第二章机构结构分析2011

1、内容简介内容简介: : 一、机构结构分析的内容和目的一、机构结构分析的内容和目的 二、机构的组成二、机构的组成 三、机构运动简图三、机构运动简图 四、机构具有确定运动的条件四、机构具有确定运动的条件 五、机构自由度的计算五、机构自由度的计算 六、计算平面机构自由度时应注意的事项六、计算平面机构自由度时应注意的事项 七、平面机构的组成原理、结构分类及结构分析七、平面机构的组成原理、结构分类及结构分析 八、机构结构的型综合及其设计八、机构结构的型综合及其设计第二章第二章 机构的结构分析机构的结构分析一、一、机构结构分析的内容和目的机构结构分析的内容和目的 （1）研究机构的组成及机构运动简图的画法研

2、究机构的组成及机构运动简图的画法 （2）了解机构具有确定运动的条件了解机构具有确定运动的条件 （3）研究机构的组成原理及结构分类研究机构的组成原理及结构分类二、机构的组成二、机构的组成1.1.构件构件 构件构件 运动副运动副机构的两个组成要素机构的两个组成要素构件构件 作为一个整体参与机构运动的刚性单元作为一个整体参与机构运动的刚性单元构件与零件的区别构件与零件的区别构件是运动的单元构件是运动的单元零件是加工制造的单元零件是加工制造的单元4 从运动的观点看，任何机器都从运动的观点看，任何机器都是由若干个（两个以上）构件组合是由若干个（两个以上）构件组合而成的。而成的。2.2.运动副运动副 两个

3、构件直接接触而组成的可动的连接称为两个构件直接接触而组成的可动的连接称为运动副运动副。（1）运动副是一种联接）运动副是一种联接（2）运动副由两个构件组成）运动副由两个构件组成（3）组成运动副的两个构件之间有相对运动）组成运动副的两个构件之间有相对运动轴与轴承轴与轴承、 滑块与导轨滑块与导轨、 两轮齿啮合两轮齿啮合凸轮与从动件的接触凸轮与从动件的接触、圆柱与平面的接触圆柱与平面的接触6运动副元素运动副元素 两构件上参与接触而构成运动副的表面为运动副元素两构件上参与接触而构成运动副的表面为运动副元素 包括：点、线、面三种形式包括：点、线、面三种形式7自由度（自由度（f） 构件在做平面或空间运动时，

4、可分别分解为构件在做平面或空间运动时，可分别分解为3个或个或6个独立个独立运动，构件的这种独立运动称之为自由度运动，构件的这种独立运动称之为自由度f 。 构件做平面运动时有构件做平面运动时有3个自由度，个自由度， f = 3 构件做空间运动时有构件做空间运动时有6个自由度，个自由度，f = 6yxoy0 x0o08约束约束( (s) ) 当构件组成运动副以后，由于构件直接接触，某些独立当构件组成运动副以后，由于构件直接接触，某些独立运动必然受到限制，自由度也随之减少。运动必然受到限制，自由度也随之减少。 两构件间的运动副所起的作用是限制构件间的相对运动，两构件间的运动副所起的作用是限制构件间的

5、相对运动，这种限制作用称为约束。这种限制作用称为约束。 两构件之间约束的性质和数量完全取决于运动副型式。两构件之间约束的性质和数量完全取决于运动副型式。 约束数约束数 s 最少最少 ？；最多为？；最多为？自由度数自由度数 f 与与 s 的关系？的关系？9（1 1）根据运动副所引入的约束数分类）根据运动副所引入的约束数分类 I I级副、级副、级副、级副、 级副、级副、 级副、级副、 级副级副 运动副的分类运动副的分类I 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1V级副级副2V级副级副310（2 2）根据构成运动副的两构件接触情况分类根据构成运动副的两构件接触情况分类低副低副 以

6、面接触的运动副以面接触的运动副高副高副 以点或线相接触的运动副以点或线相接触的运动副移动副移动副转动副转动副球面高副球面高副柱面高副柱面高副球面低副球面低副11（3 3）根据构成运动副的两元素间相对运动形式分类）根据构成运动副的两元素间相对运动形式分类转动副（回转副或铰链）转动副（回转副或铰链）螺旋副螺旋副球面副球面副移动副移动副 根据构成运动副的两元素间相对运动的空间形式分类根据构成运动副的两元素间相对运动的空间形式分类 平面运动副平面运动副 空间运动副空间运动副低副（转动副、移动副）低副（转动副、移动副）和和平面高副平面高副12球销副球销副螺旋副螺旋副圆柱套筒副圆柱套筒副移动副移动副转动副

