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1、第一章 机构结构分析,主要内容：,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 机构自由度的计算1-6 计算平面自由度时应注意的事项 1-7 平面机构的组成原理和结构分析,基本要求:,1、熟练掌握机构运动简图的绘制方法。能够将实际机构或机构的结构图绘制成机构运动简图；能看懂各种复杂机构的机构运动简图；能用机构运动简图表达自己的设计构思。2、掌握运动链成为机构的条件。3、熟练掌握机构自由度的计算方法。能准确识别出机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约束，计算机构自由度。4、掌握机构的组成原理和结构分析的方法。了解高副低代的方法；会判断
2、杆组、杆组的级别和机构的级别；,11 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,2.绘制机构运动简图和自由度的计算 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？,3.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、构件和零件 机构是由具有确定运动的单元体组成的，这些运动单元体成为构件；传递运动和力或者导引构件上的点按给定轨迹运动的机械装置。,独立的运动单元,独立的制造单元,运动副,1-2 机构的组成,缸体,活塞,连杆,曲轴,曲柄连杆机构,齿轮系,凸轮机构,
3、零件连杆体1、连杆头2、轴套3、轴瓦4和5、螺杆6、螺母7、开口销8,构件连杆,观看下图机构并思考问题：,曲柄滑块机构具有确定运动的机构是怎样组成的？为什么各活动部分既能相互连接又能保持有相对运动？,2.运动副（kinematic pair）,a)两个构件、b)直接接触、c)有相对运动,（1）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,转动副,齿轮副,移动副,（2）运动副元素(elements of pair)直接接触的部 分（点、线、面）例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。,作者：潘存云教授,（3）运动副的分类,1）按两构件的相对运动形式分类 平面运
4、动副(planar kinematical pair)空间运动副(spatial kinematical pair)本章主要介绍平面运动副。,自由度和运动副约束,构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为构件的自由度。,运动副分类 3）,作平面运动的自由构件AB（如图）有几个自由度（即确定AB杆在oxy坐标平面内的位置需要哪几个独立参变量）？,需要（xA,yA,）3个独立参变量，也就意味着构件AB在oxy平面内有3个独立运动的可能性，A点即可沿着x轴和y轴独立移动和构件绕A点转动。结论：作平面运动的自由构件的自由度为3。,作平面运动的自由构件AB（如图）有几个自由度（即确定AB杆在oxy坐标
5、平面内的位置需要哪几个独立参变量）？,那么空间坐标系里有几个自由度？,平面机构的每个活动构件在未构成运动副之前都有三个自由度。当两个构件直接接触组成运动副之后，它们的相对运动就受到限制，自由度随之减少。,运动副对构件的独立运动所加的限制称为约束。不同类型的运动副引入的约束数不同。每引入一个约束,构件就减少一个自由度。而约束的数目及约束的特点取决于运动副的具体形式。,（3）运动副的分类：按引入的约束数分有：（约束（constrain)联接时相对运动所受到的限制）,III级副球与球腕接触,I 级副、II 级副、III 级副、IV 级副、V 级副。引入1个约束 引入2个约束 引入3个约束 引入4个约
