《机械原理》第一章 平面机构的结构分析

根据n的取值基本杆组分为以下几种情况：
（1）只包含两副构件的杆组称为Ⅱ级杆组 n=2，PL=3 常见Ⅱ级杆组的形式为
（2）包含具有三个运动副的刚性构件的杆组称为 Ⅲ级杆组
n=4, ，PL=6 常见的三种形式为
（3） IV级杆组
结构特点：有两个三副杆，且4个构 件构成四边形结构。 更高级别的杆组
2.
机构≈运动链? 三、机构
◆机架
◆原动件 ◆从动件 原动件
机架
机构:在运动链中将一构件加以固定,
而其余构件都具有确定的运动，则运 动链便成为机构。 原动件 原动件 机架
依据机构的运动是平面运动还是空间运动分为：
◆ 平面机构: 机构中各构件间的相对运动为平面运动。
◆ 空间机构: 机构中各构件间的相对运动为空间运动。
◆ 高副低代的含义
根据一定条件对平面高副机构的中高副虚拟地用低副来代替 的方法。
◆ 高副低代的条件：
①代替前后机构的自由度不变； ②代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。
◆高副低代方法
分析：高副：提供1个约束 低副：提供2个约束 高副元素为非圆曲线
高副两元素均为圆弧
瞬时替代机构
结论：用一个含有两个低副的虚拟构件来代替高副，且
平面机构的结构分类 ◆ 机构结构分类的依据： 根据机构中基本杆组的级别进行分类。 ◆ II级机构 指机构中基本杆组的最高级别为II级的机构。 ◆ III级机构 指机构中基本杆组的最高级别为III级的机构。
◆Ⅰ级机构 只由机架和原动件组成的机构称为Ⅰ级的机构。 （杠杆机构、斜面机构）
三、平面机构的结构分析
二、机构的组成原理
机架 机架自由度数=0(∵静止）
原动件
从动件
原动件数=自由度数
从动件自由度=0
1、基本杆组：从动件系统中若干个不能再拆的、自由度为零的构 件组称为机构的基本杆组。
基本杆组的分类
对于全低副的杆组： n个构件、pL个低副
3n - 2 pL 0
2 n pL 3
n和pl为整数 n=2,4,6…
一个自由构件在空间具有6个自由度。作 平面运动的自由构件具有3个自由度。
约束：指通过运动副联接的两构件之间的某些相对独立运动所受
到的限制。
运动副引入的约束数=两构件自由度减少的数目。
按照接触特性把运动副分为低副和高副。
低副：面接触的运动副。
转动副：两构件只作相对转动的运动副。
移动副：两构件只作相对移动的运动副。
F=3n-2 pl – ph
=3×4 - 2×6-0=0
正确计算：
●不计引起虚约束的附加构件和 运动副数。 F=3n-2 pl – ph=3×3 - 2×4-0=1 椭圆仪
2） 两构件在几处接触而构成移动副且导路互相平行或重合。
3）两个构件组成在几处构成转动副且各转动副的轴线是重合的。
演轴承支 撑 只有一个运动副起约束作用, 其它各处均为虚约束;
§1-3 机构运动简图
内燃机
一、 机构运动简图的定义及作用
1、机构运动简图：不考虑那些与运动无关的因素，仅 仅用简单的线条和规定的符号来代表构件和运动副，并 按一定比例表示运动副的相对位置。这种能准确表达机 构运动特性的简单图形称为机构运动简图。
机构的示意图：指仅仅以构件和运动副的符号表示机构， 不要求严格地按比例而绘制的简图。 作用：利用机构运动简图可以对机构进行结构、运动 和动力等的分析。
2
两个转动副
两个转动副
例5＇（P499 1-6）
（2）局部自由度
机构中某些构件所产生的局部运动并不影响 其他构件的运动, 把这种局部运动的自由度称为局部自由度。
解：F=3n-2 pl – ph =3×3 - 2×3-1=2
注意：计算机构自由度时, 应将局 部自由度除去不计。 方法：假想构件2和3焊成一体 F=3n-2 pl – ph=3×2 - 2×2-1=1 凸轮 例4 例6＇
运动链：指两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统。
★平面运动链：各构件间的相对运动为平面运动的运动链。 ★ 空间运动链：各构件间的相对运动为空间运动的运动链。
★ 闭链: 运动链的 各构件构成首尾封 闭的系统。
★ 开链: 运动链的 各构件未构成首尾 封闭的系统。
平面运动链
1 4 3 2
空间运动链
◆局部自由度
例5：计算大筛机构自由度 复合铰链？ 局部自由度？ 虚约束？
n=7
PL = 9
PH = 1
F = 3× 7 - 2× 9 –1 = 2
§1 －5
Байду номын сангаас
平面机构的组成原理和结构分析
一、平面机构的低副代替高副法
◆ 平面机构中高副低代的目的 为了使平面低副机构结构分析和运动分析的方法适用于所有 平面机构，需要进行平面机构的高副低代。
小结