7、转动副13（4 4）按运动副接触部分的几何形状分类）按运动副接触部分的几何形状分类 圆柱副、球面副、螺旋副；平面与平面副、圆柱副、球面副、螺旋副；平面与平面副、 柱面与平面副、球面与平面副、球面与圆柱副柱面与平面副、球面与平面副、球面与圆柱副14运动副常用规定的简单符号来表达（运动副常用规定的简单符号来表达（GB446084） 运动副符号运动副符号 各种常用运动副类型各种常用运动副类型常用运动副的符号表常用运动副的符号表153.3.运动链运动链 若干个构件通过运动副联接组成的相对可动的构件若干个构件通过运动副联接组成的相对可动的构件系统。系统。闭式运动链闭式运动链闭链（一般机械中）闭链（一般机

8、械中）开式运动链开式运动链开链（机器人机构中）开链（机器人机构中）运动链运动链开式运动链开式运动链闭式运动链闭式运动链1712341234空间闭式运动链空间闭式运动链123412345平面闭式运动链平面闭式运动链平面开式运动链平面开式运动链空间开式运动链空间开式运动链4.4.机构机构 具有固定构件的运动链称为机构。具有固定构件的运动链称为机构。机架机架 机构中作为参考系的构件。机构中作为参考系的构件。机架机架原动件原动件从动件从动件主动件（原动件）主动件（原动件）机构中按给定运动规律运动的构件称为机构中按给定运动规律运动的构件称为 主动件，主动件，常以转向箭头表示。常以转向箭头表示。从动件从动

9、件 随主动件运动的构件称为从动件。随主动件运动的构件称为从动件。19 机构常分为机构常分为平面机构平面机构和和空间机构空间机构两类，两类，其中其中平面机构平面机构应用最应用最为广泛。为广泛。1234机架机架原动件原动件从动件从动件1234机架机架从动件从动件原动件原动件平面铰链四杆机构平面铰链四杆机构空间铰链四杆机构空间铰链四杆机构三、机构运动简图的绘制三、机构运动简图的绘制 在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘出其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。机构运动简图。 根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，各

10、运动副的位置，机构运动简图机构运动简图 采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形。表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形。 不严格按比例绘出，只表示不严格按比例绘出，只表示表明机构的运动表明机构的运动状态或各构件的相互关系状态或各构件的相互关系。机构示意图机构示意图1.1.机构运动简图机构运动简图21222.2.机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制（2 2）选定视图平面；）选定视图平面； （3）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运动副和机构

11、的符号，最后用简单线条连接，即得机构运动简图。动副和机构的符号，最后用简单线条连接，即得机构运动简图。绘制方法及步骤：绘制方法及步骤： （1 1）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，查明）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，查明组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置；组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置；思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运思路：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型，并用符号表示出来。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。顺口溜：先两头，后中间，顺口溜：先

12、两头，后中间， 从头至尾走一遍，从头至尾走一遍， 数数构件是多少，数数构件是多少， 再看它们怎相联。再看它们怎相联。 简图比例尺：简图比例尺：l l = =实际尺寸实际尺寸 m / m / 图上长度图上长度mmmmF 绘制牛头刨床的机构运动简图绘制牛头刨床的机构运动简图解：解：(1) (1) 从主动件开始，按运动传动顺序，分析各构件之间相对运从主动件开始，按运动传动顺序，分析各构件之间相对运动性质，并确定联接各构件的运动副类型。动性质，并确定联接各构件的运动副类型。(2) (2) 合理选择视图。本题选择与各回转轴线垂直的平面作为视合理选择视图。本题选择与各回转轴线垂直的平面作为视图平面。图平面

13、。(3) (3) 合理选择长度比例尺合理选择长度比例尺 ( (m/mm) )，绘制机构运动简图，绘制机构运动简图，标出标出原动件的方向原动件的方向，如图所示。，如图所示。25 练习：绘制机构运动简图。练习：绘制机构运动简图。26内燃机机构运动简图绘制内燃机机构运动简图绘制颚式破碎机机构运动简图绘制颚式破碎机机构运动简图绘制F 举例举例 ：27绘制图示鄂式绘制图示鄂式破碎机破碎机的运动简图的运动简图注：绘图时应注意选择原动件的位置。注：绘图时应注意选择原动件的位置。F 绘制小型压力机的机构运动简图绘制小型压力机的机构运动简图解：解：(1) (1) 分析机构的组成情况，动作原理和运动情况。分析机构

