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1、机 械 原 理,第1章 平面机构的结构分析,探讨机构运动的可能性和及其具有确定运动的条件;,1.1 研究机构结构的目的,对繁多的机构按结构分类，并按这种分类来建立分析运动和动力的一般方法;,正确绘制机构运动简图;,了解机构的组成原理，指导设计和创新。,1.2.1 机构的组成,构件机构 运动副,1.2 机构的组成及平面运动副,机构的分类：平面机构 空间机构,运动副-两构件相接触而形成的可动联接,高副,1.2.2 运动副,运动副元素-参加接触形成运动副的点、线、面,空间球面副,空间二级副,空间滚动副,低副,两个以上构件以运动副联接而成的系统称为运动链。,1.2.3 运动链,若组成运动链的每个构件至
2、少包含两个运动副元素，则构件构成封闭系统，称为闭链。,若运动链中有的构件只包含一个运动副元素，便称为开链。,运动链中出现称之为机架的固定件时，运动链被称为机构。,用简单的符号、线条表示运动副和构件，按一定比例表示运动副的相对位置，能表明各构件间的相对运动关系的图形。,1.3.2 作用,利用机构运动简图可以对机构进行结构、运动和动力分析。机构运动简图是从事机构研究的重要工具。,1.3 平面机构运动简图,1.3.1 机构运动简图,1.转动副,1.3.3 构件和运动副规定的符号,2.移动副：,3.高副,按实际轮廓画,4.构件表示法,确定运动副的位置后用线条连接,1.3.4 机构运动简图绘制步骤,4.
3、选择合适视图，绘图,3.合理选择视图，定比例尺,1.确定构件的数目，判别原动件、从动件和机架,2.判别运动副类型，确定位置,例1：曲柄摇杆机构,例2：偏心轮机构,例3：鄂式破碎机,例4：缝纫机机头,例5：内燃机,例6：小型压力机,一个自由构件在平面内有X.Y.三个相对独立运动的可能性，具有三个自由度,自由度用F表示。,1.未形成运动副两构件相对运动,1.4 平面机构的自由度,1.4.1 运动副对构件运动的影响,对自由度（独立运动）的限制称为约束，用S表示。,2.运动副对构件自由度的影响,低副,高副,1.4.2 平面机构的自由度,设运动链中共有n个可活动的构件数，有PL个低副，有 PH个高副，则
4、机构的自由度为：,1.4.3 运动链成为机构的条件,自由度为2,原动件数为1运动不确定,原动件数为3机构被破坏,原动件数为2具有确定运动,原动件数=自由度运动确定,原动件数自由度机构被破坏,原动件数自由度运动不确定,刚性桁架,结论：,机构的自由度数目与机构中原动件数目一致。,能运动,机构具有确定运动的条件：,例：计算牛头刨床的自由度,1.4.4 自由度计算注意事项,1复合铰链,？,复合铰链:,两个以上构件在同一轴线上用转动副相联，形成复合铰链。,三构件组成两个转动副表示:,由k个构件在一处组成轴线重合的转动副。实际有(k-1)个转动副。,2.局部自由度,机构中个别构件所具有的不影响其它构件运动
5、，即与整个机构运动无关的自由度。,?,3.虚约束,虚约束机构中那些对构件间的相对运动不起独立限制 作用的重复约束。或称消极约束。,？,比较,虚约束的判别：,拆杆法 看联结点的距离是否改变拆副法 看联结点的轨迹是否重合,常见的虚约束：,机构中联结构件与被联结构件的轨迹重合,？,两构件组成若干个导路中心线互相平行或重叠的移动副,不同两构件上两点之间的距离保持恒定，若在两点间加上一个构件和两个转动副，引入一个虚约束。,在输入件和输出件之间用多组完全相同的运动链来传递运动时，只有一组起独立传递运动的作用，其余各组常引入虚约束。,例：大筛机构,B、C、D、E处复合铰链,例：圆锯机构,B,C,D处为复合铰
6、链,例：某传动机构,虚约束,C处为复合铰链,例：曲柄压力机,图（a）F=3526121,图（b）F3527101,特殊：含有齿轮副平面机构的自由度计算,齿轮中心被约束：计一个高副,齿轮中心未被约束：计一个低副,1.5 平面机构的组成原理 和结构分析,1.高副低代,把机构中的高副根据一定的条件用虚拟的低副来等效地代替。,2.高副低代的条件,（1）代替前后机构的自由度数不变；,（2）代替前后机构的瞬时速度和加速度不变。,3.高副低代的方法,用两端各装有一个转动副的构件取代高副，其转动副的中心位于高副元素的曲率中心处。,1.5.1平面机构的低副代替高副法,特殊情况，副元素曲线为圆,一般情况，副元素为
7、一般曲线,曲线对曲线的高副低代法,曲线对直线的高副低代,曲线对点的高副低代法,1.5.2 平面机构的组成原理,平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目等于机构的自由度数，故平面机构的从动系统的自由度数应为零。,F=1,F=0,F=1,F=0,F=0,杆组定义：,不可再分解的自由度为零的运动链被称为基本杆组，简称杆组。,组成平面低副机构杆组的条件：,由于平面高副可以用低副来替代，因此我们只研究所有运动副都是低副的平面低副机构的杆组组成原理。,当n=2时，Pl=3 有下列型式,级组包含有三个内副元素的刚性构件的杆组。,级组包含四个构件组成封闭四边形的杆组。,当n=4时，Pl=6 基本型式为,判
8、别杆组级别的封闭形,机构的组成：原动件+机架+杆组,即：任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次联结到原动件和机架上去的方法来组成。,错误并接,两种并接,1.5.3平面机构中的结构分析,1.机构的结构分析,将已知机构分解为若干杆组，并确定杆组的级别和类型。,2.机构结构分析的过程,（1）计算机构的自由度，去除虚约束、局部自由度，并高副低代,（3）确定机构的级别，以机构杆组的最高级别命名机 构的级别。,注意：对远离主动件的杆组先拆起。,原则：杆组的增减不应改变机构的自由度，拆杆组后，剩余机构不允许存留只属于一个构件的运动副和只有一个运动副的构件（原动件除外）,例：牛头刨床,例：大筛机构,本章结束,
