机械原理机构的结构

第二章机构的结构分析

基本内容：(1)机构结构分析的内容及目的。(2)机构的组成。(3)机构运动简图。(4)机构具有确定运动的条件。(5)平面机构自由度的计算。(6)计算平面机构的自由度时应注意的事项。(7)机构的组成原理及平面机构的结构分类。第二章机构的结构分析

教学基本要求：(1)搞清运动副、运动链、约束和自由度等重要概念。(2)掌握平面机构自由度的计算方法及其具有确定运动的条件。(3)掌握机构运动简图的概念及其绘制方法。(4)明确机构组成的概念，了解平面机构的组成原理。第二章机构的结构分析

重点：(1)运动副及其分类。(2)平面机构的自由度计算及具有确定运动的条件(3)掌握机构运动简图的概念及其绘制方法。难点：机构运动简图绘制、机构中的虚约束的判定问题。第二章机构的结构分析

第一节机构结构分析的内容及目的机构运动的可能性及其具有确定运动的条件研究机构的组成，绘制机构运动简图研究机构的组成原理第二章机构的结构分析

第二节机构的组成机构分为两大类：平面机构空间机构机构是由构件和运动副两个要素组成的第二章机构的结构分析

1.构件

构件是指作为一个整体参与机构运动的刚性单元体。一个构件，可以是不能拆开的单一零件，也可以是由若干个不同零件装配起来的刚性体。第二章机构的结构分析

构件与零件的区别：零件是从制造加工角度提出的最小单元概念，即零件是制造加工的最小单元，是组成机器最基本的、不可再拆分的单元。构件则是从运动和功能实现的角度提出的最小单元概念，即构件是最小的独立运动单元，从运动角度讲，构件是一个刚体。第二章机构的结构分析

2.运动副

两构件间的直接接触而又能产生一定相对运动的活动连接称为运动副。第二章机构的结构分析

两构件上参与接触而构成运动副的部分称为运动副元素。

构件之间的接触不外乎点、线、面三种形式，运动副元素也不外乎是点、线、面。第二章机构的结构分析

对运动副的理解要把握以下三点：（１）运动副是一种联接（接触）；（２）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。可以说：机构是由运动副逐一联接各个构件组成的。第二章机构的结构分析

一个构件在三维空间自由运动时，有6个自由度：沿三个坐标轴的移动绕三个坐标轴的转动。两构件间的运动副所起的作用就是限制构件间的某些相对运动，这种相对运动的限制作用称为约束。若运动副的自由度用f表示，约束用s表示，则自由度和约束的关系为：。第二章机构的结构分析

3.运动副的分类1）根据运动副所引入的约束数分类

引入一个约束称为Ⅰ级副，引入两个约束称为Ⅱ级副，依次类推，还有Ⅲ级副、Ⅳ级副，最末为Ⅴ级副。第二章机构的结构分析

第二章机构的结构分析

2）根据组成运动副的两运动副元素的接触情况分类

运动副元素以点或线接触的运动副称为高副，运动副元素以面接触的运动副称为低副。球面高副柱面高副第二章机构的结构分析

球面低副移动副转动副第二章机构的结构分析

3）根据组成运动副的两个构件的相对运动形式分类两构件之间的相对运动为转动的运动副称为转动副（回转副、铰链），相对运动为移动的运动副称为移动副，相对运动为螺旋运动的运动副称为螺旋副，相对运动为球面运动的运动副为球面副。螺旋副第二章机构的结构分析

两构件间相对运动的平面平行，则称为平面运动副，否则称为空间运动副。平面运动副，它只有转动副、移动副（统称为低副）和平面高副三种形式。第二章机构的结构分析

平面高副是两构件以点或线的形式相接触而形成的运动副，这种运动副允许两构件在接触点A绕垂直于平面的Z轴作相对转动和沿切线t-t方向作相对移动，而只约束掉沿着轮廓线接触点A公法线方向的移动自由度。第二章机构的结构分析

运动副必须始终保持接触。若借助于构件的结构形状所产生的几何约束来封闭的运动副称为几何封闭运动副。若借助于重力、弹簧力、气液压力等来封闭的运动副称为力封闭运动副，如凸轮机构。第二章机构的结构分析

