第1章 平面机构结构分析

1、青岛科技大学专用 潘存云教授研制第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析11 研究机构结构的目的研究机构结构的目的12 运动副、运动链和机构运动副、运动链和机构13 平面机构运动简图平面机构运动简图14 平面机构的自由度平面机构的自由度15 机构的组成原理和结构分类机构的组成原理和结构分类本章模型：复合可拆铰链、连杆、偏心泵、破碎机、四杆五杆机构、滚子凸轮、移动副、虚约束平行四边形青岛科技大学专用 潘存云教授研制11 研究机构结构的目的研究机构结构的目的1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件研究机构的组成及其具有确定运动的条件 目的是弄清机构包含哪几个部分，各部分如何相目的是弄清

2、机构包含哪几个部分，各部分如何相联？以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？联？以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？这对于设计新的机构显得尤其重要。这对于设计新的机构显得尤其重要。2.按结构特点对机构进行分类按结构特点对机构进行分类 不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构加以分类，加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动力其目的是按其分类建立运动分析和动力分析的一般方法分析的一般方法。3.绘制机构运动简图绘制机构运动简图 目的是为运动分析和动力分析作准备。目的是为运动分析和动力分析作准备。青岛科技大学专用 潘存云教授研制4.研究机构的组成

3、原理研究机构的组成原理机构有简有繁，构件有多有少，而运动确定是它们的共同特征。研究的目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足运动确目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足运动确定性的要求。定性的要求。青岛科技大学专用 潘存云教授研制12 运动副、运动链和机构运动副、运动链和机构名词术语解释名词术语解释:1.构件构件 (Link) 独立的运动单元独立的运动单元 零件零件(part)独立的制造单元独立的制造单元2.运动副运动副 (Kinematic pair)a)两个构件、两个构件、b) 直接接触、直接接触、c) 有相对运动有相对运动运动副元素直接接触的部分（点、线、面）运动副元素直接接触的部分（点、

4、线、面）例如：滚动轴承、齿轮齿廓、活塞与缸套等。例如：滚动轴承、齿轮齿廓、活塞与缸套等。内燃机内燃机中的连杆定义：定义： 运动副两个构件直接接触组成的仍能产生某些运动副两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。相对运动的联接。三个条件，缺一不可三个条件，缺一不可青岛科技大学专用 潘存云教授研制运动副的分类：运动副的分类： 1)按引入的约束数分有：按引入的约束数分有： 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。I级副级副II级副级副III级副级副青岛科技大学专用 潘存云教授研制 2)按相对运动范围分有：按相对运动范围分有： 平面运动副平面运动平面运动副

5、平面运动(Plannar kinematic pair)平面机构全部由平面运动副组成的机构。平面机构全部由平面运动副组成的机构。IV级副级副V级副级副1V级副级副2V级副级副3空间运动副空间运动空间运动副空间运动(Spatial kinematic pair )例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。空间机构至少含有一个空间运动副的机构。空间机构至少含有一个空间运动副的机构。青岛科技大学专用 潘存云教授研制 3)按运动副元素分有：按运动副元素分有： 高副点、线接触，应力高高副点、线接触，应力高 (high pair) 低副面接触，应力低低副面接触，应力低

6、 (lower pair)例如：滚动例如：滚动副副、凸轮副凸轮副、齿轮副齿轮副等。等。例如：转动副（回转副）、移动副例如：转动副（回转副）、移动副 。青岛科技大学专用 潘存云教授研制常见运动副符号的表示常见运动副符号的表示: 国标国标GB446084详见教材详见教材 P13 页。页。青岛科技大学专用 潘存云教授研制常用运动副的符号常用运动副的符号运动副运动副名称名称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转转动动副副移移动动副副12121212121212121212121212两构件之一为固定时的运动副两构件之一为固定时的运动副122121平平面面运运动动副副青岛科技

7、大学专用 潘存云教授研制平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球球销销副副121212空空间间运运动动副副121212青岛科技大学专用 潘存云教授研制构件的表示方法构件的表示方法:青岛科技大学专用 潘存云教授研制一般构件的表示方法一般构件的表示方法 杆、轴构件杆、轴构件固定构件固定构件同一构件同一构件青岛科技大学专用 潘存云教授研制三副构件三副构件 两副构件两副构件 一般构件的表示方法一般构件的表示方法 青岛科技大学专用 潘存云教授研制注意事项注意事项:画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。闭式链闭式

8、链(Close chain)、开式链、开式链(Open chain)3. 运动链运动链 (Kinematic chain)运动链两个以上的构件通过运动副的联接运动链两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。而构成的系统。工业工业机器人机器人青岛科技大学专用 潘存云教授研制若干若干1个或几个个或几个1个个4. 机构机构定义定义：具有确定运动的运动链称为机构具有确定运动的运动链称为机构 。机架机架作为参考系的构件作为参考系的构件，如机床床身、车辆如机床床身、车辆底盘、飞机机身。底盘、飞机机身。机构的组成：机构的组成：机构机构机架机架原动件原动件从动件从动件机构是由若干构件经运动副联接而成的，很显

