第二章机构的结构分析.ppt

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1第二章第二章平面机构的结构分析平面机构的结构分析n一、机构结构分析的内容一、机构结构分析的内容n

（1）研究机构的组成及其具有确定运动的条件；）研究机构的组成及其具有确定运动的条件；n

（2）根据机构特点进行机构的结构分类；）根据机构特点进行机构的结构分类；n（3）研究机构的组成原理）研究机构的组成原理2-1平面机构结构分析的内容及目的平面机构结构分析的内容及目的2二、机构结构分析的目的二、机构结构分析的目的n

（1）弄清机构的组成及运动原理；）弄清机构的组成及运动原理；n

（2）画机构运动简图。

）画机构运动简图。

32-2运动副及其分类运动副及其分类n一、基本概念一、基本概念n1.运动副运动副n

（1）运动副运动副定义定义:

由两个构件组成的可动联接由两个构件组成的可动联接。

n

（2）运动副元素运动副元素：

两个构件上能够参加接触而构：

两个构件上能够参加接触而构成运动副的表面。

成运动副的表面。

4n（3）运动运动副的自由度副的自由度：

构成运动副构成运动副的两构件相的两构件相对运动对运动独立独立参数的数目参数的数目。

56n（4）运动副约束运动副约束：

两个构件组成运动副后对：

两个构件组成运动副后对独立独立的相对的相对运动的运动的限制限制。

n（5）运动副的类型）运动副的类型n根据两构件接触情况分为：

根据两构件接触情况分为：

7n高副高副：

两构件两构件通过通过点点或线接或线接触触构成构成的运动的运动副；副；8n低副低副：

两构件通两构件通过过面接触面接触构成的运构成的运动副。

分动副。

分为：

转动为：

转动副和移动副和移动副两种。

副两种。

9n根据引入的约束数目分类：

根据引入的约束数目分类：

n级副：

引入一个约束的运动副；级副：

引入一个约束的运动副；n级副：

引入两个约束运动副；级副：

引入两个约束运动副；nn级副：

引入五个约束运动副。

级副：

引入五个约束运动副。

10n把多个构把多个构件通过运动件通过运动副联接而成副联接而成的相对可动的相对可动的系统。

可的系统。

可分为开式链、分为开式链、闭式链。

闭式链。

2.运动链运动链11n1.平面运动副平面运动副n

（1）高副）高副n约束：

约束：

1个个（在（在nn方向）方向）二、运动副及约束二、运动副及约束12n两构件相对运动是转两构件相对运动是转动。

动。

n低副：

低副：

引入两个约束引入两个约束。

（3）移动副移动副两构件相对运动是两构件相对运动是移动。

移动。

低副：

低副：

引入两个约引入两个约束束。

n

（2）转动副）转动副13n

（1）球面副及）球面副及球销副球销副n球面副：

引入球面副：

引入3个约束；个约束；n球销副：

引入球销副：

引入4个约束。

个约束。

2.空间运动副简介空间运动副简介14n

（2）螺旋副）螺旋副n两构件相对运动是两构件相对运动是螺旋面。

螺旋面。

n引入引入5个约束。

个约束。

15n机构是由若干个构件组合而成的，具有确定相对机构是由若干个构件组合而成的，具有确定相对运动的强制运动链。

运动的强制运动链。

n运动链成为机构的条件为：

运动链成为机构的条件为：

机构机构=机架机架+原动件原动件+静定组（静定组（f=0）。

三、机构与运动链的关系三、机构与运动链的关系162-3机构运动简图机构运动简图n一、运动副及构件的表示方法一、运动副及构件的表示方法1.运动副：

表运动副：

表2-117

（1）转动副）转动副18n

（2）移动副移动副19（3）高副202.构件（表构件（表2-2）2122233.常用符号：

表常用符号：

表2-324n

（1）用符号代表各运动副，画出廓线；）用符号代表各运动副，画出廓线；n

（2）用转动副中心连线或其它运动副之间的连线代表构件；）用转动副中心连线或其它运动副之间的连线代表构件；n（3）依以下次序作图：

先分清机架和原动件，认清构件数）依以下次序作图：

