第1章平面机构的结构分析课件

第二章第二章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析本章难点本章难点本章重点本章重点运动副和运动链的概念；运动副和运动链的概念；机构运动简图的绘制；机构运动简图的绘制；机构具有确定运动的条件；机构具有确定运动的条件；机构自由度的计算机构自由度的计算。机构自由度计算中有关机构自由度计算中有关虚约束虚约束的识别及处理。的识别及处理。第二章平面机构的结构分析本章难点本章重点运动副和运动链的12-1 2-1 机构的组成机构的组成一、基本概念一、基本概念 1.零件零件(Element)最小的制造单元最小的制造单元(组成机器最基本的、不组成机器最基本的、不可再拆分的单元可再拆分的单元)。2.构件构件(Member)最小的独立运动单元。最小的独立运动单元。从运动角度讲，构从运动角度讲，构件是一个刚体。件是一个刚体。注意：注意：零件是从制造加工角度提出的最小单元概念；构件则是从运动和功能实现角度提出的最小单元概念；构件可以是单一零件，也可以是几个零件的刚性联接。2-1机构的组成一、基本概念零件(Element)2第1章平面机构的结构分析课件33.运动副运动副(Kinematic Pair)由两构件组成的可动联接。由两构件组成的可动联接。(使两构件直接接触，又能产生一定的相对运动的联接使两构件直接接触，又能产生一定的相对运动的联接)。运动副元素运动副元素两构件上能够参加接触而构成运动副的表面。两构件上能够参加接触而构成运动副的表面。(构成运动副的点、线、面构成运动副的点、线、面)。运动副(KinematicPair)由两构件组成的可动44.运动链运动链(Kinematic Chain)两个以上的构件通过运动副的两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统联接而构成的系统。按照几何形状是否封闭，可以按照几何形状是否封闭，可以分为分为开链开链和和闭链闭链：闭链闭链:指运动链的各构件构成首尾指运动链的各构件构成首尾封闭的系统。封闭的系统。开链开链:指运动链的各构件未构成首指运动链的各构件未构成首尾封闭的系统。尾封闭的系统。按照各构件间的相对运动可分按照各构件间的相对运动可分为为平面运动链平面运动链平面运动链平面运动链和和空间运动链空间运动链空间运动链空间运动链：平面运动链平面运动链:各构件间的相对运动各构件间的相对运动为平面运动的运动链。为平面运动的运动链。空间运动链空间运动链:各构件间的相对运动各构件间的相对运动为空间运动的运动链。为空间运动的运动链。运动链(KinematicChain)两个以上的构件通55.自由度自由度(Degree of Freedom)构件所具有的独立运动个数构件所具有的独立运动个数。6个个平面自由构件：平面自由构件：3个个例：在例：在XOY平面，移动平面，移动X、Y；转动；转动Z 移动：移动：X、Y、Z；转动：；转动：X、Y、Z构构件件1 1相相对对构构件件2 2在在空空间间有有6 6个个独独立立的的相相对对运运动动，因因此此构构件件1 1相对相对2 2有有6 6个自由度。个自由度。6.约约束束(Constrain)对对自自由由度度的的限制个数限制个数。自自由由度度和和约约束束之之和和应应为为6 6。运运动动副副为为活活动动联联接接，所所以以引引入入的的约约束束数数目目最最多多为为5 5个个，而而剩剩下下的的自自由由度度最最少为少为1个。个。自由度自由度15；约束；约束15。空间自由构件：空间自由构件：自由度(DegreeofFreedom)构件所具有的6二、运动副的分类二、运动副的分类 1.按运动副接触形式分按运动副接触形式分 低副低副高副高副运运动动副副两构件通过两构件通过点或线接触点或线接触而构成的运动副。而构成的运动副。凸轮机构两构件通过两构件通过面接触面接触而构成的运动副。而构成的运动副。二、运动副的分类1.按运动副接触形式分72.