14、的组成情况，动作原理和运动情况。(2) (2) 分析各连接构件之间相对运动性质，确定各运动副类型。分析各连接构件之间相对运动性质，确定各运动副类型。(3) (3) 选择视图投影面及比例尺，绘制出机构运动简图，标出原选择视图投影面及比例尺，绘制出机构运动简图，标出原动件转向。动件转向。小结小结 机器和机构的区别是什么？机器和机构的区别是什么？ 构件和零件的区别是什么？构件和零件的区别是什么？ 构件必须由多个零件组成吗？构件必须由多个零件组成吗？ 运动副有哪些常用类型？运动副有哪些常用类型？ 机构和运动链的区别是什么？机构和运动链的区别是什么？ 如何绘制机构运动简图？如何绘制机构运动简图？ 机构运

15、动简图和机构示意图的区别是什么？机构运动简图和机构示意图的区别是什么？ 掌握常用运动副的特点；掌握常用运动副的特点； 掌握常用机构构件和运动副的简图符号；掌握常用机构构件和运动副的简图符号； 掌握以下名词概念：掌握以下名词概念： 构件、零件、运动副、运动副元素、约束、运动链、机构件、零件、运动副、运动副元素、约束、运动链、机构构30结束结束31第第2讲讲32知识回顾知识回顾（1 1）平面）平面低副：低副：（2 2）平面）平面高副：高副：2 2种：转动副、移动副。种：转动副、移动副。例如例如齿轮副、凸轮副等。齿轮副、凸轮副等。33（1 1）一个平面运动构件有）一个平面运动构件有3 3个自由度。个

16、自由度。（2 2）平面运动副）平面运动副2 21 11 12 21 12 2低副低副(转动副移动副转动副移动副)引入引入2 个约束。个约束。高副高副引入引入 1 个约束。个约束。自由度与约束自由度与约束自由度自由度 构件独立运动的数目构件独立运动的数目约约 束束 构件运动的限制作用构件运动的限制作用34设：设：1.1.平面机构自由度的计算公式平面机构自由度的计算公式 （平面机构结构公式）（平面机构结构公式） F = 3n - 2PL - PH有有 n n 个活动构件，个活动构件，P PL L个低副，个低副，P PH H个高副，个高副， 则则四四 、机构自由度的计算、机构自由度的计算 F=342

17、5 1=135F计算牛头刨床机构的自由度计算牛头刨床机构的自由度3(2)3 6(2 8 1)1LHFnPP 36 计算右图所示运动链的自由度，并考虑其可能的运动情况？计算右图所示运动链的自由度，并考虑其可能的运动情况？3 22 30aF 3 32 51bF q 运动链约束过多，已成为桁架，不能成为机构。运动链约束过多，已成为桁架，不能成为机构。0F 37 计算如图所示运动链的自由度，并考虑其可能的运动情况？计算如图所示运动链的自由度，并考虑其可能的运动情况？q 但原动件数小于自由度数，运动链没有确定的但原动件数小于自由度数，运动链没有确定的运动，不能成为机构。运动，不能成为机构。0F 3 32

18、 41F q 但原动件数大于自由度数，运动链将破坏，不但原动件数大于自由度数，运动链将破坏，不能成为机构。能成为机构。0F 34252F 38CF = 2 1 12 23 34 45 5BADE 1 1 4 4F=2,F=2,机构给定机构给定2 2个原动件个原动件运动确定运动确定39机构的自由度机构的自由度F F、机构原动件的数目和机构运动的关系：、机构原动件的数目和机构运动的关系：五五. . 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件(1) 若若，则，则机构不能动机构不能动；(2) 若若且与原动件数相等，则且与原动件数相等，则 机构各构件间的机构各构件间的相对运动是确定的相对运动是确定的；

