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1、21 机构的组成,22 平面机构的运动简图,24 平面机构的自由度,25 平面机构的组成原理及结构分类,第二章 机构的结构分析,23 机构具有确定运动的条件,21,机构的结构分析,21 机构的组成,是机构中每一个独立运动的单元体，组成机构的每一个相对运动部分；机构由多个（两个以上）构件组成，它是机构组成的基本要素之一。,1、构件：,从运动的观点，构件为机械中最小运动单元体。,机构的组成,构件与零件的区别：例如构件“连杆”,构件为机械中最小的运动单元体。,零件为机械中最小的制造加工单元体，拆卸后不可再拆的最小单元。,构件由一个或多个零件组成。,机构的组成,构件,21,所有构件均在同一平面或在几个
2、相互平行的平面内运动,机构,平面机构,空间机构,构件的自由度及约束,构件的自由度,机构的组成,21,构件的运动指构件每一瞬时位置的变化。一自由构件作平面运动，其位置由三个参变量确定:,一个作平面运动的自由构件有3个自由度。,构件的自由度,（x,y,),平面机构中构件的自由度,构件受一约束，失去一个自由度。,机构的组成,21,2.运动副,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。,组成运动副的三个条件（缺一不可）：a)两个构件、b)直接接触、c)有相对运动,作者：潘存云教授,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。,机构的组成,21,运动副,运动副
3、的分类：1)按运动副元素接触情况：,低副两构件通过面接触而构成的运动副称为低副；（运动副元素为面）,高副两构件通过点或线接触而构成的运动副称为高副；（运动副元素为点或线）,机构的组成,21,运动副,2)按运动副相对运动情况：,转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。,机构的组成,21,移动副：只允许两构件作相对移动。,转动副、移动副都是低副。低副提供约束及自由度情况：只保留了某一个方向的相对运动。1个低副，引入2个约束，保留1个自由度。,运动副,机构的组成,21,点接触,对比 高副：运动副元素为以点或线接触,凸轮副,齿轮副,线接触,高副提供约束及自由度情况：限制了沿公法线n-n 方向的相对
4、移动，保留了沿接触处切线t-t方向的相对移动和在平面内的相对转动。1个高副，受到1个约束，保留2个自由度。,运动副,机构的组成,21,空间运动副,若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。,螺旋副,球面副,此外,运动副,机构的组成,21,3、运动链,两个以上的构件通过运动副连接而构成的可相对运动的系统,分类：按首末构件是否相连,传统机械一般为闭链；机器人和机械手一般为开链。,运动链,机构的组成,21,将运动链中某一构件固定，其成为机架（一般相对地面固定不动），其他各构件间具有确定的相对运动，此时，运动链机构。,4、机构的组成,机构的组成,21,研究机构运动有关（取）：原动件的运动规
5、律 运动副类型 运动副的相对尺寸 无关（舍）：构件外型 断面尺寸 零件数及运动副的具体构造。,问题简单化：机构运动传递情况的简化图形,机构的运动和动力分析,22 平面机构运动简图,区别 机构示意图：不按比例绘制的简图；机构运动简图：按精确比例绘制的简图。,22 平面机构运动简图,运动副的表示方法,平面机构运动简图,注：机构运动简图应与实际机构有相同的运动特征。,动画,22 平面机构运动简图,运动副的表示方法,两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。,2、两个构件组成移动副时：,一、运动副的表示方法（国家规定）,1、两个构件组成转动副时：,22 平面机构运动简图,运动副的表示方法,运动简
6、图中应画出两构件接触处的曲线轮廓。对于凸轮、滚子，习惯画出其全部轮廓；对于齿轮，常画出其节圆。,3、两个构件组成高副时：,凸轮高副,齿轮高副,一般构件用直线表示。如：,22 平面机构运动简图,二、构件的表示方法（国家规定）,画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑构件尺寸(即运动副之间的尺寸)和运动副的性质。,构件的表示方法,1、有2个运动副的构件,2、有三个运动副的构件,22 平面机构运动简图,构件的表示方法,3、同一个构件,22 平面机构运动简图,实例,实例：,3、常用机构运动简图符号,常用机构运动简图符号,常用机构运动简图符号,三、绘制机构运动简图的方法,步骤：,1、先确定出其原动件和执行
