chap2机构组成及结构分析

1、机械基础及工程力学系王震国Mechanical Design机械原 理第二章第二章 机构的组机构的组成及结构分析成及结构分析机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design21 研究机构结构的目的研究机构结构的目的22 机构的组成及其运动简图的绘制机构的组成及其运动简图的绘制23 平面机构自由度的计算及机构运平面机构自由度的计算及机构运动确定的条件动确定的条件24 平面机构的高副低带、结构分析平面机构的高副低带、结构分析和组成原理和组成原理机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mecha

2、nical Design研究机构结构的目的研究机构结构的目的：研究机构结构的目的：研究组成机构的要素及机构具有确定运动的条件；研究组成机构的要素及机构具有确定运动的条件；目的是弄清机构包含哪几个部分，各部分如何相联？以目的是弄清机构包含哪几个部分，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？及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？这对于设这对于设计新的机构显得尤其重要。计新的机构显得尤其重要。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design研究机构结构的目的研究机构结构的目的：研究机构结构的目的：不同的机构都有各自

3、的特点，把各种机构按结构加以分不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构加以分类，其目的是类，其目的是按其分类建立运动分析和动力分析的一般按其分类建立运动分析和动力分析的一般方法方法。研究组成机构的组成原理，并根据结构特点对机构研究组成机构的组成原理，并根据结构特点对机构进行分类；进行分类；机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design研究机构结构的目的研究机构结构的目的：研究机构结构的目的：研究机构运动简图的绘制；研究机构运动简图的绘制；目的是如何用简单的图形来表示机构的结构和运动形目的是如何用简单的图形来表示机构的结构和运

4、动形态，态，为运动分析和动力分析作准备。为运动分析和动力分析作准备。研究机构结构的综合方法。研究机构结构的综合方法。目的研究在满足预期运动及工作条件下，如何综合出机目的研究在满足预期运动及工作条件下，如何综合出机构可能的结构形式构可能的结构形式机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素机构由构件和运动副两个要素组成机构由构件和运动副两个要素组成机器由若干个机构组合而成机器由若干个机构组合而成内燃机内燃机中的连杆机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结

5、构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素构件，构件， (Link) 独立的运动单元独立的运动单元 构件构件零件，零件，(part)独立的制造单元独立的制造单元区别不同构件的标准区别不同构件的标准，在于它们之间存在相对运动在于它们之间存在相对运动机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素两构件之间直接接触而又能产生一定相对运动的活动连接两构件之间直接接触而又能产生一定相对运动的活动连接运动副运动副两个构件间两个构件间直接接触直接接触有相对运动有相

6、对运动机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素两构件上直接参与构成运动副的接触表面称为运动副元素两构件上直接参与构成运动副的接触表面称为运动副元素运动副运动副点（滚动轴承）点（滚动轴承）线（齿轮齿廓）线（齿轮齿廓）面（面（活塞与缸套活塞与缸套）机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素按引入的约束数目分类按引入的约束数目分类 运动副的分类运动副的分类空间两构件未构成运动副

7、之前，共有空间两构件未构成运动副之前，共有6个相对运动个相对运动的的自由度自由度，当构成运动副后，它们之间的相对运，当构成运动副后，它们之间的相对运动受到动受到约束约束，其数目若用，其数目若用s表示，则表示，则s最小为最小为1，最，最大为大为5。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素按引入的约束数目分类按引入的约束数目分类 运动副的分类运动副的分类设该运动副所保留的相对自由度为设该运动副所保留的相对自由度为f，即，即f6s空间两构件构成运动副后，相对自由度与约数数目空间两构件构成

8、运动副后，相对自由度与约数数目之间的关系为之间的关系为fs 6 （1s5）机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素按引入的约束数目分类按引入的约束数目分类 运动副的分类运动副的分类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I级副级副II级副级副III级副级副机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素按引入的约束数目分类按引入的约束数

9、目分类 运动副的分类运动副的分类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IV级副级副V级副级副1V级副级副2V级副级副3机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素按运动副元素分类按运动副元素分类 运动副的分类运动副的分类高副：凡两构件通过点、线接触而形成的运动副高副：凡两构件通过点、线接触而形成的运动副例如：滚动例如：滚动副副、凸轮副凸轮副、 齿轮副齿轮副等。等。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析

