第2章机构的结构分析1

平面机构－ －全部由平面运动副组成的机构。
其特点是各运动构件皆做平面运动
空间机构－ －至少含有一个空间运动副的机构。 7
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3）按运动副元素分有（即按两构件的接触情况分）： ①高副(high pair)－点、线接触，应力高。 例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。
②低副(lower pair)－面接触，应力低。 例如：转动副（回转副）（revolute pair）
3.绘制机构运动简图
目的是为运动分析和动力分析作准备。
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4.研究机构的组成原理
机构有简有繁，构件有多有少，而运动确定是 它们的共同特征。研究的
目的是搞清楚按何种规律组成的机构能满足运 动确定性的要求。
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§2－2
机构的组成
名词术语解释: 1.构件(Link) －独立的运动单元 由零件组成的刚性系统 内燃机中的连杆 零件(part、element) －独立的制造单元不可拆的最小单元
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1. 复合铰链（compound hinges, multiple hinges） －－ 两个以上的构件在同一处以转动副相联 。
两个低副
动画
计算：m个构件, 有m－1个转动副。
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例题⑤重新计算图示圆盘锯机构的自由度。
上例：在B、C、D、E四处应各有 2 个运动副。
计算公式： F=3n－(2PL +Ph ) 要求：记住上述公式，并能熟练应用。
例题①计算曲柄滑块机构的自由度。 解：活动构件数n= 3 2 1 低副数PL= 4 高副数PH= 0 F=3n － 2PL － PH =3×3 － 2×4 =1
S3
3
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例题②计算五杆铰链机构的自由度 解：活动构件数n= 4
（V级）
名称
两构件之一为固定时的运动副 2 1 1 2 2 2
2
平 面 运 动 副
1
2 移 动 副
1
1
1
（V级）
1 2
2 1 1 2
1
2 1
1 2
（V级）
2 1
（V级）
1
1 10
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平 面 高 副 2
2
1
（IV级） （IV级）
2
1
2 2 1
（V级）
螺 1 1 旋 2 空 副 2 间 1 1 运 （V级） 动 球 1 1 副 面 副 球 2 2 销 （IV级） （III级） 副 东莞理工学院专用
一般出现在加装滚子的场合，计算 时应去掉F’ 。
3
3 2 1 1 2
本例中局部自由度 F’ =1 F=3n － 2PL － PH － F’ =3×3 －2×3 －1 －1 =1
★ 或计算时去掉滚子和铰链： F=3×2 －2×2 －1 =1 滚子的作用：滑动摩擦滚动摩擦。
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例题⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四 边形机构的自由度。 B C 2 E 解：n= 4， PL= 6， PH=0 1 F=3n － 2PL － PH 4 3 =3×4 －2×6 F D A =0 3.虚约束( passive或redundant constraint) －－对机构的运动实际不起作用的约束。 计算自由度时应去掉虚约束。 平行四边形机构
D
5 4 1 2 6
F C
解：活动构件数n=7 低副数PL= 10 F=3n － 2PL － PH =3×7 －2×10－0 =1
B
7
E
3 8
A
圆盘锯机构
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可以证明：F点的轨迹为一直线。
（当AB=AE、BC=BD、CE=ED=DF=FC时）
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例题⑥计算图示两种凸轮机构的自由度。 解：左边机构 n=3， PL= 3， PH=1 F=3n － 2PL － PH =3×3 －2×3 －1 =2
作者：潘存云教授
作者：潘存云教授
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（3）运动副的分类：
1）按引入的约束数分有： （约束（constrain)——联接时相对运动所受到的限制） I 级副、II 级副、III 级副、IV 级副、V 级副。
引入1个约束 引入2个约束 引入3个约束 引入4个约束 引入5个约束
I 级副
球与平面接触 东莞理工学院专用
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五、绘制机构运动简图
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 号表示出来。
步骤：
1. 运转机械，搞清楚运动副的类型性质、数目和构件数目；
模拟转动，找出机架、原动件、从动件；构件用数字编号、运动副用字母编号。
