机构的组成与结构.ppt

《机构的组成与结构.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机构的组成与结构.ppt（109页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析第第1章章 机构的组成和结构机构的组成和结构1.1 机构的组成机构的组成1.2 机构运动简图机构运动简图1.3 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件1.4 机构的组成原理和结构分析机构的组成原理和结构分析机构：具有确定运动的实物组合体机构：具有确定运动的实物组合体第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析零件零件(Part)：独立的制造单元体：独立的制造单元体1.1 机构的组成机构的组成 构件（构件（Link）：独立的运动单元）：独立的运动单元 一个构件可以由一个或多个零件组成。一个构件可以由一个或多个零件组成。内燃机内燃机

2、中的连杆作者：潘存云教授内燃机内燃机连杆连杆套筒套筒连杆体连杆体螺栓螺栓垫圈垫圈螺母螺母轴瓦轴瓦连杆盖连杆盖第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析1.1.1 构件构件1.1.2 运动副运动副运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接两个相邻构件直接接触两个相邻构件直接接触两者之间允许一定的相对运动两者之间允许一定的相对运动每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接每个构件至少和另外一个构件通过运动副联接a)两个构件、两个构件、b) 直接接触、直接接触、c) 有相对运动有相对运动三个条件，缺一不可三个条件，缺一不可第第1 1章章 平面机构

3、的结构分析平面机构的结构分析副元素：副元素：两个构件上参与接触构成运动副的部分（点、线、面）两个构件上参与接触构成运动副的部分（点、线、面）作者：潘存云教授作者：潘存云教授例如：例如：凸轮凸轮、齿轮齿廓齿轮齿廓、活塞与缸套活塞与缸套等。等。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析自由度：自由度：构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所 需的独立变量的数目需的独立变量的数目自由构件自由构件(空间空间)：F = 6自由构件自由构件(平面平面)：F = 3约束：约束：运动副对构件独立运动所加的限制运动副对构件独立运动所加的限制第第1 1章章

4、 平面机构的结构分析平面机构的结构分析运动副的分类方法：运动副的分类方法：1 按照运动副的相对运动形式分类按照运动副的相对运动形式分类平面运动副（平面运动）、空间运动副（空间运动）平面运动副（平面运动）、空间运动副（空间运动）平面机构平面机构全部由平面运动副组成的机构。全部由平面运动副组成的机构。例如：例如：球铰链球铰链、拉杆天线、拉杆天线、螺旋螺旋、生物关节。、生物关节。空间机构空间机构至少含有一个空间运动副的机构。至少含有一个空间运动副的机构。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析2 按照运动副的接触形式（运动副元素）分类按照运动副的接触形式（运动副元素）分类低副、高副低副、

5、高副高副高副(high pair)点、线接触，应力高。点、线接触，应力高。低副低副(lower pair)面接触，应力低。面接触，应力低。例如：例如：滚动副滚动副、凸轮副凸轮副、齿轮副齿轮副等。等。例如：例如：转动副转动副（回转副）、（回转副）、移动副移动副 。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析3 按照运动副引入的约束数目分类按照运动副引入的约束数目分类n 级副级副n = I, II VI级副级副II级副级副III级副级副第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析IV级副级副V级副级副1V级副级副2第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析按接触部分的几何

6、形状分类：按接触部分的几何形状分类：按接触形式分类：按接触形式分类：按引入的约束数目分类：按引入的约束数目分类：按相对运动形式分类：按相对运动形式分类： 平面运动副平面运动副低副低副转动副转动副五级副五级副R第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析P按接触部分的几何形状分类：按接触部分的几何形状分类：按接触形式分类：按接触形式分类：按引入的约束数目分类：按引入的约束数目分类：按相对运动形式分类：按相对运动形式分类： 平面运动副平面运动副低副低副移动副移动副五级副五级副第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析按接触形式分类：按接触形式分类：按引入的约束数目分类：按引入的约

