第2章 机构的组成

1、第第2章章 机构的组成机构的组成 2.1 机构的机构的组成组成 2.2 平面机构运动简图平面机构运动简图 2.3机构自由度的计算机构自由度的计算 西安工程大学机原机零教研室 2.1 机构的组成机构的组成 机构是一个能传递运动和力的构件系统。 构件构件及运动副运动副是机构组成的两个基本要素。 固定构件机架1； 给定运动规律的构件原动件？； 其余活动构件从动件2。 平面机构全部构件都在同一或相互平行的平面内运动。 空间机构含有能在三维空间中运动的构件。 学习重点学习重点结构简单、应用广泛的平面机构平面机构。 西安工程大学机原机零教研室 构件可能是一个独立运动的零 件，由若干个零件刚性地联接 在一起

2、的独立运动的整体。 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。 1.1.零件与构件零件与构件 机器中每一个独立运动的单元体独立运动的单元体构件。 西安工程大学机原机零教研室 零件机器中每一个独立制造的单元体独立制造的单元体。 从制造的观点来看，任何机器都是由若干个零件组合而成的。 西安工程大学机原机零教研室 构件彼此联接起来，不能是刚性，能产生某些确定相对 运动机构 把两构件上能够参加接触而构成运动副的表面运动副元素运动副元素 2.2.运动副及其分类运动副及其分类 由两个构件直接接触而组成的可动的联接运动副运动副 西安工程大学机原机零教研室 运动副允许允许被联构件做一

3、定的相对运动相对运动(存在自由度)；同 时也因接触产生产生一定的几何约束几何约束(失去自由度)。一般每引 入一个约束，会失去一个自由度；同理，每取消一个约束， 就会增加一个自由度。 构件具有的独立运动数目为机构自由度 平面运动构件具有几个独立运动？ 平面运动构件具有3个独立运独立运 动动即3个自由度自由度，要确定其空 间位置需3个独立运动控制参独立运动控制参 数数（x，y, ）。 西安工程大学机原机零教研室 常用结论： 自由度 = 独立运动； 约 束 = 对运动的几何限制； 运动副 = 构件之间的动联接； 固定构件的自由度为零。 构件1与2间用圆柱面联接。 X和Y方向存在约束，失去自由度； 允

4、许绕Z轴的相对转动。 西安工程大学机原机零教研室 1级副引入一个约束的运动副。 2级副引入两个约束的运动副。 运动副分类运动副分类 引入的约束的数目1级副，2级副 接触形式低副，高副 相对运动形式转动副，移动副，螺旋副，球面副 西安工程大学机原机零教研室 低副：凡两构件通过面接触而构成的运动副。 面接触的运动副。 高副：凡两构件通过点或线接触而构成的运动副。 点接触或线接触的运动副； 西安工程大学机原机零教研室 转动副 两构件之间的相对运动为转动的运动副。 又称回转副或铰链 移动副 相对运动为移动的运动副。 螺旋副 相对运动为螺旋运动的运动副。 球面副 相对运动为球面运动的运动副。 西安工程大

5、学机原机零教研室 运动链常分为： 闭式运动链 组成运动链的各构件构成了首末封闭的系统。 开式运动链 组成运动链的各构件未构成封闭的系统。 3.运动链运动链 多个构件通过运动副的联接而构成的相对可动的系统 一般多采用平面闭链，空间开链多用在机械手等中。 运动链机构 西安工程大学机原机零教研室 思考题思考题 什么是零件？什么是构件？它们有何联系？ 什么是运动副？ 在平面机构中常见的运动副有哪些类型？ 什么是运动链？什么是机构？它们有何异同点？ 西安工程大学机原机零教研室 2.2平面机构运动简图平面机构运动简图 机构运动简图表示机构运动传动情况的简化图形。 1.1.机构运动简图机构运动简图 从运动变

6、换与传递的角度分析，机构可实现的运动功能 与原动件的运动规律，连接各构件的运动副类型及运动 尺寸密切相关，它对机械运动结构，运动及动力分析就 变得十分简便。 注意问题 (1)忽略构件和运动副的具体结构、外观、材料、颜色等 与截面尺寸，组成零件及固联方式等无关。 西安工程大学机原机零教研室 (2)要正确描述机构的运动特征，用标准符号表示运动副， 用规定线条表示构件，用简单线条连接构件； (3) 选合适位置并按一定比例绘制机构。所绘制的图形被称 为机构运动简图，它能正确反映机构中各构件之间的相对 运动关系。 机构运动简图的作用机构运动简图的作用 (1)简单、通用、标准的工程技术语言工程技术语言。

