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1、机 械 原 理,1 平面机构的结构分析,探讨机构运动的可能性和确定性;,1.1 研究机构结构的目的,对各种类型和型式的机构按结构分类以便于分析运动和动力;,帮助正确绘制机构运动简图;,了解机构的组成原理，指导设计和创新。,1.2.1 机构的组成,构件机构 运动副,1.2 机构的组成及平面运动副,运动副-两构件相接触而形成的可动联接,高副,1.2.2 运动副,运动副元素-参加接触形成运动副的点、线、面,空间球面副,空间二级副,空间滚动副,低副,两个以上构件以运动副联接而成的系统称为运动链,1.2.3 运动链,若组成运动链的每个构件至少包含两个运动副元素，则构件构成封闭系统，称为闭链,若运动链中有
2、的构件只包含一个运动副元素，便称为开链,运动链中出现称之为机架的固定件时，运动链被称为机构。,机构的分类： 平面机构 空间机构,机构的组成： 原动件 从动件 机架,1.2.4 机构,用简单的符号、线条表示运动副和构件，按一定比例表示运动副的相对位置，能表明各构件间的相对运动关系的图形。,1.3.2 作用,利用机构运动简图可以对机构进行结构、运动和动力分析，是从事机构研究的重要工具,1.3 平面机构运动简图,1.3.1 机构运动简图,（1）转动副,1.3.3 构件和运动副规定的符号,（2）移动副：,（3）高副,按实际轮廓画,构件表示法,确定运动副的位置后用线条连接,例1：曲柄摇杆机构,1.3.4
3、 机构运动简图绘制步骤,4. 绘图（机架、主动件、从动件）,3. 合理选择视图，定比例尺,1. 确判别运动副类型，确定位置,2. 判别运动副类型，确定位置,例2：偏心轮机构,例3：鄂式破碎机,例4：缝纫机机头,例5：内燃机,压力机动画,例6：,两构件间有X.Y.三个相对独立运动(自由度)或称谓三个自由度,用F表示。 对自由度（独立运动）的限制称谓约束 ，用S表示。,1. 未形成运动副两构件相对运动,1.4 平面机构的自由度,1.4.1运动副对构件运动的影响,2. 两个构件形成运动副的相对运动,低副,高副,图示四杆机构，F =33-24=1。当1确定时，构件2，3位置确定，即以构件1为主动件，机
4、构的运动确定。,1.4.2 平面机构的自由度,1.4.3 运动链成为机构的条件,n 运动链中可活动的构件数总和PL 低副的数目 PH 高副的数目,当1确定时，构件2，3、4位置不能确定。,自由度为2,原动件数为1运动不确定,原动件数为3机构被破坏,原动件数为2具有确定运动,当1 、4 确定时，其它构件位置确定。所以当取构件1、4为主动件，机构运动确定。,原动件数 =自由度运动确定,原动件数自由度机构被破坏,原动件数自由度运动不确定,刚性桁架,结论：,机构的自由度数目与机构中原动件数目一致。,能运动,机构具有确定运动的条件：,例：计算牛头刨床的自由度,1.4.4自由度计算注意事项,1复合铰链,三
5、构件组成两个转动副表示:,？,复合铰链:,由k个构件在一处组成轴线重合的转动副。实际有(k-1)个转动副。,两个以上构件在同一轴线上用转动副相联，形成复合铰链。,2. 局部自由度,机构中个别构件所具有的不影响其它构件运动，即与整个机构运动无关的自由度。,?,3. 虚约束,虚约束机构中那些对构件间的相对运动不起独立限制 作用的重复约束。或称消极约束。,？,比较,虚约束的判别：拆杆法 看联结点的距离是否改变 拆副法 看联结点的轨迹是否重合,虚约束,常见的虚约束：,1. 机构中联结构件与被联结构件的轨迹重合,？,4. 在机构整个运动过程中，其中某两构件上两点之间的距离始终不变。,5. 机构中，不影响
6、运动的对称部分。,例：大筛机构,B、C、D、E处复合铰链,例：,虚约束,B,C,D处为复合铰链,例：,虚约束,C处为复合铰链,例：,例：,图（a）F=3526121,图（b）F3527101,特殊地：含有齿轮副平面机构的自由度计算,齿轮中心被约束：计一个高副,齿轮中心未被约束：计一个低副,1.5 平面机构的组成原理和结构分析,1. 高副低代,把机构中的高副根据一定的条件用虚拟的低副来等效地代替。,2. 高副低代的条件,（1）代替前后机构的自由度数不变；,（2）代替前后机构的瞬时速度和加速度不变。,3. 高副低代的方法,用两端各装有一个转动副的构件取代高副，其转动副的中心位于高副元素的曲率中心处
7、。,高副低代的四种情形：,曲线对曲线,曲线对直线,曲线对点,点对直线（较少）,1.5.1平面机构的低副代替高副法,特殊情况，副元素曲线为圆,一般情况，副元素为一般曲线,1.5.2 平面机构的组成原理,平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目等于机构的自由度数，故平面机构的从动系统的自由度数应为零。,F=1,F=0,F=0,F=1,F=0,组成平面低副机构杆组的条件：,机构与机架的连接一般为低副，移动或转动（一个自由度） 自由度数=原动件数。 机构中除了主动件（原动件）外，自由度应该为零即从动件系统的自由度必为零。,由于平面高副可以用低副来替代，因此我们只研究所有运动副都是低副的平面低副机构
8、的杆组组成原理。,当n = 2时，Pl = 3 有下列型式,当n = 4时，Pl = 6 基本型式为,当n = 6时，Pl = 9 复杂很少使用,基本杆组的类型（按杆组中包含封闭形分类）,机构的组成：原动件 + 机架 + 杆组,即：任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次联结到原动件和机架上去的方法来组成。,错误并接,两种并接,1.5.3平面机构中的结构分析,1. 机构的结构分析,将已知机构分解为若干杆组，并确定杆组的级别和类型。,2. 机构结构分析的过程,（1）计算机构的自由度，去除虚约束、局部自由度，并高副低代,（3）确定机构的级别，以机构杆组的最高级别命名机 构的级别。,注意：对远离主动件的杆组先拆起。,原则：杆组的增减不应改变机构的自由度，拆杆组后，剩余机构不允许存留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）,例：,本章结束,