7、束数目分类：按相对运动形式分类：按相对运动形式分类：按接触部分的几何形状分类：按接触部分的几何形状分类： 平面运动副平面运动副高副高副平面高副平面高副四级副四级副第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析低副机构低副机构高副机构高副机构第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析1.1.3 运动链运动链运动链：运动链：两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统n开式运动链（开链开式运动链（开链）n运动链的各构件未构成首末封闭系统运动链的各构件未构成首末封闭系统n 闭式运动链（闭链闭式运动链（闭链）n 运动链的各构件构成首末封闭

8、的系统运动链的各构件构成首末封闭的系统第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析1.1.4 机构机构机机 构：构：在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一在运动链中，如果将某一个构件加以固定，而让另一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各活动构件都有确定的相对运动，则此运动链称为机构。中其余各活动构件都有确定的相对运动，则此运动链称为机构。机构是具有确定运动的运动链机构是具有确定运动的运动链。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析机架机架原动件原动件从动件从动件在运动链中，将在运动链

9、中，将某一个构件某一个构件加以固定，而让加以固定，而让另一个或几个构件另一个或几个构件按按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中其余各构件其余各构件都都有确定的相对运动，则此运动链成为机构。有确定的相对运动，则此运动链成为机构。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析若干若干1个或几个个或几个1个个机架机架作为参考系的构件作为参考系的构件，如机床床身、车辆如机床床身、车辆底盘、飞机机身。底盘、飞机机身。机构的组成：机构的组成：机构机架原动件从动件机构机架原动件从动件原（主）动件原（主）动件按给定运动规律运动的构件按给定运动规律运动的

10、构件。从动件从动件其余可动构件。其余可动构件。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 运动链运动链 具有确定的相对运动具有确定的相对运动机构机构桁架桁架运动链运动链相对运动不确定相对运动不确定无相对运动无相对运动第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析分析现有机构分析现有机构新机械的运动方案设计新机械的运动方案设计第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析1.2 机构运动简图机构运动简图 用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图一定比例尺表示机构的运动

11、尺寸，绘制出表示机构的简明图形。形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论重点在于机构的运动分析重点在于机构的运动分析构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响 机构的运动特性机构的运动特性运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式构件的运动尺寸是运动分析的基础构件的运动尺寸是运动分析的基础不严格按比例可绘制

12、不严格按比例可绘制机构示意图机构示意图第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析国标规定的构件和运动副的表示符号国标规定的构件和运动副的表示符号运动简图的绘制方法运动简图的绘制方法第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析现摘录了部分现摘录了部分GB446084机构示意图如下表机构示意图如下表。1.2.1 构件与运动副的表达方法构件与运动副的表达方法机架机架AB机架和活动构件通过转动副联接机架和活动构件通过转动副联接 (内副内副)机架和活动构件通过移动副联接机架和活动构件通过移动副联接第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析两个活动构件联接两个活动构件联接第第1

13、 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析双副构件双副构件(一个构件和两个外副一个构件和两个外副)注：点划线表示与其联注：点划线表示与其联接的其他构件接的其他构件第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析双副构件双副构件(一个构件和两个外副一个构件和两个外副)第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析偏心轮偏心轮AB12BA21第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析三副构件三副构件(一个构件和三个外副一个构件和三个外副)第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析三副构件三副构件(一个构件和三个外副一个构件和三个外副)第第1 1章章 平面机构的结构

14、分析平面机构的结构分析第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析原动机原动机详见教材详见教材 P15 页。页。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12121212121212121212121212两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122121平平面面运运动动副副平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球球销销副副121212空空间间运运动动副副121212构件的表示方法构件的表示方法

15、:一般构件的表示方法一般构件的表示方法 杆、轴构件杆、轴构件固定构件固定构件同一构件同一构件三副构件三副构件 两副构件两副构件 一般构件的表示方法一般构件的表示方法 常用机构运动简图符号常用机构运动简图符号 在在机机架架上上的的电电机机齿齿轮轮齿齿条条传传动动带带传传动动圆圆锥锥齿齿轮轮传传动动链链传传动动圆柱圆柱蜗杆蜗杆蜗轮蜗轮传动传动凸凸轮轮传传动动外啮外啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动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运动副