4.运动链两个以上构件通过运动副的连接而构成的可相对运动的系统称为运动链。

闭式运动链开式运动链

第二章宴机构略的结构静分析5.机难构如将运蜜动链中蚊的某个必构件固它定，使堂之成为分机架，幕而让另克一个或听几个构堪件按给测定的运欲动规律填相对于廉固定构嚷件运动垒，其余款构件都逐随之具仗有确定乡丰的相对牙运动，兽则这个移运动链累即成为怒机构。机构中螺按给定构运动规妙律运动吸的构件吹称为主界动件，随主动件京运动的构疤件称为从酱动件。第二章走机构姻的结构惠分析第三节伞机构坚运动简能图第二章粉机构桶的结构答分析在研究接机构的正运动时准，只需劫按规定钉符号表闲示运动唱副、常计用机构血、及一距般构件损，并按袜一定的谅比例尺港表示机县构的运棍动尺寸梁和运动贞副的位楼置，绘咏制表示斩机构各盲构件间酒相对运描动关系熟的简化置图形，蔑将机构肃的运动登传递情页况表示美出来，亏这种图伴形被称闭为机构含运动简掘图。第二章烦机构苦的结构塔分析第二章窗机构的结馒构分析第二章总机构帽的结构耳分析绘制机构际运动简图眉的步骤：1）确店定机构皇的原动耐件和执贺行件，骨两者之薄间为传便动部份纤，确定翁出组成蜻机构的滔所有构点件，确葱定出构述件间运迁动副的神类型。2）恰潮当地选智择投影波面，将仍机构运是动简图擦表示清由楚。3）选择裹适当的比漫例尺（μ或＝实际尺呈寸/图示页尺寸），爆定出各运服动副之间劝的相对位伸置，用规火定的符号裳画出各类蚂运动副，妥并将同一俊构件上的化运动副符笑号用简单研线条连接着起来，这晒样便可绘犁制出机构链的运动简观图。第二章神机构的结篇构分析例1：滋图示为户一颚式桥破碎机五，当曲臭柄1绕歇轴心O诸连续回土转时，齿动颚板载5绕轴悠心F往除复摆动滋，从而杯将矿石侮轧碎，达试绘制扇此破碎瓶机的机邻构运动幅简图。第二章峰机构堵的结构砌分析4321FO6CBDEA5第二章域机构的结侄构分析例2：绘潜制图示牛盯头刨床机沙构的运动沉简图。第二章墓机构颠的结构递分析第二章乏机构的结饺构分析例3：绘巷制图示活示塞泵的机惨构运动简帆图。第二章贸机构扑的结构若分析第四节抽机构具有京确定运动跌的条件ABCDAEBCD第二章携机构的结饰构分析机构的敬自由度傲：机构刻具有确蒸定运动研时所必秋须给定摆的独立乖运动参排数的数咐目，摸用F表娱示。为了使设机构具六有确定枪的运动箭，则机德构的原愤动件数泊目应等雪于机构建的自由帖度的数浑目，这猎就是机爪构具有绝确定运墙动的条跑件。第二章怨机构途的结构白分析讨论：1231）若机旱构自由度雪F≤0，华则机构不隙能运动（近桁架）。2)若Ｆ>0且扮与原动是件数相将等，则葡机构各吗构件间丽的相对络运动是穗确定的使；这就形是机构骂具有确灭定运动址的条件蛙。第二章痰机构址的结构埋分析3)戚若Ｆ>0，趁而原动策件数<F，则构洽件间的济运动是梁不确定达的；4）若Ｆ>0，而她原动件数送>F，则构释件间不肢能运动病或产生深破坏。机构具有客确定运动至的条件：御机构的自挤由度数目浑应等于机甚构的原动渴件数目，木且自由度店大于0。第二章糖机构的结跨构分析第五节卸机构乡丰自由度办的计算θ(x,y)F=3yx在平面机润构中，各惊构件只作懂平面运动格。一个作平姓面运动的楚自由构件舍（刚体）灭，具有三苗个自由度遵：沿X轴及矩Y轴的移她动和绕与扰运动平面瓦垂直的轴摘线转动。第二章北机构的结顾构分析Syx12xy1212yxθR=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2第二章捏机构计的结构查分析平面机构迈共有n个活动构件债，3n母个自由宪度。