按构成运动副的两构件的相对运动分按构成运动副的两构件的相对运动分转动副转动副:两构件之间的相对运动为两构件之间的相对运动为转动转动转动转动移动副移动副:两构件之间的相对运动为两构件之间的相对运动为移动移动移动移动螺旋副：螺旋副：螺旋运动球面副：球面副：球面运动移动副移动副转动副转动副2.按构成运动副的两构件的相对运动分转动副:两构件之8螺旋副：螺旋副：螺旋运动球面副：球面副：球面运动螺旋副螺旋副球面副球面副螺旋副：螺旋运动螺旋副球面副93.按相对运动平面分按相对运动平面分平面运动副平面运动副:两构件之间的相对运动为两构件之间的相对运动为平面运动平面运动平面运动平面运动空间运动副空间运动副:两构件之间的相对运动为两构件之间的相对运动为空间运动空间运动空间运动空间运动平面运动副平面运动副空间运动副空间运动副4.按引入的约束数分按引入的约束数分X X级运动副级运动副指引入指引入X X个约束的运动副。个约束的运动副。级副、级副、级副、级副、级副、级副、级副、级副、级副级副3.按相对运动平面分平面运动副:两构件之间的相对运动10X X级运动副级运动副引入引入X X个约束个约束转动副转动副移动副移动副级副级副螺旋副螺旋副球面副球面副级副级副级副级副齿轮高副齿轮高副IV级副级副凸轮高副凸轮高副X级运动副引入X个约束转动副移动副级副螺旋副球面副级11 常见主要平面运动副及其自由度和约束常见主要平面运动副及其自由度和约束常见主要平面运动副及其自由度和约束常见主要平面运动副及其自由度和约束引入约束：引入约束：自自 由由 度度：平面平面I级副级副2个个1个个引入约束：引入约束：自自 由由 度度：平面平面II级副级副2个个1个个2个个1个个平面平面II级副级副平面低副平面低副转动副转动副移动副移动副211212xy12xy平面高副平面高副齿轮副齿轮副凸轮副凸轮副常见主要平面运动副及其自由度和约束引入约束：自由度：12三、由基本概念看机构的组成三、由基本概念看机构的组成焊焊接接铆铆接接螺螺栓栓联联接接键键联联接接控控制制单单元元辅辅助助系系统统固定固定联接联接可动可动联接联接机机架架原原动动件件高高副副低低副副移动副移动副 转动副转动副1.1.运动运动链成为机构的条件链成为机构的条件1）将将运运动动链链中中的的一一个个构构件件固定为机架；固定为机架；2）必须有原动件。）必须有原动件。1234ABCD机构三、由基本概念看机构的组成零件构件机器焊接铆接螺栓联接键13机架机架原动件原动件机架机架机构中作为参考系的构件。机构中作为参考系的构件。原动件原动件机构中按给定的运动规律机构中按给定的运动规律独立运动的构件。独立运动的构件。从动件从动件机构其余活动构件。机构其余活动构件。2.机构中构件的类型机构中构件的类型3.机构的分类机构的分类 平面机构平面机构组成机构的各构件间的相对运动为平面运动。组成机构的各构件间的相对运动为平面运动。空间机构空间机构组成机构的各构件间的相对运动为空间运动。组成机构的各构件间的相对运动为空间运动。机架原动件机架机构中作为参考系的构件。原动件机构中按142-2 2-2 机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图为什么要画机为什么要画机构运动简图？构运动简图？机机构构的的真真实实运运动动仅仅与与机机构构中中的的运运动动副副的的机机构构情情况况（转转动动副副、移移动动副副及及高高副副等等）和和机机构构的的运运动动尺尺寸寸（由由各各运运动动副副的的相相对对位位置置确确定的尺寸）有关，而定的尺寸）有关，而与机构的外形尺寸等因素无关。与机构的外形尺寸等因素无关。2-2机构运动简图机构运动简图为什么要画机构运动简图15第1章平面机构的结构分析课件16机机构构的的示示意意图图：指指为为了了表表明明机机构构结结构构状状况况,不不要要求求严严格格地地按按比例而绘制的简图。比例而绘制的简图。机机构构运运动动简简图图：指指根根据据机机构构的的运运动动尺尺寸寸,按按一一定定的的比比例例尺尺定定出出各各运运动动副副的的位位置置,并并用用国国标标规规定定的的简简单单线线条条和和符符号号代代表表构构件件和和运运动动副副，绘绘制制出表示机构运动关系的简明图形。出表示机构运动关系的简明图形。