1、21 运动副及其分类,22 平面机构的运动简图,23 平面机构的自由度,24 平面机构的组成原理及结构分类,重点,第二章 机构的结构分析,重点问题：,1、机构的组成原理及其具有确定运动的条件,2、因何及如何绘制机构运动简图？,机构如何由构件组成？如何使各构件之间有相对运动并使之确定？,对分析现有机构或设计新机构至关重要。,第2章,机构的结构分析,所有构件均在同一平面或在几个相互平行的平面内运动,概述,第2章,机构,平面机构,空间机构,机构的结构分析,一、机构的组成,1、构件的自由度及约束条件,构件的运动指构件每一瞬时位置的变化。一自由构件作平面运动，其位置由三个参变量确定:,构件自由度：,相对
2、于参考系构件所具有的独立运动的数目。,一个作平面运动的自由构件有3个自由度。,21 运动副及其分类,机构的组成,（x,y,),约束：,对构件的独立运动所加的限制。构件受一约束，失去一个自由度。,机构由构件组成，构件与构件联接，独立运动受限，自由度减少，构件间只能产生某些相对运动，而不再完全自由。,由于约束是由机构中各构件的相互接触引起的，接触方式不同约束不同。,2、运动副,定义:,两个构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接。如轴承与轴颈、滑块与导轨、齿轮与齿轮等。,构件系统,21 运动副及其分类,机构的组成,运动副元素:,构件直接接触构成的运动副表面。为点、线、面形式。,21 运动副及其分
3、类,机构的组成,运动副的分类,按运动副元素接触情况的不同,低副：运动副元素为面接触。,21 运动副及其分类,机构的组成,固定铰链转动副,(1) 转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。,21 运动副及其分类,机构的组成,活动铰链转动副,21 运动副及其分类,机构的组成,(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。,低副提供约束及自由度情况： 引入2个约束，保留1个自由度。,点接触,21 运动副及其分类,机构的组成,高副：运动副元素为以点或线接触,凸轮副,线接触,高副提供约束及自由度情况： 限制了沿公法线n-n 方向的相对移动，保留了沿接触处切线t-t方向的相对移动和在平面内的相对转动。引入1个
4、约束，保留2个自由度。,齿轮副,21 运动副及其分类,机构的组成,21 运动副及其分类,机构的组成,空间运动副,若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。,螺旋副,球面副,运动链,定义：两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统,分类：按首末构件是否相连,传统机械一般为闭链；机器人和机械手一般为开链。,21 运动副及其分类,机构的组成,将运动链的某一构件固定，使之有确定运动。运动链机构。,机架,原动件,从动件,固定构件,按给定运动规律独立运动的构件。,其余活动构件，其活动取决于原动件的运动规律及机构的组成情况。,21 运动副及其分类,机构的组成,机构运动有关（取）： 原动件的运动规律
5、 运动副类型 无关（舍）：构件外型 断面尺寸 零件数及运动副的具体构造。,问题简单化：机构的简明图形,为了分析现有机构、构思新的机械运动方案、机构的运动和动力分析,22 平面机构运动简图,运用国际规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定比例尺表示机构各构件间相对运动关系的简图。,注：机构运动简图与实际机构有相同的运动特征。,机构示意图：是用特定的构件和运动副符号表示机构的一种简化示意图，仅着重表示结构特征。（不需按比例）,定义：,一、运动副的表示方法,1、转动副（铰链）,22 平面机构运动简图,运动副的表示方法,2、移动副,22 平面机构运动简图,运动副的表示方法,两构件组成移动副，其导
6、路必须与相对移动方向一致。,3、高副,22 平面机构运动简图,运动副的表示方法,运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。,惯用画法（GB4460-84机构简图符号）,二、构件的表示方法,1、参与组成两个运动副的构件,2、参与组成三个运动副的构件,注：关于工程常用机构运动简图符号国家已有规定。,22 平面机构运动简图,构件的表示方法,22 平面机构运动简图,实例,实例：,三、绘制机构运动简图的方法,步骤：,1、分析机械的工作原理、组成及运动传递情况；确定其组成的各构件。,2、确定运动副的类型和数目。,3、恰当选择运动简图的视图平