倒若各构艰件之间播共构成勤PL个低副和勺PH个高副，嫂则共引入却了（2PL+PH）个约擦束。机构的自犹由度F：第二章闸机构扰的结构许分析例4：例搅1中颚式告破碎机的伶自由度。4321FO6CBDEA5第二章硬机构志的结构塌分析例5：拌例2牛柜头刨床佣的自由则度。第二章牛机构拘的结构净分析例6：弃求只有砖一个原护动件的上五杆机躲构的自劳由度。AEBCD第二章惹机构的结懂构分析例7：例胀3中活塞傅泵机构的塘自由度。第二章驼机构的结企构分析第六节妖计算平面纺机构自由倚度时应注材意的事项第二章命机构的结字构分析例8：计置算圆盘锯符机构的自紧由度。？第二章们机构蚕的结构项分析1.复合划铰链两个以上俱构件在同厉一处以转尿动副的形朝式相连接甚，所组成尿的转动副笨称为复合页铰链。若有m祖个构件三在一处哭构成复侮合铰链轧，则其幻玉所构成榨的转动属副数应尼为m-甲1个。第二章两机构的结僚构分析在上例铺的圆盘侦锯机构当中，在挺A、B剑、C、世D处都创是3个孙构件组培成的复散合铰链身，故在垒这四处阀各具有将两个转傍动副。7个活说动构件罚，10坛个转动偶副，根脆据公式轻，该机拘构的自鼠由度为婆：第二章劲机构霞的结构罚分析例9：计弯算图示凸四轮机构的却自由度。左图凸轮笔机构，活鞭动构件数棕为3，3借个低副，肌1个高副生，自由度途为：？右图凸轮大机构，滚硬子与推杆巾连成一体在成为一个烧构件，这丸时，活动扁构件数为老2，2个订低副，1隶个高副，纤自由度为扁：第二章池机构刑的结构摘分析2.局弃部自由莫度不影响旧整个机毫构运动锹的自由盼度，称身为局部甩自由度券。在计算机敏构自由度具时，局部春自由度应匠当舍弃不束计。即有版公式：上例左图娘中的凸轮炼机构，由池1个局部交自由度，名此时机构酸的自由度吊应为：为局部自过由度数目幕。为了防止宝计算差错离，在计算孕自由度时第，也可以利设想将产柿生局部运野动的构件江与其连接剥的构件视挤为焊接在僚一起，以鸦达到消除墓局部自由抛度的目的贤。第二章源机构搏的结构葵分析3.虚异约束在机构中铺，有些约善束所起的握限制作用厕可能是重冶复的，这朴种不起独菌立限制作访用的约束应称为虚约艺束。MN与A缴B、CD断平行且相痛等？第二章洞机构努的结构芳分析在计算机搅构自由度辨时，因从识机构的约饼束数中减里去虚约束失数，若设扶虚约束数津目为，则这率时机构碧的自由回度为：上例的飞自由度刊为：也可以里将产生约虚约束科的构件和运矩动副去掉，鉴然后再渔按以前室公式计递算：第二章馒机构的结嫂构分析机构中的薯虚约束常仿发生在以汽下几种情婶况：1）移怠动副导娃路平行当两构斩件组成贱多个移处动副，元且其导慎路相互口平行或树重合时选，则只散有一个扎移动副未起约束身作用，钱其余都撕为虚约桶束。第二章稻机构臭的结构固分析2CAB134第二章毯机构的结夕构分析2)转晴动副轴闲线重合当两构件匆构成多个住转动副，剑且轴线相幅互重合时材，则只有执一个转动施副起作用穷，其余转滥动副都是乎虚约束。第二章弓机构玩的结构港分析3)轨冤迹重合如果机苗构中两和活动构乓件上某交两点的欲距离始搏终保持净不变，凤此时若述用具有您两个转牺动副的哭附加构凳件来连铺接这两卷个点，亩则将会速引入一伯个虚约瞎束。第二章冬机构的结夸构分析椭圆仪膏机构，确AB=桥BC=款BD，血AD与慕AC垂度直，构拨件2上快的C点套与构件谊3上的纤C点皆恶沿X轴窄运动，璃轨迹重晓合，此楼处的转兔动副和风移动副御为虚约秆束。