1、第一章第一章平面机构的结构分析平面机构的结构分析第一章平面机构的结构分析主要内容：）平面机构运动简图的绘制）平面机构自由度的计算及机构具有确定运动的条件）机构的组成原理及结构分析主要内容：）平面机构运动简图的绘制）平面机构自由度的计算 1-1.研究机构结构的目的研究机构结构的目的?1)探讨机构运动的可能性及其具有确定运动的条件?2)将各种机构按结构加以分类，并按分类建立运动分析和动力分析的一般方法?3)了解机构的组成原理?4)绘制机构运动简图 1-1.研究机构结构的目的?1)探讨机构运动的可能性及 1-2.运动副、运动链和机构运动副、运动链和机构?一、运动副?运动副：两构件直接接触形成的可动联
2、接运动副1 运动副2 运动副3?运动副元素：参与接触而构成运动副的点、线、面。1-2.运动副、运动链和机构?一、运动副?运动副：两构件运动副的分类：运动副的分类：根据运动副的接触形式，运动副归为两类:1）低副：面接触的运动副。如转动副、移动副。2）高副：点或线接触的运动副。如齿轮副、凸轮副。运动副的分类：根据运动副的接触形式，运动副归为两类:1）低副也可将运动副分为平面运动副和空间运动副。1）平面运动副：组成运动副两构件间作相对平面运动，如转动副、移动副、凸轮副、齿轮副。2）空间运动副：组成运动副两构件间作相对空间运动。如螺旋副，球面副。也可将运动副分为平面运动副和空间运动副。1）平面运动副：
3、组成自由度：构件所具有的独立运动的数目约束：对独立运动所加的限制自由度：构件所具有的独立运动的数目约束：对独立运动所加的限制运动副的约束特点：?具有两个约束而相对自由度等于一的平面运动副：转动副和移动副。?具有一个约束而相对自由度等于二的运动副：高副?约束一个相对转动而保留两个相对移动的运动副是不可能存在的。运动副的约束特点：?具有两个约束而相对自由度等于一的平面运动二、运动链?运动链：两个以上构件以运动副联接而成的系统。?闭链：组成运动链的每个构件至少包括两个运动副元素。该运动链为封闭系统。?开链：运动链中有的构件只包含一个运动副元素。二、运动链?运动链：两个以上构件以运动副联接而成的系统。
4、?闭判别运动副?判别运动副?三、机构?从运动链的角度，机构需具有下列特点:?1)运动链中有机架?2)各构件间有确定的运动三、机构?从运动链的角度，机构需具有下列特点:?1)运动链 3-3平面机构运动简图?一、机构运动简图的定义及作用：?说明机构各构件间相对运动关系的简单图形机构运动简图是用规定的运动副符号及代表构件的线条来表示构件和运动副，并按一定比例表示各运动副的相对位置.3-3 平面机构运动简图?一、机构运动简图的定义及作用：?组成：线条和符号?符号：表示运动副?组成：线条和符号?符号：表示运动副二、机构运动简图的绘制?1.运动副的表示符号：1)两构件构成转动副二、机构运动简图的绘制?1.
5、运动副的表示符号：1)两构件构成2)两构件构成移动副2)两构件构成移动副3)两构件组成平面高副用两构件接触点（线）附近的两段轮廓表示?3)两构件组成平面高副用两构件接触点（线）附近的两段轮廓表示凸轮机构和齿轮机构的习惯表示方法凸轮机构和齿轮机构的习惯表示方法凸轮机构和齿轮机构的习惯表示方法2.构件的表示方法：将该构件上的运动副元素按其位置表示出来，再用简单的线条将这些运动副联接起来，就可表示这个构件。1)具有两个运动副元素的构件：2.构件的表示方法：将该构件上的运动副元素按其位置表示出来，2)具有三个运动副元素的构件:2)具有三个运动副元素的构件:3.运动简图的绘制步骤?1 确定原动件2 确定
6、输出件3 确定传动件4 确定构件数量及各构件间的相对运动关系，以确定运动副的种类和数目。?5 选择适当的投影面?6 选择比例尺?7 以线条和运动副规定符号表示构件和运动副3.运动简图的绘制步骤?1 确定原动件2 确定输出件3例例1 1 图示为图示为颚式碎矿机颚式碎矿机。当曲轴。当曲轴2绕轴心绕轴心O1连连续回转，动颚板续回转，动颚板6绕轴心绕轴心O3往复摆动，从而将矿往复摆动，从而将矿石轧碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图。石轧碎。试绘制此碎矿机的机构运动简图。O12AO316345O2DCB例1 1 图示为颚式碎矿机。当曲轴2 绕轴心O 1 连续回转，动J6F5G4EK3H78DM8CN2A1
