机械原理第八版第二章 在线

第二章

机构的结构分析§2-1

机构结构分析的内容及目的§2-2

机构的组成及分类§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返回§2-1机构结构分析的内容及目的⑴研究机构的组成及机构运动简图的画法研究机构是怎样组成的，并对机构进行分析与综合，研究如何用简单图形，把机构的结构状况表示出来⑵了解机构具有确定运动的条件机构要正常工作必须具有确定的运动，因而必须知道机构具有确定运动的条件⑶研究机构的组成原理及结构分类研究机构的组成原理有利于创造新机械，根据组成原理可对各种机构进行结构分类，有利于对机构进行运动及动力分析和结构设计§2-2机构的组成及分类气缸体连杆凸轮轴曲轴齿轮一、机构的组成1.零件和构件任何机器都是由许多零件组合而成机器中的独立制造单元体称为零件机器中的独立运动单元体称为构件从运动的观点来看，任何机器都是由若干个（两个以上）构件组合而成的活塞推杆§2-2机构的组成及分类2.运动副⑴运动副由两个构件直接接触而组成的可动的连接称为运动副⑵运动副元素两构件上能够参加接触而构成运动副的表面称为运动副元素（轴与轴承、滑块与导轨、两轮齿啮合）⑶构件的自由度构件的独立运动参数的数目称为构件的自由度一个平面自由构件和一个空间自由构件自由度分别是多少？运动副的自由度和约束度的关系？§2-2机构的组成及分类⑷运动副分类①根据运动副引入的约束度的不同分Ⅰ级副、Ⅱ级副、…Ⅴ级副②根据运动副元素的不同分高副、低副③根据构成运动副的两构件之间的相对运动不同分转动副（回转副或铰链）、移动副、螺旋副、球面副④运动副还可分为平面运动副与空间运动副§2-2机构的组成及分类⑸运动副符号为便于表示运动副和绘制机构运动简图，运动副常用简单的

图形符号来表示（GB4460/T－1984）§2-2机构的组成及分类平面闭式运动链空间闭式运动链平面开式运动链空间开式运动链3.运动链⑴运动链构件通过运动副的连接而构成的可相对运动的系统称为运动链⑵运动链的分类§2-2机构的组成及分类机架原动件从动件4.机构⑴机构具有固定构件的运动链称为机构⑵机构的组成机构中的固定构件称为机架机构中按给定的已知运动规律独立运动的构件称为原动件常在其上画表示运动方向的箭头机构中的其余活动构件称为从动件注意：机架只有1个，原动件至少1个§2-2机构的组成及分类二、机构的分类根据机构的运动情况可将机构分为平面机构和空间机构根据组成机构的构件的情况和机构的工作原理的不同，可将机构分为连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、棘轮机构、槽轮机

构、螺旋机构等类型的机构§2-3机构运动简图在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘出其机构运动简图一、机构运动简图1.影响构件运动的因素机构中各构件的运动是由原动件的运动规律、各运动副的类型和机构的运动尺寸（确定各运动副相对位置的尺寸）决定的。与构件的实际形状（高副机构运动副元素除外）、断面尺寸、组成构件的零件数目及固连方式无关§2-3机构运动简图机构运动简图根据机构运动尺寸，按一定比例尺定出各运动副位置，用运

动副及常用机构运动简图的代表符号和一般构件的表示方法将机构的运动传递情况表示出来的简化图形称为机构运动简图机构示意图只是为了表明机械的结构状况，也可以不按严格的比例绘制的简图称为机构示意图§2-3机构运动简图二、机构运动简图的绘制1.分析机构⑴首先确定原动件和执行构件（最后输出运动的构件）⑵然后沿着运动传递路线从原动件开始搞清楚原动件的运动是如何经过传动部分传递到执行构件的⑶最后搞清楚机构由多少构件组成、各构件间运动副的类型以及各运动副所在的相对位置（转动副的转动中心、移动副的方位直线、高副的接触点）§2-3机构运动简图选定视图平面一般选择机构多数构件的运动平面为视图平面，以简单清楚正确地把机构的结构及运动传递情况表示出来为原则绘制机构运动简图⑴在选定视图平面和原动件的某一适当位置后，便可选择适当比例尺⑵根据机械的运动尺寸定出各运动副之间的相对位置⑶再用运动副的代表符号、常用机构运动简图符号和构件的表示方法将各部分画出，即可得机构运动简图§2-3机构运动简图4.标示应注明比例尺及单位：μl=实际尺寸/图示尺寸mm/mm机架画出阴影线原动件要画出表示运动方向的箭头构件用阿拉伯数字编号运动副位置处用大写字母标示§2-3机构运动简图【例2-1】活塞泵机构运动简图绘制【例2-2】内燃机机构运动简图绘制§2-4机构具有确定运动的条件一、机构运动实例为了按照一定的要求进行运动的传递及变换，当机构的原动件按给定的运动规律运动时，其余构件的运动一般也应是完全确定的。一个机构在什么条件下才能实现确定的运动呢？1.铰链四杆机构⑴给定1个独立运动⑵给定2个独立运动§2-4机构具有确定运动的条件2.铰链五杆机构⑴给定1个独立运动⑵给定2个独立运动§2-4机构具有确定运动的条件二、机构具有确定运动的条件机构的自由度机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目称为机构的自由度，其数目常用F表示机构具有确定运动的条件机构的原动件数目应等于机构的自由度数目F如果原动件数<F，则机构的运动将不确定如果原动件数>F，则会导致机构最薄弱环节的损坏§2-5机构自由度的计算一、平面机构自由度的计算1.运动副与约束的关系每个低副提供2个约束，每个高副提供1个约束

