1 1、表示机构的结构和运动情况。、表示机构的结构和运动情况。2 2、作为运动分析和动力分析以及判断是否是创新、作为运动分析和动力分析以及判断是否是创新机构的依据。机构的依据。 2 2、机构运动简图的定义、机构运动简图的定义2 2、机构运动简图的绘制、机构运动简图的绘制n 机架机架 n（1 1）运动副的表示方法：）运动副的表示方法：n 低副低副121212212121转动副转动副移动副移动副n 高副高副n（2 2）构件的表示方法：）构件的表示方法： 轴、杆轴、杆 固定件固定件 构件构件n同一构件同一构件n两个

16、运动副两个运动副n三个运动副三个运动副机构运动简图应满足的条件：机构运动简图应满足的条件：1 1、构件数目与实际相同、构件数目与实际相同2 2、运动副的性质、数目与实际相符、运动副的性质、数目与实际相符3 3、运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际、运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。机构成比例。3 3、机构运动简图绘制步骤、机构运动简图绘制步骤n1 1） 根据机械的结构和动作原理，确定机构根据机械的结构和动作原理，确定机构中的原动部分和工作部分，然后再把两者之中的原动部分和工作部分，然后再把两者之间的传动搞清楚，从而找出组成机构的所有间的传动搞清楚，从而找出组成机构的所有构件并

17、确定构件间的运动副类型和数目。构件并确定构件间的运动副类型和数目。n2 2） 恰当地选择投影面。一般选择机构中恰当地选择投影面。一般选择机构中与多数构件的运动平面相平行的面作为绘与多数构件的运动平面相平行的面作为绘制机构运动简图的投影面。制机构运动简图的投影面。n 确定各运动副之间的相对位置，用规确定各运动副之间的相对位置，用规定的符号画出各类运动副，并将同一构件定的符号画出各类运动副，并将同一构件上的运动副元素用简单线条连接起来，并上的运动副元素用简单线条连接起来，并将比例尺标注在图上，即为所绘的机构运将比例尺标注在图上，即为所绘的机构运动简图。动简图。n3 3）选择适当的比例尺选择适当的比

18、例尺l l = =实际尺寸实际尺寸m / m / 图上长度图上长度mmmm n例例1:1:绘制叽桶机构的运动简图绘制叽桶机构的运动简图mmml/001. 0CAB1234n例例2 2：绘制油泵机构的运动简图：绘制油泵机构的运动简图mmml/001. 0BA1234CCAB12344D556mmml/02. 0n例例4 4：绘制牛头刨床机构的运动简图。：绘制牛头刨床机构的运动简图。mmml/02. 0例例5 5：绘制鄂式破碎机机构的运动简图：绘制鄂式破碎机机构的运动简图例例6:6:绘制十字滑块联轴器的运动简图绘制十字滑块联轴器的运动简图n例例7 7：绘制弹簧管压力表机构运动简图：绘制弹簧管压力表

19、机构运动简图绘制柱塞泵机构的运动简图绘制柱塞泵机构的运动简图绘制偏心轮传动机构的运动简图绘制偏心轮传动机构的运动简图绘制送料机构的运动简图绘制送料机构的运动简图第四节第四节 平面机构的自由度平面机构的自由度 设一个平面机构有设一个平面机构有N N个构件，其中必有一个个构件，其中必有一个构件为机架，机架的自由度为零，则活动件个数构件为机架，机架的自由度为零，则活动件个数 n=N-1n=N-1；这些活动构件在未组成运动副之前总共这些活动构件在未组成运动副之前总共有有3 3n n个自由度，组成运动副后，自由度将减少个自由度，组成运动副后，自由度将减少, ,减少的数目应等于运动副引入的约束数目。减少的

20、数目应等于运动副引入的约束数目。一、平面机构自由度的计算公式一、平面机构自由度的计算公式n 每个低副引入每个低副引入2 2个约束，每个高副引入个约束，每个高副引入1 1个约束。个约束。n 若平面机构中，各构件间共构成若平面机构中，各构件间共构成P PL L个个低副和低副和P PH H个高副，个高副，n则引入的约束数为则引入的约束数为( (2 2P PL L+P+PH H) )，n机构的自由度机构的自由度F F为为: :nF=3n-(2PF=3n-(2PL L+P+PH H)= 3n - 2P)= 3n - 2PL L- P- PH H 解：活动构件数解：活动构件数n=3n=3F=3n 2PL

