机械原理第章机构的结构

第一章平面机构的结构分析§1－1机构结构分析的内容及目的§1－2机构的组成§1－3机构运动简图§1－4机构具有确定运动的条件§1－5平面机构自由度的计算§1－6自由度计算中的特殊问题§1－7机构的组成原理及其结构分类§1－1机构结构分析的内容及目的1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件目的是2.按结构特点对机构进行分类不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动力分析的一般方法。3.绘制机构运动简图目的是为运动分析和动力分析作准备。▲弄清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？这对于设计新的机构显得尤其重要。4.研究机构的组成原理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。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。研究的名词术语解释:1.构件(Link)－独立的运动单元

内燃机中的连杆§1－2机构的组成作者：潘存云教授内燃机连杆套筒连杆体螺栓垫圈螺母轴瓦连杆盖零件(part)－独立的制造单元2.运动副a)两个构件、b)直接接触、c)有相对运动运动副元素－直接接触的部分（点、线、面）例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。定义：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。三个条件，缺一不可作者：潘存云教授用运动副联结后，彼此的相对运动受到某些约束.空间任一构件在用运动副联结前有六个独立的相对运动。构件2xzy构件1O转动副作者：潘存云教授运动副的分类：1)按引入的约束数分有：I级副II级副III级副I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。2)按相对运动范围分有：平面运动副－平面运动(Plannarkinematicpair)平面机构－全部由平面运动副组成的机构。IV级副例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。空间运动副－空间运动(Spatialkinematicpair)V级副1V级副2IV级副两者关联空间机构－至少含有一个空间运动副的机构。§1－1机构结构分析的内容及目的1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件目的是2.按结构特点对机构进行分类3.绘制机构运动简图4.研究机构的组成原理名词术语解释:1.构件(Link)－独立的运动单元

§1－2机构的组成零件(part)－独立的制造单元2.运动副a)两个构件、b)直接接触、c)有相对运动运动副元素－直接接触的部分（点、线、面）定义：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。3)按运动副元素分有：①高副(highpair)－点、线接触，应力高。②低副(lowerpair)－面接触，应力低。例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。例如：转动副（回转副）、移动副。121212212121运动副表示示方法转动副移动副用规定符号号代表运动动副常用运动副副的符号运动副名称运动副符号号两运动构件件构成的运运动副转动副移动副12121212121212121212121212两构件之一一为固定时时的运动副副122121平面运动副副平面高副螺旋副21121221211212球面副球销副121212空间运动副副121212一般构件的的表示方法法杆、轴构件件固定构件同一构件用线条和简简单图形代代表构件三副构件两副构件一般构件的的表示方法法运动链－两两个以上的的构件通过过运动副的的联接而构构成的可动动系统。注意事项:作者：潘存云教授画构件时应应撇开构件件的实际外外形，而只只考虑运动动副的性质质。闭式链(Closechain)3.运运动链(Kinematicchain)作者：潘存云教授开式链(Openchain)若干1个或几个1个4.