10、Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素按运动副元素分类按运动副元素分类 运动副的分类运动副的分类低副：凡两构件通过面接触而形成的运动副低副：凡两构件通过面接触而形成的运动副例如：例如：转动副转动副、移动副移动副、球面副球面副等。等。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素按相对运动的范围分类按相对运动的范围分类 运动副的分类运动副的分类平面运动副平面运动平面运动副平面运动( (Plannar kinematic pair) )空间运动副空间运动空

11、间运动副空间运动( (Spatial kinematic pair ) )机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素若干个构件通过运动副连接组成的构件系统称为运动链若干个构件通过运动副连接组成的构件系统称为运动链运动链运动链运动链中的各构件构成首末封闭的系统，称为闭式链。运动链中的各构件构成首末封闭的系统，称为闭式链。 (Close chain)运动链中的各构件构成开放的系统，称为运动链中的各构件构成开放的系统，称为开式链开式链。 (Open chain)机械基础及工程力学系王震国第

12、二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素若干个构件通过运动副连接组成的构件系统称为运动链若干个构件通过运动副连接组成的构件系统称为运动链运动链运动链闭式链闭式链开式链开式链机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素若将闭式运动链中的一个构件加以固定，则该运动链就成若将闭式运动链中的一个构件加以固定，则该运动链就成为机构。机构中的其他构件均相对于固定构件运动为机构。机构中的其他构件均相对于固定构件运动

13、机构机构机架机架：作为参考系的固定构件。：作为参考系的固定构件。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。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。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素若将闭式运动链中的一个构件加以固定，则该运动链就成若将闭式运动链中的一个构件加以固定，则该运动链就成为机构。机构中的其他构件均相对于固定构件运动为机构。机构中的其他构件均相对于固定构件运动机构机构

14、若干若干1个或几个个或几个1个个机构的组成：机构的组成：机构机构机架机架原动件原动件从动件从动件机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素常见运动副符号的表示常见运动副符号的表示: : 国标国标GB4460/T1984机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design常用运动副的符号常用运动副的符号运动副运动副名称名称运动副符号运动副符号两运动构件构成的运动副两运动构件构成的运动副转转动动副副移移动动副副12121212

15、121212121212121212两构件之一为固定时的运动副两构件之一为固定时的运动副122121平平面面运运动动副副机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球球销销副副121212空空间间运运动动副副121212机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素构件的表示方法构件的表示方法机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析

16、机构的组成及结构分析Mechanical Design一般构件的表示方法一般构件的表示方法 杆、轴构件杆、轴构件固定构件固定构件同一构件同一构件机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design三副构件三副构件 两副构件两副构件 一般构件的表示方法一般构件的表示方法 机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design 机构的组成机构的组成要素机构的组成要素构件的表示方法构件的表示方法注意事项注意事项: :画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质画构件时应撇开

17、构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design机构运动简图绘制机构运动简图机构运动简图在分析现有机械和设计新机械地时候，都需要绘制机构运在分析现有机械和设计新机械地时候，都需要绘制机构运动简图动简图根据机构的运动尺寸，按一定的根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺比例尺定出各运动副的位置，定出各运动副的位置，并运用已规定的并运用已规定的运动副符号运动副符号及及机构表示符号机构表示符号和和构件的表示方构件的表示方法法，将机构的，将机构的运动传递情况运动传递情况表示出来的简化图形称为机构运表示出来

18、的简化图形称为机构运动简图动简图机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design机构运动简图绘制机构运动简图机构运动简图机构运动简图的作用机构运动简图的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械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design机构运动简图绘制机构运动简图机构运动简图机构示意图机构示意图不按比例绘制的简图。不按比例绘制的简图。只反映机构的结构情况只反映机构的结构情况常用机构运动简图符号

