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1、第三章 平面机构的结构分析 3-1 机构结构分析的内容和目的一.结构分析的内容1.研究机构的组成及其具有确定运动的条件；2.根据结构特点进行机构的结构分类；3.研究机构的组成原理, 以便设计和创造新机构。 二.结构分析的目的1.弄清机构的组成及运动原理;2.画机构运动简图机构的结构分析是机构运动分析、动力分析及机 构综合的必要前提3-2 运动副一.基本概念1.运动副两构件直接接触而形成的仍能产生某种相对运动的可动连接。 2.运动副元素构件之间因相互接触而构成运动副的接触部分。3.运动副自由度 构成运动副的两构件相对独立运动的数目4.运动副约束数 两构件组成运动副后所限制的相对运动的数目1、转动
2、副（铰链）：两构件只能绕同一轴线相对转动，圆柱面接触， 引入两个约束。二.运动副的种类根据两构件接触情况来分：低副: 两构件通过面接触而构成的运动副。高副: 两构件通过点或线接触而构成的运动副。2、移动副：两构件只能沿某一方向作相对移动，各种形面接触，引入两个约束。 3、平面高副：点或线接触，引入一个约束 。三.运动链1.定义: 通过运动副联接而成的相对可动的构件系统2.分类:闭式链：运动链的各构件构成首尾封闭的系统。开式链：运动链的各构件未构成首尾封闭的系统。四.机构在运动链中，若固定其中一构件, 并给定一个或少数几个构件的运动, 能使其余构件的 运动随之而确定, 则该运动链便称为机构。机架
3、: 相对于其它构件固定不动的构件 机构 原动件: 运动规律已知的构件。从动件: 随原动件运动的其余可动构件零件 构件 运动链 机构 机器机器最基本的要素是机械零件 3-3 平面机构的运动简图 一、定义及作用1.定义：用简单的线条和规定的符号来代表构件和运动副，并按一定比例表示出个运动副的相对位置这种能准确表达机构运动特性的简单图形称为机构运动简图。 注意：1）准确表达机构的运动特性； 2）必须按规定的符号； 3）必须按比例，否则称为机构示意图 4）只表示运动学尺寸。2.作用 1）表示机构传动的工作原理； 2）可对机构进行运动和动力分析。注意：是机构的瞬时位置图，不同瞬时，简图形状不同。二. 运
4、动副及构件的表示方法1.转动副运动副元素：圆柱面2.移动副运动副元素：任意型面注意：1）移动副的中心线一定要与导路平行；2）移动副的中心线可以平移；3）当一个构件为导杆时，另一构件则为滑块下面五个图所表达的运动关系是相同的3.高副4.构件两副构件多副构件注意在支架上 的电动机 带传动锥齿轮传动5.常用机构的符号常用机构的符号齿轮齿条传动 链传动蜗杆传动棘轮机构齿轮内啮合齿轮外啮合凸轮机构三、绘制机构运动简图的方法1、仔细观察机构运动过程，分析构件相对运动性质；2、确定构件数、运动副的类型及数目；3、选择视图平面，确定机构某一位置；4、选取适当的比例 ，按下列顺序进行绘制首先画出所有与机架相连的
5、运动副，再从 原动件开始顺着运动传递的路线画出所有从动件 。在原动件上加注箭头，并在运动副处标注字母 ，且给构件编序号。例3-1 内燃机例 3-23-4 平面机构的自由度一.定义相对于机架，机构所具有的独立运动的数目 或：机构具有确定运动时所需要的独立运动参数的数目。F=24F=13二、机构具有确定运动的条件所施加的独立运动的参数=机构的自由度机构的原动件数= 机构的自由度数 三、机构自由度计算1.运动副的约束数高副：一个高副提供一个约束；低副：一个低副提供两个约束。2.机构的约束数机构中有个 pH 高副和 pL 个低副，则机构的约束数为： pH +2 pL3.机构的自由度机构中有 n 个活动