19、(3) 若若0，而，而原动件数原动件数，而，而原动件数原动件数F，则，则 构件间构件间不能运动或产生破坏不能运动或产生破坏。40机构的自由度数机构的自由度数是机构应当具有的原动件数目。是机构应当具有的原动件数目。机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件： 机构的原动件数等于机构的自由度数。机构的原动件数等于机构的自由度数。机构的自由度机构的自由度，实质上是机构具有确定位置时所必须，实质上是机构具有确定位置时所必须给定的独立运动参数数目。给定的独立运动参数数目。41【例题例题】计算图示机构的自由度。计算图示机构的自由度。【解解】 n = 5 PL =PH = 0F = 3n - 2PL -

20、PH =36= 35 - 26 - 0 1 12A15436EDCB42六、计算机构自由度时应注意的事项六、计算机构自由度时应注意的事项要正确计算运动副的数目要正确计算运动副的数目要除去局部自由度要除去局部自由度 要除去虚约束要除去虚约束 43（1）复合铰链复合铰链由两个以上构件在同一处构成的重合转动副称为由两个以上构件在同一处构成的重合转动副称为复合铰链复合铰链。1 12 23 31 12 23 3若有若有 m 个构件个构件, , 则有则有 m1 个转动副。个转动副。要正确计算运动副的数目要正确计算运动副的数目442A15436EDCBF = 3n - 2PL - PH =1= 35 - 2

21、7 - 0 45找出右图中的复合铰链，并计算机构的自由度？找出右图中的复合铰链，并计算机构的自由度？3 52 71F 4612345678ACDEFB【例例】计算图示机构的自由度计算图示机构的自由度。n = 7 PL =PH = 0F = 3n - 2PL - PH =110【解解】= 37 - 210 - 0 47（2）同一运动副）同一运动副 如果两构件在多处接触而构成运动副，如果两构件在多处接触而构成运动副，且符合下列情况者，则为同一运动副，即只能算一个运动且符合下列情况者，则为同一运动副，即只能算一个运动副。副。a）转动副，且转动轴线重合）转动副，且转动轴线重合121248 b）移动副，

22、且移动方向彼此平行或重合）移动副，且移动方向彼此平行或重合121249 c）平面高副，且各接触点处的公法线彼此重合平面高副，且各接触点处的公法线彼此重合等宽凸轮等宽凸轮50n1n1n2n2BAn1n1n2n2注意注意：公法线不重合时，变成实际约束！：公法线不重合时，变成实际约束！（3）复合平面高副复合平面高副51【解解】【例例】计算图示机构的自由度计算图示机构的自由度。n = 3 PL = 3F = 3n - 2PL - PH =2PH = 1= 33 - 23 - 1 124352（2）局部自由度局部自由度 对机构其他构件运动无关的自由度，称为对机构其他构件运动无关的自由度，称为局部自由度局

23、部自由度。在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计。在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计。F = 32-22-1 = 1 1243124353F = 32-22-1 = 1 3(2)LhFnPPF另解：如设机构的局部自由度为另解：如设机构的局部自由度为 , ,则机构的实际自由度为：则机构的实际自由度为：F124354（3）虚约束虚约束 在运动副所加的约束中，有些约束所起的限制作用可能是在运动副所加的约束中，有些约束所起的限制作用可能是重复的，这种重复的，这种起重复限制作用的约束起重复限制作用的约束称为虚约束。称为虚约束。 应在计算结果中加上虚约束数，或应在计算结果中加上虚约束数，或先将

24、产生虚约束的构先将产生虚约束的构件和运动副去掉，然后再进行计算件和运动副去掉，然后再进行计算。55找出右图中的虚约束，并计算机构的自由度？找出右图中的虚约束，并计算机构的自由度？3 42 60F 3 32 41F 56常见的虚约束有以下几种情况：常见的虚约束有以下几种情况：（1）轨迹重合的情况）轨迹重合的情况 在机构中，如果用转动副连接的是两个构件上运动轨迹在机构中，如果用转动副连接的是两个构件上运动轨迹相重合的点，该连接将带入相重合的点，该连接将带入1 1个虚约束。个虚约束。例如：例如：椭圆仪机构椭圆仪机构（图中：（图中：CADCAD9090，BCBCBDBD）。）。 转动副转动副C所连接的

25、所连接的C2、C3两点两点的轨迹重合，将带入一个虚约束。的轨迹重合，将带入一个虚约束。C CA AB BD D57（2）用双副杆连接两构件上距离恒定不变的两点的情况）用双副杆连接两构件上距离恒定不变的两点的情况58（3）结构重复的情况结构重复的情况 在机构中，不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束。在机构中，不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束。5923lhpppn 在机构中，不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为在机构中，不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为虚约束。如设机构重复部分中的构件数为虚约束。如设机构重复部分中的构件数为 ，低副数为，低副数为 及高及高副数为副数为 ，

