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1、平面机构的结构分析平面机构的结构分析21.2.1 机构的组成机构的组成 构件机构 运动副1.2 机构的组成及平面运动副第2页/共52页第1页/共52页运动副运动副运动副运动副-两构件相接触而形成的可动联接两构件相接触而形成的可动联接两构件相接触而形成的可动联接两构件相接触而形成的可动联接高副 面副元素类型 线 点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转动副移动副第3页/共52页第2页/共52页 两个以上构件以运动副联接而成的系统称为运动链两个以上构件以运动副联接而成的系统称为运动链两个以上构件以运动副联接而成的系统称为运动链两个以上构件以
2、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，便称为开链第4页/共52页第3页/共52页 运动链中出现称之为机架的固定件时，运动链被称运动链中出现称之为机架的固定件时，运动链被称运动链中出现称之为机架的固定件时，运动链被称运动链中出现称之为机架的固定件时，运动链被称为机构。为机构。为机构。为机构。机构的分类：平面机构 空间机构机构的组成：原动件 从动件 机架1.2.4 机构第5页/共52页第4页/共52页 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
3、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，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 机构运动简图第6页/共52页第5页/共52页（1）转动副1212121.3.3 构件和运动副规定的符号第7页/共52页第6页/共52页21（2）移动副：2121第8页/共52页第7页/共52页（3）高副按实际轮廓画第9页/共52页第8页/共52页构件表示法确定运动副的位置后用线条连接第10页/共52页第9页/共52页 例1：曲柄摇杆机构 1.3.4 机构运动简图绘制步骤4.绘图（机架、主动件、从动件）3.合理选择视图，定比例尺1.确判别
4、运动副类型，确定位置2.判别运动副类型，确定位置第11页/共52页第10页/共52页 例2：偏心轮机构 第12页/共52页第11页/共52页 例3：鄂式破碎机 第13页/共52页第12页/共52页 例4：缝纫机机头 第14页/共52页第13页/共52页1CAB2344D556 例5：内燃机 第15页/共52页第14页/共52页压力机动画 例6：第16页/共52页第15页/共52页两构件间有X.Y.三个相对独立运动(自由度)或称谓三个自由度,用F表示。对自由度（独立运动）的限制称谓约束，用S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第17页/共
5、52页第16页/共52页2.两个构件形成运动副的相对运动低副高副第18页/共52页第17页/共52页图示四杆机构，F=33-24=1。当1确定时，构件2，3位置确定，即以构件1为主动件，机构的运动确定。1.4.2 平面机构的自由度1.4.3 运动链成为机构的条件 自由度为1原动件数为1具有确定运动 原动件数为2机构将被破坏 n 运动链中可活动的构件数总和PL 低副的数目 PH 高副的数目第19页/共52页第18页/共52页当1确定时，构件2，3、4位置不能确定。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 当1、4 确定时，其它构件位置确定。所以当取构件1、
6、4为主动件，机构运动确定。第20页/共52页第19页/共52页原动件数=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：第21页/共52页第20页/共52页例：计算牛头刨床的自由度第22页/共52页第21页/共52页A2CB134DE561.4.4自由度计算注意事项 1复合铰链三构件组成两个转动副表示:？324复合铰链: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。两个以上构件在同一轴线上用转动副相联，形成复合铰链。第23页/共52页第22页/共52页21ACB432.2.局部
7、自由度局部自由度局部自由度局部自由度 机构中个别构件所具有的不影响其它构件运动，即与整个机构运动无关的自由度。?21ACB3第24页/共52页第23页/共52页123ADBCE4F53.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。ABCDEF？123ADBCE第25页/共52页第24页/共52页比较虚约束的判别：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虚约束 第26页/共52页第25页/共52页CAD=BD=DC2AB14D常见的虚约束：1.机构中联结构件与被联结构件的轨迹重合？2.两构件组成若干个导路中心线互相平行或重叠的移动副2
8、CAB1343第27页/共52页第26页/共52页ACBD12324.在机构整个运动过程中，其中某两构件上两点之间的距离始终不变。3.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。第28页/共52页第27页/共52页21322O5.机构中，不影响运动的对称部分。第29页/共52页第28页/共52页例：大筛机构CDABGFoE第30页/共52页第29页/共52页B、C、D、E处复合铰链例：第31页/共52页第30页/共52页虚约束B,C,D处为复合铰链例：第32页/共52页第31页/共52页虚约束C处为复合铰链例：第33页/共52页第32页/共52页例：第34页/共52页第33页/共52页图（a）F=3
9、526121图（b）F3527101特殊地：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：计一个低副第35页/共52页第34页/共52页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。高副低代的四种情形：曲线对曲线曲线对直线曲线对点点对直线（较少）1.5.1平面机构的低副代替高副法第36页/共52页第35页/共52页21特
10、殊情况，副元素曲线为圆 一般情况，副元素为一般曲线3第37页/共52页第36页/共52页B21AC321ACB32O1nn第38页/共52页第37页/共52页第39页/共52页第38页/共52页E4F51A62134ABCDEF561.5.2 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=1F=0F=0234BCDEF5F=1F=023BCD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。第40页/共52页第39页/共52页组成平面低副机构杆组的条件：机构与机架的连接一般为低副，移动或转动（一个自
11、由度）自由度数=原动件数。机构中除了主动件（原动件）外，自由度应该为零即从动件系统的自由度必为零。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。第41页/共52页第40页/共52页当n=2时，Pl=3 有下列型式2DC1BDC21DCBDCB 级组21BCD第42页/共52页第41页/共52页341224 级组包含有三个内副元素 的刚性构件的杆组。132134 级组包含四个构件组成封闭四边形的杆组。1当n=4时，Pl=6 基本型式为 当n=6时，Pl=9 复杂很少使用 基本杆组的类型（按杆组中包含封闭形分类）杆组类别杆组类别决定级别的封闭决定级别的
12、封闭形形每构件含每构件含2个低副个低副至少一构件至少一构件具具3个低副个低副杆组中具有杆组中具有1个四边形个四边形杆组中具有杆组中具有1个五边形个五边形第43页/共52页第42页/共52页机构的组成：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。第44页/共52页第43页/共52页错误并接两种并接第45页/共52页第44页/共52页1A623BCDE4F5E4F523BCD61A第46页/共52页第45页/共52页ABCDEFGO 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
13、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ABCDO EFGHH第47页/共52页第46页/共52页FG（2）先试拆 级组，若拆不出 级组，再试拆 级组。（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。FABCDEGO HO ABCDHE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）第48页/共52页第47页/共52页例：第49页/共52页第48页/共52页第50页/共52页第49页/共52页第51页/共52页第50页/共52页第52页/共52页第51页/共52页