6、构件，则机构的自由度 数为： F=3n-2PL-Ph 例3-4计算图示机构的自由度F=3n-2PL-Ph=33 -24 =1例3-5计算图示机构的自由度F=3n-2PL-Ph=34 -2 5 =2例3-6计算内燃机的自由度F=3n-2PL-Ph=36 -27 -3=1注意：当F=0，构件系统就成为静定桁架F=3n-2PL-Ph=32 -23=0F=3n-2PL-Ph=34 -26=0当原动件数F时，机构将从薄弱环节破坏当原动件数F时时，从动动件的运动动将不确 定当机构的自由度大于机构的原动件数时，不能说机构就无用。机构的运动也不一定是毫无规律的乱动，而要受到最小阻力定律的支配，即:当机构的自由
7、度大于机构的原动件数时，机构将优先沿着阻力最小的方向运动。爬楼梯机器人F34-24-12=2两自由度的刹车机构可使两片刹车片均匀地抱 紧在轮毂上，自动调节刹车片的均载，刹车效果比 单一刹车片（单自由度）的更好。F=3n-2PL-Ph=36 -28=2四.计算平面机构自由度时应注意的事项1.复合铰链m 个构件同在一处以转动副相联接，其转动副数为： （m-1）个几种常见复合铰链的情况注 意例3-7 计算图示齿轮连杆机构的自由度F=3n-2PL-Ph=35 -26 -2=12、4、5在C处形成复合铰链3、5、6在D处形成复合铰链例3-8 计算图示直线机构的自由度3、5、7在C处形成复合铰链4、6、8
8、在D处形成复合铰链2、3、4在B处形成复合铰链1、7、8在F处形成复合铰链F=3n-2PL-Ph=37 -210 -0=12.局部自由度在机构中，某构件产生的局部运动不影响其 它构件的运动，此构件的这种局部运动的自由度 称作局部自由度。计算时必须去除。F=3n-2PL-Ph=33-23-1=2F=3n-2PL-Ph=32 -22 -1=13.虚约束在机构中，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。计 算时必须去除。F=3n-2PL-Ph=33-24-0=1F=3n-2PL-Ph=34-26-0=0产生虚约束的几种情况产生虚约束的几种情况 1 1）在机构中，如果用转动
9、副联接的是两构件运）在机构中，如果用转动副联接的是两构件运 动轨迹相重合的点，则该联接将带入一个虚约束动轨迹相重合的点，则该联接将带入一个虚约束F=3n-2PL-Ph=33 -24=1 34 -26=0椭圆仪2）在机构中，如果两构件上某两点的距离始终保持不 变，用双转动副杆将此两点联接，则该联接将带入 一个虚约束。F=3n-2PL-Ph=33 -24=1 EF引入虚约束F=3n-2PL-Ph=34 -26=0It is a truss!3）在机构中，某些不影响机构运动传递的重 复部分所带入的约束为虚约束。F=3n-2PL-Ph =33 -23-2=11 1、3 3、4 4组成复合铰链组成复合铰
10、链F=3n-2PL-Ph35 -27-1=0从运动的角度，机构只有左半部分就能正 常工作，但考虑到力的平衡，加了右半部分F=3n-2PL-Ph=33 -24=14）两构件在多处构成移动副，且导路平行，这 时只有一个起约束作用, 其余低副都是虚约束F=3n-2PL-Ph=33 -24 -0=1 33-25-0= -1F=3n-2PL-Ph=32 -22 -1=1 32-23-1= -15）两构件在多处构成转动副，且转动副轴线重 合，这时只有一个起约束作用, 其余低副都是 虚约束F=3n-2PL-Ph=31 -21=1 31-22= -16）两构件在多处构成高副，且公法线重合，这时只有 一个起约束作用, 其余运动副都是虚约束F=3n-2PL-Ph=32 -22-1=1 3 2 -23-2=-2PH=2例3-9 计算下面机构的自由度F=3n-2PL-Ph=37 -29 -1=2注：弹簧不能 算构件C处有复合铰链 F处有局部自由度例3-10F=3n-2PL-Ph=36 -28 -1=1例2-12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。C、H处有局部自由 度；D处有复合铰链 ；FI 为虚约束为虚约束 F=3n-2PL-Ph=36 -27 -3=1给定一个原动件，机 构运动确定作业：3-8