2. 测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面）， 绘制示 意图。 3. 按比例绘制运动简图。准确定运动副的相对位置，用箭头标出原动件的运动方向。 简图比例尺： μ l =实际尺寸 m / 图上长度mm 4. 检验机构是否满足运动确定的条件。 强调：看懂结构图、了解工作原理、找出机架、原动件、从动件。 举例：绘制破碎机和偏心泵的机构运动简图。
2.作为运动分析和动力分析的依据。
三、机构示意图（schematic diagram of mechanism）
不按比例绘制的简图
现摘录了部分GB4460－84 机构示意图如下表。
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表2-2 常用机构运动简图符号（教材P10）
在 机 架 上 的 电 机 带 传 动 齿 轮 齿 条 传 动 圆 锥 齿 轮 传 动F>原动件数，运 Nhomakorabea确定？ 3
3
2
1 1
2
对于右边的机构，有：
动画
F=3×2 －2×2 －1=1
事实上，两个机构的运动相同，且F=1
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2. 局部自由度（passive degree of freedom）--用F’表示
定义：构件局部运动所产生的自由度。该局部运动不影响其它构件的运动
1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件目的是 ▲弄清机构包含哪几个部分; ▲各部分如何相联？ ▲以及怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？
这对于设计新的机构显得尤其重要。（因机构是用来传递运动和力的）
2.按结构特点对机构进行分类（曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构等）
不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构 加以分类，其目的是按其分类建立运动分析和动力 分析的一般方法。
1（θ ） + 1（x） + 2（x,θ ） + 2（x，y） = 3 自由构 2（y，θ ）= 3 件的自 1（y） = 3 由度数
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结论：构件自由度＝3－约束数
＝自由构件的自由度数－约束数
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推广到一般： 活动构件数 构件总自由度 低副约束数 高副约束数 1 × Ph n 3× n 2 × PL
II 级副
球与方槽接触
III级副
球与球腕接触
6
两者关联
IV级副
圆柱与圆孔
V级副1
V级副2
V级副3
2）按相对运动范围分有： 平面运动副－平面运动(Planar kinematic pair)
两构件的相对运动为平面运动
空间运动副－空间运动(Spatial kinematic pair ) 例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。
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定颚板
偏心轮
动颚板
鳄式破碎机
鳄式破碎机1
鳄式破碎机偏心套
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绘制图示偏心泵的运动简图
3
作者：潘存云教授
2 1 4
偏心泵
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§2－4 机构具有确定运动的条件
1 2
1
2 3 1
3 4
θ
S’3 S3
θ
1
θ
4
若仅给定θ 1 ＝θ 1 （t）,则θ 2 θ 3 θ 4 均不能唯一确定。若同 则θ 1＝θ 1（t）唯一确定，该 时给定θ 1 和θ 4 ，则θ 3 θ 2 能 机构仅需要一个独立参数。 唯一确定，该机构需要两个独立 参数 。 给定S3＝S3(t) 一个独立参数，
两构件之间的相对运动为转动
移动副 。（sliding pair、prismatic pair）
两构件之间的相对运动为移动 8
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（4）常见运动副符号的表示: 国标GB4460－84
转动副
移动副
高副
详见教材 P7 页。
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表2-1 常用运动副的符号（教材P7） 运动副 运动副符号 两运动构件构成的运动副 2 转 动 副 2 2 2 1
内容提要
第二章
平面机构的结构分析
§2－1 机构结构分析的内容及目的 §2－2 机构的组成 §2－3 机构运动简图
§2－4 机构具有确定运动的条件
§2－5 平面机构自由度的计算
§2－6 自由度计算中的特殊问题
§2－7 平面机构的组成原理及其结构分类
1
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§2－1 机构结构分析的内容及目的
1个
东莞理工学院专用
1个或几个
若干
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§2－3 平面机构运动简图
一、机构运动简图－用以说明机构中各构件之间的相对运动
（kinematic diagram of mechanism） 关系的简单图形。
（强调：用简单的线条表示构件、用规定的符号表示运动副、并按一定比例表示各运动副的相对位置）
二、作用
1.表示机构的结构和运动情况。