16、之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构 成比例。成比例。棘棘轮轮机机构构内啮内啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动绘制机构运动简图绘制机构运动简图顺口溜：顺口溜：先两头，后中间，先两头，后中间， 从头至尾走一遍，从头至尾走一遍， 数数构件是多少，数数构件是多少， 再看它们怎相联。再看它们怎相联。步骤：步骤：1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；4.检验机构是否满足运动确定的条件。检验机构是否满足运动确定的条件。2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面）， 绘制示意图。绘制示意图。3.按比例绘制

17、运动简图。按比例绘制运动简图。 简图比例尺：简图比例尺： l = =实际尺寸实际尺寸 m/m/图上长度图上长度mmmm思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。号表示出来。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析1.2.2 运动简图的绘制运动简图的绘制小型压力机小型压力机编号原则：编号原则：注意区分位置重叠的不注意区分位置重叠的不同构件和同轴刚性联接的多个零件。同构件和同轴刚性联接的多个零件。前者分别编

18、号，后者采用一个编号，前者分别编号，后者采用一个编号，加加 以示区别。以示区别。 1. 分析整个机构的工作原理分析整个机构的工作原理机构组成机构组成动作原理和运动情况动作原理和运动情况偏心轮偏心轮1 齿轮齿轮1 杆件杆件2 齿轮齿轮6 杆件杆件3 槽凸轮槽凸轮6 杆件杆件4 滑块滑块7 压头压头8原动件原动件执行构件执行构件第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析2. 沿着传动路线，分析相沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动关系，邻构件之间的相对运动关系，确定运动副的类型和数目。确定运动副的类型和数目。转动副转动副移动副移动副平面高副平面高副第第1 1章章 平面机构的结构分析平

19、面机构的结构分析3. 选择适当的视图平面选择适当的视图平面 选择原则选择原则1 1 清楚表达机构的主体部分；清楚表达机构的主体部分；2 2 尽可能反映机构的全面运动；尽可能反映机构的全面运动；3 3 可以选择其他视图平面作为补充。可以选择其他视图平面作为补充。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析1.2.2 运动简图的绘制运动简图的绘制 1. 分析整个机构的工作原理分析整个机构的工作原理2. 沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动沿着传动路线，分析相邻构件之间的相对运动 关系，确定运动副的类型和数目关系，确定运动副的类型和数目3. 选择适当的视图平面选择适当的视图平面第第1 1

20、章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析4. 绘图绘图选择机架选择机架提取构件的运动尺寸提取构件的运动尺寸确定比例尺确定比例尺选择机构运动中的一个状态选择机构运动中的一个状态确定各运动副位置，绘图确定各运动副位置，绘图编号：编号：A、B、C 表示运动副表示运动副 1、2、3 表示构件表示构件 O1、O2表示固定转轴表示固定转轴 原动件的运动方向原动件的运动方向第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 运动链运动链 具有确定的相对运动具有确定的相对运动机构机构桁架桁架运动链运动链相对运动不确定相对运动不确定无相对运动无相对运动第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析1.

21、3 运动链成为机构的条件运动链成为机构的条件 运动链的自由度：运动链的自由度：确定运动链中各构件相对与其中某一构件确定运动链中各构件相对与其中某一构件的位置所需要的独立参变量的数目。的位置所需要的独立参变量的数目。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 运动链的自由度运动链的自由度 F = 6n - 5P5 - 4P4 - 3P3 - 2P2 P1机架机架1 1F = 0活动构件活动构件 2 2F = 6K K级级运运动动副副F = 6 - kn 为活动构件数目为活动构件数目，Pk 表示表示 k 级副的数目级副的数目第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析自动驾驶仪操