7、(2)表示机构的工作原理工作原理及运动特征运动特征。 (3)机构分析分析和设计设计的基础； 。 机构示意图是只能表示机构的结构状况的简化图形。 西安工程大学机原机零教研室 转动副转动副 运动副及构件的表示方法运动副及构件的表示方法 构件均用直线或小方块等来表示， 画有斜线的表示机架。 构件构件 图垂直于回转轴线时用图a表示； 图面不垂直于回转轴线时用图b表示。 西安工程大学机原机零教研室 表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。 一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或 在其内画上斜线。 西安工程大学机原机零教研室 移动副移动副 两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。

8、西安工程大学机原机零教研室 平面高副平面高副 两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处 的曲线轮廓 对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓； 对于齿轮，常用点划线划出其节圆。 西安工程大学机原机零教研室 步骤具体操作与任务 1分析机构的组成构件确定构件数目、运动尺寸； 2观察构件间的相对运动确定运动副的类型和数目； 3选择合适的平面视图和位置充分反映机构的运动特征； 4定比例尺使简图与机构具有完全相同的运动特征； 5用规定符号与线条绘制机构的运动简图。 先定原动件原动件(运动输入)和工作件工作件(运动输出)； 由传动线路识别构件构件及运动副类型运动副类型； 由传动线路识别构件构件及运动

9、副类型运动副类型； 注注：比例尺比例尺uL = 实际尺寸m/图上尺寸mm 建议建议： 2.平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制 西安工程大学机原机零教研室 机构运动简图绘制实例机构运动简图绘制实例 该机构有哪些构件所组成？ 各活动构件作何种形式的运动？ 有几个何种类型的运动副？ 偏心轮同连杆组成何种运动副？ 偏心轮偏心轮 西安工程大学机原机零教研室 组成构件 1原动件原动件OA；2从动滑块；从动滑块； 3移动输出；移动输出；4机架。机架。 联接运动副 O转动副；转动副； A转动副；转动副； 2、4移动副；移动副； 3、4移动副移动副。 表示符号 机 架4 转动副O 构 件1 转动副O和

10、A 滑 块2 移动副 2、4 转动副A 机 架4 构 件3 移动副 3、4 O O 1 1 2 2 A A 4 4 3 3 西安工程大学机原机零教研室 组成构件 11原动件原动件OAOA；22从动连杆从动连杆ABAB； 33移动导杆；移动导杆；44机架。机架。 运动副 O O转动副；转动副；A A转动副；转动副； B B转动副；转动副；3 3、4 4移动副。移动副。 表示符号 摆动手柄摆动手柄1 1 转动副转动副O O和和A A 机机 架架4 4 移动副移动副 3 3、4 4 连连 杆杆2 2 转动副转动副A A和和B B 导导 杆杆3 3 转动副转动副B B 西安工程大学机原机零教研室 内燃

11、机 注注：1、非比例绘制非比例绘制为机构示意图； 2 2、机构位置、机构位置影响表达效果但运动特征相同。 2-9 西安工程大学机原机零教研室 内燃机机构运动简图绘制内燃机机构运动简图绘制 西安工程大学机原机零教研室 鳄式破碎机（含偏心轮）机构运动简图 西安工程大学机原机零教研室 差值就是机构的自由度机构的自由度。 研究目的 判定给定机构能否运动； 机构需多少独立驱动才能具有确定运动。 实现方法 重点内容平面机构自由度的分析计算分析计算。 用活动构件数活动构件数计算机构的总自由度机构的总自由度；为 由各类运动副数各类运动副数计算引入机构的总约束；为引入机构的总约束；为（ （3 3n n ） （2

12、 2P PL L + + P PH H）； 1.机构自由度的计算公式机构自由度的计算公式 机构的自由度数F F：F F = 3= 3n - n - （2 2P PL L + + P PH H） 2.3平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算 西安工程大学机原机零教研室 n活动构件数3n 机构总自由度数 PL平面低副数平面低副数2PL低副总约束数低副总约束数 PH平面高副数平面高副数PH高副总约束数高副总约束数 注：公式适合多数多数平面机构，对特殊情况需进行必要修正修正。 F F = 3= 3n - n - （2 2P PL L + + P PH H） 西安工程大学机原机零教研室 活动构件数n