机构构定义：具有确定运运动的运动动链称为机机构构。机架－作为参考考系的构件件，如机床床身身、车辆底底盘、飞机机机身。机构的组成成：机构＝机架＋原原动件＋从从动件机构是由若若干构件经经运动副联联接而成的的，很显然然，机构归归属于运动动链，那么么，运动链链在什么条条件下就能能称为机构构呢？即各各部分运动动确定。分分别用四杆杆机构和五五杆机构模模型演示得得出如下结结论：在运动链中中，如果以以某一个构构件作为参参考坐标系系，当其中中另一个（（或少数几几个）构件件相对于该该坐标系按按给定的运运动规律运运动时，其其余所有的的构件都能能得到确定定的运动，，那么，该该运动链便便成为机构构。原（主）动动件－按给定运运动规律运运动的构件件。从动件－其余可动动构件。1234θ1§2－3平平面机构构运动简图图机构运动简简图－用以说明明机构中各各构件之间间的相对运运动关系的的简单图形形。(用线条和简简单图形代代表构件，，用规定符符号代表运运动副，按按比例作出出的图形。。)作用：1.表示机构构的结构和和运动情况况。机构示意图图－不按比比例绘制的的简图现摘录了部部分GB4460－84机构运动简简图如下表表。2.作为运运动分析和和动力分析析的依据。。常用机构运运动简图符符号在机架上的电机齿轮齿条传动带传动圆锥齿轮传动链传动圆柱蜗杆蜗轮传动凸轮传动外啮合圆柱齿轮传动机构运动简简图应满足的条条件：1.构件数数目与实际际相同2.运动副副的性质、、数目与实实际相符3.运动副副之间的相相对位置以以及构件尺尺寸与实际际机构成比例。棘轮机构内啮合圆柱齿轮传动绘制机构运运动简图顺口溜：先两头，后后中间，从从头至尾走走一遍，数数构件是是多少，再再看它们怎怎相联。步骤：1.运转机机械，搞清清楚运动副副的性质、、数目和构构件数目；；4.检验机构构是否满足足运动确定定的条件。。2.测量各各运动副之之间的尺寸寸，选投影影面（运动动平面）。。3.按比例例绘制运动动简图。简图比例尺尺：μl=实际尺寸寸m/图上长长度mm思路：先定原动部分和和工作部分分（一般位于于传动线路路末端），，弄清运动动传递路线线，确定构构件数目及及运动副的的类型，并并用符号表表示出来。。举例：绘制破碎机和偏心泵的机构运动动简图。鳄式破碎机机等同作者：潘存存云教授1234绘制图示偏心泵的运动简图图偏心泵作者：潘存存云教授§2－4机机构具有有确定运动动的条件给定θ1＝θ1（t）一个独立参参数S3＝S3(t)，唯一确定，，该机构仅需要一一个独立参参数。若仅给定θθ1＝θ1（t）,则则θ2θ3θ4均不能唯一一确定。若若同时给定定θ1和θ4，则θ3θ2能唯一确定定，该机构构需要两个个独立参数数。θ4S3123S’3θ11234θ1曲柄滑块机机构五杆机构1个原动件件2个原动件件有无确定运运动？定义：保证机构具具有确定运运动时所必必须给定的的独立运动参参数称为机构的自由由度(Freedom，F)。原动件－能独立运运动的构件件。∵一个原动动件只能提提供一个独独立参数∴机构具有有确定运动动的条件为为：自由度＝原原动件数≠0§2－5平平面机构构自由度的的计算作平面运动动的刚体在在平面上的的位置需要要三个独立立的参数（x，y,θ）才能唯一确确定。yxθ(x,y)F=3单个自由构构件的自由由度为自由构件的自由度数运动副自自由度数约约束束数回转副1（θ）+2（x，y）=3yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2结论：构件自由度度＝3－约约束数移动副1（x））+2（y，θ）=3高副副2（x,θ）+1（y））=3θ构件经运动副相相联后，由由于有约束（R），自自由度会变变化：＝自由构件件的自由度度数－约束束数活动构件数数n计算公式：：F=3n－－(2PL+Ph)要求：记住住上述公式式，并能熟熟练应用。。构件总自由由度低副约束数数高副约束数数3×n2×PL1×Ph推广到一般般：PL=4,PH=1,F=0n=3,n=2,PL=3,F=0231123ACB4Dn=3,PL=5,F==-1B2C4ADE13结论：机机构可能运运动的条件件是:机机构自由度度数F≥1。例题①计算曲柄滑滑块机构的的自由度。。解：活动构构件数n=3低副数PL=4F=3n－－2PL－PH=3×3－－2××4=1高副数PH=0S31234具有确定原原动条件：：原动件数数=1机构可能运动且具有确定运运动的条件为：：2、自由度度＝原动件件数1、机构自自由度数F≥1。