先分清机架和原动件，认清构件数目；弄清运动副的性质，转动副中心，移动副方位，高副目；弄清运动副的性质，转动副中心，移动副方位，高副的廓线；按比例尺定：

的廓线；按比例尺定：

L=构件之实长构件之实长/在机构图中长度，在机构图中长度，单位：

单位：

m/mm，mm/mm，定出运动副的位置和方位；定出运动副的位置和方位；合理最后选择视图；最后用符号和线条来画图。

用箭头表合理最后选择视图；最后用符号和线条来画图。

用箭头表示主动件的运动方向。

示主动件的运动方向。

二、绘制机构运动简图的方法二、绘制机构运动简图的方法25例例2-1内燃机内燃机26例例2-2272-4平面机构的自由度计算平面机构的自由度计算n一、机构的一、机构的自由度自由度n机构具有确定运动时所需要的机构具有确定运动时所需要的独立参数独立参数的的数目数目。

n二、运动副的约束数二、运动副的约束数n高副：

一个高副提供一个约束；高副：

一个高副提供一个约束；n低副：

一个低副提供两个约束。

低副：

一个低副提供两个约束。

n三、机构的约束数三、机构的约束数n机构中有个机构中有个pH高副和高副和pL个低副，则机构的约束数为：

个低副，则机构的约束数为：

pH+2pL28四、举例四、举例1.计算图示机构的自由度计算图示机构的自由度n三、机构的自由度三、机构的自由度n机构中有机构中有n个活动构件，个活动构件，则机构的自由度数则机构的自由度数F为：

为：

nF=3n-（2pL+pH）F=3n-（2pL+pH）=3*3-（2*4+0）=1292.计算图示机构的自由度计算图示机构的自由度nn=4npL=5npH=0nF=3n-（2pL+pH）=3*4-（2*5+0）=2303.计算内燃机的自由度计算内燃机的自由度nn=6npL=7npH=3nF=3n-（2pL+pH）n=3*6-（2*7+3）=131n机构的原动件数机构的原动件数=机构的自由度数机构的自由度数四、机构具有四、机构具有确定运动确定运动的条件的条件322-5计算平面机构自由度时应注意的事项计算平面机构自由度时应注意的事项n一、一、复合铰链复合铰链nm个构件同在一处以转个构件同在一处以转动副相联接动副相联接，其转动副，其转动副数为：

数为：

m-133n几种常见复合铰链的情况几种常见复合铰链的情况34例：

试计算图示直线机构的自由度例：

试计算图示直线机构的自由度n复合铰链：

点复合铰链：

点B、C、D、Fnn=7npL=10npH=0nF=3n-（2pL+pH）=3*7-（2*10+0）=135n二二.要除去要除去局部自局部自由度由度n在机构中，某构件产在机构中，某构件产生的局部运动不影响生的局部运动不影响其它构件的运动，此其它构件的运动，此构件的这种局部运动构件的这种局部运动的自由度称作局部自的自由度称作局部自由度。

由度。

F=3n-（2pL+pH）=3*3-（2*3+1）=2错错F=3n-（2pL+pH）=3*2-（2*2+1）=1正确正确36n在机构中，某运动副带入的约束，对机构实际上在机构中，某运动副带入的约束，对机构实际上不起约束作用，这种约束称为虚约束。

不起约束作用，这种约束称为虚约束。

F=3n-（2pL+pH）=3*4-（2*6+0）=0错错三三.要除去要除去虚约束虚约束F=3n-（2pL+pH）=3*3-（2*4+0）=1正确正确37n

（1）在机构中，如）在机构中，如果用转动副联接的是果用转动副联接的是两构件运动轨迹相重两构件运动轨迹相重合的点，则该联接将合的点，则该联接将带入一个虚约束。

带入一个虚约束。

F=3n-（2pL+pH）=3*3-（2*4+0）=1判断机构中虚约束的方法判断机构中虚约束的方法：

38n

（2）在机构中，如）在机构中，如果两构件上某两点果两构件上某两点的距离始终保持不的距离始终保持不变，用双转动副杆变，用双转动副杆将此两点联接，则将此两点联接，则该联接将带入一个该联接将带入一个虚约束。

虚约束。

EF带入一个虚约束带入一个虚约束F=3n-（2pL+pH）=3*3-（2*4+0）=139n（3）在机构中，）在机构中，某些不影响机构某些不影响机构运动传递的重复运动传递的重复部分所带入的约部分所带入的约束为虚约束。