第二章糕机构帜的结构墓分析4）机构欺中对运动胸起重复限怀制作用的左对称部分也往往会以引入虚约简束也可以惕去掉产渗生虚约蹦束的构尊件和运鬼动副，惹再进行市自由度盆计算：第二章迅机构的结披构分析5)如果您两构件在傅多处接触洽而构成平面高副，且在孔接触点窜处的公法线竞彼此重卖合,则只能蝇算一个平无面高副。如果两构亩件在多处于相接触所毒构成的平愈面高副，惧在各接触膛点处的公慨法线方向肢彼此不重幼合，就构戚成复合高蛮副，它相跟当于一个想低副（转贡动副或移峰动副）。第二章象机构的结短构分析机构中启的虚约链束都是雹在一定执特定的老几何条积件下出攻现的，举如果这畜些几何以条件不疯满足，肺则虚约箭束就会傍变成实请际有效梨的约束沙。第二章顾机构的结鲁构分析例10：颂计算大筛索机构的自鸣由度。MH第二章斤机构的结蔑构分析例11（茅P17例似2-8）杰：计算包缩慧装机送纸指机构的自抖由度，并深判断该机舅构是否具稠有确定的汤运动。例12仪试审伏查图示旺简易冲匆床的设笼计方案蛙简图是富否合理练？为什捎么？如申不合理梯，请绘走出正确库的机构卸简图。可将机构沟简图修改恋为：F=3n昌–2润Pl–Ph=3×3-2艇×4-1=0F=3n侵–2苏Pl–Ph=3×4-2偷×5-1=1第二章源机构堤的结构野分析例13计算图艇示机构械的自由钥度，已属知：汪DE=言FG=里HI，疤且相互乐平行；兄DF=燃EG，批且相互讯平行；碗DH=来EI，最且相互稀平行。漫如有复缴合铰链岔、局部序自由度缝和虚约厌束，需佣明确指爹出。画询箭头的谎构件为奔原动件夜。解：分析局部自由度1个虚约束复合铰链局部自由度1个虚约束复合铰链n=8F=3n-2Pl-Ph=38-211–1=1Pl=11Ph=1第二章怒机构春的结构委分析例14：额计算图所辛示机构的拳自由度委(若存在惹局部自由哭度、复合朋铰链、虚水约束请标犯出）。F＝3n爱－2PL－PH＝3－2－8111＝1例15丈：如图所示旋,已知盒HG=I歼J,且相刃互平行；屯GL=J断K，且相尤互平行。纷计算此机瓶构的自由珠度(若涛存在局部银自由度、劈燕复合铰链刃、虚约束氏请标出）阔。去掉机架和原动件,余下姻的是从动件盾系统，它的F点=0宅。最简单的戒、不可再鼻分的、自黑由度为零跨的构件组称为基本杆徐组。第二章旷机构的结彻构分析第七节深平面亚机构的紧组成原辱理、结系构分类耍及结构辨分析1.平然面机构踩的组成蕉原理机架原动件从动件组第二章塑机构顿的结构朴分析从动件熟组当把该淋机构的按机架和蒸原动件赵拆去后刘，则余读下的从驳动件组联为：这个从取动件组师的自由伴度为零阳，即：这个从童动件组那还可以阵分解成裙若干个质更简单沈的、自本由度等裂于零的啦从动件嚼组。第二章矮机构练的结构耻分析分解？？？？还能进一步分解吗？还能进一步分解吗？第二章诞机构储的结构浇分析这样的睁从动件怕组已经只不能进锄一步分蹄解成更壮简单、召自由度群为零的状从动件诞组。通常把幻玉这样的抽从动件关组称为楚：基本杆组基本杆组径的概念非约常重要，怖它是机构枕分析的重谅要的理论香基础。第二章澡机构的结湖构分析任何机版构都包挪含有机甘架、原帝动件和屡从动件埋系统。通所以机排构可以发看成由喜若干个姜基本杆搜组依次朵连接于原动件和机架上所组恢成的系肃统，这史就是机构的顾组成原校理。第二章疑机构辟的结构泥分析根据上姨述原理满，当对辨现有机牧构进行姐运动分久析或动贞力分析富时，可支将机构消分解为邀机架和特原动件畏以及若夕干个基抹本杆组乞，然后赚对相同冈的基本直杆组以摇相同的哗方法进陪行分析看。当设计一碍个新机构哈的机构运往动简图时疫，可先选壳定一个机仅架，并将促数目等于萄机构自由歉度数的F括个原动件龙用运动副罚连于机架削上，然后乳再将一个勿个基本杆丧组依次连迫于机架和住原动件上遗，从而就宵构成一个酿新机构。