21、PH =3 =33 32 24=1 4=1 n例例1 1：计算曲柄滑块机构的自由度：计算曲柄滑块机构的自由度低副数低副数 P PL L=4=4高副数高副数 P PH H=0=0例例2 2：计算油泵机构机构的自由度：计算油泵机构机构的自由度n解：解：n=3,n=3, =4, =4, =0 =0 例例3 3：计算凸轮机构的自由度：计算凸轮机构的自由度n解：解：n=2,n=2, =2, =2, =1 =1例例4 4：计算阀位指示仪机构的自由度：计算阀位指示仪机构的自由度n解：解：n=5,n=5, =7, =7, =0 =0例例5 5：计算牛头刨床机构的自由度：计算牛头刨床机构的自由度解：解：n=6,

22、n=6, =8, =8, =1 =1二、机构具有确定运动的条件二、机构具有确定运动的条件n四杆机构：四杆机构： n 设构件设构件1 1为原动件，参变量为原动件，参变量1 1表示构件表示构件1 1的独的独立运动，则由图可见，每给出一个立运动，则由图可见，每给出一个1 1的数值，从的数值，从动件动件2 2、3 3便有一个确定的位置。因此，这个便有一个确定的位置。因此，这个自由度自由度等于等于1 1的机构，在具有的机构，在具有一个原动件一个原动件时的运动是确定时的运动是确定的。的。 n五杆机构五杆机构n 该机构的自由度为该机构的自由度为2 2，应当有，应当有2 2个原动件，若取个原动件，若取构件构件

23、1 1和构件和构件4 4为原动件，为原动件，1 1和和4 4分别表示构件分别表示构件1 1和和4 4的独立运动。每给定一组的独立运动。每给定一组1 1和和4 4的数值，从动件的数值，从动件2 2、3 3便有一个确定的相应位置。因此，这个便有一个确定的相应位置。因此，这个自由度自由度等于等于2 2的机构在具有的机构在具有两个原动件两个原动件时运动是确定的。时运动是确定的。 小小 结结 机构的自由度数目和机构原动件的数目与机构机构的自由度数目和机构原动件的数目与机构的运动有着密切的关系：的运动有着密切的关系：1) 1) 若机构自由度若机构自由度F F00，则机构不能运动（桁架）。则机构不能运动（桁

24、架）。n=2,Pl=3,F=0231F=0F=0F0F00且与原动件数相等，则机构各且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是确定的；这就是构件间的相对运动是确定的；这就是机机构具有确定运动的条件构具有确定运动的条件。n=3,Pl=4,F=1 14123ABCD3) 3) 若若00，而原动件数，而原动件数 00，而原动件数，而原动件数 F F，则构件间不则构件间不能运动或产生破坏。能运动或产生破坏。1 12 23 3A AC CB B4 4D DP Pl l=4,=4,P Ph h=1,=1, F=0F=0n=3,n=3,结论：结论：1.1.机构可能运动的条件：机构可能运动的条件：2.2.机

25、构具有确定运动的条件：机构具有确定运动的条件：即主动件数等于机构自由度数即主动件数等于机构自由度数F F 。输入的独立运动数目输入的独立运动数目等于机构自由度数等于机构自由度数F F 。机构自由度数机构自由度数F F 1 1。 机构并非是构件的任意拼凑组合，而机构自机构并非是构件的任意拼凑组合，而机构自由度、原动件数目与机构运动有着密切的关系。由度、原动件数目与机构运动有着密切的关系。 机构的自由度，实质上是机构的自由度，实质上是机构具有确定位置时所机构具有确定位置时所必须给定的独立运动参数数目必须给定的独立运动参数数目。 机构具有确定运动的条件：机构具有确定运动的条件： 机构的自由度数机构的