19、常用机构运动简图符号 在在机机架架上上的的电电机机齿齿轮轮齿齿条条传传动动带带传传动动圆圆锥锥齿齿轮轮传传动动链链传传动动圆柱圆柱蜗杆蜗杆蜗轮蜗轮传动传动凸凸轮轮传传动动外啮外啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动棘棘轮轮机机构构内啮内啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design机构运动简图绘制机构运动简图机构运动简图机构运动简图应满足的条件机构运动简图应满足的条件：构件数目与实际相同构件数目与实际相同运动副的性质、数目与实际相符运动副的性质、数目与实际相符 运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成

20、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。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design机构运动简图绘制机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制绘制机构运动简图的步骤：绘制机构运动简图的步骤：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），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，并用符号表示出来型，并用符号表示出来。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Des

21、ign机构运动简图绘制机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制绘制机构运动简图的步骤：绘制机构运动简图的步骤：首先搞清楚机械的实际构造和运动情况；首先搞清楚机械的实际构造和运动情况；找出机械的机架和原动件，按照运动的传递路线搞找出机械的机架和原动件，按照运动的传递路线搞清楚机械原动部分的运动如何传递到工作部分清楚机械原动部分的运动如何传递到工作部分搞清楚机械由多少个构件组成，并根据两构件间的接触情搞清楚机械由多少个构件组成，并根据两构件间的接触情况和相对运动的性质，确定各个运动副的类型；况和相对运动的性质，确定各个运动副的类型；机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成

22、及结构分析Mechanical Design机构运动简图绘制机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制绘制机构运动简图的步骤：绘制机构运动简图的步骤：恰当的选择投影面，并将机构停留在适当地位置，避免构建恰当的选择投影面，并将机构停留在适当地位置，避免构建重叠重叠一般选择与多数构件的运动平面相平行的面为投影一般选择与多数构件的运动平面相平行的面为投影面面选择适当的长度比例尺选择适当的长度比例尺ll，确定出个运动副之间的相对，确定出个运动副之间的相对位置，用规定的符号表示各运动副，并将同一构件参与构位置，用规定的符号表示各运动副，并将同一构件参与构成的运动副符号用简单的线条连接起来。成的运动副符号用简单

23、的线条连接起来。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design机构运动简图绘制机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制例题一：颚式破碎机例题一：颚式破碎机机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design机构运动简图绘制机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制例题二：偏心泵例题二：偏心泵1234机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的

24、组成及结构分析Mechanical Design机构具有确定运动的条件实例分析实例分析铰链四杆机构：铰链四杆机构： 在 铰 链 四 杆在 铰 链 四 杆机 构 中 ， 如机 构 中 ， 如果 给 定 一 个果 给 定 一 个独 立 的 运 动独 立 的 运 动参 数 ， 则 其参 数 ， 则 其余 构 件 的 运余 构 件 的 运动完全确定动完全确定机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design机构具有确定运动的条件实例分析实例分析铰链四杆机构：铰链四杆机构： 在 铰 链 四 杆在 铰 链 四 杆机 构 中 ， 如机 构 中

25、， 如果 给 定 两 个果 给 定 两 个独 立 的 运 动独 立 的 运 动参 数 ， 则 将参 数 ， 则 将导 致 机 构 中导 致 机 构 中最 薄 弱 的 环最 薄 弱 的 环节被破坏节被破坏机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design机构具有确定运动的条件实例分析实例分析铰链四杆机构：铰链四杆机构： 在 铰 链 五 杆在 铰 链 五 杆机 构 中 ， 如机 构 中 ， 如果 给 定 一 个果 给 定 一 个独 立 的 运 动独 立 的 运 动参 数 ， 则 其参 数 ， 则 其余 构 件 的 运余 构 件 的 运

26、动将不确定动将不确定机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design机构具有确定运动的条件实例分析实例分析铰链四杆机构：铰链四杆机构： 在 铰 链 五 杆在 铰 链 五 杆机 构 中 ， 如机 构 中 ， 如果 给 定 两 个果 给 定 两 个独 立 的 运 动独 立 的 运 动参 数 ， 则 其参 数 ， 则 其余 构 件 的 运余 构 件 的 运动完全确定动完全确定机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design机构具有确定运动的条件机构的自由度：机构的自由度