6、束 引入5个约束,IV级副,V级副1,V级副2,V级副3,2）按两构件接触的情况，平面运动副常分为低副、高副两大类。,1、低副 两构件以面接触而形成的运动副。,(1)转动副：若组成运动副的两个构件只能在一个平面内做相对转动,则称为转动副,也称铰链。,(2)移动副：若组成运动副的两个构件只能沿轴线相对移动,则称为移动副。,两构件中如有一个构件固定不动,则称为固定铰链；二者均能转动，则称为活动铰链。,平面运动副的分类,(a)固定铰链,转动副、移动副实例,平面运动低副,面接触。2个约束，1个自由度。,2.高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。1个约束，2个自由度。,凸轮副,齿轮副,两个以上构件通过
7、运动副联接而成的系统,闭链,开链,平面运动链空间运动链,3、运动链,闭链开链,运动链,ab 闭链 cd 开链,如果将运动链中的一个构件固定作为参考系，另一个或几个构件按给定的运动规律相对于固定构件运动，若其余构件都具有确定运动时，运动链则成为机构。机构中固定不动的构件称为机架，机构中按给定运动规律运动的构件称为原动件（或称为主动件），其余随原动件运动的构件称为从动件。,机构是由原动件、从动件和机架组成。,机构,运动链成为机构的条件：,（1）选一构件为机架（固定）,（2）确定原动件（一个或数个）,（3）原动件运动时，从动件有确定的运动。,定义：,用规定的符号和线条代表运动副和构件，并按一定比例尺
8、(scale)表示各构件与运动有关的尺寸及相对位置的简明图形称为机构运动简图。,1-3 平面机构运动简图,注意：机构运动简图与原机构具有完全相同的运动特性！,常用平面运动副表示法,齿轮副,凸轮副,构件（杆）,不管构件形状如何，简单线条表示，带短剖面线表示机架。,转动副：,移动副：,运动副的符号,构件和运动副简图表示,带运动副元素的构件,机构运动简图的绘制,1 分析机构的运动。首先认清原动件和机架，然后从原动件起，逐个观察各构件的运动形式，以及相邻两构件的相对运动形式，从而确定运动副类型。2 确定视图平面。（即能充分反映机构的特性）3 选定绘图比例尺。4 从原动件起按规定的简图符号，逐个画出运动
9、副和构件的位置，直至输出运动构件和机架。5 最后用箭头标出原动件的运动方向，运动副用英文字母A，B，C.标注，构件用数字1，2，3，.顺序编号。,例 试绘制内燃机的机构运动简图,1,2,3,4,A,B,C,14,12,23,A14,B12,C234,3,2,4,1,4,内燃机运动简图,例 活塞泵,运动副？,分析：该机构有6个构件和7个转动副。,例题1 绘制如图所示的颚式破碎机主体机构的运动简图,O,A,C,D,F,B,E,1,5,2,3,4,6,例：绘制鄂式破碎机的机构运动简图,机构运动简图(3/6),例题二、图示为一冲床。绕固定中心A转动的菱形盘1为原动件，与滑块2在B点铰接，滑块2推动拨叉
10、3绕固定轴C转动，拨叉3与圆盘4为同一构件，当圆盘4转动时，通过连杆5使冲头6实现冲压运动。试绘制其机构运动简图。,冲床动画,分析：,绘制简图：,练习 牛头刨床,练习 缝纫机,练习 缝纫机脚踏板,例题：绘制图示偏心轮传动机构的运动简图,移动副,平面低副,转动副：构成运动副的两构件只能绕某一轴线作相对转动。,移动副：构成运动副的两构件只能沿某一轴线作相对移动。,转动副,线接触,点接触,平面高副,圆柱副,球面副,球面与圆柱副,螺旋副,圆柱与平面副,原动件 传动部分 执行部分 1-2-3-4-7-8 1-6-5-4-7-8,工作原理,1、分析机械的动作原理、组成情况和运动情况 工作原理2、沿着运动传
11、递路线，分析两构件间相对运动的性质，以确定运动副的类型和数目 转动副：偏心轮1和杆件2 杆件2和杆件3 杆件3和杆件4滑块7和压杆8 槽凸轮6齿轮6和机座9杆件4和滚子5 机座9和偏心轮1齿轮1移动副杆件3和机座9 杆件4和滑块7 压杆8和机座9高副齿轮1和齿轮6 滚子5和槽凸轮6,1/29/2023,1-4 平面机构的自由度,一、平面机构自由度,1、定义：机构中活动构件相对于机架所具有的独立 运动的数目称为机构中自由度。2、计算公式 设某一平面机构，除机架外共有n个活动构件。通过PL个低副和PH个高副联接各构件。n个活动构件在未用运动副联接之前共具有3n个自由度，当用PL个低副和PH个高副联
