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第二章 平面机构的结构分析 Chapter 2 Structure Analysis of Planar Mechanisms 1)机构的组成 2)运动简图的绘制； 3)机构自由度的计算. Date1 2-1 机构的组成 一运动副及其分类 二. 运动链 三. 机构 Composition of Mechanisms 先用运动副将构件连接成运动链，运动链满 足一定条件时便成为机构。 Date2 Date3 一运动副及其分类 1运动副及运动副元素 2)运动副元素(Elements of pair) 组成运动副的两个构件参与 接触的部分（点、线、面）。 1)运动副(kinematical pair) 两构件的可动联接； Date4 2. 自由度和约束 平面自由刚体的自 由度为3； 组成运动副两构件的独立相对运动个数。 运动副的自由度 连接时相对运动所受到的限制； 约束 平面运动副的自由度数 + 约束数 = 3 Date5 3运动副的分类 （1）按约束或运动特性分 限制1个相对转动和1个相对移动的运动副 移动副(Sliding pair)（亦称直移副）； 限制两个相对移动的运动副 转动副(Revolute pair)（亦称回转副、铰 链）； Date6 仅限制1个相对转动的运动副不能实现。 限制1个相对移动的运动副 滚滑副（Rolling pair） Date7 面接触的运动副 低副(Lower pair)（回转副、移动副，1个自由度、2个约束）； 点、线接触的运动副 高副(Higher pair)（滚滑副，2个自由度、1个约束）。 常用的运动副还有螺旋副 (Screw pair) ，但不属平面 运动副范畴。 （2）按接触特性分 Date8 低 副高 副 Date9 二运动链（kinematical chain） （2）按各构件的运动平面是否平行分 1定义 -用运动副将若干构件连接而成的可作相对 运动的构件系统。 2分类 （1）按运动链是否首尾相接分 Date10 闭式链(Closed chain) 每构件至少参与组成两个运动副； 开式链(Open chain) 有部分构件只参与组成一个运动副。 Date11 平面运动链(Planar chain) 各构件的运动平面均相互平行； 空间运动链(Spatial chain) 各构件的运动平面不完全平行。 Date12 三.机构(mechanism) 如果在运动链中, 有一构件为机架； 原动件按给定规律运动时，其余构件有确 定的运动，则该运动链成为机构。 *）机架是观察其它构件运动的参考系，可以相对 地面不动，也可以相对地面运动； ）机构是有确定运动的，不能动的是结构，无规 则乱动的也不是机构。 Date13 转动副 滚滑副 移动副 Date14 2-2 平面机构的运动简图 一.运动简图 二.运动副及构件的表示方法; 三.构件分类; 四.运动简图绘制. Date15 一运动简图(kinematical diagrams) 构件-简单的线条 运动副-规定的符号 以一定的比例尺绘图 忽略了与运动无关的因素（构件形状及包含的 零件数、运动副的形状等）； 若不按比例，则称为机构示意图 (schematic diagram) 。 Date16 (1)转动副(Revolute Pair) 二.运动副及构件的表示方法 1.运动副的表示方法 Date17 有一构件为机架 Date18 转动副的各种表示方法 Date19 (2)移动副(Sliding pair) ： Date20 移动副的各种表示方法 Date21 (3)凸轮副 (Cam pair) Date22 Date23 (4)齿轮副(Gear pair) Date24 Outer-meshed Cylindrical Gear Drive 外啮合圆柱齿轮传动 Date25 Inner-meshed Cylindrical Gear Drive 内啮合圆柱齿轮传动 Date26 Rack and pinion 齿轮齿条传动 Date27 圆锥齿轮传动 Date28 蜗杆蜗轮传动 Date29 带传动 (5) 各种常用机构的 表示方法 Date30 链 传 动 Date31 棘 轮 机 构 Date32 电 动 机 Date33 2.构件的表示方法 Date34 三构件分类（按运动关系分） 1机架（frame, ground） 支承其它构件的构件（打斜线表示）； 2输入构件（主动件，driving link） 驱动力作用的构件； 3原动件（motive link） 运动规律已知的构件（在一般情况下，原动 件亦为主动件，且与机架连接）。 4从动件（driven link） 所有被驱动的构件； 输出构件（output link） 末端的做功的构件。 Date35 四运动简图的画法 Date36 Date37 Date38 1分析 （1）组成 构 件曲柄1，滑块2， 摇杆3，连杆4， 滑枕5，机架6； 运动副1与6，1与2，3与6， 3与4， 4与5 组成5个铰链； 2与3，5与6 组成2个移动副。 （2）传动原理 例：牛头刨床主体机构简图的绘制 Date39 2选择投影面运动平面 l 一般选运动平面或与运动平面 的平面， 对复杂系统可选多个投影面， 然后展到同一平面上。 3作图 （1）选比例尺： ，m/mm ； （2）定出各运动副的位置； （3）用规定的符号和简单线条绘图（ 註标号及符号）； （4）用箭头标出原动件运动方向。 Date40 颚式破碎机的机构简图 Date41 2-3 平面机构的自由度 一.机构的自由度及具有确定运动的条件 二.平面机构自由度的计算 三.计算自由度时应注意的事项 四.计算实例 Date42 一机构的自由度及具有确定运动的条件 2. 机构具有确定运动的条件 因有一个原动件便给定了一个独立的运动参数, 故该条件为: 机构的原动件数目 = 机构自由度数. 1机构的自由度 为使机构具有确定运动必须给定的独立运动参数 的数目。 Date43 二.平面机构自由度的计算 式中，n为活动构件数， 为低副数， 为高副数。 由和 Grbler 提出 * 如F0,则为结构，其中F0时为静不定结构。 Date44 例 . 计算牛头刨床主体 机构的自由度数。 解： Date45 1.正确计算运动副个数 三计算自由度时应注意的事项 1）复合铰链(multiple joint)多个构件在同一投影位 置构成转动副。 m个构件组成的复合铰链含m-1个转动副。 Date46 2）两构件组成多个转动副或移动副时，只能算 一个运动副 组成多个转动副 (轴线重合) 组成多个移动副 (导路平行) 若转动副轴线不重合、移动副导路不平行，则不能 构成可动连接。 Date47 3）两构件组成多个高副时，若各接触点的法线均重合， 只能算一个高副 若这些高副接触点的法线不重合，运动副性质 将发生变化： 相当于转动副相当于移动副 Date48 计算时应除去F/ ，公式应修正为： 2要除去局部自由度F/ (local degree of freedom) 局部自由度-与机构其他构件运动无关的自由度 。 Date49 3.要除去虚约束(void constraint) 虚约束-对机构运动不起独立限制作用的约束 p/。 1）两构件上联接点的相对轨迹在未连接前已相重时 机车联 动机构 计算时应除去p/ ，公式应 进一步修正为： 常发生在： Date50 椭圆仪 机 构 Date51 * 应当注意：加入虚约束的目的是为了改善受力 情况，提高刚度。如特定几何条件不满足，则会 形成有效约束, 使装配运转困难。 2）机构中对运动不起独立限制作用的对称部分 Date52 四计算实例 例1求直线导向机构的自由度（ O1O2=O2A，AB=AC=DC=DB，O1C=O1B）。 解： Date53 例2求装订机构的自由度。 解： Date54 例3求图示机构的自由度(AB=BC=CD=AD）。 解： Date55 2-3 图示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1 输入，使轴A连续回转；而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构使 冲头4上下运动，