机械原理-机构的的组成及结构分析-课件

第2章机构的结构分析§2－1

机构结构分析的内容及目的§2－2

机构的组成§2－3

机构运动简图§2－4

机构具有确定运动的条件§2－5

平面机构自由度的计算§2－6

自由度计算中的注意事项§2－7

机构的组成原理及其结构分析分析§2－1

机构结构分析的内容及目的1.研究机构的组成及其机构运动简图的画法3.机构的组成原理、机构分类及结构分析

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。。2.机构具有确定运动的条件

机构的自由度计算；机构具有确定运动的条件。▲弄清机构包含哪几个部分;▲各部分如何相联？

▲机构运动简图绘制。1.构件(Link)－独立的运动单元内燃机中的连杆§2－2机构的组成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。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、IV级副、V级副。I级副II级副III级副IV级副V级副1V级副2V级副32)按相对运动范围分有：平面运动副－构成运动副的两构件是平面运动平面机构－所有构件在同一或相互平行平面运动。空间运动副－构成运动副的两构件是空间运动例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。空间机构3)按运动副元素分有：

①高副－点、线接触②低副－面接触例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。例如：转动副（回转副）、移动副。常用运动副的符号运动副名称运动副符号两运动构件构成的运动副转动副移动副121212121212121212两构件之一为固定时的运动副122121平面运动副12121212平面高副螺旋副21121221211212球面副球销副121212空间运动副121212

闭式链、3.运动链运动链－两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。工业机器人

开式链若干1个或几个1个4.机构能够用来传递运动和动力的可动装置。机架－作为参考系的构件，如机床床身、车辆底盘、飞机机身。机构的组成：机构＝机架＋原动件＋从动件原（主）动件－按给定运动规律运动的构件。从动件－其余可动构件。§2－3机构运动简图机构运动简图－用规定的符合并按一定的比例尺绘制的用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形。作用：1.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。机构示意图－不按比例绘制的简图构件的表示方法:一般构件的表示方法杆、轴构件固定构件同一构件三副构件两副构件一般构件的表示方法注意事项:画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。常用机构运动简图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图应满足的条件：

1.构件数目与实际相同2.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成比例。棘轮机构内啮合圆柱齿轮传动绘制机构运动简图的步骤5.检验机构是否满足运动确定的条件。举例：绘制破碎机和偏心泵的机构运动简图。1.构件及其成副分析：分析机构的构件个数；那些构件之间成副，确定运动副的类型和数量。2.机构运动尺寸的测绘：测量出同一构件运动副间相对位置尺寸3.选择合适的比例尺μl

和恰当的视图

μl

=实际尺寸m/图上长度mm4.先确定机架位置(跟机架相连的运动副)，然后用规定的符号从原动件开始，沿传递路线依次绘出机构的运动简图。最后标出运动副的符号、构件符号并用箭头标出原动件。1234561-2转动副2-3转动副2-4转动副4-5转动副3-6转动副5-6转动副1-6转动副1234绘制图示偏心泵的运动简图偏心泵1-2转动副2-3移动副3-4转动副1-4转动副1234偏心轮§2－4机构具有确定运动的条件给定S3＝S3(t)，一个独立参数θ1＝θ1（t）唯一确定，该机构仅需要一个独立参数。

若仅给定θ1＝θ1（t）,则θ2θ3θ4均不能唯一确定。若同时给定θ1和θ4

，则θ3θ2

能唯一确定，该机构需要两个独立参数。S3123S’3θ11234θ1θ4原动件－能独立运动的构件。∵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：自由度＝原动件数自由度定义：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。§2－5机构自由度的计算作平面运动的刚体在空间的位置需要三个独立的参数（x，y,θ）才能唯一确定。yxθ(x,y)F=3单个自由构件的自由度为3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。运动副自由度数约束数回转副1（θ）+2（x，y）=3θyx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2结论：构件自由度＝3－约束数移动副1（x）+2（y，θ）=3高副2（x,θ）+1（y）=3活动构件数构件总自由度低副约束数高副约束数

n3×n2×PL1

×Ph(低副数)(高副数)