例题②计算五杆铰铰链机构的的自由度解：活动构构件数n=4低副数PL=5F=3n－－2PL－PH=3×4－－2××5=2高副数PH=01234θ1具有确定原原动条件：：原动件数数=2例题③计算图示凸凸轮机构的的自由度。。解：活动构构件数n=2低副数PL=2F=3n－－2PL－PH=3×2－2×2－1=1高副数PH=1123具有确定定原动条条件：原原动件数数=1平面机构构运动简简图步骤：1.运转转机械，，搞清楚楚运动副副的性质质、数目目和构件件数目；；4.检验验机构是是否满足足运动确确定的条条件。2.测量量各运动动副之间间的尺寸寸，选投投影面（（运动平平面）。。3.按比比例绘制制运动简简图。简图比例例尺：μl=实际尺尺寸m/图图上长长度mm机构具有有确定运运动的条条件机构可能运动动且具有确定定运动的条件为为：2、自由由度＝原原动件数数1、机构构自由度度数F>=1。。活动构件件数n计算公式式：F=3n－(2PL+Ph)构件总自自由度低副约束束数高副约束束数3×n2×PL1×Ph自由度计计算中的的特殊问问题§2－6自自由由度计算算中的特特殊问题题作者：潘存云教授12345678ABCDEF例题④计算图示示圆盘锯机机构的自由度度。解：活动动构件数数n=7低副数PL=6F=3n－2PL－PH高副数PH=0=3×7－2×6－0=9计算结果果肯定不不对！构件数不不会错，，肯定是是低副数数目搞错错了！1.复合合铰链－－两个个以上的的构件在在同一处处以转动动副相联联。计算：m个构件件,有m－1转动副副。两个低副副上例：在在B、C、、D、E四处应各各有2个运动副副。例题④重新计算算图示圆圆盘锯机机构的自自由度。。解：活动动构件数数n=7低副数PL=10F=3n－2PL－PH=3×7－2×10－0=1可以证明明：F点点的轨迹迹为一直直线。12345678ABCDEF作者：潘存云教授圆盘锯机机构具有确定定原动条条件：原原动件数数=1⑥计算图图示两种种凸轮机机构的自自由度。。解：n=3，PL=3，F=3n－2PL－PH=3×3－2×3－1=2PH=1对于右边边的机构构，有：：F=3×2－2×2－1=1事实上，，两个机机构的运运动相同同，且F=11231232.局部部自由度度F=3n－2PL－PH－FP=3×3－2×3－1－1=1本例中局局部自由由度FP=1或计算时时去掉滚滚子和铰铰链：F=3×2－2×2－1=1定义：构件局部部运动所所产生的的自由度度。出现在加加装滚子子的场合合，计算算时应去去掉Fp。滚子的作作用：滑动摩擦擦滚动摩摩擦。123123作者：潘潘存云教教授解：n=4，PL=6，F=3n－2PL－PH=3×4－2×6=0PH=03.虚约约束(redundantconstraint)－－对机机构的运运动实际际不起作作用的约约束。计算自由由度时应应去掉虚虚约束。。∵FE＝AB＝＝CD且且互相相平行，，故增加构构件4前前后E点点的轨迹迹都是以以F为圆圆心的圆圆。增加的约约束不起起作用，，应去掉掉构件4。⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形机构的自由度。1234ABCDEF作者：潘潘存云教教授重新计算算：n=3,PL=4,PH=0F=3n－2PL－PH=3×3－2×4=1特别注意意：此例例存在虚虚约束的的几何条条件是：：1234ABCDEF4F⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形机构的自由度。AB＝CD＝EF虚约束作者：潘潘存云教教授出现虚约约束的场场合：1.两构构件联接接前后，，联接点点的轨迹迹重合，，2.两构构件构成成多个移移动副，，且导路路平行。。如平行四边边形机构构，火车轮椭圆仪等。(需要证证明)ABCDAD=BD=DC2CAB134F=3××3－－2×4=1作者：潘潘存云教教授4.运动动时，两两构件上上的两点点距离始始终不变变。3.两构构件构成成多个转转动副，，且同轴轴。5.对运运动不起起作用的的对称部部分。如如多个行行星轮。。EF作者：潘存云教授作者：潘潘存云教教授作者：潘潘存云教教授作者：潘存云教授6.两构构件构成成高副，，两处接接触，且且法线重重合。如等宽凸轮轮W注意：法线不重重合时，，变成实实际约束束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A虚约束的的作用：：①改善构构件的受受力情况况，如多多个行星星轮。②增加机机构的刚刚度，如如轴与轴轴承、机机床导轨轨。③使机构构运动顺顺利，避避免运动动不确定定，如车车轮。注意：各种出现现虚约束束的场合合都是有有条件的的!作者：潘潘存云教教授作者：潘潘存云教教授B2I9C3A1J6H87DE4FG5⑧计算图图示包装装机送纸纸机构的的自由度度。分析：活动构件件数n：：A1B2I9C3J6H87DE4FG592个低副复合铰链链:局部自由由度2个虚约束:1处I8去掉局部部自由度度和虚约约束后：：