机构示意图机构示意图常用运动副和构件的表示方法常用运动副和构件的表示方法机构的示意图：指为了表明机构结构状况,不要求严格地按比例而17常见运动副符号的表示常见运动副符号的表示:国标国标GB446084详见教材详见教材常见运动副符号的表示:国标GB446084详见教材18常用运动副的符号常用运动副的符号运动副运动副名称名称运动副符号运动副符号两运动构件构成的运动副两运动构件构成的运动副转转动动副副移移动动副副121212121212121212121212两构件之一为固定时的运动副两构件之一为固定时的运动副12122121平平面面运运动动副副常用运动副的符号运动副运动副符号两运动构件构成的运动副转动副19平平面面高高副副螺螺旋旋副副21211212球球面面副副球球销销副副121212空空间间运运动动副副121212122112平面高副螺旋副21211212球面副球销副121212空间运20构件的表示方法构件的表示方法构件的表示方法21一一般般构构件件的的表表示示方方法法一般构件的表示方法22常常用用机机构构运运动动简简图图符符号号常用机构运动简图符号23 机构运动简图的绘制步骤机构运动简图的绘制步骤1）分分析析机机构构运运动动，定定出出原原动动部部分分、工工作作部部分分，搞搞清清运运动动的的传传递递路路线。线。2）恰当选择投影面）恰当选择投影面 3）适当选择比例尺）适当选择比例尺 4）画图。）画图。现以颚式破碎机颚式破碎机为例，具体说明机构运动简图的绘制步骤。机构运动简图机构运动简图应满足的应满足的条件：条件：1.构件数目与实际相同构件数目与实际相同2.运动副的性质、数目与实际相符运动副的性质、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运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。机构运动简图的绘制步骤1）分析机构运动，定出原动部分、工24分分析析：该该机机构构有有6 6个个构构件件和和7 7个转动副。个转动副。13452FO6CBDEA分析：该机构有6个构件和7个转动副。13452FO6CBDE25偏心轮机构偏心轮机构绘制运动副时注意事项绘制运动副时注意事项1)1)绘绘制制转转动动副副时时，转转动动副副的的位位置置是是关关键键：代代表表转转动动副副小小圆圆的的圆圆心心必必须须与与回回转转中中心心重重合合；两两个个转转动动副副中中心心连连线线的的长长度度一定要精确。一定要精确。偏偏心心轮轮和和圆圆弧弧形形滑滑块块是是转转动动副副的的特特殊殊形形式式。它它们们的的绘绘制制是是易易错错点点。绘绘制制时时关关键键是是要要找找出出相相对转动中心。对转动中心。2)2)绘绘制制移移动动副副时时，导导路路的的方方向向和和位位置置是是关关键键。必必须须注注意意：代代表表移移动动副副的的滑滑块块，其其导导路路的的方方向向必必须须与与相相对对移移动动的的方方向向一一致致；转转动动副副到到移移动动副副导导路路间间的的距离要精确。距离要精确。偏心轮机构绘制运动副时注意事项1)绘制转动副时，转动副的位置26例题二：例题二：绘制图示偏心轮传动机构的运动简图绘制图示偏心轮传动机构的运动简图 机构的运动简图例题二：绘制图示偏心轮传动机构的运动简图机构的运动简图27机构的运动简图机构的运动简图28机构的运动简图机构的运动简图29机构的运动简图机构的运动简图30例题三、图示为一冲床。绕固定中心例题三、图示为一冲床。绕固定中心A转动的菱形盘转动的菱形盘1为为原动件，与滑块原动件，与滑块2在在B点铰接，滑块点铰接，滑块2推动拨叉推动拨叉3绕固定轴绕固定轴C转动，拨叉转动，拨叉3与圆盘与圆盘4为同一构件，当圆盘为同一构件，当圆盘4转动时，通转动时，通过连杆过连杆5使冲头使冲头6实现冲压运动。试绘制其机构运动简图。实现冲压运动。试绘制其机构运动简图。画机构运动简图的方法画机构运动简图的方法分析：分析：绘制简图：绘制简图：机构的运动简图ABCDE123456例题三、图示为一冲床。绕固定中心A转动的菱形盘1为原动件，与31:1.1.