12、接之后，便受到2PL+PH个约束。故机构自由度，应为活动构件自由度的总数与运动副引入的约束总数之差，即 F=3n-2PL-PH,n个活动构件：自由度为3n。PL个低副：限制 2PL个自由度 PH个高副：限制 PH 个自由度F=3n-2PL-PH,例题计算曲柄滑块机构的自由度。,解：活动构件数n=,3,低副数PL=,4,F=3n 2PL PH=33 24=1,高副数PH=,0,例题计算五杆铰链机构的自由度,解：活动构件数n=,4,低副数PL=,5,F=3n 2PL PH=34 25=2,高副数PH=,0,例题计算图示凸轮机构的自由度。,解：活动构件数n=,2,低副数PL=,2,F=3n 2PL
13、PH=32 221=1,高副数PH=,1,F=3n-2PL-PH=3*7-2*8-4=1,二 平面机构具有确定运动的条件,二、机构具有确定运动的条件,图a所示：n=2 PL=3 PH=0F=3n-2PL-PH=0,各构件间已无相对运动，只构成了一个刚性桁架，因而不能成为机构,图b所示 n=3 PL=5 PH=0 F=3n-2PL-PH=-1,已成为超静定桁架了，也不能成为机构。,如果同时使构件3 也成为原动件，则可以看出，运动链内部的运动关系将发生矛盾，最薄弱的构件将损坏。,说明：要使自由度大于零的运动链成为机构，原动件的数目不可多于运动链的自由度数。,图c所示n=3 PL=4 PH=0F=3
14、n-2PL-PH=1,若取构件1为原动件，则构件1每转过一个角度，构件2和构件3便有一个确定的相对运动，也就是说这个运动链能成为机构。,如果只取构件1作为原动件，则其余三个活动构件2、3、4的运动不能确定，只能作无规则的运动。,说明：要使自由度大于零的运动链成为机构，原动件的数目不可少于运动链的自由度数。,图(d)所示 n=4 PL=5 PH=0F=3n-2PL-PH=2,若同时取构件1和构件4作为原动件，构件2和构件3 具有确定的运动，即该运动链能成为机构。,二、机构具有确定运动的条件,由上可知：1）F0 如原动件数大于机构自由度数损坏 如原动件数小于机构自由度数运动 不确定 综上所述：机构
15、具有确定的运动条件是 机构自由度数大于零，且原动件的数目等于机构的自由度数目。,讨论：,F 0：不能动。,F 0,原动件数自由度：运动不确定。,原动件数自由度：机构不能动。,原动件数=自由度：具有确定的运动。,三、计算机构自由度的注意事项：1,例1：计算图示摇筛机构的自由度：,计算是否正确？摇筛机构中，构件2、3、4同在C 处组成转动副。因此此机构的自由度为：,摇筛机构,摇筛机构C 处侧视图,1.复合铰链,机构自由度计算的注意事项：,解决问题的方法：若有K个构件在同一处组成复合铰链，则其构成的转动副数目应为（K-1）个。,定义：两个以上构件在同一处以转动副相连接，所构成的运动副称为复合铰链。,
16、例题 计算图示圆盘锯机构的自由度。,在B、C、D、E四处应各有 2 个运动副。,解：活动构件数n=7 低副数PL=10,F=3n 2PL PH=37 2100=1,F=37210=1,n=7,Pl=10,机构自由度计算的注意事项：2,2.局部自由度计算机构自由度：,(a)F=2,(b)F=1,图a F=3*3-2*3-1=2,图b F=3*2-2*2-1=1,a,b,局部自由度,解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视为一个构件。,定义：若机构中某些构件所具有的自由度仅与其自身的局部运动有关，并不影响其他构件的运动，则称这种自由度为局部自由度。,局部自由度经常发生
17、的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子；轴承中的滚珠。,3 虚约束,机构自由度计算的注意事项：3,解：n=,4，,PL=,6，,F=3n 2PL PH=34 26=0,PH=0,3.虚约束(formal constraint)对机构的运动实际不起作用的约束。,FEAB 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。,解决方法：计算自由度时应去掉虚约束。,重新计算：n=3,PL=4,PH=0,F=3n 2PL PH=33 24=1,特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,虚约束1虚约束2,机构自由度计算的注意事项3：,3.