计算公式：

F=3n－(2PL+Ph)要求：记住上述公式，并能熟练应用。举例：①计算曲柄滑块机构的自由度。123解：活动构件数n=3低副数PL=4F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1

高副数PH=04②计算五杆铰链机构的自由度。1解：活动构件数n=4低副数PL=5F=3n－2PL－PH

=3×4－2×4=2

高副数PH=05234③计算图示凸轮机构的自由度。1解：活动构件数n=2低副数PL=2F=3n－2PL－PH

=3×2－2×2－1=1高副数PH=123§2－6自由度计算中的特殊问题12345678ABCDEF④计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数n=7低副数PL=6F=3n－2PL－PH高副数PH=0=3×7－2×6－0=9计算结果肯定不对！圆盘锯机构1）复合铰链－－两个以上的构件在同一处以转动副相联。计算：m个构件,有m－1转动副。1.要正确计算运动副的数目上例：在B、C、D、E四处应各有2个运动副。12345678ABCDEF④计算图示圆盘锯机构的自由度。解：活动构件数n=7低副数PL=10F=3n－2PL－PH

=3×7－2×10－0=1可以证明：F点的轨迹为一直线。2）两构件构成多个移动副，且导路平行。

两构件构成多个转动副，且同轴。

两构件构成高副，两处接触，且法线重合。如等宽凸轮W注意：法线不重合时，变成实际约束！相当于转动副相当于移动副⑥计算图示两种滚子凸轮机构的自由度。解：n=3，PL=3，F=3n－2PL－PH

=3×3－2×3－1=2PH=1对于右边的机构，有：

F=3×2－2×2－1=1事实上，两个机构的运动相同，且F=112312滚子凸轮机构2.局部自由度F=3n－2PL－PH－FP

=3×3－2×3－1－1=1本例中局部自由度FP=1或计算时去掉滚子和铰链：F=3×2－2×2－1=1定义：构件局部运动所产生的自由度。出现在加装滚子的场合，计算时应去掉Fp。滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。12312解：n=4，PL=6，F=3n－2PL－PH

=3×4－2×6=01234ABCDEFPH=03.虚约束－－对机构的运动实际不起作用的约束。计算自由度时应去掉虚约束。∵FE＝AB＝CD，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧，。增加的约束不起作用，应去掉构件4。⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形机构的自由度。重新计算：n=3,PL=4,PH=0F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1E123ABCD特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：AB＝CD＝EF⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形机构的自由度。虚约束出现虚约束的场合：

1）两构件联接前后，联接点的轨迹重合，如平行四边形机构，火车轮椭圆仪等。2）运动时，两构件上的两点距离始终不变,此时用两个转动副构件来连接这两个点，则会引入虚约束。3）对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。虚约束的作用：①改善构件的受力情况，如多个行星轮。②增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。③使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的!⑧计算图示包装机送纸机构的自由度。n=6，PL=7，F=3n－2PL－PH

=3×6－2×7－3=1局部自由度2个虚约束1处,构件8复合铰链:位置D，2个低副PH=3分析：1.基本杆组

最简单的F＝0的构件组，称为基本杆组。F=1F=0§2－7机构的组成原理、结构分类及结构分析一、平面机构的组成原理设基本杆组中有n个构件，则由条件F＝0有：

F＝3n－2PL－Ph＝0PL＝3n/2(低副机构中Ph＝0)

∵PL

为整数，∴n只能取偶数。

n＝24n>4运用较少!PL

＝361）n=2的杆组称为Ⅱ级杆组，共有5种类型。2）n=4（PL＝6）称为Ⅲ级组，有以下三种类型:结构特点：其中一个构件有三个运动副。典型Ⅱ级组：3）IV级组。结构特点：有两个三副杆，且4个构件构成四边形结构。7举例：1324568任何一个平面机构都可以认为是若干个基本杆组依次连接到原动件和机架所组成的-机构的组成原理。

结论：将两个基本杆组依次连接于机架和原动件上，构成了该八杆机构。内端副－－杆组内部相联。外端副－－与组外构件相联。必须强调指出：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：二、平面机构的结构分类机构按所含最高杆组级别命名，如Ⅱ级机构，Ⅲ级机构等。注意：机构的