9、然，机构归属于运动链，那么，运动链在什么条件下就能称为机构呢？即各部分运动确定。分别用四杆机构和五杆机构模型演示得出如下结论：在运动链中，如果以某一个构件作为参考坐标系，当其中另一个（或少数几个）构件相对于该坐标系按给定的运动规律运动时，其余所有的构件都能得到确定的运动，那么，该运动链便成为机构。 原（主）动件原（主）动件按给定运动规律运动的构件按给定运动规律运动的构件。从动件从动件其余可动构件其余可动构件。青岛科技大学专用 潘存云教授研制13 平面机构运动简图平面机构运动简图机构运动简图用以说明机构中各构件之间的相对机构运动简图用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形。运动关系的简单

10、图形。作用：作用： 1.表示机构的结构和运动情况。表示机构的结构和运动情况。 2.作为运动分析和动力分析的依据。作为运动分析和动力分析的依据。机构示意图不按比例绘制的简图机构示意图不按比例绘制的简图P15表表12摘录了部分摘录了部分GB446084机构示意图机构示意图。青岛科技大学专用 潘存云教授研制常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号 在在机机架架上上的的电电机机齿齿轮轮齿齿条条传传动动带带传传动动圆圆锥锥齿齿轮轮传传动动青岛科技大学专用 潘存云教授研制链链传传动动圆柱圆柱蜗杆蜗杆蜗轮蜗轮传动传动凸凸轮轮传传动动外啮外啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动青岛科技大学专用 潘存云教授研制机构运动

11、简图应满足的条件机构运动简图应满足的条件： 1.构件数目与实际相同构件数目与实际相同 2.运动副的性质、数目与实际相符运动副的性质、数目与实际相符 3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。成比例。棘棘轮轮机机构构内啮内啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动青岛科技大学专用 潘存云教授研制绘制机构运动简图绘制机构运动简图顺口溜：先两头，后中间，顺口溜：先两头，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。步骤：步骤：1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；运转机械，搞清楚运

12、动副的性质、数目和构件数目；4.检验机构是否满足运动确定的条件。检验机构是否满足运动确定的条件。2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），绘制测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），绘制 示意图。示意图。3.按比例绘制运动简图。按比例绘制运动简图。 简图比例尺：简图比例尺： l = =实际尺寸实际尺寸 m / m / 图上长度图上长度mmmm思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），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，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。并用符号表示出来。举例：

13、举例：绘制绘制破碎机破碎机和和偏心泵偏心泵的机构运动简图。的机构运动简图。青岛科技大学专用 潘存云教授研制青岛科技大学专用 潘存云教授研制1234题题1-9 绘制图示绘制图示偏心泵偏心泵的运动简图的运动简图偏心泵偏心泵 动画青岛科技大学专用 潘存云教授研制机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件给定给定S S3 3S S3 3(t)(t)，一个独立参数，一个独立参数1 11 1（t t）唯一确定，该机）唯一确定，该机构仅需要一个独立参数。构仅需要一个独立参数。 若仅给定若仅给定1 11 1（t t）, ,则则2 2 3 3 4 4 均不能唯一确定。若同均不能唯一确定。若同时给定时给定1 1

14、和和4 4 ，则，则3 3 2 2 能能唯一确定，该机构需要两个独立唯一确定，该机构需要两个独立参数参数 。S3123S31 112341 14 4青岛科技大学专用 潘存云教授研制定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的定义：保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数称为机构的自由度独立运动参数称为机构的自由度。 FreedomFreedom原动件原动件能独立运动的构件。能独立运动的构件。一个原动件只能提供一个独立参数一个原动件只能提供一个独立参数机构具有确定运动的条件为：机构具有确定运动的条件为：自由度原动件数自由度原动件数00青岛科技大学专用 潘存云教授研制机构自由度原动件数机构自由度

15、原动件数00机构有确定的运动机构有确定的运动自由度自由度0,0,且且 0,0,且且 原动件数原动件数机构自由度机构自由度0 0不能运动，为桁架不能运动，为桁架机构自由度机构自由度04 2 4 n4 已无实例了已无实例了! ! PL 3 6 n=2 的杆组称为的杆组称为级组级组应用最广而又最应用最广而又最简单的基本杆组。共有简单的基本杆组。共有 5 5 种类型种类型青岛科技大学专用 潘存云教授研制 n=4 （PL6 6）的杆组有以下四种类型）的杆组有以下四种类型: :以上三种形式称为以上三种形式称为级组级组。结构特点：其中一。结构特点：其中一个构件有三个运动副。个构件有三个运动副。典型典型级组：级组：青岛科技大学专用 潘存云教授研制第四种形式称为第四种形式称为IVIV级组级组。结构特点：结构特点：有两个三副杆，且有两个三副杆，且4个构件构成四个构件构成四边形结构。边形结构。内端副内端副杆组内部相联。杆组内部相联。外端副外端副与组外构件相联。与组外构件相联。机构按所含最高杆组级别命名，如机构按所含最高杆组级别命名，如级机构，级机构，级机构等。级机构等。青岛科技大学专用 潘存云教授研制必须强调指出：必须强调指出： 1.杆组的各个外端副不可以同时加在同杆组的各个外端副不可以同时加在同一个构件上，否则将成为刚体。如：一个构件上，否则将成为刚体