18、虚约束 指机构在某些特定几何条件或结构条件下，有些运动副带入的约束对机构运动实际上起不到独立的约束作用。,常见的虚约束：,1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合 将带入一个虚约束。右图机构的自由度是：F=33-24=1，,如平行四边形机构，火车轮、椭圆仪等。,2.两个构件在各处接触构成多个移动副，且移动副方向彼此平行，只能算一个移动副。,3.两个构件在多处配合构成多个转动副，且同轴，只能算一个转动副,常见的虚约束：,4.机构运动过程中，如果两构件上某两点之间的距离始终保持不变，则若用双转动副杆将这两点相连，将带入一个虚约束。右图机构的自由度是：F=33-24=1,常见的虚约束：,5.对运动不起作
19、用的对称部分。如多个行星轮,机构的自由度F=33-23-2=1,常见的虚约束：,6.两构件在多处接触构成平面高副，且各接触点处的公法线彼此重合，只能算一个平面高副,如等宽凸轮,常见的虚约束：,第三节 平面机构自由度的计算,注意：法线不重合时，虚约束将变成实际约束！两个构件在多处接触构成平面高副，但各接触点的公法线方向并不彼此重合，将提供两个约束，即相当于两个平面高副或一个低副。,相当于一个移动副,相当于一个转动副,常见的虚约束：,7 公共约束图示为压力机中常用的斜面机构。当构件1为原动件时，试计算该机构的自由度F=？由于活动构件1和2都只能作移动，共同失去了转动的可能性，也就是有了一个公共约束
20、。这样在“自由状态”时各构件所具有的自由度不再是3，而是3-1=2。同理，原来组成移动副的约束中有一个同公共约束相重复，因此此机构中的每个运动副只引入一个约束。这样计算此斜面机构的自由度公式应为:F=(3-1)n-(2-1)PL=2n-PL=22-3=1.,虚约束的作用,采用虚约束是为了改善构件的受力情况；如多个行星轮。增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮注意：机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约束，而使机构不能运动。,平面机构自由度计算公式,F3n-(2Pl+Ph-P)-F,F 局部自由度数 PH 高
21、副数n 活动构件数 P 虚约束数 PL 低副数 F 局部自由度数,机械设计基础,例:计算图示机构的自由度,并对有关特殊问题进行指明.,局部自由度,虚约束,复合铰链,F3n2PLPH+P-F3 2+-,7,9,1,1,例4,例2,1,2,3,4,5,6,7,8,0,1,F=3n-2PL-PH=3*6-2*8-1=1,例题计算图示包装机送纸机构的自由度。,分析：,活动构件数n：,9,2个低副,复合铰链:,局部自由度,2个,虚约束:,1处,F3n-(2Pl+Ph-P)-F=39（211+3-1）-2=1,例题计算图示包装机送纸机构的自由度。,分析：,活动构件数n：,9,2个低副,复合铰链:,局部自由
22、度,2个,虚约束:,1处,去掉局部自由度和虚约束后：,n=,6,PL=,7,F=3n 2PL PH=36 27 3=1,PH=,3,或F=3n 2Pl Ph=37 292=1,F=3n 2Pl Ph-F=38 2102-1=1,局部自由度,复合铰链,虚约束,n=10,Pl=14,Ph=1,P=1,题1,F=1,例题2,局部自由度,复合铰链,虚约束,n=9,Pl=12,Ph=2,F=1,典型例题 在下图所示机构中，构件AB,EF,CD相互平行且相等，试计算该机构的自由度。,分析：注意机构中的复合铰链、局部自由度及虚约束。,解：去掉机构中的局部自由度和虚约束，则：,1-5 平面机构的组成原理和结构
23、分析,1 平面机构的组成原理2 平面机构的结构分析3 平面机构的高副低代,1 平面机构的组成原理,杆组及其类型任何机构都含有原动件、机架和从动件系统三部分。通常每个原动件具有一个自由度，且原动件数与机构自由度数相等，因此，除原动件和机架外的从动件系统的自由度必为零。从动件系统就是运动链。它还可以再分解成若干自由度为零的最简单的（不可再分解的）组合称为杆组。杆组是组成机构的最小结构单元。显然不同类型的杆组组成了不同的机构。,下图为六杆机构。原动件1由电动机带动绕A转动。如果将原动件1和机架“分离”出来，那么剩余的为从动件系统。,27 机构的组成原理及其结构分类,一、机构的组成原理,a)原动件作移