26、自由度数= =机构的原动件数机构的原动件数三、计算机构自由度时应注意的事项三、计算机构自由度时应注意的事项解：活动构件数解：活动构件数n=7n=7低副数低副数 P PL L=6=6高副数高副数 P PH H=0=0F=3nF=3n2P2PL LP PH H =3=37 72 26 60=90=9计算结果肯定不对！计算结果肯定不对！ 计算圆盘锯机构的自由度计算圆盘锯机构的自由度1 1、复合铰链、复合铰链 由两个以上构件在同一处构成的由两个以上构件在同一处构成的重合转动副重合转动副称为复合铰链。称为复合铰链。 由由m m个构件汇集而成的复合铰链应当包含个构件汇集而成的复合铰链应当包含（m-1m-1

27、）个转动副。个转动副。例例6 6：计算圆盘锯床机构的自由度：计算圆盘锯床机构的自由度n解：解：n=7,n=7,=10,=10,=0=0n例例7 7：计算机构的自由度：计算机构的自由度n解：解： n=5, =7, =02 2、局部自由度、局部自由度n 对整个机构（或其他构件）运动无关的自由度对整个机构（或其他构件）运动无关的自由度称为称为局部自由度局部自由度。在计算机构自由度时，局部自由。在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计。度应当舍弃不计。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。 21ACB3213233F?112232F4F5ABCDEF123ADBCE06243F？1

28、23ADBCE14233F3 3、虚约束、虚约束 在机构中有些运动副的约束可能与其它运动副所起的的在机构中有些运动副的约束可能与其它运动副所起的的约束限制作用重复，因而这些约束对机构的运动实际上并无约束限制作用重复，因而这些约束对机构的运动实际上并无约束作用，称为约束作用，称为虚约束虚约束。在计算机构自由度时，将产生虚约在计算机构自由度时，将产生虚约束的构件和运动副去掉后再计算。束的构件和运动副去掉后再计算。123ADBCE4F5123ADBCEABCDEF存在虚约束的几何条件是存在虚约束的几何条件是 常见的虚约束有以下几种情况常见的虚约束有以下几种情况n 当两构件组成多个移动副，且其导路互相

29、平行或重合时，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。则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。2CAB134n1)1) 移动副导路平行移动副导路平行n 当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个转动副起作用，其余转副都是虚时，则只有一个转动副起作用，其余转副都是虚约束。约束。n2) 2) 转动副轴线重合转动副轴线重合06243Fn 如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则此时若用具有两

30、个转动副的附加构件来连接这两个点，则将会引入一个虚约束。将会引入一个虚约束。n3) 3) 轨迹重合轨迹重合 4F5123ADBCE n 在机构中，某些不影响机构运动传递的重在机构中，某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为虚约束。复部分所带入的约束为虚约束。 123233Fn4)4) 机构存在对运动起重复约束作用的对机构存在对运动起重复约束作用的对称部分称部分165253Fn5)5)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。n 如果两构件在多处接触而构成平面高副，且在接如果两构件在多处接触而构成平面高副，且在接触点处的公法线彼此重合触点处的公法线彼此重合

31、, ,则只能算一个平面高副。则只能算一个平面高副。法线不重合时，变成实际约束！法线不重合时，变成实际约束！ 注意：注意：各种出现虚约束的场合都必须满足一定各种出现虚约束的场合都必须满足一定几何条件的几何条件的! ! 如果这些几何条件不能如果这些几何条件不能满足，则虚约束就会成为实满足，则虚约束就会成为实际有效的约束，从而使机构际有效的约束，从而使机构卡住不能运动。所以，从保卡住不能运动。所以，从保证机构运动和便于加工装配证机构运动和便于加工装配等方面而言，应尽量减少机等方面而言，应尽量减少机构的虚约束。构的虚约束。1 1、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。2

32、 2、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。3 3、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。虚约束的作用：虚约束的作用：例例8 8：计算内燃机机构的自由度：计算内燃机机构的自由度n解：解： n=5,n=5, =6, =6, =2 =2CAB12344D556n=7, =9, =0324n例例1010：计算机构的自由度：计算机构的自由度, ,并指出复合铰链、并指出复合铰链、虚约束、局部自由度的位置。虚约束、局部自由度的位置。1 1、nn=4, =5, =1复合铰链复合铰链n2 2、虚约束虚约束虚约束虚约束局部自由度

