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1、你现在浏览的是第一页，共85页2.1 基本概念基本概念2.2 机构运动简图机构运动简图2.3 平面机构的自由度平面机构的自由度本章目录本章目录下一页下一页上一页上一页退出退出总目录总目录2.4平面机构的组成原理与结构分析平面机构的组成原理与结构分析2.5 空间机构的自由度空间机构的自由度你现在浏览的是第二页，共85页本章重点本章重点:n机构自由度的计算机构自由度的计算n机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件n机构的结构分析机构的结构分析本章难点本章难点:n机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制你现在浏览的是第三页，共85页2.1 2.1 基本概念基本概念2.1.1 构件构件n 构件与零件的
2、区别构件与零件的区别运动单元体加工制造单元体机器中独立的运动单元体机器中独立的运动单元体从运动观点看：从运动观点看：机构由构件组成机构由构件组成从制造观点看：从制造观点看：机构由零件组成机构由零件组成u构件可以由一个零件组成，也可以由几个零件组成构件可以由一个零件组成，也可以由几个零件组成内燃机内燃机你现在浏览的是第四页，共85页2.1.2 运动副运动副n两构件直接接触而又能产生一定相对运动两构件直接接触而又能产生一定相对运动的连接称为运动副的连接称为运动副n每一个运动副都是由两个构件组成n两构件要直接接触n两构件能作相对运动特特征征你现在浏览的是第五页，共85页运动副元素运动副元素xyo参与
3、接触而构成运动副的部分参与接触而构成运动副的部分运动副的特点运动副的特点：既限制了两构件的某些相对运动，又允：既限制了两构件的某些相对运动，又允许一定的相对运动许一定的相对运动点、线、面点、线、面你现在浏览的是第六页，共85页运动副的分类运动副的分类转动副转动副移动副移动副平面运动副平面运动副空间运动副空间运动副低副低副：面接触：面接触平面高副：点、线接触平面高副：点、线接触球副、球副、球销副、球销副、圆柱副、圆柱副、螺旋副螺旋副你现在浏览的是第七页，共85页转动副一个独立的相对运动一个独立的相对运动应用：应用：铰链四杆机构铰链四杆机构画法：画法：u平面运动副你现在浏览的是第八页，共85页移动
4、副一个独立的相对运动一个独立的相对运动画法：画法：应用：应用：曲柄滑块曲柄滑块机构机构u平面运动副你现在浏览的是第九页，共85页平面高副平面高副二个独立的相对运动二个独立的相对运动凸轮副齿轮副u平面运动副画法：画法：你现在浏览的是第十页，共85页u空间运动副三个独立的相对转动三个独立的相对转动球副球销副二个独立的相对转动二个独立的相对转动你现在浏览的是第十一页，共85页圆柱副二个独立的相对运动二个独立的相对运动螺旋副一个独立的相对运动一个独立的相对运动u空间运动副你现在浏览的是第十二页，共85页2.1.3 运动链运动链若干构件通过运动副连接而成的系统称为若干构件通过运动副连接而成的系统称为运动
5、链运动链。你现在浏览的是第十三页，共85页n闭链闭链n运动链中每个构件至少包括两个运动副元素，运动链中每个构件至少包括两个运动副元素，构成首末封闭的系统。用于各种机械。构成首末封闭的系统。用于各种机械。n开链开链n运动链中有的构件只包含一个运动副元素，运动链中有的构件只包含一个运动副元素，构成首末封闭的系统。用于机械手，挖掘构成首末封闭的系统。用于机械手，挖掘机等多自由度机械。机等多自由度机械。运动链的分类运动链的分类你现在浏览的是第十四页，共85页运动链运动链开链开链闭链闭链闭链闭链你现在浏览的是第十五页，共85页机架主动件从动件从动件运动链怎样成为机构？运动链怎样成为机构？你现在浏览的是第