7、B01J 6 F 5 G 4 E K 3 H 7 8 D M8 C N 2 A 1 B 0 11-4.1-4.平面机构的自由度平面机构的自由度一、平面机构的自由度1.构件的自由度3.两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些约束。YAOX低副引入两个约束！低副引入两个约束！2.机构自由度 是指机构中各活动构件相对于机架的独立运动数目。低副 1-4.平面机构的自由度一、平面机构的自由度1.构件的自高副引入一个约束！高副引入一个约束！高副高副引入一个约束！高副3 机构自由度的一般公式机构自由度的一般公式F=3n-2Pl-Phn 活动构件数；活动构件数；Pl 低副数；低副数；Ph 高副数高副数n=
8、3n=3P Pl l=4=4F F=3 33 32 24 4=1 1四杆机构n=4n=4P Pl l=5=5F F=3 34 42 25 5=2 2五杆机构3 机构自由度的一般公式F=3 n-2 P l-P h n 活动构件二、机构具有确定运动的条件二、机构具有确定运动的条件1.F0,当机构自由度和原动件数相等时CBj1?F=33-24-0=1DEAF=34-25-0=2结论:F0,F=原动件数时,机构具有确定的运动二、机构具有确定运动的条件1.F 0,当机构自由度和原动件数2.F0,但F原动件时,结论:机构的运动不确定.3.当F0,但F原动件时:结论:机构会遭到破坏.4.当F 0,但F 原动
9、件时,结论:机构的运动不确定.3.当F二二平面平面机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件综上所述，平面机构具有确定运动的条件：）机构自由）机构自由 度度 F1F1。2）原动件数目等于机构自由度原动件数目等于机构自由度F F。二平面机构具有确定运动的条件综上所述，平面机构具有确定运动的例例1-2试计算图示牛头刨床机构的自由度，并试计算图示牛头刨床机构的自由度，并确定其原动件数目。确定其原动件数目。N=6PL=8(5个转动副和3个移动副PH=1F=3628-1=1此机构应有一个原动件例1-2 试计算图示牛头刨床机构的自由度，并确定其原动件数目。三、计算机构自由度时应注意的几种情况三、计算机构
10、自由度时应注意的几种情况1)复合铰链复合铰链由三个或三个以上构件组成的轴线重合的转动副称为复合铰链。由m个构件组成的复合铰链应含有(m-1)个转动副。132三、计算机构自由度时应注意的几种情况1)复合铰链由三个或三n=7Pl=10F=37210=1B4321AC58D67En=7Pl=10F=37210=1n =7 P l =1 0 F =3 7 2 1 0 =1 B 42)2)局部自由度（多余自由度）局部自由度（多余自由度）1、局部自由度：机构中个别构件不影响其它构件运动，即对整个机构运动无关的自由度。2、处理办法：、处理办法：在计算自由度时，拿掉这个局部自在计算自由度时，拿掉这个局部自由度
11、，即可将滚子与装滚子的构件固接在一起。由度，即可将滚子与装滚子的构件固接在一起。3Cn=2Pl=2Ph=1Cn=3 Pl=3Ph=13F=3?3-2?3-1?1=2BA1F=2?3-2?2-1?1=1BA2212)局部自由度（多余自由度）1、局部自由度：机构中个别构件不3 3）虚约束）虚约束1、虚约束：在机构中与其他运动副作用重复，而对构件间的相对运动不起独立限制作用的约束。2、处理办法：、处理办法：将具有虚约束运动副将具有虚约束运动副的构件连同它所带入的与机构运动无的构件连同它所带入的与机构运动无关的运动副一并不计。关的运动副一并不计。3）虚约束1、虚约束：在机构中与其他运动副作用重复，而对
12、构件3.常见的虚约束：常见的虚约束：1)机构中某两构件用转动副相联的联结点，在机构中某两构件用转动副相联的联结点，在未组成运动副之前，其各自的轨迹已重合为未组成运动副之前，其各自的轨迹已重合为一，则此联结带入的约束为虚约束。一，则此联结带入的约束为虚约束。虚约束一虚约束一虚约束二虚约束二3.常见的虚约束：1)机构中某两构件用转动副相联的联结点，在2）两构件组成的若干个导路中心线互相平）两构件组成的若干个导路中心线互相平行或重合的移动副。行或重合的移动副。x2B2C1A3x1x1x242）两构件组成的若干个导路中心线互相平行或重合的移动副。x 23）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。）两构件
13、组成若干个轴线互相重合的转动副。BB215D4C3F5AAE4）在机构整个运动过程中，如果其中某两构件）在机构整个运动过程中，如果其中某两构件上两点之间的距离始终不变，则联接此两点的上两点之间的距离始终不变，则联接此两点的两个转动副和一个构件形成的约束为虚约束。两个转动副和一个构件形成的约束为虚约束。3）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。B B 2 1 5 D 4 C 35）在输入件与输出件之间用多组完全相）在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链来传递运动，只有一组起独立同的运动链来传递运动，只有一组起独立传递运动的作用，其余各组常引入虚约束传递运动的作用，其余各组常引入虚约束。行星轮