33、局部自由度局部自由度局部自由度局部自由度局部自由度虚约束虚约束118263FEABCDO FGHn3 3、123ACB4DPl=4, Ph=1,F=0n=3,F=1Pl=5, Ph=1,n=4,n例例1111：计算机构的自由度，判断机构是否能有确：计算机构的自由度，判断机构是否能有确定的运动，若不能，如何改进？定的运动，若不能，如何改进？1 1、2 2、28263FCEDFAB17253Fn注：增加注：增加机构自由度机构自由度的方法一般是：的方法一般是：n 在机构的恰当位置上添加一个构件（相当在机构的恰当位置上添加一个构件（相当于增加了于增加了3 3个自由度）和一个低副（相当于引个自由度）和一

34、个低副（相当于引入入2 2个约束）。注意添加构件时一定要添加在个约束）。注意添加构件时一定要添加在合适的位置上。合适的位置上。n 减少机构自由度减少机构自由度的方法：的方法：减少一个构减少一个构件和一个低副。件和一个低副。例例 图示牛头刨床设计方案草图示牛头刨床设计方案草图。设计思路为：动力由曲柄图。设计思路为：动力由曲柄1 1输入，通过滑块输入，通过滑块2 2使摆动导杆使摆动导杆 3 3 作往复摆动，并带动滑枕作往复摆动，并带动滑枕4 4作往作往复移动复移动 ，已达到刨削加工目的。，已达到刨削加工目的。 试问图示的构件组合是否能达到试问图示的构件组合是否能达到此目的？此目的？ 如果不能，该如

35、何修如果不能，该如何修改？改？1 12 23 34解：首先计算设计方案草图的自由度解：首先计算设计方案草图的自由度0624323HPPnFL即表示如果按此方案设计机构，机构是不能运动的。必须即表示如果按此方案设计机构，机构是不能运动的。必须修改，以达到设计目的。修改，以达到设计目的。改进措施：改进措施：1 1、增加一个低副和一个活动构件；、增加一个低副和一个活动构件；2 2、用一个高副代替低副。、用一个高副代替低副。1 12 23 34第五节第五节 平面机构的组成原理平面机构的组成原理和结构分析和结构分析n一、平面机构的高副低代一、平面机构的高副低代n二、平面机构的组成原理二、平面机构的组成原

36、理n三、平面机构的结构分析三、平面机构的结构分析1 1、平面机构的高副低代的意义、平面机构的高副低代的意义n 为使平面低副机构的结构分析和运动为使平面低副机构的结构分析和运动分析方法适合于含有高副的平面机构，可分析方法适合于含有高副的平面机构，可根据一定的约束条件将平面机构中的根据一定的约束条件将平面机构中的高副高副虚拟地用虚拟地用低副低副代替，称为代替，称为高副低代。高副低代。一、平面机构的高副低代一、平面机构的高副低代2 2、平面机构的高副低代的条件、平面机构的高副低代的条件n （不改变机构特性）（不改变机构特性） n1 1）代替前后机构的代替前后机构的自由度完全相同自由度完全相同。n2

37、2）代替前后机构的代替前后机构的运动状况运动状况（位移、瞬时（位移、瞬时速度和瞬时加速度）速度和瞬时加速度）完全相同。完全相同。213nF=32221=1 过接触点做两任意曲线轮廓的公法线，在公法过接触点做两任意曲线轮廓的公法线，在公法线上找出构成高副的两轮曲线在接触处的线上找出构成高副的两轮曲线在接触处的曲率中心曲率中心，然后用一个构件和位于两个曲率中心的然后用一个构件和位于两个曲率中心的两个转动副两个转动副来代替该高副（瞬时替代）。来代替该高副（瞬时替代）。n高副低代高副低代关键关键：1 1 . .高副低代高副低代把机构中的高副根据一定的条件用把机构中的高副根据一定的条件用虚拟的虚拟的低副

38、来等效地代替。低副来等效地代替。2 2 . .高副低代的条件高副低代的条件（1 1）代替前后机构的自由度数不变；）代替前后机构的自由度数不变；（2 2）代替前后机构的瞬时速度和加速度不变。）代替前后机构的瞬时速度和加速度不变。3 3 . .高副低代的方法高副低代的方法 用两端各装有一个转动副的构件用两端各装有一个转动副的构件取代取代高副，其转高副，其转动副的中心位于高副元素的曲率中心处。动副的中心位于高副元素的曲率中心处。2 213 3n 若两轮廓之一为直线，则转动副演化为移若两轮廓之一为直线，则转动副演化为移动副。动副。 2O1n若两轮廓之一为一点，点的曲率半径为零。若两轮廓之一为一点，点的