26、则重复部分所带入的虚约束，则重复部分所带入的虚约束 为：为：nlphpp2 243 22p 60解：解：n = =9pl= =11局部自由度：局部自由度：虚约束：虚约束：1 1处处, , 构件构件8 8复合铰链复合铰链: :分析：分析：2 2个个ph = =3p=1, ,F=2例：计算图示包装机送纸机构的自由度。例：计算图示包装机送纸机构的自由度。位置位置D D ，2 2个低副个低副F39(21131)2=1F3n(2plph p) F另解：另解：F36273=161a. 使受力状态更合理，使受力状态更合理，例如例如多个行星轮。多个行星轮。b. 使机构平衡，使机构平衡，例如例如轴与轴承、机床导

27、轨。轴与轴承、机床导轨。c. 考虑机构在特殊位置的运动考虑机构在特殊位置的运动机构中为什么要使用虚约束机构中为什么要使用虚约束?62v 机构中的虚约束都是在一些特定几何条件下出现的，如机构中的虚约束都是在一些特定几何条件下出现的，如果这些几何条件不能满足，则虚约束就会成为实际有效的果这些几何条件不能满足，则虚约束就会成为实际有效的约束，从而使机构卡住不能运动。约束，从而使机构卡住不能运动。使用虚约束时要注意什么问题使用虚约束时要注意什么问题?从从保证机构运动和便于加工装配保证机构运动和便于加工装配等方面而言，应尽量等方面而言，应尽量减减少少机构的虚约束。机构的虚约束。为了为了改善构件的受力改善

28、构件的受力，增加机构的刚度，在实际机械中，增加机构的刚度，在实际机械中虚约束又被广泛地应用虚约束又被广泛地应用着。着。v 在机械设计过程中，在机械设计过程中，是否使用及如何使用虚约束是否使用及如何使用虚约束，必须，必须对现有的生产设备、加工成本、所要求的机器使用寿命和对现有的生产设备、加工成本、所要求的机器使用寿命和可靠性等进行全面考虑。可靠性等进行全面考虑。63平面机构自由度的计算公式平面机构自由度的计算公式 （平面机构结构公式）（平面机构结构公式） F = 3n 2pl - ph总结：总结：F3n(2plph p) F64F计算如图所示大筛机构的自由度计算如图所示大筛机构的自由度解：机构各

29、构件均在同一平面运动，可按图解：机构各构件均在同一平面运动，可按图b分析分析图 (a)图 (b)3 72 9 12F 65F例例1. 图示牛头刨床设计方案草图。设计思路为：动力由曲柄图示牛头刨床设计方案草图。设计思路为：动力由曲柄1输入，通过滑块输入，通过滑块2使摆动导杆使摆动导杆 3 作往复摆动，并带动滑枕作往复摆动，并带动滑枕4作往作往复移动，已达到刨削加工目的。试问图示的构件组合是否能达复移动，已达到刨削加工目的。试问图示的构件组合是否能达到此目的？如果不能，该如何修改？到此目的？如果不能，该如何修改？1 12 23 34解：首先计算设计方案草图的自由度解：首先计算设计方案草图的自由度0

30、624323HPPnFL 即表示如果按此方案设计机构，机即表示如果按此方案设计机构，机构是不能运动的。必须修改，以达到设构是不能运动的。必须修改，以达到设计目的。计目的。改进措施：改进措施：1. 增加一个低副和一个活动构件；增加一个低副和一个活动构件；2. 用一个高副代替低副。用一个高副代替低副。练习题练习题661 12 23 34改进图改进图 167改进图改进图 21 12 23 3468改进图改进图 31 12 23 3469改进图改进图 41 12 23 3470改进图改进图 51 12 23 3471改进图改进图 61 12 23 3472改进图改进图 71 12 23 3473F例例

31、 2. 已知：已知： DE=FG=HI，且相互平行；，且相互平行；DF=EG，且相互平，且相互平行；行；DH=EI，且相互平行。计算如图所示机构的自由度，且相互平行。计算如图所示机构的自由度 (若存若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。ADECHGFIBK123456789748 ;11 ;1323 82 11 11LLHHnPPFnPP ADECHGFIBK123456789局部自由度局部自由度复合铰链复合铰链虚约束虚约束10 ;14 ;1;1;13(2)3 10(2 141 1)11LHLHnPPPFFnPPPF 75F例例3. 计算如图所示机