存在于转动副处 ◆ 复合铰链 正确处理方法：复合铰链处有m个构件 则有(m-1)个转动副 常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦 变成滚动摩擦所增加的滚子处。 正确处理方法：将滚子和杆焊接为一体， 计算自由度时将局部自由度减去。 存在于特定的几何条件或结构条件下。 ◆ 虚约束 正确处理方法：将引起虚约束的构件和 运动副除去不计。
例6
Ⅲ级
例7′ 以7为原动件拆分杆组
4
以1为原动件时？
5 6 7
2
1
3
原动件不同，机构 的级别也有可能不同
8
Ⅱ级机构
例8＇
Ⅱ级机构
图 1-25
例9＇、计算下列机构的自由度 ,试进行杆组分析， 确定该机构的的级别。
E H G B F A D I
C
注： HFI=90, FG=GH=GI
作业
4、选择适当的比例尺, 定出各运动副之间的相对位置， 用规定的简单线条和各种运动副符号, 将机构运动简 图画出来；
5、标出原动件。
例1 绘制小型压力机的机构运动简图
冲床
例1＇：绘制图示颚式破碎机的机构运动简图
分析：该机构有6个构 件和7个转动副。 6 1
5 4
2
3
颚式破碎机
§1-4 平面机构的自由度
1）机构运动过程中, 某两构件上的两点之间的距离始终保持 不变, 将此两点以构件相联, 则将带入1个虚约束。
F=3n-2 pl – ph
虚约束1
F=3n-2 pl – ph
=3×4 - 2×6-0=0
=3×3 - 2×4-0=1
当构件上某点的轨迹为直线时，若在该点铰接一个滑块并使其导 路与该直线重合，此时也引入一个虚约束。（机构中两构件未联 接前的联接点轨迹重合, 则该联接引入虚约束。）
转动副
移动副
1个低副
带来2个约束
惯性筛机构
高副：点接触或线接触的运动副。
凸轮副
齿轮副
1个高副 带来1个约束
按运动副的运动空间分:
平面运动副：指构成运动副的两构件之间的相对运动为平面
运动的运动副。
空间运动副：指构成运动副的两构件之间的相对运动为空间
运动的运动副。
只讲平面运动副。
球面副
二、运动链
结构分析目的：了解机构的组成，确定机构的级别。
机构的结构分析：把机构分解为基本杆组、机架和原动件。 杆组拆分要领（原则）： 1）首先…… 2）从离原动件最远的构件开始试拆，先拆II级组，若不成， 再拆III级组，每拆出一个杆组后，机构的剩余部分仍应是一 个与原机构有相同自由度的机构，直到只剩原动件为止。 3）杆组的增减不应改变机构的自由度。 机构结构分析步骤 1、正确计算机构的自由度； 2、根据机构拆分原则进行拆分； 3、最后定出机构的级别。
第一章 平面机构的结构分析
本章教学内容
§ 1-1 研究机构结构的目的 § 1-2 运动副、运动链和机构
§ 1-3 平面机构运动简图
§ 1-4 平面机构的自由度 § 1-5 平面机构的组成原理和结构分析
§1-1 研究机构结构的目的
1、研究平面机构具有确定运动的条件；
2 、对机构进行分类并按其分类来建立运动分析和动 力分析的一般方法；
2、常用运动副的符号
3、构件的表示方法
凹槽凸轮
二、机构运动简图的绘制
步骤： 1、首先要搞清楚所绘制机械的结构和动作原理。确定机 构中的机架、原动部分、传动部分和执行部分； 2、从原动件开始，按照运动传递的顺序给构件编号，并 逐一分析每两个构件间相对运动的性质，确定运动副 的类型和数目; 3、恰当地选择投影面：一般选择与机械的多数构件的运 动平面相平行的平面作为投影面；
一、平面机构的自由度
机构的自由度：机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。
平面自由构件：3个自由度 平面低副：引入2个约束 平面高副：引入1个约束 假设平面机构有n个活动构件： 3n个自由度 有PL个低副和PH个高副： 引入(2 P +P )约束
L H
平面机构的自由度计算公式：
F=3n-(2 pl + ph)=3n-2 pL - pH
解：F=3n-2 pl – ph =3×7 - 2×10-0=1
八杆机构.avi
2 C 3 4 D E 5
2 O2 例4＇ A 3
1
B

6
c)
准确识别复合铰链举例 关键：分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副
1
1
3
2
1 3
2 4 3
2
两个转动副 3
两个转动副 1 3 4
两个转动副
1
4
2
1
2
3 两个转动副
4）某些不影响机构运动的对称部分或重复部分所带入的约束为 虚约束。
对称机构1、2
目的： 为了传递较大功率，保持机构受力平衡。
5） 若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触点处的 公法线重合,则只能算一个平面高副。若公法线方向不重合， 将提供2个约束。