22、作装置自动驾驶仪操作装置1.3.1 运动链的自由度计算运动链的自由度计算2314第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析构件数目：构件数目：N = 4活动构件数目：活动构件数目：n = 3运动副：运动副：机架机架1和活塞和活塞2：圆柱副（：圆柱副（4级副）级副）活塞活塞2和连杆和连杆3：转动副（：转动副（5级副）级副）连杆连杆3和摇杆和摇杆4：球面副（：球面副（3级副）级副）摇杆摇杆4和机架和机架1：转动副（：转动副（5级副）级副）P3 = 1 P4 = 1 P5 = 22314第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析F = 6n - 5P5 - 4P4 - 3P3 -

23、 2P2 P1 = 63524131 = 1P3 = 1 P4 = 1 P5 = 2n = 32314第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析公共约束作用下的运动链自由度公共约束作用下的运动链自由度第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析平面运动链自由度平面运动链自由度 平面运动链的自由度平面运动链的自由度 F = 3n - 2P5 - P4q = 3 n n 为活动构件数目为活动构件数目 平面运动链中只有平面运动链中只有4 4 级副级副 和和5 5级副（转动副、移动级副（转动副、移动 副和平面高副）副和平面高副）第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析例：

24、计算平面运动链自由度例：计算平面运动链自由度12345P4 = 1 P5 = 5n = 4F = 34 25 1 = 1第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析1.3.2 运动链成为机构的条件运动链成为机构的条件运动链的自由度运动链的自由度 F = ?运动链的运动情况如何运动链的运动情况如何? Fa = 32 - 23 = 0 Fb = 33 - 25 = -1F 0 运动链不能运动，不成为机构运动链不能运动，不成为机构 第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 F = 34 - 25 = 21 个原动件个原动件F 0，但原动件数目小，但原动件数目小于自由度数目，运动链

25、于自由度数目，运动链运动不确定，不能成为运动不确定，不能成为机构。机构。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 F = 33 - 24 = 12 个原动件个原动件F 0，但原动件数目大，但原动件数目大于自由度数目，运动链于自由度数目，运动链被破坏，不能成为机构。被破坏，不能成为机构。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析运动链成为机构的条件：运动链成为机构的条件： 运动链中取一个构件相对固定作为机架，运动链运动链中取一个构件相对固定作为机架，运动链 相对于机架的自由度必须大于零，且原动件数目相对于机架的自由度必须大于零，且原动件数目 等于运动链自由度数。等于运动链自

26、由度数。 满足此条件的运动链即成为机构，机构自由度的满足此条件的运动链即成为机构，机构自由度的 计算可采用运动链自由度的计算公式。计算可采用运动链自由度的计算公式。“机构机构”的定义：的定义：在运动链中，将在运动链中，将某一个构件某一个构件加以固定，而让加以固定，而让另另一个或几个构件一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动按给定运动规律相对固定构件运动时，如果运动链中链中其余各构件其余各构件都有确定的相对运动，则此运动链成为机构。都有确定的相对运动，则此运动链成为机构。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 F = 1 1 个原动件：活塞个原动件：活塞 实现摇杆

27、的往复摆动实现摇杆的往复摆动第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析1.3.3 计算机构自由度时应注意的问题计算机构自由度时应注意的问题 问题问题1：复合铰链复合铰链两个以上的构件在同一处以转动副两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副。联接所构成的运动副。解决方案解决方案m 个构件在同一处构成复合铰链，个构件在同一处构成复合铰链，实际上构成了实际上构成了 ( m-1 ) 个转动副。个转动副。 F = 35 - 27 = 1计算图示两种凸轮机构的自由度。计算图示两种凸轮机构的自由度。解：解：n=3，PL=3，F=3n 2PL PH =33 23 1 =2PH=1对于右边的机

28、构，有：对于右边的机构，有： F=32 22 1=1事实上，两个机构的运动相同，且事实上，两个机构的运动相同，且F=112312第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析解决方案解决方案计算机构自由度时，假想滚子和安装滚子计算机构自由度时，假想滚子和安装滚子的构件固接为一个整体，成为一个构件的构件固接为一个整体，成为一个构件或在计算结果中去除局部自由度或在计算结果中去除局部自由度 问题问题2：局部自由度局部自由度 某些构件具有的只影响自身局部运动而不影响其它构件运动的自某些构件具有的只影响自身局部运动而不影响其它构件运动的自由度，经常发生在将滑动摩擦变为滚动摩擦的场合。由度，经常发生