27、：保证机构具有确定运动时所必须给定的独立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。运动参数称为机构的自由度。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design机构具有确定运动的条件构件具有确定运动的条件：构件具有确定运动的条件：原动件能独立运动的构件。原动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N=FN=F机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mec

28、hanical Design机构具有确定运动的条件构件具有确定运动的条件：构件具有确定运动的条件：若若NFNFNF，则导致最薄弱的环节被破坏，则导致最薄弱的环节被破坏机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的自由度计算构件、运动副、约束与自由度的关系构件、运动副、约束与自由度的关系一个作平面运动的自由构件一个作平面运动的自由构件在空间的位置，需要三个独在空间的位置，需要三个独立的参数（立的参数（x x，y y，）才能）才能唯一确定唯一确定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(x , y)机械

29、基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的自由度计算构件、运动副、约束与自由度的关系构件、运动副、约束与自由度的关系yx12Syx12xy12s=2, F=1s=2, F=1s=1, F=2机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的自由度计算构件、运动副、约束与自由度的关系构件、运动副、约束与自由度的关系运动副运动副 自由度数自由度数 约束数约束数回转副回转副 1（） + 2（x，y） =3移动副移动副 1（x） + 2（y，）=3高高

30、 副副 2（x,） + 1（y） =3结论：结论：构件自由度构件自由度3约束数约束数机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的自由度计算平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算设机构中活动构件数目为设机构中活动构件数目为n，则构件的总自由度数目为，则构件的总自由度数目为3n，低副总数为低副总数为pl，引入的约束总数为，引入的约束总数为2pl，高副总数为，高副总数为ph，引，引入的约束总数为入的约束总数为ph则机构的自由度计算公式为：则机构的自由度计算公式为： F3n（2plph）也称为也称为平面机构的结构公式平面

31、机构的结构公式机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的自由度计算平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算例一：铰链四杆机构和铰链五杆机构的自由度计算例一：铰链四杆机构和铰链五杆机构的自由度计算铰链四杆机构：铰链四杆机构：n3，pl4，ph0；F3n （2plph）3324 1铰链五杆机构：铰链五杆机构：n4，pl5，ph0；F3n （2plph）3425 2机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的自由度计算平面机构自由度的计算平

32、面机构自由度的计算例二：曲柄滑块机构的自由度计算例二：曲柄滑块机构的自由度计算n3，pl4，ph0；F3n （2plph）3324 11234机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的自由度计算平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算例三：凸轮机构的自由度计算例三：凸轮机构的自由度计算n2，pl2，ph1；F3n （2plph）3324 111123机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及

33、结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项复合铰链复合铰链例：计算图示圆盘锯机构的自由度计算例：计算图示圆盘锯机构的自由度计算12345678ABCDEF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！机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项复合铰链复合铰链1.1.复合铰链复合铰链 compound hinges 两个以上的构件在同一处以转动副相联。两个以上的

34、构件在同一处以转动副相联。计算：计算：m个构件个构件, , 有有m1转动副。转动副。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项复合铰链复合铰链例：计算图示圆盘锯机构的自由度计算例：计算图示圆盘锯机构的自由度计算12345678ABCDEF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 高副数高副数PH=0=37 210 0=1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。圆盘锯机构圆盘锯机构 动画机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组

35、成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项局部自由度局部自由度例：例：计算图示两种滚子凸轮机构的自由度计算图示两种滚子凸轮机构的自由度解：对于左边的机构：解：对于左边的机构：n3，pl3，ph1F=3n 2PL PH =33 23 1212312机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项局部自由度局部自由度例：例：计算图示两种滚子凸轮机构的自由度计算图示两种滚子凸轮机构的自由度（续）对于右边的机构：（续）对于右边的机构：n2，pl2，ph1F = 3 n 2 pl