分分析析机机构构的的组组成成及及运运动动情情况况，确确定定机机构构中中的的机机架架、原原动动部部分、传动部分和执行部分，以确定运动副的数目。分、传动部分和执行部分，以确定运动副的数目。2.2.循循着着运运动动传传递递的的路路线线，逐逐一一分分析析每每两两个个构构件件间间相相对对运运动动的的性质，确定运动副的类型和数目性质，确定运动副的类型和数目;3.3.恰恰当当地地选选择择投投影影面面：一一般般选选择择与与机机械械的的多多数数构构件件的的运运动动平平面相平行的平面作为投影面。面相平行的平面作为投影面。4.4.选选择择适适当当的的比比例例尺尺,定定出出各各运运动动副副之之间间的的相相对对位位置置，用用规规定的简单线条和各种运动副符号定的简单线条和各种运动副符号,将机构运动简图画出来。将机构运动简图画出来。小结：小结：:1.分析机构的组成及运动情况，确定机构中的机架、原动部32yx2-3 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算作作平平面面运运动动的的刚刚体体在在空空间间的的位位置置需需要要三三个个独立的参数（独立的参数（x，y,）才能唯一确定。）才能唯一确定。yx(x,y)F=3F=3单个自由平面构件的自由度为单个自由平面构件的自由度为 3 3yx12S12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2经经运运动动副副相相联联后后，由由于于有有约约束束，构构件件自自由由度会有变化：度会有变化：yx2-3平面机构自由度的计算作平面运动的刚体在空间的33yxyx12S12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2自由构自由构件的自件的自由度数由度数移动副移动副 1（x）+2（y，）=3高高 副副 2（x,）+1（y）=3回转副回转副 1（）+2（x，y）=3运运 动动 副副 自自 由由 度度 数数 约束数约束数yxyx12S12xy12R=2,F=1R=2,F=34假设平面机构有假设平面机构有n个个活动构件活动构件：3n个自由度个自由度有有Pl个低副和个低副和Ph个高副：个高副：平面自由构件：平面自由构件：3个自由度个自由度平面低副：平面低副：引入引入2个约束个约束平面高副：平面高副：引入引入1个约束个约束引入引入(2 Pl+Ph)约约束束分析：分析：一、平面机构自由度的计算公式一、平面机构自由度的计算公式 平面机构的自由度平面机构的自由度机构的自由度机构的自由度机构具有确定运动所必须给定的机构具有确定运动所必须给定的机构具有确定运动所必须给定的机构具有确定运动所必须给定的独立运动的数目独立运动的数目独立运动的数目独立运动的数目。机构自由度数机构自由度数 F 构件总自由度构件总自由度 低副约束数低副约束数 高副约束数高副约束数 3n 2 PL1 Ph假设平面机构有n个活动构件：平面自由构件：3个自由度引入(235平面机构的自由度计算公式：平面机构的自由度计算公式：F=3n-2 Pl-Ph活动构件数活动构件数低副数低副数高副数高副数解：活动构件数解：活动构件数n=3低副数低副数PL=4F=3n 2PL PH =33 24 =1 高副数高副数PH=0例题例题计算曲柄滑块机构的自由度。计算曲柄滑块机构的自由度。S3123平面机构的自由度计算公式：F=3n-2Pl-Ph活动构36F=3n-(2 Pl+Ph)=3n-2Pl-Ph0=00=37二、运动链具有确定运动而成为机构的条件二、运动链具有确定运动而成为机构的条件3）原动件数应等于运动链的自由度数）原动件数应等于运动链的自由度数（自由度原动数）（自由度原动数）。2）运动链自由度数应大于零）运动链自由度数应大于零 （F 0）1）运动链有机架；）运动链有机架；F=3n-2Pl Ph=3 4-2 50=2给给定定一一个个独独立立运运动动参参数数，机机构构没没有有确确定定运运动动。给给定定两两个个独独立立运动参数，机构有确定运动。运动参数，机构有确定运动。