第二章 机构的机构分析

1、机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析第二章第二章 机构的结构分析机构的结构分析教学重点：教学重点： 1 1、平面机构运动简图的绘制、平面机构运动简图的绘制; ; 2 2、自由度计算方法。、自由度计算方法。 3 3、平面机构的组成平面机构的组成教学难点：教学难点： 1 1、平面机构运动简图的绘制；平面机构运动简图的绘制； 2 2、计算平面机构自由度应注意的事项。、计算平面机构自由度应注意的事项。 3 3、平面机构的组成平面机构的组成机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析 第一节第一节 机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的1.1.研究机构的组成及机构运动简图的画法研究机构

2、的组成及机构运动简图的画法2.2.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3.3.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机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析1.1.构件构件 零件零件 第二节第二节 机构的组成机构的组成机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析自由度自由度：构件相对于其它构件的独立运动：构件相对于其它构件的独立运动约束：约束：对自由度的限制对自由度的限制2.2.运动副：运动副：两个构件之间的可动联接两个构件之间的可动联接 运动副元素运动副元素：参加接触构成运动副的部分：参加接触构成运动副的部分机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析3

3、. 3. 运动副的分类：运动副的分类：1 1）按接触情况）按接触情况 高副：点、线接触高副：点、线接触 低副：面接触低副：面接触转动副（铰链）转动副（铰链）移动副移动副机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析2）. 按构成运动副的两构件的相对运动分按构成运动副的两构件的相对运动分转动副（铰链）转动副（铰链）移动副移动副螺旋副：螺旋副：螺旋运动球面副：球面副：球面运动机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析3）. 按相对运动平面分按相对运动平面分平面运动副平面运动副: :两构件之间的相对运动为两构件之间的相对运动为空间运动副空间运动副: :两构件之间的相对运动为两构件之间的相对运动为平面

4、运动副平面运动副平面高副平面低副移动副转动副空间运动副空间运动副球面副螺旋副4）. 按引入的约束数分按引入的约束数分X X级运动副级运动副指引入指引入X X个约束的运动副。个约束的运动副。级副、级副、级副、级副、级副、级副、级副、级副、级副级副机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析转动副转动副移动副移动副级副级副螺旋副螺旋副球面副球面副级副级副级副级副齿轮高副齿轮高副级副级副凸轮高副凸轮高副机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析 常见主要平面运动副及其自由度和约束常见主要平面运动副及其自由度和约束引入约束：引入约束：自 由 度 ：自 由 度 ：平面平面I级副级副2个个zt,1个个n

5、平面高副平面高副齿轮副齿轮副凸轮副凸轮副1nntt2机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析平面低副平面低副转动副转动副移动副移动副211212xy12xy引入约束：引入约束：自 由 度 ：自 由 度 ：平面平面II级副级副yx,2个个1个个 zzy,2个个1个个 x平面平面II级副级副机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析4.运动链运动链闭链闭链开链开链平面运动链平面运动链空间运动链空间运动链机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析运动副符号运动副符号两运动构件构成的运动副两运动构件构成的运动副121212121212121212121212两构件之一为固定时的运动副两构件之一

6、为固定时的运动副12122121机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析21211212121212空空间间运运动动副副121212122112机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析5.5.机构的组成机构的组成1.1.固定件固定件3.3.从动件从动件2.2.原动件原动件机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析机构机构零件零件构件构件机器机器焊焊接接铆铆接接螺螺栓栓联联接接键键联联接接控控制制单单元元辅辅助助系系统统固定固定联接联接可动可动联接联接运运动动链链机机架架原原动动件件高高副副低低副副移动副移动副 转动副转动副1.1.运动运动链成为机构的条件链成为机构的条件1）将运动链中

7、的一个构件）将运动链中的一个构件固定为机架；固定为机架；2）必须有原动件。）必须有原动件。1234ABCD机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析 机构的机构的真实运动真实运动仅与机构中的仅与机构中的运动副运动副的机构情况（转的机构情况（转动副、移动副及高副等）和机构的动副、移动副及高副等）和机构的运动尺寸运动尺寸（由各运动副（由各运动副的相对位置确定的尺寸）有关，而的相对位置确定的尺寸）有关，而与机构的外形尺寸等因与机构的外形尺寸等因素无关。素无关。第三节第三节 平面机构运动简图平面机构运动简图一、平面机构运动简图：一、平面机构运动简图：机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析机构的