24、动(如直线电机、流体压力作动筒)。,b)原动件作转动(如电动机)。,1.基本机构 由一个原动件和一个机架组成的双杆机构。,2.基本杆组,定义：最简单的F0的构件组，称为基本杆组。,机构具有确定运动的条件：原动件数自由度。,现设想将机构中的原动件和机架分离出来，则原动件与机架构成了基本机构，其F1。剩下的构件组必有F0。将构件组继续拆分成更简单F0的构件组，直到不能再拆为止。,推论：任何一个平面机构都可以认为是在基本机构的 基础上，依次添加若干个杆组所形成的。,机构的组成原理：机构基本机构基本杆组 组成杆组的构件数和运动副数应满足什么关系才能使杆组的自由度为零？,结论：该机构包含一个基本机构和两
25、个基本杆组，换 句话说，将两个基本杆组添加到基本机构上，构成了该八杆机构。,二、结构分类 设基本杆组中有n个构件，则由条件F0有：F3n2PLPh0 PL3n/2(低副机构中Ph0),PL 为整数，n只能取偶数。,n 2 4 n4 已无实例了!PL 3 6,n=2 的杆组称为级组最简单的杆组由n=2，PL=3组成，此类杆组中每个构件都与两个低副相联，故称为级杆组，简称级组。应用最广而又最简单的基本杆组。共有 5 种类型,n=4（PL6）的杆组有以下四种类型:,以上三种形式称为级组。结构特点：其中一个构件有三个运动副。,典型级组：,第四种形式称为IV级组。结构特点：有两个三副杆，且4个构件构成四
26、边形结构。,内端副杆组内部相联。外端副与组外构件相联。,机构命名方式：按所含最高杆组级别命名，如级机构，级机构等。,必须强调指出：1.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：,2.机构的级别与原动件的选择有关。,举例：将图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。,级机构,以构件6、7为原动件,在同一机构中往往包含有不同级别的基本杆组。由最高级别为级基本杆组所构成的机构称为级机构。由最高级别为级基本杆组所构成的机构称为级机构。而把只由机架和原动件所构成的机构（如杠杆机构、斜面机构等）称为级机构。,1-5 平面机构的组成原理和结构分析,1 平面机构的组成原理2 平面机构的结构分
27、析（即拆杆组）3 平面机构的高副低代,三、对机构进行组成分析就是将给定的机构分解为机架、原动件和杆组，并由此确定机构的级别。它与机构的组成过程恰好相反。对机构进行组成分析、拆杆组的步骤和要领为：,1、计算机构的自由度，确定原动件。,2、从远离原动件的地方开始拆杆组。先试拆 II 级组，当不可能时再试拆 III 级组。（若这个自由度为 0 的构件组还可以继续拆分下去，则拆分到构件数最少的自由度为 0 的构件组为止。）但应注意，每拆出一个杆组后，剩下的部分仍组成机构，且自由度与原机构相同，直至全部杆组拆出，只剩下 I 级机构（基本机构）。,3 在拆分基本杆组时，各个运动副的符号只能出现一次，且在原
28、动件上与基本杆组的连接端不能带有运动副。4 在连接时，同一基本杆组上的多个外接运动副不能与另一基本杆组上的同一构件相连。否则，就不符合机构的组成原理。,对下面机构进行结构分析,对下面机构进行结构分析,对下面机构进行结构分析（杆组拆分）,对下面机构进行结构分析（杆组拆分）,注意,只对低副机构进行结构分析（拆杆组）,1-5 平面机构的组成原理和结构分析,1 平面机构的组成原理2 平面机构的结构分析（即拆杆组）3 平面机构的高副低代,为了便于对含有高副的平面机构进行结构分析，将机构中的高副根据一定的条件用一种虚拟的低副和构件的适当组合来代替。高副低代是瞬时替代。高副低代的替代条件（1）替代前后机构的