给定一个独立运动后机构的运动效果给定一个独立运动后机构的运动效果二、运动链具有确定运动而成为机构的条件3）原动件数应等于运38例题分析例题分析13452FO6CBDEA计算图示计算图示颚式破碎机颚式破碎机的自由度的自由度 n=5、Pl=7、Ph=0 F=3n-2Pl-Ph =3 5-2 70 =1例题分析13452FO6CBDEA计算图示颚式破碎机的自由度39计算下列机构的自由度，并判断其运动是否确定。计算下列机构的自由度，并判断其运动是否确定。n=5、Pl=7、Ph=0 n=4、Pl=5、Ph=1 F=3n（2Pl Ph ）=3 5（2 7 0）=1 F=3n（2Pl Ph）=3 4（2 5 1）=1 计算下列机构的自由度，并判断其运动是否确定。n=540 复合铰链复合铰链（Compound hinges）两两个个以以上上构构件件同同在在一一处处以以转转动动副副相相联联接接。三三、计计算算机机构构自自由由度度应应注注意意的的事事项项m个个构构件件以以复复合合铰铰链链联联接接所所构构成成的的转转动动副副数数为为(m-1)个个。注意：复合铰链只存在于转动副中。注意：复合铰链只存在于转动副中。注意：复合铰链只存在于转动副中。注意：复合铰链只存在于转动副中。复合铰链（Compoundhinges）两个以上41 n=7F=3n-2Pl-Ph =3 7-2 100 =1Pl=10Ph=0例例 试计算图示圆盘锯机构的自由度。n=7F=3n-2Pl-PhPl=10Ph=42 局部自由度局部自由度F（Passive DOF）构件所具有的与其他构件运动无关的局部运动。构件所具有的与其他构件运动无关的局部运动。n=3、Pl=3、Ph=1 F=3n-2Pl-Ph =3 3-2 31 =2局部自由度一般存在于高副中。局部自由度一般存在于高副中。局部自由度一般存在于高副中。局部自由度一般存在于高副中。注注意意：计计算算机机构构自自由由度度时时,应应将局部自由度除去不计。将局部自由度除去不计。局部自由度F（PassiveDOF）构件所具有的43去除局部自由度去除局部自由度应采取的措施：应采取的措施：（1）设想）设想将滚子与安装滚子将滚子与安装滚子的构件焊成一体，的构件焊成一体，预先排除局部自由预先排除局部自由度，再计算机构自度，再计算机构自由度由度刚化法刚化法。（2）直接）直接从机构自由度计算从机构自由度计算公式中减去局部自公式中减去局部自由度的数目由度的数目F。n=3、Pl=3、Ph=1、F=1F=3n-2Pl-Ph-F =3 3-2 31-1 =1 n=2、Pl=2、Ph=1F=3n-2Pl-Ph =3 2-2 21 =1去除局部自由度应采取的措施：（1）设想将滚子与安装44 虚约束虚约束P（Redundant constraints）为改善构件的受力状态、刚度、强度等所引入的约束，为改善构件的受力状态、刚度、强度等所引入的约束，不起独立的约束作用。不起独立的约束作用。F=3n-2 pl ph=33-24-0=1F=3n-2 pl ph=34-26-0=0 虚约束P（Redundantconstraints45分析：分析：E3和和E5点的轨迹重合，引入一个虚约束点的轨迹重合，引入一个虚约束正确计算：正确计算：F=3n-2Pl Ph+P =34-26-0+1=1注意：注意：计算机构自由度时计算机构自由度时,应将应将虚约束虚约束除去不计。除去不计。去除虚约束应采取的措施：去除虚约束应采取的措施：（1）不不预预先先排排除除虚虚约约束束，将将因因虚虚约约束束而而减减少少的的自自由由度度P再再加加上上。即：即：F=3n-2Pl-Ph+P（2）预预先先排排除除虚虚约约束束，即即将将引引起起虚虚约约束束的的附附加加构构件件和和与与此此构构件件相关的运动副去除。自由度计算公式仍为相关的运动副去除。自由度计算公式仍为 F=3n-2Pl-Ph分析：E3和E5点的轨迹重合，引入一个虚约束注意：计算机构46 虚约束常出现的情况：虚约束常出现的情况：1.如如果果转转动动副副联联接接的的是是两两构构件件上上运运动动轨轨迹迹相相重重合合的的点点，则则该该联接引入联接引入1个虚约束个虚约束;F=3n-2 pl ph=34-26-0=0正确计算：正确计算：将因虚约束而减少的自由度将因虚约束而减少的自由度再加上。