29、在将滑动摩擦变为滚动摩擦的场合。12312计算时去掉滚子和铰链：计算时去掉滚子和铰链： F=32 22 1 =1滚子的作用：滑动摩擦滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。滚动摩擦。解：解：n= 4，PL=6，F=3n 2PL PH =34 26 =0PH=0 已知：已知：ABCDEF，计算图示平行四边形，计算图示平行四边形 机构的自由度。机构的自由度。 1234ABCDEF第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 问题问题3：虚约束虚约束 对机构的运动实际不起作用的约束对机构的运动实际不起作用的约束。 在特定的几何条件或结构条件下，某些运动副所引入在特定的几何条件或结构条件下，某些运动副所

30、引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用是一致的。这的约束可能与其它运动副所起的限制作用是一致的。这种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。计算自由度时应去掉虚约束。计算自由度时应去掉虚约束。 FEAB CD ，故增加构件故增加构件4前后前后E点的轨迹都是圆弧，。点的轨迹都是圆弧，。增加的约束不起作用，应去掉构件增加的约束不起作用，应去掉构件4。重新计算：重新计算：n=3, PL=4, PH=0F=3n 2PL PH =33 24 =1特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：1234ABCDEF4F 已知：已知：ABC

31、DEF，计算图示平行四边形，计算图示平行四边形 机构的自由度。机构的自由度。 ABCDEF虚约束虚约束第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析场合一：两个构件之间形成多个移动副，且导路平行场合一：两个构件之间形成多个移动副，且导路平行 F = 31 - 22 = -1 解决方案解决方案计算机构自由度时，不考虑虚约束的计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用，认为两个构件之间只形成一个作用，认为两个构件之间只形成一个运动副运动副 F = 31 - 21 = 1两个构件之间形成多个与导路重合或平行的移动副两个构件之间形成多个与导路重合或平行的移动副出现虚约束的场合：出现虚约束的场合：第第1

32、 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析场合二：两构件上某两点之间的距离在运动中保持不变场合二：两构件上某两点之间的距离在运动中保持不变5EF F = 31 - 22 = -1 AB CD AF DE点点E、F距离在运动过程中始终不变距离在运动过程中始终不变 杆式联轴器杆式联轴器AB作者：潘存云教授场合三：两构件联接前后，联接点的轨迹重合场合三：两构件联接前后，联接点的轨迹重合如如平行四边形机构平行四边形机构，火车轮火车轮 椭圆仪椭圆仪等。等。(需要证明)场合四：两构件构成多个转动场合四：两构件构成多个转动副，且同轴。副，且同轴。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析场合五

33、：机构中存在不起作用的对称部分场合五：机构中存在不起作用的对称部分为了传递较大功率，保持机构受为了传递较大功率，保持机构受力平衡，在机构中增加对称部分力平衡，在机构中增加对称部分作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授场合六：两构件构成高副，两处接触，且法线重场合六：两构件构成高副，两处接触，且法线重合。合。如如等宽凸轮等宽凸轮W注意：注意：法线不重合时，法线不重合时，变成实际约束！变成实际约束！AAn1n1n2n2n1n1n2n2AA第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 虚约束的引入，一般是为了改善机构受力，增大传递功率虚约束的引入，一般是为了改善机构受力，增大传递功

34、率 或者其它特殊需求；或者其它特殊需求； 计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用；计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用； 虚约束的成立，要满足一定的几何条件或者结构条件，如果虚约束的成立，要满足一定的几何条件或者结构条件，如果 这些条件被破坏，将转化了实约束，影响机构运动；这些条件被破坏，将转化了实约束，影响机构运动； 虚约束问题小结：虚约束问题小结： 机械设计中如果需要采用虚约束，必须保证设计、加工、装机械设计中如果需要采用虚约束，必须保证设计、加工、装 配精度，以确保满足虚约束存在的条件。配精度，以确保满足虚约束存在的条件。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析例：计算大筛机构

