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1、第二章 平面机构的结构分析,机构结构分析的内容及目的 机构的组成及机构运动简图的绘制 机构自由度的计算 平面机构的组成原理、结构分类与结构分析,机构结构分析的内容及目的（1）掌握机构的组成；（2）了解机构运动简图的画法；（2）研究机构具有确定运动的条件；（3）理解机构的组成原理及结构分析；,2.1 机构的组成及机构运动简图的绘制1.机构的组成要素机构是具有确定相对运动的构件组合体，是由构件和运动副两个要素组成的。,1）构件所谓构件是指机器中独立的运动单元。构件是运动的单元，零件是加工制造的单元。,4,图2-1,2）运动副运动副：两构件组成的直接接触而又能产生相对运动的活动联接称为运动副。运动副
2、元素：两构件参与接触而构成运动副的部分称为运动副元素。两构件间的运动副所起的作用是限制构件间的相对运动，这种限制作用称为约束，而仍具有的相对运动叫做自由度。,3）运动链其为由若干个构件通过运动副联接组成的构件系统。,图2-2a闭式链,图2-2b开式链,4）机构如将运动链中的一个构件固定作为机架，则该运动链成为一个机构。,图2-3四杆机构,2.运动副的分类1)根据运动副所引入的约束数分类引入1个约束数的运动副称为I级副，依此类推：级副、级副。2)根据构成运动副的两构件的接触情况分类。以面接触的运动副为低副，以点或线相接触的运动副为高副。,3)根据构成运动副的两元素间相对运动的空间形式分类。如果运
3、动副元素间只能相互作平面平行运动的为平面运动副，否则为空间运动副。,球面高副,球面低副,柱面高副,球销副,圆柱套筒副,移动副,螺旋副,转动副,3.机构运动简图的绘制机构运动简图是用简单的线条和符号代表构件和运动副，并按比例定出各运动副位置绘制而成，用以表示机构的组成和传动情况的一种简图。,绘制简图方法：(1)确定机构中的原动部分和工作部分，找出组成机构的所有构件并确定构件间的运动副类型。(2) 选择投影面。一般选择机构中与多数构件的运动平面相平行的面为投影面。(3)选用合适的比例尺绘制简图。(4)标构件号。,1）常用运动副的符号,移动副,转动副,螺旋副,球面副,平面高副,2）一般构件的表示方法
4、,固定构件,同一构件,两副构件,三副构件,3）常用机构运动简图符号,外啮合齿轮传动,内啮合齿轮传动,圆锥齿轮传动,齿轮齿条传动,链传动,电机,棘轮传动,带传动,凸轮传动,蜗轮蜗杆传动,图2-4a牛头刨床机构,图2-4b 机构简图,例1：绘制牛头刨床机构简图,2.2 机构自由度的计算1.平面机构自由度的计算公式机构自由度：机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目。,假设平面内有n个活动构件，它们之间的运动副共有 低副Pl个与 高副Ph个，则机构的自由度F为,F=3n-(2PL+PH),2.机构具有确定运动的条件,图2-5a 四杆机构,图2-5b五杆机构,设机构的自由度数F 、机构原动件数
5、a1)若机构自由度0，则机构不能动；2)0，有如下三种情况： （1）F=a ，则机构各构件间的相对运动是确定的，这就是机构具有确定运动的条件； （2）Fa，则构件间的运动是不确定的； （3） a，则构件间不能运动或产生破坏。,2.3计算机构自由度时应注意的事项1.复合铰链 由两个以上构件在同一处构成的复合转动副。,图2-6复合铰链,例2： 计算图2-7a所示锯床进给机构的自由度数。,图2-7 b 锯床进给运动,解：在本机构中A、B、C、D 四处都由三个构件组成复合铰链，n7，Pl10，Ph=0，由式(2-1)可得：F=37-210-0=1,图2-7a 锯床进给机构,2.局部自由度 不影响其他构
6、件运动，仅与其自身的局部运动有关的自由度。,图2-8 凸轮机构,3.虚约束 对机构的运动只起重复约束作用，不起独立约束作用。,图2-9平行四边形机构,a b,(2)当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个转动动副起作用，其余转动副都是虚约束。,图2-10,(1)当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。,常见的虚约束有以下几种情况：,(3)如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则将会引入一个虚约束。,图2-11连杆机构,图2-12行星轮系,(4)机构中对运动起重复限制作用的
7、对称部分也往往会引入虚约束。,例3： 计算图示机构的自由度图2-13 a 解：机构各构件均在同一平面运动，可按图2-13b分析 F=35-27=1,图2-13 b,2.4 空间机构自由度简述若n个活动构件中有P1个一级副；有P2个二级副；有P3个三级副；有P4个四级副；有P5个五级副，则可得空间机构的自由度公式为： F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2-P1,图2-14a压力机构,图2-14b转化机构,2.5 平面机构的组成原理及结构分析1.平面机构的组成原理杆组：不能再拆的最简单的自由度为零的构件组。又称基本杆组或阿苏杆组。机构的组成原理：任何机构都是由若干个基本杆组依次连接于原动件和机
8、架上所组成的系统。,2.平面机构的结构分类平面机构的结构分类是根据机构中的基本杆组的不同组成形态进行的。组成平面机构基本杆组应满足条件F=3n-2Pl-Ph=0 如果基本杆组的运动副全为低副，则F=3n-2Pl=0 即 n=(2/3)Pl 最简单的平面基本杆组是：由两个构件三个低副组成的杆组-II级组。,图2-15 级杆组,RRR,RRP,RPR,PRP,RPP,图2-16 级杆组,机构的结构分类方法：在同一机构中，把机构中所包含的基本杆组的最高级数作为机构的级数。,3.平面机构的结构分析机构结构分析：将已知机构分解为原动件、机架和若干个基本杆组，进而了解机构的组成，并确定机构的级别。机构结构分析的步骤是：(1)计算机构的自由度并确定原动件。(2)拆杆组。,例4：计算图2-17所示机构的自由度，并确定机构的级别。解：该机构无虚约束和局部自由度，故 F=35-27=1该机构为II级机构,图2-17a,图2-17b,图2-18a,图2-18b,图2-18c,图2-19,2.6平面机构的高副低代高副低代的条件是：(1)代替前后机构的自由度完全相同。 (2)代替前后机构的运动状况(位移，速度，加速度)相同。,图2-20,高副低代有两种特殊情况：(1)若两接触轮廓之一为直线; (2)若两接触轮廓之一为一点。,图 2-21,图2-22,结 束,