再加上。F=3n-2 Pl Ph+P =34-26-0+1=1不计引起虚约束的附加构件不计引起虚约束的附加构件不计引起虚约束的附加构件不计引起虚约束的附加构件和运动副数。和运动副数。和运动副数。和运动副数。F=3n-2 PF=3n-2 Pl l P Ph h =33-24-0=1 =33-24-0=1虚约束常出现的情况：F=3n-2plph正确计47两两构构件件在在几几处处接接触触而而构构成成移移动动副副且且导导路路互互相相平平行行或重合。或重合。两两个个构构件件组组成成在在几几处处构构成成转转动动副且各转动副的轴线是重合的。副且各转动副的轴线是重合的。只只有有一一个个运运动动副副起起约约束束作作用用,其它各处均为虚约束。其它各处均为虚约束。2.两构件在几处接触而构成运动副两构件在几处接触而构成运动副两构件在几处接触而构成移动副且导路互相平行或重合。两个构484.某某些些不不影影响响机机构构运运动动的的对对称称部部分分或或重重复复部部分分所所带带入入的的约约束束为为虚约束。虚约束。3.若若两两构构件件 上上 某某 两两点点 之之 间间 的的距距 离离 始始 终终保保持持不不变变，也也将将带带入入1个虚约束。个虚约束。4.某些不影响机构运动的对称部分或重复部分所带入的约束为495.若若两两构构件件在在多多处处相相接接触触构构成成平平面面高高副副，且且各各接接触触点点处处的的公公法法线线重重合合,则则只只能能算算一一个个平平面面高高副副。若若公公法法线线方方向向不不重重合合，将将提提供供各各2个约束。个约束。有一处为虚约束有一处为虚约束此两种情况没有虚约束此两种情况没有虚约束5.若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触点处的公法50小结小结 复合铰链复合铰链复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度局部自由度局部自由度 虚约束虚约束虚约束虚约束存在于转动副处存在于转动副处正正确确处处理理方方法法：复复合合铰铰链链处处有有m m个个构构件件则则有有(m-1m-1)个转动副个转动副常常发发生生在在为为减减小小高高副副磨磨损损而而将将滑滑动动摩摩擦擦变变成滚动摩擦所增加的滚子处。成滚动摩擦所增加的滚子处。正正确确处处理理方方法法：计计算算自自由由度度时时将将局局部部自自由由度减去。度减去。存在于特定的几何条件或结构条件下。存在于特定的几何条件或结构条件下。正正确确处处理理方方法法：将将引引起起虚虚约约束束的的构构件件和和运动副除去不计。运动副除去不计。小结复合铰链局部自由度虚约束存在于转动副处常发生在51例例1 试试审审查查图图示示简简易易冲冲床床的的设设计计方方案案简简图图是是否否合合理理？为为什什么么？如如不合理，请绘出正确的机构简图。不合理，请绘出正确的机构简图。典型例题分析典型例题分析可将机构简图修改为F=3n 2Pl Ph=33-24-1=0F=3n 2Pl Ph=34-25-1=1例1试审查图示简易冲床的设计方案简图是否合理？为什么？如不52例例2 计计算算图图示示机机构构的的自自由由度度，如如有有复复合合铰铰链链、局局部部自自由由度度和和虚虚约约束，需明确指出。画箭头的构件为原动件。束，需明确指出。画箭头的构件为原动件。解：分析解：分析局部自由度局部自由度局部自由度局部自由度1 1个虚约束个虚约束个虚约束个虚约束复合铰链复合铰链复合铰链复合铰链例2计算图示机构的自由度，如有复合铰链、局部自由度和虚约53局部自由度局部自由度局部自由度局部自由度1 1个虚约束个虚约束个虚约束个虚约束复合铰链复合铰链复合铰链复合铰链 n=8F=3n-2Pl-Ph =3 8-2 111 =1Pl=11Ph=1局部自由度1个虚约束复合铰链n=8F=3n-2Pl-54折叠伞机构折叠椅机构气窗开启机构翻斗车机构思思考考折叠伞机构折叠椅机构气窗开启机构翻斗车机构思考552-4 2-4 机构的组成原理及结构分类机构的组成原理及结构分类一、机构的组成原理一、机构的组成原理原动件原动件机架机架从动杆系从动杆系机构机构F FF FF=0F=0F=0F=0从动杆系必为F=0的开式运动链开式运动链杆组杆组杆组杆组分拆为一系列最简单的F=0的开链开链基本杆组基本杆组基本杆组基本杆组基本杆组基本杆组机构中不能再拆的自由度为零的构件组。