6、十六页，共85页运动链成为机构的条件运动链成为机构的条件q具有一个具有一个机架机架q具有一个或少数几个作独立运动的构具有一个或少数几个作独立运动的构件件主动件主动件q从动件从动件的运动规律应完全确定的运动规律应完全确定你现在浏览的是第十七页，共85页2.2 2.2 平面机构的运动简图n用简单的线条和规定的符号来表示用简单的线条和规定的符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置，这种表明机构各构件动副的位置，这种表明机构各构件间的相对运动关系的简化图形称为间的相对运动关系的简化图形称为机构运动简图机构运动简图。你现在浏览的是第十八页，共85页常用构件的表示方
7、法常用构件的表示方法l轴、杆类构件轴、杆类构件:l机架机架:l构件间的永久联接构件间的永久联接:你现在浏览的是第十九页，共85页常用构件的表示方法常用构件的表示方法具有两个运动副元素的构件具有两个运动副元素的构件双副构件双副构件你现在浏览的是第二十页，共85页具有三个运动副元素的构件具有三个运动副元素的构件三副构件三副构件你现在浏览的是第二十一页，共85页齿轮传动的表示法齿轮传动的表示法你现在浏览的是第二十二页，共85页凸轮机构中的凸轮和滚子凸轮机构中的凸轮和滚子的表示法的表示法你现在浏览的是第二十三页，共85页机构运动机构运动简图的画法简图的画法n分析机构的动作原理、组成情况及运动情况，分析
8、机构的动作原理、组成情况及运动情况，找出其主动件、机架、从动件；找出其主动件、机架、从动件；n按照运动传递的路线，判断运动副的形式；按照运动传递的路线，判断运动副的形式；n选择投影面（多数构件的运动平面）；选择投影面（多数构件的运动平面）；n选择适当的比例尺绘制机构运动简图。选择适当的比例尺绘制机构运动简图。你现在浏览的是第二十四页，共85页抽水唧筒你现在浏览的是第二十五页，共85页码头吊车码头吊车你现在浏览的是第二十六页，共85页牛头刨床你现在浏览的是第二十七页，共85页例例21 绘制液压泵的机构运动简图绘制液压泵的机构运动简图1ABC234 A AB BC C1234你现在浏览的是第二十八
9、页，共85页2.3 平面机构的自由度平面机构的自由度n2.3.1 构件的自由度构件的自由度AB确定平面构件的位置需要三个确定平面构件的位置需要三个独立参数独立参数 x,y,自由度：自由度：确定构件位置所需的确定构件位置所需的独立参数的数目或构件所具有独立参数的数目或构件所具有的独立运动的数目。的独立运动的数目。n一个做平面运动的自由构件自由度一个做平面运动的自由构件自由度=3xy yxO约束约束：对独立运动所加的限制。：对独立运动所加的限制。你现在浏览的是第二十九页，共85页2.3.2 运动副的约束特点运动副的约束特点高副高副yxyx1212约束特点约束特点 约束数目约束数目x,y方向移动方向
10、移动 y方向移动方向移动 2绕绕z轴的转动轴的转动y方向移动方向移动 1yx转动副转动副12移动副移动副yx122你现在浏览的是第三十页，共85页2.3.3 机构的自由度机构的自由度机构所具有的独立运动的数目机构所具有的独立运动的数目公式：公式：n 活动构件数（总构件数活动构件数（总构件数N-1）pl 低副数；低副数；ph 高副数高副数你现在浏览的是第三十一页，共85页例：计算下列机构或运动链的自由度计算下列机构或运动链的自由度n=2pl=3ph=0F=3n-2pl-ph=0n=4pl=6ph=0F=3n-2pl-ph=0F=0 桁架桁架 构件间无相对运动构件间无相对运动你现在浏览的是第三十二