29、自由度不变（2）高副低代前后机构的瞬时运动特性（速度、加速度）不变,平面机构的高副低代,高副低代的方法：用一个含有两个低副的虚拟构件来代替高副，且两低副位置分别在两高副两元素接触点处的曲率中心。,高副两元素均为圆弧,n,n,4,永久代替,思考：能否直接用一个低副代换一个高副？为什么？,为使原高副机构的自由度不变，必须用一个构件和两个低副来代换一个高副。,接触点的法线上找出两曲线接触处的曲率中心 K1、K2，用铰链四杆机构O1K1K2O2来瞬时代替原高副机构。,高副元素为非圆曲线,这里的关键问题是该取多长的杆才能保证机构瞬时运动不变？,高副低代的瞬时性,由两任意曲线接触的高副，不同瞬时接触点的两
30、曲率半径不同，虽然都可以用一个虚拟构件和两个低副代换，但虚拟构件的长度随接触C的位置不同而不同，因此低副代换具有瞬时性。,当两高副元素一为直线时，直线的曲率中心趋于无穷远，该转动副演化为移动副。,为了满足高副低化的条件，必须正确地确定机构在瞬时高副接触点处两曲线的曲率中心位置。显然曲率中心的位置同曲线的几何形状有关。,当两高副元素之一为一点时，其曲率半径为零，该转动副就在该点处。,两高副元素分别为直线和点。,常见高副低代类型,本章重点：机构运动简图的测绘方法。自由度的计算。机构的组成原理和结构分析。,本章结束,试对图示机构进行结构分析。,高副低代,拆级杆组,A,拆级杆组,拆级杆组,原动件与机架
31、,此机构为级机构,1、机构中原动件的数目小于机构的自由度数时，则此机构()。A.具有确定的相对运动 B.只能作有限的相对运动C.运动不能确定 D.不能运动2、平面机构中若引入一个高副将带入()个约束，而引入一个低副将带入()个约束。约束数与自由度数的关系是()。3、两个做平面平行运动的构件之间为()接触的运动副称为低副；而为()或()接触的运动副称为高副。4、机构具有确定运动的条件是什么？5、机构运动简图有什么作用？如何绘制机构运动简图？6、何谓构件自由度和运动副的约束？7、在计算机构的自由度时，要注意哪些事项？,复习思考题,1、画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。,习题,（a）(b)
32、(c),2、一简易冲床的初拟设计方案如图。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转；而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图，分析其运动是否确定，并提出修改措施。,(a)(b)(c),3、计算图示平面机构的自由度,4、计算图示平面机构的自由度，判断机构运动是否确定。机构中的原动件用圆弧箭头表示。,(a)(b)(c),内燃机及其机构运动简图,F3n(2plph),36,27,3,1,基本杆组 不能再拆的最简单的自由度为零的构件组称为组成机构的基本杆组。机构的组成原理 任何机构都可以看做是有若干个基本杆组依次联接于原动件和机架上而
33、构成。,自由度为F的机构=F 个主动杆+1个自由度为0的机架+若干个自由度为0的基本杆组,杆组 若基本杆组的构件数为n，低副数为PL 由F3n2PL0，得3n2PL 故 n 2 4 6 PL 3 6 9,级杆组,级杆组,机构的级别取决于其所含基本杆组中的最高级别 如级机构,八杆机构的组成,注意：杆组的全部外接运动副不能都并接到一个构件上，因为这种并接会使杆组与被并接件形成桁架，如图所示，起不到增加杆组的作用。,平面机构的结构分析 将已知的机构分解为原动件、机架和基本杆组，并确定机构的级别。机构分析的目的 了解机构的组成，确定机构的级别。机构分析的过程 把机构分解为基本杆组、机架和原动件。,机构
34、结构分析步骤：1）计算自由度，确定原动件。2）除去虚约束和局部自由度，进行高副低代。3）从远离原动件的构件开始，先试拆级杆组，如不行再试拆级杆组。当拆去一个杆组后，按上述顺序重复进行，直到只剩下机架和原动件为止。4）确定机构的级别。注意：杆组的增减不应改变机构的自由度。,举例,常见级杆组,常见级杆组,常见级杆组,机构自由度计算中有关虚约束的识别。首先要正确掌握虚约束的概念。两个构件形成运动副将引入约束，会对构件的自由度产生限制。如果引入的约束所限制的自由度，已被其它约束限制，则该约束就是虚约束。掌握机构中虚约束常出现的几种情况。当两个构件形成多个移动副，导路又互相平行，或两构件构成多个转动副。