机构中不能再拆的自由度为零的构件组。杆组杆组杆组杆组基本杆组基本杆组基本杆组基本杆组机构机构原动件原动件机架机架机构组成原理：机构组成原理：2-4机构的组成原理及结构分类一、机构的组成原理原动件56机构具有确定运动的条件：机构具有确定运动的条件：自由度数自由度数=原动件数原动件数机机架架和和原原动动件件与与从从动动件件组组分分开开：从从动动构构件件组自由度为零。组自由度为零。可以再拆成更简可以再拆成更简单的自由度为零单的自由度为零的杆组的杆组机构具有确定运动的条件：机架和原动件与从动件组分开：从动构件57二、基本杆组的类型二、基本杆组的类型4 46 62 23 3nPl68 912 较为复杂，不常用较为复杂，不常用II级杆组级杆组III级杆组级杆组对于对于全低副全低副的杆组：的杆组：n个构件、个构件、pl个低副个低副F=3n-2Pl=0二、基本杆组的类型42nPl689 12较为复581.II级杆组级杆组n=2、Pl=3，一个一个内副内副，两个，两个外副外副基本型式：基本型式：内副为转动副（内副为转动副（a、b、d）内副为移动副（）内副为移动副（c、e）II级杆组n=2、Pl=3，一个内副，两个外副基本型式：592.III级杆组级杆组n=4、Pl=6，三个三个内副内副，三个，三个外副外副基本型式：基本型式：全转动副（全转动副（a）多个移动副（）多个移动副（b、c）注意：注意：同样有n=4、Pl=6，但有四个四个内副内副，两个，两个外副外副 IVIV级杆组级杆组级杆组级杆组III级杆组n=4、Pl=6，三个内副，三个外副基本型式60三、平面机构的结构分类三、平面机构的结构分类根据机构中基本杆组的级别进行分类。级机构级机构只由机架和原动件组成的机构（杠杆机构、斜面机构）。II级机构级机构机构中基本杆组的最高级别为II级。III级机构级机构机构中基本杆组的最高级别为III级。34原动件原动件F=112ABCII级杆组级杆组F=01234ABC例如，单缸发动机：II级机构级机构三、平面机构的结构分类根据机构中基本杆组的级别进行分类。61四、平面机构的结构分析四、平面机构的结构分析结构分析目的结构分析目的 了解机构的组成，确定机构的级别。了解机构的组成，确定机构的级别。把机构分解为基本杆组、机架和原动件。把机构分解为基本杆组、机架和原动件。结构分析的过程结构分析的过程从从离离原原动动件件最最远远的的构构件件开开始始试试拆拆，先先拆拆II级级组组，若若不不成成，再再拆拆III级级组组，每每拆拆出出一一个个杆杆组组后后，机机构构的的剩剩余余部部分分仍仍应应是是一一个与原机构有相同自由度的机构，个与原机构有相同自由度的机构，直到只剩原动件为止直到只剩原动件为止。杆组拆分原则杆组拆分原则机构结构分析步骤机构结构分析步骤正正确确计计算算机机构构的的自自由由度度（除去机构中的虚约束和局部自由度）并确定原动件由机构拆分原由机构拆分原则进行拆杆组则进行拆杆组定出机构的级别定出机构的级别四、平面机构的结构分析结构分析目的了解机构的组成62例例 如图所示颚式破碎机，确定该机构的级别。如图所示颚式破碎机，确定该机构的级别。解解 1、计算机构的自由度、计算机构的自由度F=3 5 2 7=12、拆杆组、拆杆组4杆杆6副，但非三级杆组，副，但非三级杆组，可再拆可再拆II级杆组级杆组3、确定机构的级别：、确定机构的级别：级机构级机构 例如图所示颚式破碎机，确定该机构的级别。解1、计63注意：注意：同一机构，原动件不同拆出的杆组不同，机构的级别同一机构，原动件不同拆出的杆组不同，机构的级别 也不同。也不同。+III级杆组级杆组III级机构级机构 注意：同一机构，原动件不同拆出的杆组不同，机构的级别64 平面机构中高副低代的目的平面机构中高副低代的目的 为为了了使使平平面面低低副副机机构构结结构构分分析析和和运运动动分分析析的的方方法法适适用用于于所所有平面机构，需要进行平面机构的高副低代。