束为虚约束。

F=3n-（2pL+pH）=3*3-（2*3+2）=140（4）两构件在多处接）两构件在多处接触而构成低副，这时触而构成低副，这时只有一个起约束作用只有一个起约束作用,其余低副都是虚约束。

其余低副都是虚约束。

41n解：

解：

复合铰链复合铰链Dn虚约束虚约束FIn局部自由度局部自由度C、Hnn=6，pL=7，pH=3，nF=3n-（2pL+pH）=3*6-（2*7+3）=1n例：

试计算图示包装机构的自由度（图中：

例：

试计算图示包装机构的自由度（图中：

ED/FI/GJ），），并判断该机构是否具有确定的运动。

并判断该机构是否具有确定的运动。

422-6平面机构的高副低代平面机构的高副低代n一、一、高副低代的条件高副低代的条件n

（1）代替前后机构的自由度完全相同；）代替前后机构的自由度完全相同；n

（2）代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度完全相同。

）代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度完全相同。

n二、代替方法二、代替方法n用一个虚拟构件分别在高副接触点的曲率中心处与构用一个虚拟构件分别在高副接触点的曲率中心处与构成该高副的两构件相联接即成。

成该高副的两构件相联接即成。

43n

（1）两个圆盘组成的高副）两个圆盘组成的高副44

（2）任意曲线轮廓的高副机构）任意曲线轮廓的高副机构45（3）直线与曲线轮廓组成的高副）直线与曲线轮廓组成的高副46（4）两接触轮廓之一为一点）两接触轮廓之一为一点472-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析平面机构的组成原理、结构分类及结构分析n一、平面机构的组成原理一、平面机构的组成原理n

（1）基本杆组基本杆组n把不能再拆的最简单的自由度为零的构件组称为基本把不能再拆的最简单的自由度为零的构件组称为基本杆组杆组。

n

（2）机构）机构组成原理组成原理n机构是由若干个基本杆组依次联接于原动件和机架上机构是由若干个基本杆组依次联接于原动件和机架上而构成的。

而构成的。

4849注意注意：

添加杆组时，：

添加杆组时，杆组的各个外接运动杆组的各个外接运动副不能全部并接在同副不能全部并接在同一构件上一构件上。

50n根据机构中基本杆组的不同进行分类。

根据机构中基本杆组的不同进行分类。

n

（1）基本杆组的结构分类）基本杆组的结构分类n组成平面机构的基本杆组满足条件：

组成平面机构的基本杆组满足条件：

n3n-2pL-pH=0n对于全低副机构：

对于全低副机构：

nn：

24npL：

36n分类：

分类：

二、平面机构的结构分类二、平面机构的结构分类51n级组有五种不同的类型，其结构型式为：

级组有五种不同的类型，其结构型式为：

52n级组的结构型式：

级组的结构型式：

53n把由最高级别为把由最高级别为级组的基本杆组构成的机构称作级组的基本杆组构成的机构称作级机级机构构。

n把有最高级别为把有最高级别为级组的基本杆组构成的机构称作级组的基本杆组构成的机构称作级机级机构构。

n把由机架和原动件而构成的机构称作把由机架和原动件而构成的机构称作级机构级机构。

n三、平面机构的结构分析三、平面机构的结构分析n1.1.机构结构分析的内容机构结构分析的内容n（11）拆分基本杆组）拆分基本杆组n（22）确定机构级别）确定机构级别

（2）平面机构的结构分类）平面机构的结构分类54n

（1）除去虚约束和局部自由度，计算机构的自由度，并确）除去虚约束和局部自由度，计算机构的自由度，并确定原动件；定原动件；n

（2）从远离原动件的构件开始拆组。

先试拆）从远离原动件的构件开始拆组。

先试拆n=2的杆组的杆组（级组），如不可能，再依次试拆级组），如不可能，再依次试拆n=4或或n=6的杆组。

当的杆组。

当分出一个杆组后，第二次仍须从最简单（分出一个杆组后，第二次仍须从最简单（n=2）的杆组开始）的杆组开始试拆，直到剩下机架和原动件为止。

试拆，直到剩下机架和原动件为止。

n（3）拆组后，剩余机构不允许残余只属于一个构件的运动）拆组后，剩余机构不允许残余只属于一个构件的运动副和只有一个运动副的构件（原动件除外），因为，前者将副和只有一个运动副的构件（原动件除外），因为，前者将引入虚约束，而后者则产生局部自由度。

引入虚约束，而