11、页，共85页n=2pl=2F=3n-2pl-ph=1ph=1n=3pl=4ph=0F=3n-2pl-ph=1主动件数主动件数=自由度自由度 机构有确定运动机构有确定运动主动件数主动件数自由度自由度 机构被破坏机构被破坏你现在浏览的是第三十三页，共85页F=3n-2pl-ph=2n=4pl=5ph=0主动件数主动件数自由度自由度主动件数主动件数 0 机构被破坏机构被破坏 机构无规则运动机构无规则运动 机构有确定运动机构有确定运动你现在浏览的是第三十五页，共85页?n=5pl=6ph=0F=3n-2pl-ph=3ABCDE你现在浏览的是第三十六页，共85页2.3.5 计算机构自由度时应注意的问题计
12、算机构自由度时应注意的问题n1.复合铰链复合铰链1 12 23 31 12 23 3复合铰链数复合铰链数=构件数构件数-1两个以上构件同时在一两个以上构件同时在一处以处以转动副转动副相联接就构相联接就构成了复合铰链成了复合铰链你现在浏览的是第三十七页，共85页n=5pl=7ph=0F=3n-2pl-ph=1ABCDEn=5pl=6ph=0F=3n-2pl-ph=3你现在浏览的是第三十八页，共85页n2.局部自由度n=3pl=3ph=1F=3n-2pl-ph=2?n个别构件所具有的，不个别构件所具有的，不影响其他构件运动的自影响其他构件运动的自由度称为局部自由度由度称为局部自由度你现在浏览的是第
13、三十九页，共85页n去掉局部自由度n=2pl=2ph=1F=3n-2pl-ph=11.设想将滚子与推杆固结在一起，视为一个构件设想将滚子与推杆固结在一起，视为一个构件2.直接在公式中去除局部自由度直接在公式中去除局部自由度F=3n-2pl ph-1=33-23-1-1=1你现在浏览的是第四十页，共85页3.虚约束虚约束n=4pl=6ph=0F=3n-2pl-ph=0?n不起独立限制作用的重复约束称不起独立限制作用的重复约束称为虚约束为虚约束ABCDEFAB EF CD你现在浏览的是第四十一页，共85页去掉虚约束去掉虚约束n=3pl=4ph=0F=3n-2pl-ph=1轨迹重合轨迹重合你现在浏览
14、的是第四十二页，共85页不同构件上两点距离恒定不同构件上两点距离恒定12345ADBCEF你现在浏览的是第四十三页，共85页两构件组成多个转动副，且轴线重合两构件组成多个转动副，且轴线重合你现在浏览的是第四十四页，共85页两构件组成多个移动副，且导路平行两构件组成多个移动副，且导路平行你现在浏览的是第四十五页，共85页两构件组成多个两构件组成多个高高副，且副，且接触点接触点之间距离为常数之间距离为常数你现在浏览的是第四十六页，共85页对运动不起作用的对称部分对运动不起作用的对称部分F=3n 2pl ph=33 23 2=1你现在浏览的是第四十七页，共85页 公共约束公共约束F=(3-1)n-(
15、2-1)pl由于运动副的特殊组合和特殊布置，使得由于运动副的特殊组合和特殊布置，使得机构中所有构件同时受到某些约束而共同机构中所有构件同时受到某些约束而共同丧失了一些独立运动的可能性，一般就把丧失了一些独立运动的可能性，一般就把这类约束称为这类约束称为公共约束公共约束。你现在浏览的是第四十八页，共85页例题：计算机构的自由度例题：计算机构的自由度=37-29-1=2F=3n-2pl-phABCDEEFOG你现在浏览的是第四十九页，共85页课外题课外题ABCD(a)ABCDEFABCD(b)(d)(c)ABCD你现在浏览的是第五十页，共85页课外题课外题ABCD(a)ABCDEF(b)n=4pl