有平面机构，需要进行平面机构的高副低代。高副低代的含义高副低代的含义 根根据据一一定定条条件件对对平平面面高高副副机机构构的的中中高高副副虚虚拟拟地地用用低低副副来来代代替的方法。替的方法。高副低代的条件：高副低代的条件：代替前后机构的自由度不变；代替前后机构的自由度不变；代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。2-5 2-5 平面机构的高副低代平面机构的高副低代平面机构中高副低代的目的2-5平面机构的高副低代65高副低代方法高副低代方法高副两元素均为圆弧高副两元素均为圆弧AK2K1Br2r1 1 212分析：分析：高副：提供高副：提供1个约束个约束(F=-1)低副：提供低副：提供2个约束个约束(F=-2)不能直接用低副来代替，不能直接用低副来代替，如何进行高副低代？如何进行高副低代？AK2K1B 1 212代替前后机构的自由度未变；代替前后机构的自由度未变；代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度未变。代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度未变。高副低代方法高副两元素均为圆弧AK2K1Br2r11266结结论论：用用一一个个含含有有两两个个低低副副的的虚虚拟拟构构件件来来代代替替高高副副，且且两两低低副副位位置置分分别别在在两两高高副副两两元元素素接接触触点点处处的的曲曲率率中中心心。（一杆两副）（一杆两副）K2K1r2r112K2K1F=-1F=1 3-2 2=-1高副元素为非圆曲线高副元素为非圆曲线O1K2O22112CK1结论：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67O1CK1K2CO1O2K11122两种特殊情况：1）点和曲线触。2）直线和曲线接触。1）2）注意：高副低代为瞬时代替。注意：高副低代为瞬时代替。O1CK1K2CO1O2K11122两种特殊情况：1）2）注68 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件机构原动件数机构原动件数=机构自由度数机构自由度数F=3n-(2Pl+Ph)=3n-2Pl-Ph 计算计算机构自由度应注意的事项机构自由度应注意的事项 复合铰链、局部自由度、虚约束复合铰链、局部自由度、虚约束 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算 机构的组成机构的组成 机构运动简图机构运动简图构件、运动副、运动链、机构构件、运动副、运动链、机构本章小结本章小结本章小结本章小结 平面机构的组成原理平面机构的组成原理 把若干基本杆组依次联于原动件把若干基本杆组依次联于原动件和机架上即为机构。和机架上即为机构。结构分类及结构分析结构分类及结构分析 注意杆组拆分原则注意杆组拆分原则 平面机构中的高副低代平面机构中的高副低代代替条件：代替条件：代替前后机构的自代替前后机构的自由度不变；由度不变；代替前后机构的瞬代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。时速度和瞬时加速度不变。代替方法：代替方法：用一个含有两个低副用一个含有两个低副的虚拟构件来代替高副，且两低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副位置分别在两高副两元素接触点处的曲率中心。点处的曲率中心。本章重点：本章重点：机构运动简图的测绘方法。机构运动简图的测绘方法。自由度的计算。自由度的计算。机构的组成原机构的组成原理。理。机构具有确定运动的条件机构原动件数=机构自由度数F=3n69精品课件精品课件！精品课件！70精品课件精品课件！精品课件！71作业P.4981-2,1-4P.4991-5,1-9作业P.49872