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1、,第二章 机构的组成和结构分析,研究机构的组成及机构具有确定运动的条件。,研究机构运动简图的绘制方法，即研究如何用简单的图形表示机构的结构和运动状态。,研究机构的组成原理，并根据结构特点对机构进行分类， 以便于对机构进行结构分析。,研究机构结构综合方法，即研究在满足预期运动及工作条件下，如何综合出机构可能的结构形式。,机构结构分析的目的,平面机构：所有构件在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。,1.构件,构件的自由度：构件的独立运动参数的数目。,一、平面机构的组成,原动件:运动规律已知的活动构件。 从动件:随原动件运动的其余活动构件。 固定件(机架):支承活动构件的构件。,机器中每一个独立的
2、运动单元。,2.运动副,两构件直接接触而又能产生一定相对运动的连接。,球面高副,螺旋副,柱面副,球销副,球面低副,圆柱套筒副,转动副,移动副,齿轮副,凸轮副,3.运动链 将构件通过运动副连接而构成的系统。,4.机构,一、平面机构运动简图 用简单的线条和符号来表示构件和运动副，并按比例定出各运动副的位置。这种说明机构各构件间相对运动关系的简单图形称为机构运动简图。,构件表示方法,原动件：,固定件：,构件刚化：,运动副表示方法,二、运动简图的绘制步骤,1. 分析机构运动，弄清构件数目；,4. 标注构件编号、运动副字母、原动件箭头。,3. 表达运动副和构件； 三选选视图、选比例、选位置,2. 判定运
3、动副的类型和数目； 按接触情况和相对运动,例2-1,牛头刨床运动简图,试绘制图示牛头刨床主运动机构的机构运动简图。,牛头刨床主运动机构,试绘制图示摆动式液压泵的机构运动简图。,例2-2,三、 平面机构运动简图绘制时注意问题,1. 忽略构件外形，关注运动副关系； 2. 视图平面一般选择为构件的运动平面； 3. 同一构件上的不同零件尽可能用同一数字标注。,机构的自由度机构所具有的独立运动的数目。,结论： 平面低副具有两个约束，平面高副具有一个约束。,转动副构件,移动副构件,高副构件,一、机构自由度计算公式,例2-3 求铰链四杆机构的自由度。,（当构件1为原动件时，机构有确定的相对运动。给出一个参变
4、量1，构件 2、3便有一个相应位置）,设机构有N个构件，N-1=n个活动构件，用PL个低副，PH个高副连接后，机构的3n个自由度，受到2PL+PH个约束，则,机构自由度,解：n=3，PL=4，PH=0 F332401,铰链四杆机构,解： n=2，PL=3，PH=0 F322300 （机构不能运动）,例2-5 求铰链五杆机构的自由度。,（构件为原动件，处于AB位置时，构件2、3、4位置不确定。当取构件1和4为原动件时，机构各构件的运动确定。）,铰链五杆机构,三杆机构,例2-4 求三杆机构的自由度。,解： n=4，PL=5，PH=0 F342502,二、机构具有确定运动的条件,通常，每个原动件只具
5、有一个独立运动，因此，机构自由度数与原动件的数目相等时，机构才能有确定的运动。,牛头刨床的原动件为电动机,例2-6 分析牛头刨床机构的自由度。,（因原动件数为1，等于自由度数，故机构具有确定的相对运动。）,解： n=6，PL=8，PH=1 F362811,复合铰链 两个以上的构件同在一处以转动副相连接。 个构件，构成-个转动副。,三、计算平面机构自由度时的注意问题,（有错误吗？）,惯性筛机构,例2-7 计算图示惯性筛机构的自由度。,解： 此机构C处由三个构件组成复合铰链，则n=5，PL=7，PH=0。由机构自由度公式得,局部自由度F 与整个机构运动无关的自由度。,凸轮机构,中图：,右图：,（有
