(优选)机构的结构分析详解.
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运动副元素—两个构件上相互接触的表面。
运动副元素不外乎
为点、线、面。
◆ 构件自由度与约束
1. 构件的自由度：指一 个构件相对另一个构件 可能出现的独立运动。 一个自由构件在空间具 有6个自由度。
2. 约束：指通过运动副连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等于两构件相对自由度减少的数目。
成比例。
◆ 机构示意图
机构的示意图：指为了表明机构结构状况, 不要求严格 地按比例而绘制的简图。
◆ 常用运动副和构件的表示方法
运动副 名称
常用运动副的符号
运动副符号
两运动构件构成的运动副
两构件之一为固定时的运动副
2
2
2
2
转
动
副
平
1
1
1
1
面
运
动 副
22
2
移
动
1
1
副
2
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11
1
2
2
22
1 1
2
1 2wk.baidu.com1
★ 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: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 。
空间运动链
4. 机构
2 3
1 4
运动链
2
3
1
4
固定一个构件
机构
满足条件
其余构件运动 是否确定？
内燃机连杆
构件可以是一个零件,也可以由几个零件刚性连接组成。 实例：连杆由连杆体、轴瓦、连杆盖、螺栓、垫圈、螺 母、连杆衬套等相互刚性连接组成。
连杆衬套
螺栓
垫圈 螺母
连杆体 轴瓦
内燃机连杆
零件(Part)是机械的制造单元。
连杆盖
2. 运动副
两个构件以一定几何形状和尺寸的表面相互直接接触 所形成的可动连接。
1
1
22
1 2
1
平 面
平 面
2
运高
动副 副
1
2
螺
1
旋
空副 2
间
1
运
动
副
球
1
面
副
球
2
销
副
2 1
2 1
1
2
2 1
2 1
1 2
1 2
2
1
2 1
杆、轴构件 固定构件 同一构件
构件的表示方法
两副构件 三副构件
构件的表示方法
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。
常用机构运动简图符号（摘自GB/T4460-1984）
运动副引入的约束数：最多为5个。
刚体的自由度 一个完全独立的刚体 在空间直角坐标系下的自
由 度 为 sx ， sy ， sz ， x ， y，z ，即自由度数 F
6。
z
z
y
y y
sy
x
O
z
x
x
sz
O
sx 空间运动刚体的自由度
y
平面运动刚体的自由
度为sx，sy，z，即自由度
数 F3。
sy
z
(x , y)
例1:
空间II 级高副
球面副
Spherical pair 空间III 级低副
球销副
Sphere-pin pair 空间IV 级低副
圆柱副
Cylindric pair 空间IV 级低副
螺旋副
Helical pair 空间V 级低副
轴承 Bearing
转动副
Revolute pair 平面V 级低副
铰链 Hinged joint
在 机 架 上 的 电 机
齿 轮 齿 条 传 动
圆
带 传 动
锥 齿 轮 传
动
常用机构运动简图符号（续）
圆
柱
链
杆
传
蜗
动
轮
传
动
外啮
合圆
凸
柱齿
轮
轮传
传
动
动
常用机构运动简图符号（续）
内啮 合圆 柱齿 轮传 动
棘 轮 机 构
◆ 画机构运动简图的方法
1）确定构件数目，辨清主、从动件。 2）确定运动副类型和数目。 3）选定比例尺，用线条和规定符号作图。 例 绘制转动翼板式水泵机构运动简图。 绘制旋转泵机构运动简图。 绘制图示机构的机构运动简图。
O
x
sx
平面运动刚体的自由度
观察图示两构件组成的圆柱副
y
两构件保留的相对运动
sz和z，即自由度数 F 2。
sz
两构件之间受限制的相对运动 z
O x
sx，sy ，x和y，即约束数 s 4。 z
运动副的分类 ● 按运动副引入的约束数分类
I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。 ● 按运动副的接触形式分类
◆ 空间机构: 机构中各构件间的相对运动为空间运动。
平面机构是应用最广泛的机构。 平面运动副的约束数为1 s 2。 点、线接触的平面运动副—平面高副 滚动副 凸轮副 齿轮副
面接触的平面运动副—平面低副 转动副 移动副
§1-2 机构运动简图
◆ 机构运动简图
为什么要画机 构运动简图？
机构的运动：与原动件运动规律、运动副类型、机构 运动尺寸有关。
机架 原动件 从动件系统
1个
至少1个
2
3
1