16、=5ph=1F=3n-2pl-ph=1注：注：A处有复合铰链处有复合铰链n=4pl=5ph=1F=3n-2pl-ph=1注：注：B处有局部自由度处有局部自由度,F处有虚约束处有虚约束你现在浏览的是第五十一页，共85页ABCD(d)n=5pl=7ph=0F=3n-2pl-ph=1注：注：B处有复合铰链处有复合铰链(c)ABCDn=6pl=7ph=3F=3n-2pl-ph=1注：注：B,C,D处有复合铰链处有复合铰链你现在浏览的是第五十二页，共85页2.4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析2.4.1 机构的组成原理机构的组成原理机构机构=机架机架+主动件主动件+从动件组从动
17、件组F机构机构=主动件数主动件数F从动件组从动件组=0F机构机构=F机架机架+F主动件主动件+F从动件组从动件组=0你现在浏览的是第五十三页，共85页F=3527=1F=1F=3426=0机构的组成原理机构的组成原理+你现在浏览的是第五十四页，共85页F=3527=1F=1F=3223=0+基本杆组基本杆组你现在浏览的是第五十五页，共85页机构的基本杆组机构的基本杆组最后不能再拆的、最简单的自由度为零的最后不能再拆的、最简单的自由度为零的构件组称为机构的构件组称为机构的基本杆组。基本杆组。任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次连接于主动件和机架上而构成的
18、。次连接于主动件和机架上而构成的。机构的组成原理机构的组成原理你现在浏览的是第五十六页，共85页机架机架+主动件主动件基本杆组基本杆组+机构机构机构的组成原理机构的组成原理你现在浏览的是第五十七页，共85页机构机构基本杆组基本杆组+新机构新机构机构的创新设计机构的创新设计你现在浏览的是第五十八页，共85页全部由低副组成的基本杆组满足的条件：全部由低副组成的基本杆组满足的条件：npl2 4 6 3 6 9 关系：关系：级杆组：级杆组：n=2,pl=3 （二杆三副）（二杆三副）2.4.2 机构的结构分析机构的结构分析F3n-2pl=0 即即 pl=3n/2()()级杆组：级杆组：n=4,pl=6拆
19、杆组拆杆组你现在浏览的是第五十九页，共85页级杆组的形式级杆组的形式PRPRPPRRRRRPRPRR-revolute pairP-prismatic pair（五种）（五种）n=2,pl=3你现在浏览的是第六十页，共85页级杆组的形式级杆组的形式:n=4,pl=6中间是中间是1个三副构件，外部是个三副构件，外部是3个双副构件；个双副构件；3+3=61+3=4有有3个内副，个内副，3个外副个外副。特点特点:1+3=43+3=6你现在浏览的是第六十一页，共85页级杆组的形式：级杆组的形式：特点：有特点：有4个内副个内副 n=4,pl=6你现在浏览的是第六十二页，共85页机构的级别机构的级别机构中
20、杆组的最高级别即为机构的级别机构中杆组的最高级别即为机构的级别级机构：全部是级机构：全部是级杆组级杆组级机构：最高杆组是级机构：最高杆组是级杆组级杆组你现在浏览的是第六十三页，共85页1.除去机构中的虚约束和局部自由度，算出机构自由除去机构中的虚约束和局部自由度，算出机构自由度并指出主动件；度并指出主动件；2.拆去主动件和机架；拆去主动件和机架；3.从与主动件相连接的运动副开始，向与机架相连接从与主动件相连接的运动副开始，向与机架相连接的运动副方向搜索，找出外运动副已知的的运动副方向搜索，找出外运动副已知的级或级或级级杆组；杆组；4.从与已拆下的前一级杆组相连接的运动副开始，从与已拆下的前一级
21、杆组相连接的运动副开始，重复上步过程，直至拆出全部基本杆组；重复上步过程，直至拆出全部基本杆组；5.根据所拆分出的基本杆组的最高级别，确定该机构根据所拆分出的基本杆组的最高级别，确定该机构的级别。的级别。拆杆组的步骤拆杆组的步骤你现在浏览的是第六十四页，共85页级机构级机构例题：分析牛头刨床的结构并确定该机例题：分析牛头刨床的结构并确定该机构的级别构的级别RPRRRP你现在浏览的是第六十五页，共85页运动链中，选不同的构运动链中，选不同的构件做机架和主动件，可件做机架和主动件，可得到完全不同的机构。得到完全不同的机构。123456机架变换和主动件的选择机架变换和主动件的选择你现在浏览的是第六十
