机械原理第二章

时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则将会引 入一个虚约束。
带虚约束的杆机构
4) 轨迹重合的情况 在机构中，如果用转动副连接的是 两个构件上运动轨迹相重合的点，该连 接将带入1个虚约束。
AB = BC = BD, DAC = 90° 除 B、C、D点，各点轨迹为一椭圆 D点轨迹是沿 Y 轴的直线
第二章
机构的结构分析和综合
§2-1 机构分析和综合的基本内容 §2-2 机构的组成及其运动简图的绘制 §2-3 机构自由度的计算
§2-4 平面机构的组成原理和结构分析
*§2-5 平面机构的结构综合
返回
§2-1 结构分析和综合的基本内容
机械原理课程对机械的研究主要有以下几个方面： 一、对已有机械进行分析
n 3, PL 5, PH 0 F 3n 2 PL PH 3 3 2 5 0 1
1)若机构自由度Ｆ≤０，则机构不能动
n 3, PL 4, PH 0 F 3n 2 PL PH 3 3 2 4 0 1
n 4, PL 5, PH 0 F 3n 2 PL PH 3 4 2 5 0 2
为了便于研究机构的运动，可以撇开构件、运动副的 外形和具体构造，而只用简单的线条和符号代表构件和运 动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的组成和传 动情况。这样绘制出能够准确表达机构运动特性的简明图
形就称为机构运动简图。
只是为了表明机构的运动状态或各构件的相互关 系，也可以不按比例来绘制运动简图，通常把这样的
Ⅱ级杆组有以下五种形式：
（１）RRR杆组
（２）RRP杆组
（３）RPR杆组
（４）PRP杆组
（５）RPP杆组
除Ⅱ级杆组外，还有Ⅲ、Ⅳ级等较高级的基本杆组。
这是Ⅲ级杆组——由４个构件６个低副组成，具有一个３ 副构件，而每个内副所连接的分支是双副构件。
这是Ⅳ级杆组——由４个构件６个低副组成，有４个内副。
使用虚约束时要注意什么问题?
虚约束是存在于某些特定几何条件下的，但这些条件不满足 时，它就将成为实际有效的约束，从而影响到机构的性能。
保证满足虚约束存在的几何条件，在机械设计中使用 虚约束时，机械制造的精度要提高。
§2-4
平面机构的组成原理和结构分析
机构都是由机架、原动件和从动件组构成的。
一、平面机构的组成原理
机构是具有确定运动的运动链。
平面铰链四杆机构
原动件
从动件
机架 在运动链中，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，如果运动链中其余各构件都
有确定的相对运动，则此运动链成为机构。 机构常分为平面机构和空间机构两类
四、机构运动简图的绘制
1.机构运动简图
（例：内燃机机构运动简图）
注意 在杆组并接时，不能将同一杆组的各个 外运动副接于同一构件上，否则将起不到增加杆组 的作用。
外运动副：在杆组中，不与其他构件相连的运动副 内运动副：在杆组中，已经相连两个构件本杆组的运动副全为低副，则基本杆组自由度 的计算公式为：
F 3n 2PL 0
机械的结构分析
机械的运动分析 机械的动力分析
二、设计新的机械
设计机构 机构的选型 机构的运动设计 机构的动力设计
机械系统总体运动方案设计
本章的任务：研究机构的结构分析与类型综合 1.研究机构的组成要素及机构运动简图的绘制 2.研究机构的自由度计算及机构具有确定运动的条件 3.研究机构的组成原理 4.研究平面机构的类型综合方法
如果两构件在多处接触而构成平面高副，但各接触点处的公 法线方向并不彼此重合，则为复合高副，相当于一个低副（移动 副或转动副）。
虚约束的本质是什么?