36、 ph =32221=112312事实上，两个机构的运动相同，事实上，两个机构的运动相同，且且F=1机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项局部自由度局部自由度2.2.局部自由度局部自由度 passive degree of freedom对机构其他构件运动无关的自由度对机构其他构件运动无关的自由度一般出现在凸轮机构中，为减少高副接一般出现在凸轮机构中，为减少高副接触处的磨损，在凸轮和从动件之间安装触处的磨损，在凸轮和从动件之间安装了圆柱形滚子了圆柱形滚子滚子绕其自身轴线的自由转动丝毫不影响其滚子绕其自

37、身轴线的自由转动丝毫不影响其他构件的运动，引入一个局部自由度他构件的运动，引入一个局部自由度123机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项局部自由度局部自由度2.2.局部自由度局部自由度 passive degree of freedom在计算机构自由度时，应去掉局部自由度在计算机构自由度时，应去掉局部自由度方法一：将滚子与推杆视作焊接，再来方法一：将滚子与推杆视作焊接，再来计算自由度计算自由度12312机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical

38、 Design自由度计算注意事项局部自由度局部自由度2.2.局部自由度局部自由度 passive degree of freedom在计算机构自由度时，应去掉局部自由度在计算机构自由度时，应去掉局部自由度方法二：在机构自由度计算公式中将局方法二：在机构自由度计算公式中将局部自由度数目部自由度数目F减去，公式变为减去，公式变为123F=3n（2plph） F 33（231）11计算结果完全一致计算结果完全一致机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项虚约束虚约束例：已知：例：已知：ABCDEF，计算图示平行

39、四边形机构的自由度。，计算图示平行四边形机构的自由度。1234ABCDEF解：解：n=n=4，pl= 6，F=3n 2pl ph =34 26 =0ph=0显然结果与机构实际运动情况不符显然结果与机构实际运动情况不符 机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项虚约束虚约束3.3. 虚约束虚约束 redundant constraint1234ABCDEF在机构中，有些约束所起的作在机构中，有些约束所起的作用是重复的，这种其重复限制用是重复的，这种其重复限制作用的约束称为作用的约束称为虚约束虚约束虚约束虽然

40、对机构的运动并不虚约束虽然对机构的运动并不产生实际的约束作用，但会导产生实际的约束作用，但会导致机构自由度的计算结果和机致机构自由度的计算结果和机构实际自由度不符构实际自由度不符机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项虚约束虚约束3.3. 虚约束虚约束 redundant constraint1234ABCDEF去除办法：去除办法：方法一：将机构中引入虚约束方法一：将机构中引入虚约束的运动副或运动链的部分去掉的运动副或运动链的部分去掉机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成

41、及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项虚约束虚约束例：已知：例：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。123ABCDE解：解：n=n=3，pl= 4，F=3n 2pl ph =33 24 =1ph=0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 机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项虚约束虚约束3.3. 虚约束虚约束 redundant constraint1234ABCDEF去除办法

42、：去除办法：方法二：从机构中减去虚约束方法二：从机构中减去虚约束的数目的数目pp（2plph）3nF=3n（2plphp） F机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项虚约束虚约束例：已知：例：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。1234ABCDEF解：解：n=n=4，pl= 6，F=3n （2pl php） =34 26 1 =1ph=0p（2plph）3n 2231 1 机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析M

43、echanical Design自由度计算注意事项虚约束虚约束机构中存在虚约束的场合：机构中存在虚约束的场合：1234ABCDEF两构件联接前后，联接两构件联接前后，联接点的轨迹重合点的轨迹重合如平行四边形机构，火车如平行四边形机构，火车轮、椭圆仪等轮、椭圆仪等机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项虚约束虚约束机构中存在虚约束的场合：机构中存在虚约束的场合：运动时，两构件上的两点距运动时，两构件上的两点距离始终不变，用一构件将两离始终不变，用一构件将两点连接起来，形成虚约束点连接起来，形成虚约束EF机

44、械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项虚约束虚约束机构中存在虚约束的场合：机构中存在虚约束的场合：对运动不起作用的对称对运动不起作用的对称部分部分如多个行星轮如多个行星轮机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项虚约束虚约束机构中存在虚约束的场合：机构中存在虚约束的场合：两构件构成多个移动副，两构件构成多个移动副，且导路平行。且导路平行。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分