4
在另一个（或几个） 构件上加上已知运动
机构
4、机构
原动件
◆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。 ◆机架：机构中固定不动构件。
机架
◆原动件: 机构中按给定的 运动规律独立运动的构件。
◆从动件:机构其余活动构件。 ◆ 平面机构: 机构中各构件间的相对运动为平面运动。
机构的结构分析
第一章 平面机构的结构分析
本章教学内容
1-1 平面机构的组成 1-2 平面机构的运动简图 1-3 平面机构自由度 1-4 机构的组成原理及结构分析 1-5 平面机构中的高副低代
§1-2 平面机构的组成
1. 构件(Link) 机械的独立运动单元，传 递运动和力的载体。 实例：内燃机中的缸体、 活塞、连杆、曲轴等。
点、线接触的运动副—高副 面与面接触的运动副—低副 ● 按两构件相对运动的形式分类 平面运动副 空间运动副 ● 按接触部分的几何形状分类 圆柱副、球面副、螺旋副、球面–平面副、平面–平面 副、球面–圆柱副、圆柱–平面副等等。
运动副举例
球面–平面副 Sphere-plane pair
空间I 级高副
圆柱–平面副 Cylinder-plane pair
移动副
Prismatic pair, Sliding pair 平面V 级低副
运动副的封闭 保持运动副元素之间的接触称为运动副的封闭。 ● 几何封闭(Geometric closure) ● 力封闭(Forced closure)
弹簧力封闭
重力封闭
3、运动链
◆ 运动链:指两个以上的构件通过运动副连接而构成可相对运 动的系统。
机构运动简图：指根据机构的运动尺寸, 按一定的比例尺定 出各运动副的位置, 并用国标规定的简单线条和符号代表构 件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。
机构运动简图应满足的条件： ⑴ 构件数目与实际机构相同； ⑵ 运动副的性质、数目与实际机构相符； ⑶ 运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构
运动副元素不外乎
为点、线、面。
◆ 构件自由度与约束
1. 构件的自由度：指一 个构件相对另一个构件 可能出现的独立运动。 一个自由构件在空间具 有6个自由度。
2. 约束：指通过运动副连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等于两构件相对自由度减少的数目。
成比例。
◆ 机构示意图
机构的示意图：指为了表明机构结构状况, 不要求严格 地按比例而绘制的简图。
◆ 常用运动副和构件的表示方法
运动副 名称
常用运动副的符号
运动副符号
两运动构件构成的运动副
两构件之一为固定时的运动副
2
2
2
2
转
动
副
平
1
1
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面
运
动 副
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2
移
动
1
1
副
2
22
11
1
2
2
22
1 1
2
1 2wk.baidu.com1
★ 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: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 。
空间运动链
4. 机构
2 3
1 4
运动链
2
3
1
4
固定一个构件
机构
满足条件
其余构件运动 是否确定？
内燃机连杆
构件可以是一个零件,也可以由几个零件刚性连接组成。 实例：连杆由连杆体、轴瓦、连杆盖、螺栓、垫圈、螺 母、连杆衬套等相互刚性连接组成。
连杆衬套
螺栓
垫圈 螺母
连杆体 轴瓦
内燃机连杆
零件(Part)是机械的制造单元。
连杆盖
2. 运动副
两个构件以一定几何形状和尺寸的表面相互直接接触 所形成的可动连接。
1
1
22
1 2
1
平 面
平 面
2
运高
动副 副
1
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螺
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旋
空副 2
间
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运
动
副
球
1
面
副
球
2
销
副
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2 1
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2 1