8、示意图：机构的示意图：指为了表明机构结构状况指为了表明机构结构状况, , 不要求严格不要求严格地按比例而绘制的简图。地按比例而绘制的简图。机构运动简图：机构运动简图：指根据机构的运动指根据机构的运动尺寸尺寸, , 按一定的比例尺定出各运动按一定的比例尺定出各运动副的位置副的位置, , 并用国标规定的简单线并用国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副，绘制条和符号代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。出表示机构运动关系的简明图形。BAAB(a)(b)BAAB(a)(b)机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析构件的表示方法构件的表示方法机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分

9、析机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析 运动简图的绘制运动简图的绘制 1. 分析整个机构的工作原理分析整个机构的工作原理2. 沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动 关系，确定运动副的类型和数目关系，确定运动副的类型和数目3. 选择适当的视图平面选择适当的视图平面 选择原则选择原则1 1） 清楚表达机构的主体部分；清楚表达机构的主体部分；2 2） 尽可能反映机构的全面运动；尽可能反映机构的全面运动；3 3 ）可以选

10、择其他视图平面作为补充。）可以选择其他视图平面作为补充。机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析4. 绘图绘图选择机架选择机架提取构件的运动尺寸提取构件的运动尺寸确定比例尺确定比例尺选择机构运动中的一个状态选择机构运动中的一个状态确定各运动副位置，绘图确定各运动副位置，绘图编号：编号：A、B、C 表示运动副表示运动副 1、2、3 表示构件表示构件 O1、O2表示固定转轴表示固定转轴 原动件的运动方向原动件的运动方向机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析例例1、颚式破碎机颚式破碎机机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析例例2、牛头刨床牛头刨床的

11、机构运动简图的绘制的机构运动简图的绘制机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析练习练习机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析第四节第四节 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件：机构具有确定运动的条件： 原动件数原动件数 = = 自由度数自由度数 00机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析第五节第五节 机构自由度的计算机构自由度的计算机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析平面机构的自由度计算公式：平面机构的自由度计算公式：F=3n- -2 Pl - - Ph

12、活动构件数活动构件数低副数低副数高副数高副数移动副移动副 1 2高高 副副 2 1回转副回转副 1 2运动副运动副 自由度数自由度数 约束数约束数机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析例例1: 1:ABC3214解：活动构件数解：活动构件数n =低副数低副数PL=F=3n 2PL PH =33 24 =1 高副数高副数PH=340机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析12345例例2: 2:机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析例例3 3:机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析第六节第六节 计算平面机构自由度时应注意的事项计算平面机构自由度时应注意的事项机械原理机械原理

13、机构的结构分析机构的结构分析243 两个以上构件同在一处以转动副相联接。两个以上构件同在一处以转动副相联接。 复合铰链复合铰链m个构件以复合铰链联接所构成的转动副数为个构件以复合铰链联接所构成的转动副数为(m-1)个。个。一、要正确计算运动副的数目一、要正确计算运动副的数目机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析两构件在几处接触而构成移动副且导路互相平行两构件在几处接触而构成移动副且导路互相平行或重合，只能算一个移动副。或重合，只能算一个移动副。机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析两个构件组成在几处构成转动副且各转动副的轴线是两个构件组成在几处构成转动副且各转动副的轴线是重合的，只

14、能算一个转动副。重合的，只能算一个转动副。机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触点处的公法线重合点处的公法线重合, ,则只能算一个平面高副。则只能算一个平面高副。机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析若两构件在多处相接触构成平面高副，若公法线若两构件在多处相接触构成平面高副，若公法线方向不重合，将提供各方向不重合，将提供各2 2个约束。个约束。机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析解决方案解决方案:假想滚子和安装滚子的构件固接为一个整体假想滚子和安装滚子的构件固接为一个整体二、局部自由度二、局