7、构件（最后输出运动的构件）,2、沿传递路线，确定构件的数目，及各构件间运动副的类型和数目、位置。,3、恰当选择运动简图的视图平面（投影面）。（一般选大多数构件的运动平面）。,4、选取比例尺（l），定出各运动副的相对位置，开始绘制。,l构件的实际长度（m）图长（mm）如l110，若构件实长为2m，则图长20mm,注意问题：,构件要编号；运动副要有代号；原动件要用箭头表示运动方向。,22 平面机构运动简图,绘制机构运动简图的方法,练习,例1、鄂式破碎机,具体运动简图的画法：,按运动传递的次序逐个画出。,返回,C,动画,偏心泵 动画,例2、偏心泵,A,B,C,1、机构自由度,23 平面机构的自由度,
8、机构的活动构件相对于机架所具有的确定性运动的数目。,如何使形成机构中的构件，按照要求传递及改变运动？也就是，机构怎样具有确定的运动呢？,1、机构的自由度2、机构具有确定性运动的条件,定义：,知识回顾,1个平面运动自由构件有3个自由度。,1个低副(转动副、移动副)引入2 个约束。,1个高副引入 1 个约束。,机构自由度的计算,23 平面机构的自由度,F=1,33,24,F=1,4,3,【例】,设：,平面机构自由度的计算公式,F=3n-（2PL+PH）,有 n 个活动构件，,PL个低副，,PH个高副，,则,可见：平面机构自由度与组成机构的活动构件数目、运动副的数目及运动副的性质有关。,动画,23
9、平面机构的自由度,例1、鄂式破碎机的自由度计算,C,n=5,PL=7,PH=0,F=3 n（2PL+PH）,35（27+0）1,解：,偏心泵 动画,例2、偏心泵,A,B,C,n=3,PL=4,PH=0,F=3 n（2PL+PH）,33（24+0）1,解：,例3、凸轮机构,解：活动构件数n=,2,低副数PL=,2,高副数PH=,1,F=3n（2PL+PH）=32 221=1,1,2,3,23 平面机构的自由度,计算颚式破碎机的自由度：,3324 1,23 平面机构的自由度,平面机构自由度与组成机构的构件数目、运动副的数目及运动副的性质有关。,A,B,C,D,1,2,3,4,练习1,n=3,PL=
10、4,PH=0,F=3n（2PL+PH）,n=5,PL=7,PH=0,F=3n 2PL PH,=35 27 0,=1,解：,练习2,解：,计算机构的自由度：,2、机构具有确定性运动的条件,机构原动件外界给定运动的输入构件。原动件数目与机构的自由度以及机构确定性运动有着什么样的关系？,24 平面机构具有确定性运动的条件,24 平面机构具有确定性运动的条件,（如果原动件数目=2=F?）,F0，且 F=原动件的数目,机构具有确定运动的条件：,1、当F 0，且原动件数=机构的自由度时，则机构具有确定相对运动；,2、当F 0，但原动件数 机构的自由度时，则机构不具有确定的相对运动；,3、当F 0，机构不能
11、产生相对运动(静止不动）。,F 33-2 5=-1,0,F0机构为超静定桁架结构，不能运动。,24 平面机构具有确定性运动的条件,计算平面机构自由度时的注意事项,三个问题：,1、复合铰链,两个以上的构件在同一处以转动副相连接。,25 计算平面机构自由度时的注意事项,处理：三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：m个构件时，有m 1个转动副。,惯性筛机构,C处为复合铰链,计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。,n=5,PL=7,PH=0,=35-27 0=1,F=3n-2PL PH,25 计算平面机构自由度时的注意事项,例：,F3n-(2PL+PH),例：试计算圆盘锯机
12、构的自由度。,=37-210=1,25 计算平面机构自由度时的注意事项,n=7,PL=10,PH=0,动画,此外：两构件在多处接触而构成多个运动副，如何记入？,25 计算平面机构自由度时的注意事项,两构件组成多个移动副，导路重合或平行：,处理：只能作为一个移动副记入计算。,两构件组成多个转动副，回转轴线同轴：,处理：只能作为一个转动副记入计算。,25 计算平面机构自由度时的注意事项,两构件构成高副，两处接触，法线重合：,注意：法线不重合时，产生实际约束，都要记入计算！,等宽凸轮,动画,处理：只能作为一个高副记入计算。,25 计算平面机构自由度时的注意事项,2、局部自由度,不影响其它构件相对运动
13、的自由度，只与局部运动有关。,方法1：F32（22+1）1（）,25 计算平面机构自由度时的注意事项,处理：法1：在计算机构自由度前，先要将局部自由的构件排除；法2：在自由度计算公式中减去局部自由度F：F=3n-（2PL+PH）F,方法2：F=3n-（2PL+PH）F F33（23+1）11（）,平行四边形机构,3、虚约束,对机构的运动不起实际约束作用的约束。,出现虚约束的情况：,（1）机构运动时，两构件上两点间的距离始终保持不变，将此两点用1个构件和2个低副联接，则会引入虚约束。,25 计算平面机构自由度时的注意事项,处理：法1：将引入虚约束的构件与运动副去掉，再进行计算。法2：自由度计算公