35、自由度例：计算大筛机构自由度复合铰链？复合铰链？局部自由度？局部自由度？虚约束？虚约束？n = 7 PH = 1 PL = 9F = 37 - 29 1 = 2第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析1 1、计算图示自动送料剪床机构的自、计算图示自动送料剪床机构的自由度，并指出其中是否有复合铰链、由度，并指出其中是否有复合铰链、局部自由度或虚约束。局部自由度或虚约束。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析2、计算图所示机构的自由度，如存在复合铰链、局部、计算图所示机构的自由度，如存在复合铰链、局部自由度和虚约束，请指出。自由度和虚约束，请指出。第第1 1章章 平面机构

36、的结构分析平面机构的结构分析第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析3、计算图所示机构的自由度，如存在复合铰链、局部、计算图所示机构的自由度，如存在复合铰链、局部自由度和虚约束，请指出。自由度和虚约束，请指出。解：解：A为杆为杆6、7、8的复合铰链。的复合铰链。 滚子为局部自由度。滚子为局部自由度。凸轮与大齿轮为同一构件。凸轮与大齿轮为同一构件。 F=3n-2PL-Ph =3 9 -2 12-2 =112345768910A第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析4、计算下图机构自由度。解：解：(a)两个滚子为局部自由

37、度。两个滚子为局部自由度。(b)顶杆顶杆2与机架间有一虚约束。与机架间有一虚约束。(c)顶杆顶杆4与机架与机架间有一虚约束间有一虚约束。 F=3n-2PL-Ph=35 -26-2=1124356 a)原动件作移动原动件作移动 (如直线电机、如直线电机、 流体压力作动筒流体压力作动筒)。21 b)原动件作转动原动件作转动 (如电动如电动 机机)。211.1.基本机构基本机构 由一个原动件和一个机架组成的双杆机构。由一个原动件和一个机架组成的双杆机构。1.4 机构的组成原理和结构分析机构的组成原理和结构分析 构件构件 + 运动副运动副 运动链运动链 机构机构机架机架原动件原动件从动件组合从动件组合

38、1.4.1 机构的组成原理机构的组成原理2.2.基本杆组基本杆组定义：定义：最简单的最简单的F0的构件组，称为基本杆组。的构件组，称为基本杆组。机构具有确定运动的条件是机构具有确定运动的条件是原动件数自由度原动件数自由度。F=1F=0 现设想将机构中的原动件和机架断开，则原动件现设想将机构中的原动件和机架断开，则原动件与机架构成了基本机构，其与机架构成了基本机构，其F1。剩下的构件组必有。剩下的构件组必有F0。将构件组继续拆分成更简单。将构件组继续拆分成更简单F0的构件组，直到的构件组，直到不能再拆为止。不能再拆为止。作者：潘存云教授举例：举例：将图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。将图示八

39、杆机构拆分成基本机构和基本杆组。71324568推论：推论：任何一个平面机构都可以认为是在基本机构的任何一个平面机构都可以认为是在基本机构的 基础上，依次添加若干个杆组所形成的。基础上，依次添加若干个杆组所形成的。机构的组成原理：机构的组成原理： 机构基本机构基本杆组机构基本机构基本杆组结论：结论：该机构包含一个基本机构和两个基本杆组，换该机构包含一个基本机构和两个基本杆组，换 句话说，将两个基本杆组添加到基本机构上，句话说，将两个基本杆组添加到基本机构上， 构成了该八杆机构。构成了该八杆机构。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 由由PL个低副和个低副和n个构件组成的基本杆组