39、曲率半径为零。B21AC321ACB3二、平面机构的组成原理二、平面机构的组成原理n1 1、基本机构、基本机构n2 2、基本杆组的定义、基本杆组的定义n3 3、平面机构的组成原理、平面机构的组成原理n4 4、基本杆组的分类、基本杆组的分类n5 5、机构的级别、机构的级别1 1、基本机构（、基本机构（级机构）级机构）a)a)原动件作移动原动件作移动 ( (如直线电机如直线电机) )。b)b)原动件作转动原动件作转动 ( (如电动机如电动机) )。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。基本机构，基本机构，F F1 1。 2 2、基本杆组的定义、

40、基本杆组的定义n 去掉机架和原动件（基本机构）去掉机架和原动件（基本机构）, ,余下的是余下的是从动件系统，它的从动件系统，它的 F = 0F = 0。n 最简单的、不可再分的、自由度为零的最简单的、不可再分的、自由度为零的构构件组称为基本杆组（阿苏尔杆组）件组称为基本杆组（阿苏尔杆组）2134ABCDEF561A6F=1F=0F=0234BCDEF5F=1F=023BCDE4F53 3、平面机构的组成原理、平面机构的组成原理n 任何机构都包含有机架、原动件和从动件系统。任何机构都包含有机架、原动件和从动件系统。从动件系统又可分解为若干个基本杆组。所以从动件系统又可分解为若干个基本杆组。所以机

41、构机构可以看成由若干个基本杆组依次连接于原动件和机可以看成由若干个基本杆组依次连接于原动件和机架上所组成的系统，这就是机构的组成原理架上所组成的系统，这就是机构的组成原理。 任何平面机构均可以用基本杆组依次联接到任何平面机构均可以用基本杆组依次联接到原动件和机架上去的方法来组成。原动件和机架上去的方法来组成。E4F523BCD61A1A623BCDE4F54 4、基本杆组的分类、基本杆组的分类n基本杆组：基本杆组：F F3n3n(2P(2PL LP PH H) ) 0 0n当运动副全为低副时当运动副全为低副时( (高副可低代高副可低代) ) n 则：则：F F3n3n2P2PL L0 0 nn

42、n、P PL L均为整数，即：为的倍数均为整数，即：为的倍数n P PL L为为3 3的倍数的倍数n基本组合有：，基本组合有：，P PL L；，P PL L；，P PL L； n 最简单的的平面基本杆组是由最简单的的平面基本杆组是由两个构件、三两个构件、三个低副（，个低副（，P PL L）组成的杆组，称为组成的杆组，称为级组级组。杆组的型式如下：。杆组的型式如下：n（2 2）nIIII级组级组( (二杆三副二杆三副) )n（1 1）n（3 3）n（5 5）n（4 4）IIIIII级组级组( (四杆六副四杆六副) ) 三个内运动副三个内运动副5 5、机构的级别、机构的级别 n （在同一机构中可以

43、同时包含不同级别的（在同一机构中可以同时包含不同级别的基本杆组），把机构中包含的基本杆组的基本杆组），把机构中包含的基本杆组的最最高级别称为该机构的级别。高级别称为该机构的级别。n八杆机构组成：八杆机构组成：级机构级机构三、三、 平面机构的结构分析平面机构的结构分析n1 1、平面机构的结构分析的意义、平面机构的结构分析的意义n2 2、平面机构的结构分析的步骤、平面机构的结构分析的步骤1 1、平面机构的结构分析的意义、平面机构的结构分析的意义n 机构结构分析就是将已知机构分解为机构结构分析就是将已知机构分解为原动件、机架和若干个基本杆组，进而了原动件、机架和若干个基本杆组，进而了解机构的组成，并确定机构的级别。解机构的组成，并确定机构的级别。2 2、平面机构的结构分析的步骤、平面机构的结构分析的步骤n1) 1) 计算机构的自由度并确定原动件。计算机构的自由度并确定原动件。n （先去除局部自由度和虚约束）（先去除局部自由度和虚约束） n2) 2) 拆杆