7、面（投影面）。（一般选大多数构件的运动平面）。,4、选取比例尺（l），定出各运动副的相对位置，开始绘制。,l构件的实际长度（m）图长（mm） 如l110，若构件实长为2m，则图长20mm,注意问题：,构件要编号； 运动副要有代号； 原动件要用箭头表示方向。,22 平面机构运动简图,绘制机构运动简图的方法,22 平面机构运动简图,绘制机构运动简图的方法,电动机,工作原理：,点击观看动画,1、工作原理,1 机架 2 曲轴（原动件） 3 动颚 4 肘板,2、运动副,机架1,肘板4,动颚3,曲轴2,1与2在A回转副 2和3 在B回转副 3与4在C回转副 4与1在D回转副,A,B,C,3、选择投影面,4
8、、比例尺1：1,22 平面机构运动简图,绘制机构运动简图的方法,D,A,B,C,D,1,2,3,4,1、机构自由度,23 平面机构的自由度,机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。,如何使组合起来的构件产生运动并具有运动确定性？,1、机构的自由度 2、机构具有确定性运动的条件,定义：,计算公式,1）机构的构件总数K 2）活动构件数n=K1 3）组成运动副前，机构总自由度3n,组成运动副后，机构的自由度：,F3n-2PL-Ph,计算颚式破碎机的自由度：,F332 41,23 平面机构的自由度,平面机构自由度与组成机构的构件数目、运动副的数目及运动副的性质有关。,A,B,C,D,1,2,3,
9、4,计算实例一,计算实例二,n =5, PL = 7, PH= 0,F = 3n 2PL PH,= 35 27 0,= 1,解：,23 平面机构的自由度,点击观看动画,2、机构具有确定性运动的条件,机构原动件的独立运动是由外界给定的。如给出的原动件数不等于机构的自由度，则会对机构的运动产生影响。,23 平面机构的自由度,23 平面机构的自由度,由上例及其它机构分析：,机构具有确定性运动的条件：,23 平面机构的自由度,F0且等于原动件的数目,3、计算平面机构自由度时的注意事项,三个问题：,1、复合铰链,定义：两个以上的构件在同一处以转动副相连接。,23 平面机构的自由度,处理： 三个构件在同一
10、轴线处，两个转动副。 推理：m个构件时，有m 1个转动副。,惯性筛机构,C处为复合铰链,计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现计算错误。,n = 5, PL = 7, PH = 0,= 35 -27 0 = 1,F = 3n - 2PL PH,23 平面机构的自由度,F3n-(2PL+PH),试计算直线机构的自由度。,=37-210=1,23 平面机构的自由度,2、 局部自由度,定义：不影响其它构件相对运动的自由度，只与局部运动有关。,F3323 12（）,F3222 11（）,在计算机构自由度时，可预先排除。,23 平面机构的自由度,3、虚约束,定义：对机构运动实际上不起约束
11、作用的约束，是构件几何尺寸满足某些特殊要求的产物。,三种情况的虚约束,F3324 1（）,F3426 0（）,（1）机构运动时，如果两构件上两点间的距离始终保持不变，将此两点用构件和运动副联接，则会带进虚约束。,23 平面机构的自由度,23 平面机构的自由度,2）两构件组成多个移动副或回转副，其导路平行或回转轴线重合。,F3222 11（ ）,3）机构中对传递运动不起独立作用的对称部分。,F3323 21（）,虚约束对机构运动虽然不起作用，但可以增加构件的刚性，改进受力，减少磨损，因而在机构中经常出现。,23 平面机构的自由度,综合例题,大筛机构 的自由度,F 3n-2Pl-PH=37-29-
12、1=2=原动件数,机构有确定的运动。,23 平面机构的自由度,总结,构件,机架 原动件 从动件,运动副,高副低副,转动副 移动副,平面机构,自由度计算,平面机构运动简图,1、 F3n-2Pl-Ph,2、注意事项,复合铰链 局部自由度 虚约束,具有确定运动的条件,F0原动件数,23 平面机构的自由度,24 平面机构的组成原理及结构分类,对机构去机架及原动件,F=0的从动件系统,拆成更简单的构件组（F=0）,拆成不能再拆的F=0的构件组,基本杆组 （阿苏尔杆组）,任何机构都是由若干基本杆组依次联接于机架和原动件上构成的。,1）机构组成,A:设计新机构,绘制运动简图时选机架将原动件联接在机架上将基本
13、杆组依次联接于机架和原动件上。 B：分析已有机构时分解为机架、原动件及若干基本杆组。,2）机构分类,据基本杆组的构件中含运动副的数目分：,设基本杆组中F=3n-2Pl=0 (Ph采用高副低代）,n=2/3Pl,Pl=3，6，9,n=2，4，6,24 平面机构的组成原理及结构分类,最简单组合： Pl=3,n=2 两杆三副,级组,工程中大部分机构由级杆组组成。,24 平面机构的组成原理及结构分类,Pl=6,n=4 如含有运动副最多的构件为三副杆，则称为级组。,机构的分类：平面机构的级别按机构中含有级别最高的基本杆组来命名。,A：机构中杆组均为级组级机构； B：机构中既含级组又含 级组级机构。,24 平面机构的组成原理及结构分类,24 平面机构的组成原理及结构分类,2、介绍杆组法进行运动分析,由机构的组成原理，任何机构都可看作由若干基本杆组依次联接于机架和原动件上而成。,最常见的基本杆组为级组，有三种形式：,24 平面机构的组成原理及结构分类,