n=6PL=7F=3n－2PL－PH=3×6－2×7－3=1PH=3§2－7机机构构的组成成原理及及其结构构分类一、机构构的组成成原理a)原动件作作移动(如直线线电机、、流体压力力作动筒筒)。b)原动件作作转动(如电动动机)。。1.基本机构构基本机构构：由一个原原动件和和机架组组成的双双杆机构构。F=1F=021212.基本本杆组机构具有有确定运运动的条条件是原动件数数＝自由由度。F=1F=0现设想将将机构中中的原动动件和机机架拆分分出来，，则原动动件与机机架构成成了基本本机构，，其F＝1。剩下的的构件组组必有F＝0。将构件件组继续续拆分成成更简单单F＝0的构件组组，直到到不能再再拆为止止。2134ABCDEF561A6F=1F=0F=0234BCDEF5F=3××5-2×7=1F=023BCDE4F5杆组定义：不可再分解的自由度为零的构件组称为基本杆组，简称杆组。内端副－－杆组组内部相相联。外端副－－与组组外构件件相联。。推论：任何一个个平面机机构都可可以认为为是在基基本机构构的基础上，，依次添添加若干干个杆组组所形成成的。机构的组组成原理理：机构＝基基本机构构＋基本本杆组结论：该机构包包含一个个基本机机构和两两个基本本杆组，，换句话说，，将两个个基本杆杆组添加加到基本本机构上上，构成了该该六杆机机构。二、结构构分类设基本杆杆组中有有n个构件，，则由条条件F＝0有：F＝3n－2PL－Ph＝0低副机构构中Ph＝0，，如果机机构中含含有高副副，要将将高副低低代，使使Ph＝0，，故PL＝3n/2∵PL为整数，，∴n只能能取偶数数。n＝24n>4已无实例了了!PL＝36n=2的杆组称为为Ⅱ级组－－应用最最广而又最最简单的基基本杆组。。共有5种类型型n=4（PL＝6）的杆组有以以下四种类类型:以上三种形形式称为Ⅲ级组。结构特点点：其中一一个构件有有三个运动动副。典型Ⅱ级组组：结构特点：：有两个三副副杆，且4个构件构构成四边形形结构。第四种形式式称为IV级组。机构构命命名名方方式式：：按所所含含最最高高杆杆组组级级别别命命名名，，如如Ⅱ级机机构构，Ⅲ级机机构构等。。n=4（PL＝6））的杆杆组组必须须强强调调指指出出：：1.杆杆组组的的各各个个外外端端副副不不可可以以同同时时加加在在同同一一个个构构件件上上，，否否则则将将成成为为刚刚体体。。如如：：2.机机构构的的级级别别与与原原动动件件的的选选择择有有关关。。举例例：：将图图示示八八杆杆机机构构拆拆分分成成基基本本机机构构和和基基本本杆杆组组。。71324568Ⅲ级级机机构构35或Ⅱ级机构Ⅱ级机构7132456853本章章重重点点：：•机机构构运运动动简简图图的的测测绘绘方方法法。。•自自由由度度的的计计算算。。•机机构构的的组组成成原原理理。。A[例]计算机构自由度：2CB13DE5647局部自由度机构构具具有有确确定定运运动动,因因为为主主动件件数数等等于于机机构构自自由由度度数数F。。EABCDOFGHn=7PL=10,PH=0PL=8,PH=1n=6虚约束1)HD为虚约束束F=3×9-2×13=1REDUNDANTREDUNDANTACBDHIJ为为虚约束F=3×7-2×10=12)JG，GC为为虚约束F=3×9-2×13=1CGHFIJK为虚虚约束F=3×5-2×7=1精密压床（1）（2）ECAB1DFG2345678HI作业：小型压力机机机运动简图§1－1机构结构分分析的内容容及目的1.研究机机构的组成成及其具有有确定运动动的条件目的是2.按结构构特点对机机构进行分分类3.绘制机机构运动简简图4.研究机机构的组成成原理名词术语解解释:1.构件(Link)－独立的运运动单元§1－2机机构的组成成零件(part)－独立的制制造单元2.运动副副a)两个构构件、b)直接接接触、c)有相对对运动运动副元素素－直接接接触的部分分（点、线线、面）定义：运动副－－－两个构件件直接接触触组成的