35、而轴线互相重合时，将出现虚约束的情况。要注意是两个构件形成的。,本章难点,平面机构的高副低代,概念：用低副代替高副目的：为了使平面低副机构结构分析和运动分析的方法适用于含有高副的平面机构。高副低代必须满足的条件：1.替代前后机构自由度不变 2.替代前后瞬时速度、加速度不变,方法：用两个转动副和一个构件来代替一个高副，这两个转动副分别处在高副两轮廓接触点的曲率中心。,注意：对于一般的高副机构，在不同位置有不同的瞬时替代机构。经高副低代后的平面机构，可视为平面低副机构。,请高副低代下图所示的机构。,二、平面机构组成原理,任何机构中都包含原动件、机架和从动件系统三部分。由于机架的自由度为零，每个原动
36、件的自由度为1，而机构的自由度等于原动件数，所以，从动件系统的自由度必然为零。1.杆组（阿苏尔组）不可再分的自由度为零的构件组合称为基本杆组，简称杆组。,若杆组中有n个活动构件、pL个低副，则有：,pL和n必须为整数。,II级杆组：,不包含封闭多边形、只包含两副构件的杆组。,III级杆组:,包含具有三个运动副元素的刚性构件(或三个构件组成的三角形)的杆组称为级组。,包含四个构件组成的四边形的杆组称为级组；其余依此类推。,级组,级组,机构的级别由杆组的最高级别决定。,2.机构的组成原理：把若干个自由度为零的基本杆组依次联接到原动件和机架上，就可组成新的机构，其自由度数目与原动件的数目相等。,观察
37、八杆机构的组成过程：,三、机构的结构分析,机构的结构分析就是将已知机构分解为原动件、机架、杆组，并确定机构的级别。拆杆组时应遵循的原则：（1）从远离原动件的构件开始拆组；（2）试拆时，按二级组试拆，若无法拆除，再试拆高一级别的杆组；（3）每拆除一个杆组后，机构的剩余部分仍应是一个完整的机构。（流程图）,I级机构：由一个原动件和一个相对固定的机架所组成的机构。注意事项：同一个运动链，当原动件更换时，机构的级别也有可能改变。例题：试计算图示冲压机构的自由度，并分析在下列情况下组成机构的基本杆组及机构的级别：（1）当以构件1为原动件时；（2）当以构件6为原动件时。,解：（1）机构的自由度计算：,（2
38、）分析当构件1作为原动件时机构的组成情况。首先从传动路线上离原动件最远的构件4开始拆杆组，先拆下由构件4，5和转动副K，L，M组成的级杆组，接着依次拆下3个级杆组：构件6，7和转动副J，I，H；构件8，9和转动副C，F，G；构件2，3和转动副B，D及移动副E；最后剩下由原动件1和机架10组成的级机构，如图b所示。由于组成该机构的基本杆组的最高级别是级杆组，故该机构为级机构。,（3）分析当构件6为原动件时机构的组成情况。首先从传动路线上离原动件最远的构件3（冲头）开始试拆杆组。先试拆级组。从图中可以看出，如果拆除构件3，2、移动副E、转动副D和转动副B，则构件1,和转动副C均会失去联接对象，导致
39、剩余部分不再是一个完整机构；如果拆除构件3，2、移动副E、转动副D和转动副C，则构件9和转动副B也均会失去联接对象，导致剩余部分也不再是一个完整机构。因此试拆级杆组失败。再试拆级杆组，即拆除构件3，2，1，9，移动副E和五个转动副，由于剩余部分仍是一个完整机构，故拆除成功。然后再依次拆除两个级杆组：构件7，8和转动副G，H，I；构件4，5和转动副K，L，M。最后剩下由原动件6和机架组成的级机构，如图c所示。由于组成的机构的基本杆组的最高级别为级组，故该机构为级杆组。,机构运动简图的绘制,1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；,2）确定所有运动副的类型和数目；,3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；,4）确定比例尺；,5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)）,