15、部自由度FF构件所具有的与其他构件运动无关的局部运动。构件所具有的与其他构件运动无关的局部运动。机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析 虚约束虚约束PP为改善构件的受力状态、刚度、强度等所为改善构件的受力状态、刚度、强度等所引入的约束，不起独立的约束作用。引入的约束，不起独立的约束作用。注意：注意：计算机构自由度时计算机构自由度时, , 应将应将虚约束虚约束除去不计。除去不计。机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析 虚约束常出现的情况：虚约束常出现的情况：1. 如果转动副联接的是两构件上运动如果转动副联接的是两构件上运动轨迹相重合轨迹相重

16、合的点，的点，则该联接引入则该联接引入1个虚约束个虚约束;机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析2.2.若两构件上某两点之间的距离始终保持不变，若两构件上某两点之间的距离始终保持不变，也将也将带入带入1 1个虚约束。个虚约束。机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析3.3.某些不影响机构运动的对称部分或重复部分所带某些不影响机构运动的对称部分或重复部分所带入的约束为虚约束。入的约束为虚约束。机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析机构中为什么要使用虚约束机构中为什么要使用虚约束?a.使受力状态更合理使受力状态更合理b.使机构平衡使机构平衡机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分

17、析21345678ABCDEFGHI局部自由度虚约束复合铰链解：解：F=3F=36-26-27-2=27-2=2例例1 1：AB / EF /CDAB / EF /CD且且AB = EF =CDAB = EF =CD，计算其自由度。计算其自由度。机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析局部自由度复合铰链虚约束例例2：机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析小结小结 存在于转动副处存在于转动副处正确处理方法：正确处理方法：复合铰链处有复合铰链处有mm个构件个构件则有则有( (m-1m-1) )个转动副个转动副常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩

18、擦所增加的滚子处。成滚动摩擦所增加的滚子处。正确处理方法：正确处理方法：计算自由度时将局部自由计算自由度时将局部自由度减去。度减去。存在于特定的几何条件或结构条件下。存在于特定的几何条件或结构条件下。正确处理方法：正确处理方法：将引起虚约束的构件和将引起虚约束的构件和运动副除去不计。运动副除去不计。机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析一、机构的组成原理一、机构的组成原理原动件原动件机架机架从动杆系从动杆系机构机构机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析从动杆系必为F=0的开式运动链开式运动链分拆为一系列最简单的F=0的开链开链基本杆组基本杆组机构中不能再拆的自由度为零的构件组。机构

19、中不能再拆的自由度为零的构件组。机构机构原动件原动件机架机架机构组成原理：机构组成原理：机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析二、基本杆组的类型二、基本杆组的类型nPl68 912 较为复杂，不常用较为复杂，不常用II级杆组级杆组III级杆组级杆组F = 3 n 2 Pl = 0由杆组的定义：由杆组的定义：3 n =2 Pl机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析1. 级杆组级杆组n=2、Pl=3，一个一个内副内副，两个，两个外副外副机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析2. 级杆组级杆组n=4、Pl=6，三个三个内副内副，三个，三个

20、外副外副机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析三、平面机构的结构分类三、平面机构的结构分类根据机构中基本杆组的级别进行分类。级机构级机构只由机架和原动件组成的机构 （杠杆机构、斜面机构）。 II级机构级机构机构中基本杆组的最高级别为II级。 III级机构级机构机构中基本杆组的最高级别为III级。 34原动件原动件F=112ABCII级杆组级杆组F=01234ABC例如，单缸发动机：II级机构级机构机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析四、平面机构的结构分析四、平面机构的结构分析结构分析目的结构分析目的 了解机构的组成，确定机构的级别。了解机构的组成，确定机构的级别。把机构分解为基本杆组、机架和原动件。把机构分解为基本杆组、机架和原动件。结构分析的过程结构分析的过程从离原动件最远的构件开始试拆从离原动件最远的构件开始试拆，先拆，先拆II级组，若不级组，若不成，再拆成，再拆III级组，每拆出一个杆组后，机构的剩余部分仍级组，每拆出一个杆组后，机构的剩余部分仍应是一个与原机构有相同自由度的机构，应是一个与原机构有相同自由度的机构，直到只剩原动件直到只剩原动件为止为止。杆组拆分原则杆组拆分原则机械原理机械原理机构的结构分析机构的结构分析机构结构分析步骤机构结构分析步骤正确计算机构的自