14、行星轮end5）在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链来传递运动，只计算机构的自由度F=37-29-1=2N=7PL=9PH=1计算机构的自由度F=3 7-2 9-1=2 N=7 P L=9 P H计算机构的自由度计算机构的自由度2163P Pl l=6 645n n=5 5P PH H=0 0F=3 F=3 5 5 2 2 6=6=3 3n=5n=5P Pl l=7=7P PH H=0 0F=3 F=3 5 5 2 2 7=17=1计算机构的自由度2 1 6 3 P l=6 4 5 n=5 P H=0 F =3思考题思考题n=3Pl=4Ph=1F=33-2 4-1 1=0思考题n=3 P
15、 l=4 P h=1 F=3 3-2 4-1 1=计算机构的自由度计算机构的自由度AB/EF/CD且AB=EF=CDn=6PL=7F=3?6-2?7-2=2PH=2GCEBHDFAI计算机构的自由度A B/E F/C D 且A B=E F=C D n=61-5.平面机构的组成原理和结构分析（1）高副低代 1-5.平面机构的组成原理和结构分析（1）高副低代高副低代的一般方法：高副低代的一般方法：在接触点两轮廓曲率在接触点两轮廓曲率中心处，用两个转动副联接一个构件来代替中心处，用两个转动副联接一个构件来代替这个高副。这个高副。高副低代的一般方法：在接触点两轮廓曲率中心处，用两个转动副联高副低代的几
16、种特例高副低代的几种特例-平面机构的结构分析课件二、平面机构组成原理杆组：不可再分的、自由度为零的运动链。杆组：不可再分的、自由度为零的运动链。杆组需满足的条件杆组需满足的条件：F=3n2PL0二级杆组：二级杆组：n2PL3PL3n/2二、平面机构组成原理杆组：不可再分的、自由度为零的运动链。杆三级杆组：三级杆组：n4 PL6最高级别的封闭多边最高级别的封闭多边形为三边形形为三边形四级杆组：四级杆组：n4 PL6最高级别的封闭多边最高级别的封闭多边形为四边形形为四边形三级杆组：n 4 P L 6 最高级别的封闭多边形为三边形四判别杆组级别的封闭形判别杆组级别的封闭形杆组杆组级别级别决定决定级别
17、级别的封的封闭形闭形IIIIIIVV机构级别的判断方法：由杆组中所包含的最高级别的封闭多边形确定判别杆组级别的封闭形杆组级别决定级别的封闭形I I I I I I V V机构的组成方法：机构的组成方法：把零自由度的杆组依次联接到把零自由度的杆组依次联接到原动件和机架上。原动件和机架上。级机构级机构机构的组成方法：把零自由度的杆组依次联接到原动件和机架上。三、平面机构的结构分析三、平面机构的结构分析?平面机构结构分析的步骤：?1.去除局部自由度和虚约束，高副低代，并标出原动件。?2.从远离原动件的地方开始，先试拆二级杆组，不行，再试拆n4的杆组。当分出一个杆组后，再次试拆时，仍需从最简单的二级杆
18、组开始试拆，直到只剩下机架和原动件为止。?*杆组的增减不应改变机构的自由度。?3.判断机构的级别。三、平面机构的结构分析?平面机构结构分析的步骤：?1.去除局例1-6 试分析图示大筛机构的结构，并确定机构的级别级机构级机构例1-6 试分析图示大筛机构的结构，并确定机构的级别级机构例1-6 试分析图示牛头刨床机构的结构，并确定机构的级别。F1F1级机构例1-6 试分析图示牛头刨床机构的结构，并确定机构的级别。F-平面机构的结构分析课件转动副(回转副或铰链)：具有一个独立相对转动的运动副。转动副(回转副或铰链)：具有一个独立相对转动的运动副。移动副（棱柱副）：具有沿一个方向独立相对移动的运动副。移动副（棱柱副）：具有沿一个方向独立相对移动的运动副。齿轮副齿轮副凸轮副凸轮副齿轮副凸轮副齿轮副凸轮副BCADB C A D-平面机构的结构分析课件-平面机构的结构分析课件CBCDDAEC B C D D A Ej1j 1a)两构件上的两点距离保持恒定，在此两点间加一构件和两个回转副。N=4 PL=6PH=0N=3 PL=4PH=0F=3x4-2x6-0=0F=3x3-2x4-0=1有的约束所起的有的约束所起的限制作用重复限制作用重复a)两构件上的两点距离保持恒定，在此两点间加一构件和两个回