从运动的角度看,虚约束就是“重复的约束” 或者是“多余的约束”。
机构中为什么要使用虚约束?
a.使受力状态更合理
b.增加机构的刚度
c.考虑机构在特殊位置的运动
螺 旋 副
V
1
2.根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类 运动副元素以点或线接触的运动副称为高副。
球面高副
柱面高副
运动副元素以面接触的运动副称为低副。
球面低副
移动副
转动副
3.根据组成运动副的两个构件的相对运动形式分类 空间运动副
球销副
螺旋副
圆柱套筒副
平面运动副
移动副
转动副(铰链或回转副)
三、运动链与机构
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 闭式运动链（闭链）
运动链的各构件构成首末封闭的系统
开式运动链（开链）
运动链的各构件未构成首末封闭系统
机 构：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 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。
D
A
B
C
F = 3×1 - 2×2 = -1
5）机构中对运动起重复限制作用的对称部分也往往会引 入虚约束。
带虚约束的行星轮系
F 3 5 2 5 1 6 1
F 3 3 2 3 1 2 1
对称部分：机构中存在对传递运动不起独立作用的对称部分。
6）平面高副，且各接触点处的公法线彼此重合。
还能进一步分解吗？
这样的从动件组已经不能进一步分解成更简单、自由度为零 的从动件组。
通常把这样的从动件组称为：
基本杆组
基本杆组的概念非常重要，它是机构分析 的重要的理论基础。
机构的组成原理
任何机构都可以看作是由
若干个基本杆组依次连接于
原动件和机架上所组成的
机架 任何复杂的机构 原动件 若干基本杆组
2)若Ｆ>０且与原动件数相等，则机构各构件间的相对运动是 确定的，因此，机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数 等于机构的自由度数； 3)若Ｆ>0，而原动件数<F，则构件间的运动是不确定的； 4）若Ｆ>０，而原动件数>F，则构件间不能运动或产生破坏。
三、计算机构自由度时应注意的事项
1. 复合铰链
比例l
实际构件长度（ m） 图示构件长度（ mm）
(4)标注——构件编号、运动副字母、原动件箭头。
举例： 内燃机机构运动简图绘制 颚式破碎机机构运动简图绘制
绘制牛头刨床机构的运动简图
例-2 试绘制图示油泵的机构运动简图。
1,2
B
1
A
2 4
B
A
4,1 2,3
1,2
B
1
A
2 4
B
C
3
3,4
C
C
简图称为机构示意图。
原动件： 构 件 表 示 方 法
2 1 1
2
固定构件：
构件刚化：
运 动 副 表 示 方 法
构 件 或 机 构 表 示 方 法
2.机构运动简图的绘制
(1)分析机构运动，弄清构件数目； (2)判定运动副的类型和数目——按接触情况和相对运动 (3)表达运动副和构件； 三选——选视图、选比例、选位置
置时所必须给定的独立运动参数的数目。机构的自由 度数也就是机构应当具有的原动件数目。
计算下列机构的自由度
n 2, PL 3, PH 0 F 3n 2 PL PH 3 2 2 3 0 0
n 3, PL 5, PH 0 F 3n 2 PL PH 3 3 2 5 0 1
由两个以上构件在同一处构成的重合转动副称为复合铰 链。由m个构件构成的复合铰链应当包含(m-1)个转动副。
例：
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
3 4 两个转动副 3 两个转动副 1 3 4 1 2 4 两个转动副
1
3
2
1 3
2
1
4
2
1
2
3 两个转动副
2
两个转动副
两个转动副
2. 局部自由度
不影响机构整体运动的自由度，称为局部自由度。
在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计。
解决方案：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，成为一个构件或在计算结果中去除局部自由度
3.虚约束
在机构中，有些约束所起的限制作用可能是重复的，这 种不起独立限制作用的约束称为虚约束。
运动副是机械原理中最重要的概念之一
对运动副的理解要把握以下三点：
（１）运动副是一种联接； （２）运动副由两个构件组成； （３）组成运动副的两个构件之间有相对运动
以上是机构的两大组成要素 可以说：机构是由运动副逐一联接各个构件组成的。
二、运动副的分类
组成机构的运动副的类型决定机构的运动形式。运动 副有多种类型，对运动副进行正确的分类，在机构设计和
综合中是非常重要的。
1.根据运动副所引入的约束数分类
表2-1 常用运动副及其简图
名 称 球 面 高 副 柱 面 高 副 球 面 低 副 球 销 副 图 形 简图符号 副级 自由度 名 称 圆 柱 套 筒 副 转 动 副 图 形 简图符号 副级 自由度
I
5
IV
2
II
4
V
1
III
3
移 动 副
V
1
IV
2
常见的虚约束有以下几种情况:
１）当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合时，
则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。
带虚约束的凸轮机构
２）当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有 一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。
带虚约束的曲轴
３）如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此