22、六页，共85页选选6为机架，为机架，1为主动件为主动件级机构级机构234561拆拆123456你现在浏览的是第六十七页，共85页选选6为机架，为机架，4为主动件为主动件级机构级机构拆拆124635123456你现在浏览的是第六十八页，共85页选选2为机架，为机架，1为主动件为主动件123456345612级机构级机构拆拆你现在浏览的是第六十九页，共85页ABCDEFGHIJKLMN12345678910例题：例题：拆分杆组，确定机构的级别。拆分杆组，确定机构的级别。你现在浏览的是第七十页，共85页A1I10HFG9E8HCEK2347JBD级机构级机构MN56LABCDEFGHIJKLMN12
23、345678910你现在浏览的是第七十一页，共85页2.4.3 平面低副的同性异形演化平面低副的同性异形演化n2.4.3.1 移动副的同性异形演化移动副的同性异形演化(1)组成移动副两元素的包容面与被包容面可互换组成移动副两元素的包容面与被包容面可互换12341234你现在浏览的是第七十二页，共85页(2)组成移动副的方位线可平移组成移动副的方位线可平移ABCDABDE你现在浏览的是第七十三页，共85页组成移动副的方位线可平移组成移动副的方位线可平移你现在浏览的是第七十四页，共85页n2.4.3.1 转动副的同性异形演化转动副的同性异形演化AA213231BB你现在浏览的是第七十五页，共85页
24、n2.4.3.1 转动副的同性异形演化转动副的同性异形演化你现在浏览的是第七十六页，共85页2.4.4 平面机构中的高副低代平面机构中的高副低代1.1.高副低代：高副低代：将机构中的高副根据一定的条件虚拟地将机构中的高副根据一定的条件虚拟地以低副加以代替。以低副加以代替。2.应满足的条件：应满足的条件：3.替代关键替代关键 高副用一个高副用一个含有两个低副的构件含有两个低副的构件代替。代替。过接触点找曲率中心过接触点找曲率中心。自由度完全相同自由度完全相同。瞬时速度和加速度完全相同。瞬时速度和加速度完全相同。代替机构和原机构代替机构和原机构你现在浏览的是第七十七页，共85页若两接触轮廓均为曲线
25、若两接触轮廓均为曲线高副低代的方法高副低代的方法:用两个转动副和一个构件来代替一个高副，这两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。个转动副分别处在高副两轮廓接触点的曲率中心。你现在浏览的是第七十八页，共85页若两接触轮廓之一为一点若两接触轮廓之一为一点你现在浏览的是第七十九页，共85页若两接触轮廓之一为直线若两接触轮廓之一为直线你现在浏览的是第八十页，共85页作业作业P27:2-2（g图除外）图除外）2-3（d图除外）图除外）2-4注意注意:2-2（d图的三个圆是齿轮）图的三个圆是齿轮）你现在浏览的是第八十一页，共85页习题123456789ACO1BO1齿轮、曲柄的转轴齿轮、曲柄的转轴,齿轮、曲柄为一个构件齿轮、曲柄为一个构件A1、2的转动中心的转动中心6齿轮与凸轮一体齿轮与凸轮一体5局部自由度滚子局部自由度滚子你现在浏览的是第八十二页，共85页你现在浏览的是第八十三页，共85页24536791-9转动副1-2转动副1-6高副2-3转动副3-4转动副3-9移动副5-6高副6-9转动副4-7移动副7-8转动副8-9移动副4-5转动副活动构件n=91（机架）pl=9,F=3n-2pl-ph=1811（局部自由度）=7ph=2你现在浏览的是第八十四页，共85页你现在浏览的是第八十五页，共85页