2.平面机构自由度计算公式

F=3n－（2pl+ph）§2-5机构自由度的计算【例2-3】试计算图示铰链四杆机构的自由度解：F＝3n－（2p

＋p

）＝3×3－（2×4

+0）=1l

h【例2-4】试计算图示铰链五杆机构的自由度解：F＝3n－（2p

＋p

）＝3×4－（2×5

+0）=2l

h§2-6计算平面机构自由度时应注意的事项一、要正确计算运动副的数目1.复合铰链两个以上的构件同在一处以转动副连接就构成了复合铰链由m个构件组成的复合铰链，共有(m-1)个转动副计算机构自由度时，应注意机构中是否存在复合铰链§2-6计算平面机构自由度时应注意的事项2.相同约束的运动副①两构件在多处接触而构成转动副，且转动轴线重合②两构件在多处接触而构成移动副，且移动方向彼此平行③两构件在多处接触而构成平面高副，且各接触点处的公法线彼此重合A1A2§2-6计算平面机构自由度时应注意的事项3.复合高副如果两构件在多处接触而构成平面高副，而在各接触点处的公法线方向彼此不重合（公法线相交和公法线平行），就构成了复合高副，复合高副相当于一个低副§2-6计算平面机构自由度时应注意的事项二、要除去局部自由度机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动，这种局部运动的自由度称为局部自由度，其数目以F′表示计算机构自由度时，应从机构的自由度中减去局部自由度F′F＝3n－(2pl＋ph)－

F′试计算滚子推杆凸轮机构的自由度解：F＝3n－(2pl＋ph)－F′=3×3－(2×3＋1)－1=1§2-6计算平面机构自由度时应注意的事项三、要除去虚约束增加一个活动构件和两个转动副，等于多引入了一个约束。这个约束对机构的运动只起重复的约束作用，因而是一个虚约束§2-6计算平面机构自由度时应注意的事项1.虚约束机构中有些运动副带入的对机构的运动只起重复约束作用，这类约束称为虚约束，虚约束的数目常以

p′表示计算机构的自由度时，应从机构的约束数中减去虚约束数p′F＝3n－(2pl＋ph

－p′)－

F′§2-6计算平面机构自由度时应注意的事项2.虚约束常发生情况⑴轨迹重合机构中，如果用转动副连接的是两构件上运动轨迹相重合的点，则该连接将带入一个虚约束（将两构件在转动副处拆开，分析两构件在转动副处的轨迹在连接前后是否重合）⑵距离不变在机构运动过程中，若两构件上两点之间的距离始终保持不变，若用一双转动副杆将此两点相连，将带入一个虚约束§2-6计算平面机构自由度时应注意的事项⑶结构重复机构中不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束设机构中重复部分的构件数为n′、机构引入重复部分所带入的低副数为pl′、高副数为ph′，则重复部分所带入的约束数p′p′＝（2

pl

′

+

ph′

）－3

n′§2-6计算平面机构自由度时应注意的事项【例2-5】试计算图示某包装机送纸机构的自由度，并判断该机构是否具有确定的运动§2-6计算平面机构自由度时应注意的事项⑶写出公式并代入数值计算F＝3n－(2pl＋ph

－p′)－

F′＝3×9－(2×11＋3－1)－2＝1复合铰链解：⑴在图中指出注意事项虚约束⑵

正确数出n、pl、ph、p

、F局部自由度局部自由度§2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析一、平面机构的组成原理基本杆组不能再拆的最简单的自由度为零的构件组称为基本杆组，简称杆组机构的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、机架或基本杆组上而构成的，这就是机构的组成原理§2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析3.平面机构组成原理的作用当对现有机构进行运动分析或动力分析时，可将机构分解为机架和原动件及若干基本杆组，然后对相同的基本杆组以相同的方法进行分析当设计一个新机构的机构运动简图时，可先选定一个机架，并将数目等于机构自由度数的F个原动件用运动副连于机架上，然后再将各基本杆组依次连接于原动件、机架或基本杆组上，从而构成一个新的机构§2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析4.杆组并接注意事项在杆组并接时，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§2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析二、平面机构的结构分类机构结构分类是根据机构中基本杆组的不同进行的1.基本杆组的条件3n－2p

－p

＝0

（低副和高副）l

h3n－2p

＝0

（全低副）l§2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析2.基本杆组的类型⑴Ⅱ级组—由2个构件和3个低副（2外1内）构成的基本杆组§2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析⑵Ⅲ级组—由4个构件和6个低副（3外3内）构成的基本杆组都有1个包含3个低副构件§2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析3.机构的级别最高级别为Ⅱ级组的基本杆组构成的机构称为Ⅱ级机构最高级别为Ⅲ级组的基本杆组构成的机构称为Ⅲ级机构只由机架和原动件构成的机构称为Ⅰ级机构§2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析三、平面机构中的高副低代高副低代为了便于对含有高副的平面机构进行分析研究，可将机构中的高副根据一定的条件虚拟地以低副加以代替，这种将高副以低副来代替的方法称为高副低代高副低代条件①代替前后机构的自由度完全相同②代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度完全相同§2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析3.高副低代方法高副低代时能否用一个低副直接代替一个高副？⑴圆弧高副机构⑵非圆弧高副机构⑶点高副机构⑷直线高副机构在进行高副低代时，只要用一个虚拟构件分