40、的自由度个构件组成的基本杆组的自由度 F = 3n - 2PL 基本杆组基本杆组 F = 0PL = n32 PL 为整数，为整数， n只能取偶数。只能取偶数。 n 2 4 n4 已无实例了已无实例了! PL 3 6第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析n = 2 PL = 3 级杆组（双杆组）级杆组（双杆组） n=2 的杆组称为的杆组称为级杆组，是应用最广而又最简单级杆组，是应用最广而又最简单的基本杆组。共有的基本杆组。共有 5 种类型种类型第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析n = 4 PL = 6 级杆组级杆组三副构件三副构件3个双副构件个双副构件第第1 1

41、章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析n = 2 PL = 3 级杆组（双杆组）级杆组（双杆组）n = 4 PL = 6 级杆组级杆组第四种形式称为第四种形式称为IVIV级组级组。结构特点：结构特点： 有两个三副杆，且有两个三副杆，且4个构件构成四边形结构。个构件构成四边形结构。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 任何机构都可以看作是若干个自由度为零的任何机构都可以看作是若干个自由度为零的基本杆组基本杆组依次依次联接到联接到原动机和机架原动机和机架上而构成的，机构的自由度等于原动件的上而构成的，机构的自由度等于原动件的数目，这就是数目，这就是机构的组成原理机构的组成原理。

42、构件构件 + 运动副运动副 运动链运动链 机构机构机架机架原动件原动件若干基本杆组若干基本杆组第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析机架和原动件机架和原动件级杆组级杆组 级杆组级杆组四杆机构四杆机构八八杆杆机机构构第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析机构的组成：机构的组成： 在机架和原动件上每增加一个基本杆组，并不改变原来的在机架和原动件上每增加一个基本杆组，并不改变原来的 自由度，每次增加都可以获得一个新机构；自由度，每次增加都可以获得一个新机构； 设计新机构时，在满足相同工作要求的前提下，机构的结设计新机构时，在满足相同工作要求的前提下，机构的结 构越简单越好

43、，杆组级别越低越好，运动副数目越少越好。构越简单越好，杆组级别越低越好，运动副数目越少越好。 F = 3n - 2PL PH第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析1.4.2 机构的结构分析机构的结构分析 机构的结构分析机构的结构分析是指把机构分解为基本杆组、原动件和是指把机构分解为基本杆组、原动件和机架，是机构组成的反过程，又称为拆杆组。机架，是机构组成的反过程，又称为拆杆组。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析机构的结构分析原则：机构的结构分析原则： 首先，从远离原动件的部分开始拆分；首先，从远离原动件的部分开

44、始拆分； 试拆时，先试拆低级别杆组；试拆时，先试拆低级别杆组； 每拆完一个杆组，剩余的部分仍然是一个完整机构。每拆完一个杆组，剩余的部分仍然是一个完整机构。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析I 级机构级机构II 级机构级机构III 级机构级机构机构的命名：机构的命名： 以机构中所包含的基本杆组的最高级别以机构中所包含的基本杆组的最高级别第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析原动件不同，机构原动件不同，机构的级别也有可能不同的级别也有可能不同12345678第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析1、级组由两个构件和三个低副组成，但图级组由两个构件和三

45、个低副组成，但图不是不是二级杆组。二级杆组。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析2、图示为一内燃机的机构运动简图，试计算自由度，并分析、图示为一内燃机的机构运动简图，试计算自由度，并分析组成此机构的基本杆组。如在该机构中改选组成此机构的基本杆组。如在该机构中改选EG为原动件，试为原动件，试问组成此机构的基本杆杆组是否与前者有所不同。问组成此机构的基本杆杆组是否与前者有所不同。第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析2）拆分杆组（）拆分杆组（AB为原动件）为原动件）第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析本章重点小结本章重点小结一、构件一、构件 + 运动副运动副 运动链运动链 机构机构机架机架原动件原动件从动件从动件基本杆组基本杆组三、机构运动简图的绘制三、机构运动简图的绘制二、运动链成为机构的条件：二、运动链成为机构的条件：F 0, 原动件数目等于自由度数目原动件数目等于自由度数目 平面运动链自由度计算方法和注意事项平面运动链自由度计算方法和注意事项