32、构的自由度计算如图所示机构的自由度 (若存在局部自由度、复合铰若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。链、虚约束请标出）。7 7A AC C1 12B B3 3D DE EF FG GH HI I4 45 56 6766 ;8 ;1323 6 2 8 1 1LLHHnPPFnPP 7 7A AC C1 12B B3 3D DE EF FG GH HI I4 45 56 6局部自由度局部自由度虚约束虚约束77F例例4. 已知已知HG=IJ, 且相互平行；且相互平行；GL=JK，且相互平行。计算如，且相互平行。计算如图所示机构的自由度图所示机构的自由度 (若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请若

33、存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。标出）。 C C2 21 1A AB BE ED DF F3 34 45 56 67 78 89 91 10 01 11 1G GH HI IJ JK KL L781111283231;11;8HHLPPnFPPnL虚约束虚约束C C2 21 1A AB B6 67 78 89 910101111G GH HI IJ JK KL LE ED DF F3 34 45 5局部自由度局部自由度复合铰链复合铰链79A1234567BCDEFGIF练习：计算如图所示机构的自由度（若存在局部自由度、复练习：计算如图所示机构的自由度（若存在局部自由度、复合铰链、虚约

34、束，请指出）。合铰链、虚约束，请指出）。80解题要点：解题要点： C为复合铰链；为复合铰链；G、I之一为虚约束；滚子之一为虚约束；滚子B带来一个局部自由度，应除去滚子引入的局部自带来一个局部自由度，应除去滚子引入的局部自由度，即将其与构件由度，即将其与构件2固连。固连。解：解： 计算机构的自由度：计算机构的自由度：21927323HLPPnF814.4.空间机构自由度简述空间机构自由度简述( (自学自学) ) 机构中所有构件共同失去的自由度称为机构中所有构件共同失去的自由度称为公共约束公共约束。 设公共约束数为设公共约束数为m，则可得如下，则可得如下机构自由度计算公式机构自由度计算公式：F=(

35、6m)n(im)Pi 其中其中 m公共约束公共约束 若若n个活动构件中有个活动构件中有P1个一级副；有个一级副；有P2个二级副；有个二级副；有P3个三级副；有个三级副；有P4个四级副；有个四级副；有P5个五级副，则个五级副，则 空间机构的自由度公式：空间机构的自由度公式：F=6n- -5P5- -4P4- -3P3- -2P2- -P1 82F计算下图所示自动驾驶仪操纵装置的自由度计算下图所示自动驾驶仪操纵装置的自由度 活塞活塞2与固定气缸组成圆柱副（四级副），连杆与固定气缸组成圆柱副（四级副），连杆3与构与构件件2，摇杆，摇杆4与机座与机座1均为转动副（五级副）相连，摇杆均为转动副（五级副）

36、相连，摇杆3与与摇杆摇杆4以球面副（三级副）相连。以球面副（三级副）相连。（1 1）分析该装置中的各构件间形成的运动副的类型）分析该装置中的各构件间形成的运动副的类型（2）画出该装置的机构运动简图画出该装置的机构运动简图（3）计算自由度计算自由度5432165432Fnppppp6 3524 13 11F 83具有具有m个公共约束的运动链个公共约束的运动链 由两个圆锥齿轮和机架所组成的运由两个圆锥齿轮和机架所组成的运动链中，动链中，3个移动自由度均受到约束，个移动自由度均受到约束，故公共约束数故公共约束数m=3。构件。构件1与与2以平面高以平面高副相联，又分别以转动副与机架相联，副相联，又分别

37、以转动副与机架相联，故有式：故有式：(63) 2(53) 2(43) 1 1F 84第二讲结束第二讲结束85七、平面机构的组成原理和结构分析七、平面机构的组成原理和结构分析1.1.平面机构的组成原理平面机构的组成原理原动件原动件从动件组从动件组机架机架86将该机构的机架和原动件拆去，余下从动件组将该机构的机架和原动件拆去，余下从动件组这个从动件组的自由度为零，即：这个从动件组的自由度为零，即：06243236,4LLPnFPn 这个从动件组还可以分解成若干个更简单的、自由这个从动件组还可以分解成若干个更简单的、自由度等于零的从动件组。度等于零的从动件组。87分分解解？还能进一步分解吗？还能进一