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2 1
杆、轴构件 固定构件 同一构件
构件的表示方法
两副构件 三副构件
构件的表示方法
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。
常用机构运动简图符号（摘自GB/T4460-1984）
运动副引入的约束数：最多为5个。
刚体的自由度 一个完全独立的刚体 在空间直角坐标系下的自
由 度 为 sx ， sy ， sz ， x ， y，z ，即自由度数 F
6。
z
z
y
y y
sy
x
O
z
x
x
sz
O
sx 空间运动刚体的自由度
y
平面运动刚体的自由
度为sx，sy，z，即自由度
数 F3。
sy
z
(x , y)
例1:
空间II 级高副
球面副
Spherical pair 空间III 级低副
球销副
Sphere-pin pair 空间IV 级低副
圆柱副
Cylindric pair 空间IV 级低副
螺旋副
Helical pair 空间V 级低副
轴承 Bearing
转动副
Revolute pair 平面V 级低副
铰链 Hinged joint
在 机 架 上 的 电 机
齿 轮 齿 条 传 动
圆
带 传 动
锥 齿 轮 传
动
常用机构运动简图符号（续）
圆
柱
链
杆
传
蜗
动
轮
传
动
外啮
合圆
凸
柱齿
轮
轮传
传
动
动
常用机构运动简图符号（续）
内啮 合圆 柱齿 轮传 动
棘 轮 机 构
◆ 画机构运动简图的方法
1）确定构件数目，辨清主、从动件。 2）确定运动副类型和数目。 3）选定比例尺，用线条和规定符号作图。 例 绘制转动翼板式水泵机构运动简图。 绘制旋转泵机构运动简图。 绘制图示机构的机构运动简图。
O
x
sx
平面运动刚体的自由度
观察图示两构件组成的圆柱副
y
两构件保留的相对运动
sz和z，即自由度数 F 2。
sz
两构件之间受限制的相对运动 z
O x
sx，sy ，x和y，即约束数 s 4。 z
运动副的分类 ● 按运动副引入的约束数分类
I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。 ● 按运动副的接触形式分类
◆ 空间机构: 机构中各构件间的相对运动为空间运动。
平面机构是应用最广泛的机构。 平面运动副的约束数为1 s 2。 点、线接触的平面运动副—平面高副 滚动副 凸轮副 齿轮副
面接触的平面运动副—平面低副 转动副 移动副
§1-2 机构运动简图
◆ 机构运动简图
为什么要画机 构运动简图？
机构的运动：与原动件运动规律、运动副类型、机构 运动尺寸有关。
机架 原动件 从动件系统
1个
至少1个
2
3
1
4
在另一个（或几个） 构件上加上已知运动
机构
4、机构
原动件
◆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。 ◆机架：机构中固定不动构件。
机架
◆原动件: 机构中按给定的 运动规律独立运动的构件。
◆从动件:机构其余活动构件。 ◆ 平面机构: 机构中各构件间的相对运动为平面运动。
机构的结构分析
第一章 平面机构的结构分析
本章教学内容
1-1 平面机构的组成 1-2 平面机构的运动简图 1-3 平面机构自由度 1-4 机构的组成原理及结构分析 1-5 平面机构中的高副低代
§1-2 平面机构的组成
1. 构件(Link) 机械的独立运动单元，传 递运动和力的载体。 实例：内燃机中的缸体、 活塞、连杆、曲轴等。
点、线接触的运动副—高副 面与面接触的运动副—低副 ● 按两构件相对运动的形式分类 平面运动副 空间运动副 ● 按接触部分的几何形状分类 圆柱副、球面副、螺旋副、球面–平面副、平面–平面 副、球面–圆柱副、圆柱–平面副等等。
运动副举例
球面–平面副 Sphere-plane pair
空间I 级高副
圆柱–平面副 Cylinder-plane pair
移动副
Prismatic pair, Sliding pair 平面V 级低副
运动副的封闭 保持运动副元素之间的接触称为运动副的封闭。 ● 几何封闭(Geometric closure) ● 力封闭(Forced closure)
弹簧力封闭
重力封闭
3、运动链
◆ 运动链:指两个以上的构件通过运动副连接而构成可相对运 动的系统。
机构运动简图：指根据机构的运动尺寸, 按一定的比例尺定 出各运动副的位置, 并用国标规定的简单线条和符号代表构 件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。
机构运动简图应满足的条件： ⑴ 构件数目与实际机构相同； ⑵ 运动副的性质、数目与实际机构相符； ⑶ 运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构