机械原理-第2章机构结构分析

1第2章机构的结构分析(Chapter2:StructureAnalysisofMechanisms)

2第2章机构的结构分析§2-1

机构结构分析的内容及目的§2-2

机构的组成§2-3

机构运动简图§2-4

机构具有确定运动的条件§2-5

机构自由度的计算§2-6

计算平面机构自由度时应注意的事项§2-7

平面机构的组成原理、结构分类及结构分析3学习要求：1.搞清构件、运动副、约束、自由度、运动链及机构等重要概念。2.能绘制比较简单的机械的机构运动简图。3.能正确计算平面机构的自由度并能判断其是否具有确定的运动；对空间机构自由度的计算有所了解。4.对虚约束对机构工作性能的影响及机构结构合理设计问题的重要性有所认识。5.对平面机构的组成原理有所了解。第2章机构的结构分析4

(Contentandgoal)

内容：1）机构的组成2）机构具有确定运动的条件3）机构的自由度4）机构的组成原理目的：研究机构在何种条件下可动，具备何种条件时具有确定的相对运动。2-1机构结构分析的内容及目的

51.构件零件是机器中的一个独立制造单元体；构件是机器中的一个独立运动单元体。

任何机器都是由许多零件组合而成的。气缸体连杆体连杆头曲轴齿轮活塞

构件往往是由若干零件刚性地联接在一起的独立运动的整体真实连杆连杆体连杆头螺栓螺母垫圈2-2机构的组成

(Compositionofmechanism)

从运动来看，任何机器都是由若干个构件组合而成的。构件由单个或多个零件刚性构成。62、构件的自由度：AxAyAzAXYZOS构件所具有的独立运动的数目。AXYOyAxAS

平面机构每个自由构件具有3个自由度；空间机构每个自由构件具有6个自由度。73、约束：4、运动副：构件的约束数=构件失去的自由度对独立运动的限制。两个构件直接接触，并能产生一定相对运动的联接。12XY(a)OYXO12(b)nn12(c)8运动副分类：

引入n个约束的运动副称为n级副。

(n<6)1）、按约束类型分：9

根据运动副的接触形式，运动副归为两类1）低副：面接触的运动副。如:移动副转动副2）、根据构件间接触形式分：10运动副的分类

2）高副：点或线接触的运动副。

如:齿轮副凸轮副11也可将运动副分为平面运动副和空间运动副。1）平面运动副：组成运动副两构件间作相对平面运动，如:转动副齿轮副122）空间运动副：组成运动副两构件间作相对空间运动。如:螺旋副球面副13

面接触的运动副。低副：121214低副：转动副：自由度为1

约束数:

平面内为2

空间为5移动副：自由度为1

约束数:

平面内为2

空间为521XYo(a)12XYo(b)15平面高副：

自由度为2

约束数：平面内为1

空间为4在平面内：低副：自由度为1，约束数为2高副：自由度为2，约束数为1ttnn12V12A(c)齿轮副：163）按其相对运动形式分转动副（回转副或铰链）移动副螺旋副球面副还可分为平面运动副与空间运动副两类。2）按其接触形式分高副：点、线接触的运动副低副：面接触的运动副运动副的分类1）按其引入的约束数目分：Ⅰ级副、Ⅱ级副、……Ⅴ级副。小结：转动副、移动副17

构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统称为运动链。

未构成首尾封闭的运动链。

构成首尾封闭的运动链。5、运动链：1）开式链：2）闭式链：186、机构：

在运动链中，固定某一构件为机架，且其它构件都具有确定运动，这种运动链称为机构。机构中构件的种类：1）机架，2）原动件，3）从动件系统。19机构的组成：零件刚性联接构件运动副联接运动链固定一个构件机构20