45、析Mechanical Design自由度计算注意事项虚约束虚约束机构中存在虚约束的场合：机构中存在虚约束的场合：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。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项虚约束虚约束机构中存在虚约束的场合：机构中存在虚约束的场合：两构件构成高副，两处两构件构成高副，两处接触，且法线重合接触，且法线重合如等宽凸轮如等宽凸轮W机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项虚约束虚

46、约束机构中存在虚约束的场合：机构中存在虚约束的场合：两构件构成高副，两处两构件构成高副，两处接触，且法线重合接触，且法线重合注意：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！机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项虚约束虚约束各种出现虚约束的场合都有一定的几何条件，如各种出现虚约束的场合都有一定的几何条件，如果在制造和装配中，不能满足相应的几何条件，果在制造和装配中，不能满足相应的几何条件，则虚约束将会变成实实在在的约束则虚约束将会变成实实在在的约束机械基础及工程力学系王震国第二章第二

47、章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项虚约束虚约束虚约束的作用：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。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design自由度计算注意事项虚约束虚约束例：例：计算图示包装机送计算图示包装机送纸机构的自由度纸机构的自由度。解：解：局部自由度局部自由

48、度2 2个个虚约束虚约束 1 1处处, , 构件构件8 8复合铰链复合铰链: : 位置位置D D ，2 2个低副个低副F=3n 2pl ph =36 27 3 =1机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的组成原理基本机构基本机构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原动件作移动原动件作移动 ( (如直线如直线电机、流体压力作动筒电机、流体压力作动筒) )。21机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical D

49、esign平面机构的组成原理基本机构基本机构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原动件作转动原动件作转动 ( (如如电动机电动机) )。21机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的组成原理基本杆组基本杆组基本杆组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。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

50、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F0的构件组，直到不能的构件组，直到不能再拆为止。再拆为止。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的组成原理基本杆组基本杆组基本杆组基本杆组F=1F=0定义：最简单的定义：最简单的F0的构件组，称为的构件组，称为基本杆组基本杆组。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的组成原理基本杆组基本杆组举例：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

51、构和基本杆组。71324568机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的组成原理基本杆组基本杆组举例：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。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的组成原理基本杆组基本杆组结论：该机构包含一个基本机构和两个基本杆组，结论：该机构包含一个基本机构和两个基本杆组，换句话说，将两个基本杆组添加到基本机构上，构换句话说，将两个基本杆组添加到基本机构上，构成了该

52、八杆机构。成了该八杆机构。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的组成原理基本杆组基本杆组推论推论：任何一个平面机构都可以认为是在基本机构的基：任何一个平面机构都可以认为是在基本机构的基础上，依次添加若干个杆组所形成的。础上，依次添加若干个杆组所形成的。机构的组成原理：机构的组成原理： 机构基本机构基本杆组机构基本机构基本杆组机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的结构分类基本杆组的条件基本杆组的条件设基本杆组中有设基本杆组中有

53、n个构件，则由条件个构件，则由条件F0有：有：F3n2plph0p pl l3n/2 3n/2 ( (低副机构中低副机构中p ph h0 0 ) )机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的结构分类基本杆组的条件基本杆组的条件 p pl l 为整数，为整数， n n只能取偶数。只能取偶数。n n 2 4 n4 2 4 n4 已无实例了已无实例了! !p pl l 3 63 6机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的结构分类基本杆组

54、的结构分类基本杆组的结构分类n=2 的杆组称为的杆组称为级组应用最广而又最简单的基级组应用最广而又最简单的基本杆组。共有本杆组。共有 5 种类型种类型典型典型级组：级组：机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的结构分类基本杆组的结构分类基本杆组的结构分类级组级组：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。n=4 （pl6）的杆组有以下四种类型）的杆组有以下四种类型: :机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的结构分类基本杆组的结构分类基本杆组的结构分类第四种形式称为第四种形式称为IV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 4个构件构成四边形结构。个构件构成四边形结构。机械基础及工程力学系王震国第二章第二章 机构的组成及结构分析机构的组成及结构分析Mechanical Design平面机构的结