14、式中减去虚约束P：F=3n-（2PL+PH P）F,方法1：F3324 1（）,例：,方法2：F=3n-（2PL+PHP）FF34(26+0-1)-0 1（）,动画,25 计算平面机构自由度时的注意事项,例如：椭圆仪。,（2）两构件上运动轨迹相同的点用1个构件和2个低副联接，会引入虚约束。,25 计算平面机构自由度时的注意事项,方法1：F3324 1（）,方法2：F=3n-（2PL+PHP）FF34(26+0-1)-0 1（）,例如：对运动不起作用的对称部分。,3）机构中重复运动副部分。,25 计算平面机构自由度时的注意事项,只有一个部分对运动起影响作用。,25 计算平面机构自由度时的注意事项
15、,可见：其他2个行星齿轮带入的皆为虚约束,25 计算平面机构自由度时的注意事项,只有一个部分对运动起影响作用。,平面机构自由度的计算公式,F=3n-（2PL+PH P）F,为什么要使用虚约束？虚约束对机构运动虽然不起作用，但可以增加构件的刚性，改进受力，减少磨损，因而在机构中经常出现。,25 计算平面机构自由度时的注意事项,综合例题,例：计算机构的自由度,方法1F 3n-（2PlPH）=37-（29+1）=2=原动件数,机构有确定的运动。,25 计算平面机构自由度时的注意事项,方法2n=8,PL=10,PH=1P=0，F=1F=3n-（2PL+PHP）FF 3n-（201-0）-1=2=原动件
16、数,26 平面机构的组成原理及结构分类,对机构去除机架及原动件,F=0的从动构件组,拆成不能再拆的最简单的F=0的构件组,基本杆组,1、机构组成原理,机构的组成原理：,（原动件与机架）（若干个基本杆组）,任何机构都是由若干基本杆组依次联接于机架和原动件或前一个基本杆组而形成的。,任何机构都是由若干基本杆组依次联接于机架和原动件或前一个基本杆组而形成的。,机构组成原理,原理的限定条件:,适用于只有平面低副的机构；原动件为连架杆。,原动件为连架杆的画法：,1个机架、1个活动构件、1个低副、1个箭头，一个都不能少。,思考,1）基本杆组,设基本杆组中，有n个构件，运动副全是低副(Ph=0）：,n/pl
17、=2/3,Pl=3，6，9,n=2，4，6,自由度为零，并且不可再拆分的最简单的运动链。,则，基本杆组自由度计算式：F=3n-（2Pl+Ph）=0,可变为：F=3n-2Pl=0,最简单的基本杆组，工程中大部分机构由级杆组组成。,级杆组,26 平面机构的组成原理及结构分类,级杆组常见的5种基本结构：,2）杆组的分类,n=2，Pl=3。,注意：级杆组常见的结构只有5种：,级杆组的结构特征（记住）：两个各含有1个外接低副的构件之间，用1个内接低副联接。,级杆组(n=2，PL=3)的特征：,Pl=6,n=4，含有运动副最多的构件为三副构件，则称为级杆组。,26平面机构的组成原理及结构分类,级杆组,级杆
18、组常见的结构：,级杆组(n=4，PL=6)的特征：,中心构件,级杆组其它型举例,级杆组的结构特征（记住）：一 个中心构件与三个各含有1个外接低副的构件之间，用3个内接低副联接。,机构的级别：按组成机构中最高级别的杆组的级别来命名机构的级别。,只有机架和原动件的机构级机构。,26平面机构的组成原理及结构分类,3）机构的结构分析,正确拆分杆组;,判断机构级别。,目的：,级机构是最简单的机构。,最高级别的基本杆组为级杆组的机构级机构；,最高级别的基本杆组为级杆组的机构级机构。,平面机构结构分析步骤：,试拆时需注意验证：每拆出一个基本杆组后，余下部分必须是一个自由度与原机构相同的机构。并且构件不落单。
19、,（1）计算F（去掉虚约束、局部自由度、注意复铰），并明确机架、原动件。,（2）如果机构中有高副，应高副低代。（不要求）,（3）根据杆组的结构特征对从动件组合依次拆组：一般从远离原动件的构件开始拆分杆组；先按级杆组试拆，不成，再按级杆组试拆。,（4）最后可确定机构级别。,例1：,级机构,F=1,举例2：,级机构,F=1,举例3：,级机构,F=1,26 平面机构的组成原理及结构分类,练习1：,级机构,级机构,练习2：试确定机构级别。,练习2：试确定机构级别。,级机构,总结,构件,机架原动件从动件,运动副,高副低副,转动副移动副,平面机构,自由度计算,平面机构运动简图,1、F3n-（2Pl+Ph）
20、,2、注意事项,复合铰链局部自由度虚约束,具有确定运动的条件,F0原动件数,25 计算平面机构自由度时的注意事项,F=3n-（2PL+PH P）F,A:设计新机构,绘制运动简图时 选机架将原动件联接在机架上将基本杆组依次联接于机架和原动件上。B：分析已有机构时 分解为机架、原动件及若干基本杆组。,26 平面机构的组成原理及结构分类,思考一下：,返回,F=1,F=1,F=0,F=0,原动件,杆组,杆组,26 平面机构的组成原理及结构分类,机构组成原理,1,2,第二章 平面机构的结构分析,本章主要内容可归纳如下:,思考题,何谓机械？何谓机器？何谓机构？机器和机构的联系与区别？何谓构件？构件与零件的区别？何谓运动副及运动副元素？运动副有哪些类型？何谓自由度？何谓约束？各种运动副对构件的约束与自由度的情况？机构是由哪些构件组成？,
