机械原理 CH02学习资料

机械原理TheoryofMechanismsandMachines主讲教师:崔学政机电工程学院第二章机构的结构分析structureanalysis§2-1

机构的组成一.零件与构件零件element--制造单元体；构件member--运动单元体。气缸体连杆体连杆头曲轴齿轮活塞构件—零件组成构件活动构件固定构件—机架frame任何机构必须有，且只能有一个机构mechanism—由构件组成机构平面机构空间机构机构与机器

mechanismandmachine

机械系统

mechanicalsystem概念关系零件构件机构机器(机器+机构)机械一个或多个二个或多个

机架一个或多个一个或多个二.运动副pair运动副--两构件直接接触而构成的可动联接1、平面运动副planarpair2、空间运动副spatialpair按其接触形式分高副：点、线接触低副：面接触1、平面运动副planarpairHigherpair低副转动副（回转副或铰链）移动副SlidingpairRevolutepairLowerpair2、空间运动副spatialpair点高副球面副螺旋副圆柱副等3、运动副封闭形式Form-closedpair形封闭Force-closedpair力封闭4、运动副符号各种常用运动副模型symbols三、运动链kinematicchain

闭式开式平面闭式运动链空间闭式运动链平面开式运动链空间开式运动链OpenedchainClosedchain四.机构mechanism机构－－运动链固定一个构件为机架后构成机构机架frame原动件motivemember从动件drivenmember平面铰链四杆机构

平面机构\空间机构空间铰链四杆机构机架原动件从动件机架从动件原动件§2-2

机构运动简图kinematicscheme机构运动简图—简单线条与符号按比例（Scale）表示机构各构件相对运动关系一、机构示意图--不严格按比例绘制(1)构件表示

(2)运动副表示(3)常用机构表示（2）选定视图、比例尺（3）画运动副和机构符号机构运动简图的绘制步骤：（1）搞清机械的构造二、游梁式抽油机主机构比例ScaleProceduresofdrawingkinematicdiagram机构运动简图§2-3平面机构自由度的计算freedom前述研究:零件、构件、机构、机器、运动副等现在研究:机构的自由度、确定运动问题xyA一个构件—3活动构件数---n构件总自由度---3n一、构件自由度freedom定义:构件独立运动参数Thenumberofindependentmotionofalink二、运动副约束constraint1\低副转动副、移动副低副----二个约束所有低副约束总数：低副个数：、高副凸轮副齿轮副2平面高副一个约束高副个数所有高副约束总数F＝3n－(2pl＋ph)三、机构自由度机构自由度:机构具有确定运动时所给定独立运动数目机构自由度=构件总自由度—运动副总约束四平面机构自由度计算举例（1）铰链四杆机构F＝3n－(2pl＋ph)＝3×3－2×4－0＝1（2）曲柄滑块机构F＝3n－(2pl＋ph)＝3×3－2×4－0＝1（3）三角形结构F＝3n－(2pl＋ph)＝3×2－2×3－0＝0刚性桁架(4）铰链五杆机构F＝3n－(2pl＋ph)＝3×4－2×5－0＝2(5）凸轮机构＝3×2－2×2－1×1＝1F＝3n－(2pl＋ph)§2-4

机构具有确定运动的条件例1铰链四杆机构例2

铰链五杆机构给定机构一个独立运动，运动确定；给定机构两个独立运动，最薄弱环节损坏。给定机构一个独立运动，运动不确定；给定机构两个独立运动，运动确定。

结论：机构的原动件数目M应等于机构的自由度数目FM=FConditionsforamechanismtohavedeterminedmotion§2-5计算机构自由度注意事项(1)复合铰链CompoundhingesMattersneedingattentionwhencalculatingF(1)复合铰链Compoundhinges复合铰链复合铰链例

滚子推杆凸轮机构F＝3n－(2pl＋ph)－F′F＝3×3－(2×3＋1)－1＝1(2)局部自由度-----方法1Partial(Local)freedomF＝3n－(2pl＋ph)=3×3－(2×3＋1)=2局部自由度解F＝3n－(2pl＋ph)F＝3×2－(2×2＋1×1)=1方法2—固化滚子

例

平行四边形机构F＝3n－(2pl＋ph)＝3×3－(2×4＋0)＝1（3）虚约束Redundant(Formal)constraint虚约束问题例

平行四边形机构F＝3n－(2pl＋ph)＝3×4－(2×6＋0)＝0解释:处理方法:去除虚约束常发生的几种情况

椭圆仪机构平行四边形机构虚约束应用实例－解决转向不确定虚约束对机构工作性能的影响（1）虚约束作用（2）虚约束负面作用自由度计算举例电锯机构课堂讨论：流水线上阻挡工件前进的机构，气缸运动能否实现摆杆运动？如果不能,如何修改?§2-6平面机构的组成原理、结构

分类及结构分析一、平面机构的组成原理（1）机架与曲柄（原动件）－电动机机构（简单机构）Compositionprincipleofmechanism（2）机架、曲柄（原动件）＋两杆－－曲柄摇杆机构（2）机架、曲柄（原动件）＋两杆－－曲柄摇杆机构（3）机架、曲柄（原动件）＋两杆＋连杆滑块－－惯性筛机构简单机构递增杆组组成更复杂机构简单机构递减杆组复杂机构

不能再拆,自由度为零的构件组.二杆组bargroup

1）基本杆组：Assurgroups

机构由若干基本杆组连接于原动件和机架2）机构组成原理：Compositionprincipleofmechanism=++1234567

例

颚式碎矿机crusher—四杆式例

颚式碎矿机—六杆式例

颚式碎矿机

注意

在杆组并接时，不能将同一杆组的各个外接运动副接于同一构件上，否则将起不到增加杆组的作用。3）基本杆组条件3n－2pl－ph＝0全为低副杆组的条件3n－2pl＝0或n/2＝pl/34）基本杆组的基本类型(1)Ⅱ级杆组(2)Ⅲ级杆组杆组级别不同分析方法不同GradeIIIAssurgroupGradeIIAssurgroup三.平面机构的结构分析了解机构组成，确定机构级别。1）计算机构自由度，确定原动件；

2）从远离原动件的构件先试拆Ⅱ级组，若不成；再拆Ⅲ级组，直至剩下原动件和机架3）确定机构级别。破碎机机构结构分析：1）取机构1为原动件