(Thesketchofkinematicsofmechanism)一、机构运动简图

去掉构件的结构外形，按一定比例将构件用简单线条表式，运动副用特殊符号表示，能说明各构件间相对运动关系的简单图形。2-3机构运动简图

21二、运动副及构件的表示方法1、运动副:移动副:转动副:22凸轮副:齿轮副:232、构件:固定件:同一构件:24两副构件:三副构件:25三、机构运动简图的画法步骤：1、将机构动起来，确定原动件,从动件,运动副和构件数。2、选择多数构件的运动平面为投影面。3、选择比例尺，从原动件出发，按规定符号依次画出运动副及构件。4、标尺寸，算自由度。26例1.机构简图绘制：偏心轮机构274C12AB34C12AB328A1234BCD例2鄂式破碎机29颚式破碎机30例3内燃机及其机构运动简图31若F=1，则机构独立运动数目为1，需要一个原动件带动，其他构件就具有确定运动；若F=0，此机构相当于机架，不能动。若F>0，此机构具有的独立运动数目大于零，可动。机构可动的条件为：F>0若F=2，则机构独立运动数目为2，需要两个原动件带动，其他构件就具有确定运动。同理：若F=m,需m个原动件,其他构件有确定运动。§2-4机构具有确定运动的条件32若F=1，则机构独立运动数目为1，需要一个原动件带动，其他构件就具有确定运动；若F=0，此机构相当于机架，不能动。若F>0，此机构具有的独立运动数目大于零，可动。机构可动的条件为：F>0若F=2，则机构独立运动数目为2，需要两个原动件带动，其他构件就具有确定运动。同理：若F=m,需m个原动件,其他构件有确定运动。§2-4机构具有确定运动的条件33铰链五杆机构：原动件数<机构自由度数，机构运动不确定给定一个独立运动参数：机构没有确定运动。给定两个独立运动参数：机构有确定运动。34机构具有确定运动的条件为：机构的自由度数=机构的原动件数自由度35一、平面机构的自由度公式

机构相对与机架所具有的独立运动的数目。

若机构中有K个构件，其中活动构件数为

n=K-1，机构的总自由度为：3n若机构中有PL个低副，失去自由度为：2PL若机构中有PH个高副，失去自由度为：PH则平面机构自由度为：§2-5平面机构自由度的计算F=3n-2PL-PH机构的自由度36二、平面机构自由度的计算例1：求图示四杆机构自由度。解：n=3,PL=4,PH=0,DCAB431237例2：n=4,PL=5,PH=0例3：n=3,PL=4,PH=0DCABE43125CAB123438例4：n=7,PL=6,PH=0显然，错误！三、计算平面机构自由度时应注意的事项1、复合铰链：两个以上的构件在同一点铰接,所形成的转动副称为复合铰链.AEDCBF12543687391、复合铰链：两个以上的构件在同一点铰接,所形成的转动副称为复合铰链.§2-6计算平面机构自由度时应注意的事项213A向12340若有m个构件在同一点连接，则低副数为(m-1)。注：“m个构件”中的构件包括机架。如：PL=2PL=3412331241再看上述例4：n=7,PL=10,PH=02、局部自由度：对整个机构的输入输出无影响的自由度。AEDCBF1254368742n=3,PL=3,PH=1不对！n=2,PL=2,PH=1若有局部自由度的地方，应将其去掉，看作将滚子与从动件焊在一起。321321443注：只有有小滚子处，且小滚子几何中心与转动中心重合，才是局部自由度。是不是3.虚约束：对机构的运动不起作用的约束。444231CDBA=ABCDn=3,PL=4,PH=0若加上5杆，使n=4,PL=6,PH=0431CDBAEFABCDEF2==45若遇到机构中有虚约束时，应将虚约束去掉。虚约束常发生的场合：1）轨迹重合：要注意几何条件，有时需证明。n=4,PL=6,PH=0实际上机构可动，算出F=0是因为有虚约束存在。BDCA4321AB=BC=BDACAD2431546需证明当D点滑块拿掉后，仍有即：证明：即：将D点滑块去掉后，n=3,

PL=4,PH=02315BDCA4321AB=BC=BDACADooo472）、若两构件在多处接触形成移动副或转动副，且移动（转动）方向一致，则只考虑一处约束，其它看作虚约束；若两构件在多处形成高副,也只考虑一处接触。如下图所示：483）、对机构运动不起作用的结构对称部分所带来的约束，也是虚约束。49503）、对机构运动不起作用的结构对称部分所带来的约束，也是虚约束。n=3,PL=3,PH=251例题1：计算下列机构的自由度。1.n=8,PL=11,PH=1CDBAEFABCDEF==BADC154326789局复复虚52ABCD=ABCD2.n=6,PL=8,PH=11654327虚局533.n=4,PL=4,PH=254321局54

1.平面机构的组成原理§2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析机构=机架+原动件+杆组（若干个）基本杆组：

不可再拆的自由度为零的构件组称为基本杆组，也称阿苏尔,简称杆组。组成原理：

任何机构都可看作是由若干个基本杆组依次连接于原动件和机架而构成的。注意：

在杆组并接时，不能将同一杆组的各个外接运动副接于同一构件上，否则将起不到增加杆组的作用。55（1）杆组的条件式中n、pl及ph分别为杆组中的构件数、低副数和高副数。（2）杆组的类型1）Ⅱ级杆组：

由2个构件和3个低副构成的杆组。2）Ⅲ级杆组：

由4个构件和6个低副构成的杆组。3n－2pl－ph＝0全低副杆组的条件：3n－2pl＝0或n/2＝pl/32.平面机构的结构分类56F=3n-2PL=0

3264::Ⅱ级杆组