13、低副数PL 高副数PH 机构自由度数F 活动构件数n 低副数PL 高副数PH 机构自由度数F 1 23 4 五杆铰链机构 3 4 0 1 4 5 0 2 简单应用实例简单应用实例 西安工程大学机原机零教研室 F = 3n - 2Pl - Ph 活动构件数n 低副数PL 高副数PH 机构自由度数F 3 4 0 1 6个活动构件，个活动构件，4个转动副，个转动副， 3个移动副，个移动副，1个齿轮高副个齿轮高副 和和2个凸轮高副组成。个凸轮高副组成。 西安工程大学机原机零教研室 2.机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件 西安工程大学机原机零教研室 原动件数 F，机构运动确定运动确定； 当机构

14、自由度F0时，构件间无相对运动成为 刚性刚性或超静定桁架。 当机构自由度F0时，存在关系： 西安工程大学机原机零教研室 原动件数 F，导致机构最薄弱处损坏破坏破坏。 原动件数 F， 机构运动不确定运动不确定； 机构自由度机构自由度F F 0 0 和 原动件数原动件数 F F。 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件 西安工程大学机原机零教研室 判断图示运动链是否有确定运动判断图示运动链是否有确定运动 西安工程大学机原机零教研室 思考题 1计算运动链自由度的目的何在？ 2计算平面机构自由度公式 ？ 3机构具有确定运动的条件是什么？ 4如果不满足该条件可能会出现哪些情况？ 西安工程大学机原机

15、零教研室 3.平面机构自由度计算时应注意的事项平面机构自由度计算时应注意的事项 计算自由度计算自由度 西安工程大学机原机零教研室 修正关系：转动副数 = 构件数m 1。 1）复合铰链）复合铰链 识别特征：一处转动副联多个构件； 分析模型： 存在问题：少转动副，多自由度； 两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。 三个构件在同一轴线处，两个转动副。 推理：m个构件时，有m 1个转动副。 2-11 西安工程大学机原机零教研室 惯性筛机构 C处为复合铰链 计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现 计算错误。 n = 5, Pl = 7, Ph = 0 = 35 -27

16、0 = 1 F = 3n - 2Pl Ph 西安工程大学机原机零教研室 具体功能：减磨(滑动变滚 动摩擦)和降低接触应力。 2）局部自由度）局部自由度 识别特征：加装滚子； 产生问题：自由度多1； 处理方法：滚子刚化; 2 3 11 2 活动构件数n 低副数PL 高副数PH 机构自由度数F 3 3 1 2 2 2 1 1 个别构件所具有的， 不影响整个机构运 动的自由度称为局 部自由度。 2-12 西安工程大学机原机零教研室 功能：改善受力、增大刚度 或消除机构的运动不确定性。 3 3）虚约束）虚约束 识别特征：特殊几何关系； 产生问题：自由度少1； 处理方法：去除虚约束; 原因：机构运动约束

17、重复； 活动构件数n 低副数PL 高副数PH 机构自由度数F 4 6 0 0 3 4 0 1 重复出现的，对机构运动不起独立限 制作用的约束称为虚约束。 2-13 西安工程大学机原机零教研室 （1）两构件未组成运动副前，连接点处的轨迹已重 合为一，组成的运动副存在虚约束。 计算中应将产生虚约束的构件及运动副一起除去不计。 2-14 西安工程大学机原机零教研室 （2）两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重 合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。 计算中只计入一个移动副。 2-14 西安工程大学机原机零教研室 （3）两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动 副起约束作用，其余为约束

18、。 计算中只计入一个转动副。 2-14 西安工程大学机原机零教研室 （4）两构件两点间未组成运动副前距离保持不变，两点 间用另一构件连接时，将产生虚约束。 计算中应将产生虚约束的构件 及运动副一起除去不计。 （5）机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。 计算中应将对称部分除去不计。 2-14 西安工程大学机原机零教研室 2-14 （6）两处接触的高副 (法线重合) 计算中应除去一个高副不计。 西安工程大学机原机零教研室 虚约束对机构的影响 机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不计” 是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。 虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如“平行”、 “重合”、“距离不变”等