38、步分解吗？还能进一步分解吗？还能进一步分解吗？88 基本杆组（阿苏尔杆组）基本杆组（阿苏尔杆组） ：最简单的、不可再分的、最简单的、不可再分的、自由度为零的构件组称为基本杆组或称为阿苏尔杆组。自由度为零的构件组称为基本杆组或称为阿苏尔杆组。 这样的从动件组已经不能进一步分解成更简单、自由这样的从动件组已经不能进一步分解成更简单、自由度为零的从动件组。度为零的从动件组。 基本杆组的概念非常重要，是机构分析的重要理论基础。基本杆组的概念非常重要，是机构分析的重要理论基础。89机构的组成原理机构的组成原理 任何机构都可以看成是由若干个基本杆组依次联任何机构都可以看成是由若干个基本杆组依次联结于原动件

39、和机架上组成的系统。结于原动件和机架上组成的系统。组成平面机构基本杆组应满足条件：组成平面机构基本杆组应满足条件：F=3n- -2PL- -PH=0 90 如果基本杆组的运动副全为低副，则基本杆组自如果基本杆组的运动副全为低副，则基本杆组自由度的计算公式为：由度的计算公式为：320LFnPLPn32 由于活动构件数由于活动构件数n和低副数和低副数PL都必须是整数，所都必须是整数，所以以n应是应是2的倍数，的倍数，PL 应是应是3的倍数，即的倍数，即n=2, PL=3n=4, PL=6n=6, PL=991 最简单的平面基本杆组是由两个构件三个低副组最简单的平面基本杆组是由两个构件三个低副组成的

40、杆组，称之为成的杆组，称之为级杆组，级杆组，级杆组是机构中最常级杆组是机构中最常见的一类基本杆组。见的一类基本杆组。级杆组有以下五种形式：级杆组有以下五种形式：（1）RRR杆组杆组（2）RRP杆组杆组92（3）RPR杆组杆组（4）PRP杆组杆组（5）RPP杆组杆组93除除级杆组外，还有级杆组外，还有、级等较高级的基本杆组。级等较高级的基本杆组。级杆组级杆组由个构件个低副组成，具有一个副构件，而由个构件个低副组成，具有一个副构件，而每个内副所连接的分支是双副构件。每个内副所连接的分支是双副构件。级杆组级杆组由个构件个低副组成，有个内副。由个构件个低副组成，有个内副。94 在同一机构中可包含不同级

41、别的基本杆组，把机构中所包在同一机构中可包含不同级别的基本杆组，把机构中所包含的基本杆组的最高级数作为机构的级数，这就是含的基本杆组的最高级数作为机构的级数，这就是机构的结构机构的结构分类方法分类方法。分组的目的：为运动、动力分析服务分组的目的：为运动、动力分析服务952.2.平面机构的结构分析平面机构的结构分析机构结构分析的步骤：机构结构分析的步骤： （1）除去虚约束和局部自由度，计算机构的自由度）除去虚约束和局部自由度，计算机构的自由度并确定原动件。并确定原动件。 （2）拆杆组，）拆杆组，从远离原动件的构件先试拆从远离原动件的构件先试拆级组，级组，若不成；再拆若不成；再拆级组，直至只剩下原

42、动件和机架为止。级组，直至只剩下原动件和机架为止。 （3）确定机构的级别。）确定机构的级别。96F计算机构的自由度，并确定机构的级别计算机构的自由度，并确定机构的级别解：该机构无虚约束和局部自由度解：该机构无虚约束和局部自由度 F=35-27=1 该机构为该机构为II级级机构机构97习题习题1：破碎机机构的结构分析。：破碎机机构的结构分析。1）若取机构）若取机构1为原动件时，为原动件时， 此机构为此机构为级机构。级机构。2 2）若取构件）若取构件5 5为原动件时，先试拆为原动件时，先试拆级杆组，级杆组， 再试拆再试拆级组，级组，此机构为此机构为级机构。级机构。98习题习题2：计算下列机构的自由度，并确定杆组及机构的级别（分计算下列机构的自由度，并确定杆组及机构的级别（分别以构件别以构件2、4、8为原动件）为原动件） 。99本节结束本节结束1003.3.平面机构的高副低代（自学）平面机构的高副低代（自学） 为使平面低副机构的结构分析和运动分析方法能适用于含有为使平面低副机构的结