1、第一章 机构的结构分析,1.1 机构的组成1.2 机构运动简图1.3 运动链自由度的计算1.4 机构具有确定运动的条件,学习重点,1. 搞清运动副、运动链、约束和自由度等基本概念 2. 能读懂常用机构的机构运动简图 3. 能掌握平面机构的自由度计算 4.运动链成为机构的条件 学习难点 复合铰链、局部自由度和虚约束的识别和处理,1.1 机构的组成,机构的概念（what）？,构件运动副自由度约束运动链,构件,构件:每一个独立影响机构功能并且能单独运动的单元体，一个构件可以由一个或多个零件组成。,运动副,运动副：两个构件之间直接接触所形成的可动联接两个相邻构件直接接触两者之间允许一定的相对运动每个构
2、件至少和另外一个构件通过运动副联接,运动副,副元素：面、线、点,1,2,1,2,t,t,n,n,t,n,n,t,a),b),c),d),自由度与约束,自由度：构件所具有的独立运动的数目，或确定构件位置所需的独立变量的数目。,自由构件(空间)：F = 6自由构件(平面)：F = 3,约束：运动副对构件独立运动所加的限制。,运动副的分类,按照运动副接触形式,低副,高副,转动副,移动副,运动副,螺纹副,球面副,转动副 （或铰链） 两构件只能在一个平面内作相对转动,限制两个自由度：（两个移动）保留一个自由度（转动）,转动副,移动副 两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。,限制两个自由度：
3、（一个移动，一个转动）保留一个自由度（移动 ）,移动副,高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。,高副,限制一个自由度：（一个移动）保留两个自由度（一个移动，一个转动）,运动链,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,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。,机构是具有确定运动的运动链。,机构的组成,机架,原动件,从动件,机架：机构中相对不动的构件,原动件：驱动力（或力矩）所作用的构件。输入构
4、件,从动件：随着原动构件的运动而运动的构件。输出构件,1.2 机构运动简图,机构运动简图的定义用简单的线条和规定的符号代表构件和运动副，并按比例定出各运动副的相对位置。这种能表达机构运动情况的简单图形称为机构运动简图。机构运动简图的作用可以简明地表达一部复杂机器的传动原理。机构运动简图能反映出机构的运动特性。可以用来进行机构的结构、运动及动力分析。可以在研究各种不同的机械运动时起到举一反三的效果。例如：活塞式内燃机，空气压缩机和冲床，尽管它们的外形和功用各不相同，但它们的主要传动机构都是曲柄滑块机构，可以用同一种方法研究它们的运动。,转动副：,移动副：,齿轮副：,构件与运动副的表达方法(GB4
5、460),凸轮副：,2、构件（杆）：,构件与运动副的表达方法(GB4460),绘制运动简图的步骤,定出原动件和执行部分,确定运动副的种类和数目,确定构件数目,选择恰当的视图方向和原动件位置,选择合适的比例尺，用规定的符号表示出出各运动副的相对位置,绘出基准线，标出运动副杆件编号,试绘制内燃机的机构运动简图,机构简图绘制：鄂式破碎机,1.3 平面机构自由度计算,运动链的自由度：确定运动链中各构件相对与其中某一构件的位置所需要的独立参变量的数目。,n个活动构件：自由度为3n。PL个低副： 限制 2PL个自由度PH个高副： 限制 PH 个自由度,F=3n- 2PL-PH,几个例子,F = 33 -
6、24 = 1,F = 34 - 25 = 2,几个例子,F = 36 - 28 -1= 1,几个例子,共31个自由度,几个例子,几个例子,F=3n- 2PL-PH=35-27-0=1,计算机构自由度时应注意的问题（一）,问题1：复合铰链两个以上的构件在同一处以转动副联接所构成的运动副。,解决方案k 个构件在同一处构成复合铰链，实际上构成了 ( k-1 ) 个转动副。,F = 35 - 27 = 1,F = 35 - 26 = 3,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,问题2：局部自由度 某些构件具有的只影响自身局部运动而不影
7、响其它构件运动的自由度，经常发生在将滑动摩擦变为滚动摩擦的场合。,计算机构自由度时应注意的问题（二）,F=3n2 PLPH=3*32 *31 =2,F=3n2 PLPH=3*22 *21 =1,问题3：虚约束 在特定的几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副所起的限制作用是一致的。这种不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。,计算机构自由度时应注意的问题（三）,场合一：两个构件之间形成多个运动副,场合二：两构件上某两点之间的距离在运动中保持不变,场合三：机构中存在不起作用的对称部分,场合一：两个构件之间形成多个运动副,F = 31 - 22 = -1,解决方案计算机构自由度时
8、，不考虑虚约束的作用，认为两个构件之间只形成一个运动副,两个构件之间形成多个与导路重合或平行的移动副,场合二：两构件上某两点之间的距离在运动中保持不变,F=3n2PLPH=3*42 *60=0,F=3n2PLPH=3*32 *40=1,场合三：机构中存在不起作用的对称部分,为了传递较大功率，保持机构受力平衡，在机构中增加对称部分,F=3n2PLPH=3*52 *54=1,F=3n2PLPH=3*42 *42=2,虚约束的引入，一般是为了改善机构受力，增大传递功率 或者其它特殊需求； 计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用； 虚约束的成立，要满足一定的几何条件或者结构条件，如果 这些条件被破坏，将
9、转化了实约束，影响机构运动；,虚约束问题小结,机械设计中如果需要采用虚约束，必须保证设计、加工、装 配精度，以确保满足虚约束存在的条件。,例1：计算大筛机构自由度,复合铰链？局部自由度？虚约束？,n = 7 P4 = 1 P5 = 9F = 37 - 29 1 = 2,例2：,在此构件组合中, 在B处滚子与凸轮构成高副，滚子引入一局部自由度，应除去；在F和F两处，竖杆与机架组成导路平行的移动副，引入一虚约束，应除去；因此， n=4、PL=5、PH=1，由(1-1)式得,F=3n2PLPH=34251=1,例3,在图所示机构中，构件AB, EF, CD相互平行且相等，试计算该机构的自由度。,解：去掉机构中的局部自由度和虚约束，则,通过公式计算得,1.4 运动链成为机构的条件,1,2,3,4,几个例子,n=4PL =6 PH =0F=3n2 PLPH =3*42 *60 =0,自由度为0时，机构无法运动。,运动链成为机构的条件,运动链中取一个构件相对固定作为机架；运动链相对于机架的自由度必须大于零；原动件数目等于运动链自由度数。,练习1,练习2,本章重点小结,一、构件 + 运动副 运动链 机构,二、机构运动简图的绘制,四、运动链成为机构的条件：F 0, 原动件数目等于自由度数目,三、平面运动链自由度计算方法和注意事项,