E4F523BCD61A1A623BCDE4F5如果基本夫杆组的运铜动副全为焦低副，则陆基本杆组泉自由度的浆计算公式济为：由于活倚动构件别数n和低副数PL都必须是劈燕整数，所洪以n应是２香的倍数，PL应是３恭的倍数。这也就是也说，在一鲁个基本杆谢组中，其予构件数和屡低副数有蜘以下关系屈：n=2,PL=3或n=4,PL=6或n=6,PL=92.平面语机构的结省构分类第二章捷机构的结巡寿构分析最简单的幸平面基本尚杆组是由塔两个构件充三个低副坛组成的杆寨组，称之株为Ⅱ级杆柏组。Ⅱ级杆组是机构中最常见的一类基本杆组Ⅱ级杆组有以下五种形式：（１）RRR杆组（２）公RRP同杆组第二章秤机构加的结构趴分析（３）踩RPR百杆组（４）孤PRP虾杆组（５）R抗PP杆组第二章丝式机构娱的结构将分析除Ⅱ级杆观组外，烛还有Ⅲ千、Ⅳ级周等较高体级的基吃本杆组秋。由4个构猾件和6个张低副组成油的，其中地具有三个遮内运动副狐组成的闭耗廓的杆组震称为Ⅲ级房诚杆组。第二章扯机构的结贸构分析具有由四璃个内运动者副组成的论闭廓的杆络组称为Ⅳ受级杆组。第二章溉机构音的结构织分析（在同一蠢机构中可继以同时包妖含不同级旧别的基本树杆组），椅把机构中贞包含的基曾本杆组的最高级数称为该机构的傍级数。第二章序机构签的结构拳分析平面机悬构的结赞构分析皮的步骤及：1)晃计算死机构的假自由度铅并确定响原动件堵。（先去除贷局部自由俘度和虚约至束）2)薄拆杆寻组。从远离炮原动件讲处开始秒→Ⅱ级盼（不行舍）→Ⅲ爬级→直傲到只剩茂Ⅰ级（堵每拆出巩一个杆飘组后，储剩下的适仍能组偶成机构主，且耀F不变课）3）确定术机构的级奴别。第二章捆机构校的结构糖分析3.平面培机构的结木构分析Ⅲ级机构例16呀：确定勿如图八伏杆机构分的级别。第二章炒机构的结沈构分析例17：洋计算图示答机构自由唐度，并确末定机构的甩级别。F＝3n凭－(2PL＋PH)＝３×５压－２×７富＝１Ⅱ级机拼构.第二章棒机构的结商构分析例18：屯如图所示灵颚式破碎伶机，确定浙该机构的樱级别。1、计算沈机构的自等由度F=蔬3×网5－2使×7渴=12、拆喇杆组4杆6副曲，但非三哄级杆组，兆可再拆II级杆限组3、确定戚机构的级币别：Ⅱ级机构注意：同一机欺构，原舰动件不例同拆出雕的杆组肉不同，拼机构的练级别也鞭不同。+III级猜杆组III级颂机构第二章槐机构仗的结构杂分析例19搅：确定蛇图示机别构的级架别。（１）计坝算自由度惨（构件1贤为原动件吴）F=3×芝7－2×币10－0嫌=1（2）水拆杆组距：（3）见确定级富别：Ⅲ腰级机构英。第二章血机构安的结构盛分析将原动微件改为方构件８第二章龄机构捞的结构类分析Ⅱ级机构高副低代远的条件是：1）代替断前后机构给的自由度该完全相同秩。2）代度替前后址机构的旁运动状傅况（位会移，速把度，加除速度）鼻相同。4.平面浇机构中的夜高副低代第二章披机构的结杆构分析为了使奶平面低似副机构俯的结构六分析和俩运动分衫析方法滋能适用汪于含有搜高副的枪平面机洋构，可谋根据一危定的约吓束条件乳将平面贪机构中缎的高副舒虚拟地疼用低副园代替，伟即为高及副低代惭。高副两直元素均铁为圆弧AK2K1Br2r11212分析：高副：提牛供1个约束低副：提告供2个约束不能直接谣用低副来校代替，如疑何进行高事副低代？AK2K1B1212第二章偶机构煤的结构驴分析结论：用一个含金有两个低瓦副的虚拟扛构件来代狼替高副，恳且两低副恒位置分别炕在两高副卷两元素接扒触点处的隶曲率中心呼。（一杆两狗副）K2K1r2