6、错误吗？）,虚约束重复限制机构运动的约束。,中图：,右图：,轨迹重合被连接件上的轨迹和机构上连接点的轨迹完全重合。,平行四边形机构,虚约束之一,（有错误吗？）,移动副导路平行两构件在多处构成移动副且移动方向彼此平行时，只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。如右图所示机构D、D之一为虚约束。 这时：,虚约束之二,虚约束之三,转动副轴线重合两构件有多处接触而构成转动副且转动轴线相互重合时，只有一个转动副起约束作用，如右图，曲轴的两转动副A 、B之一为虚约束。 这时：,虚约束之四,高副接触点公法线重合两构件在多处接触而构成平面高副且各接触点处的公法线彼此重合时，只有一个高副起约束作用，如图中凸轮
7、与从动杆构成的两高副A 、B之一为虚约束。 这时：,F=322211=1,虚约束之五,对称部分机构中存在对传递运动不起独立作用的对称部分。,行星轮系中的行星轮2、2为虚约束，去掉后,行星轮系,例2-8 计算大筛机构的自由度 ，并判断机构运动是否确定。,解：由左图可知滚子具有局部自由度，处为复合铰链， 、G之一为虚约束。按右图分析。 则 因FW，所以该机构运动是确定的。,机构自由度计算公式,讨论：,局部自由度数,虚约束数,一、 全低副机构的组成,试分析曲柄摇杆机构的组成特点：,全低副机构,=,一个基本机构的自由度数为1,2. 从动件系统,n为2的倍数，PL为3的倍数,杆组最简单的自由度为零的构件
8、组,级杆组（级组）,a) RRR型 b) RRP型 c) RPR型 d) PRP型 e) RPP型,级杆组（ 级组）,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 于原动件和机架上所组成的系统。在同一机构中可包含不同级别 的基本杆组，我们把机构中所包含的基本杆组的最高级数作为机 构的级数，这就是机构的结构分类方法。,综上所述，把若干个自由度为零的基本杆组依次连接到原动件和机架上，就可组成一个新的机构，其自由度数与原动件数目相等。上图表示了根据机构组成原理组成机构的过程。首先把级杆组BCD通过其外副B、D连接到基本机构上形成四杆机构ABCD。再把级杆组通过外副E、I、J依次与级杆组及机架
9、连接，组成图示的八杆机构。根据机构的级的定义，该机构为级机构。,例2-9,1. 高副低代：将机构中的高副根据一定的条件虚拟地以低副加以代替。,2. 应满足的条件：,3. 替代关键：,二、高副机构的组成用高副低代机构分析,例2-10 图示机构中高副用低副取代。,4. 高副低代有两种特殊情况: (1) 如果两接触轮廓之一为直线，替代转动副演化成移动副,如左图所示。,(2) 若两接触轮廓之一为一点，其替代方法如右图所示。,方法：,例2-11 计算上图所示机构的自由度，并确定机构的级别。, 从远离原动件的构件开始拆 杆组 ，先试拆级组，不成，再拆级组。每拆出一杆组后，剩下部分仍是一个与原机构有相同自由
10、度的机构，直至只剩下基本机构。, 高副低代。, 正确计算机构自由度。,三、平面机构的结构分析,目的：了解已知机构的组成情况， 并确定机构的级别。,解： 该机构自由度，F=35 27=1。,该机构为II级机构。,该机构为低副机构。,由两个II级杆组加基本机构组成。,例2-12 计算图示机构的自由度，并分析当构件1和5分别为原动件时机构的级别。,解：F=35 27=1,构件1为原动件时：,机构为级机构。,构件5为原动件时：,机构为级机构。,根据机构的输入特性与输出特性的要求设计机构运动简图的过程。,机构综合：,结构综合的方法： 基本杆组叠加法。,往基本机构上连接自由度等于零的基本杆组,例如：破碎机
11、机构就是由两个II级杆组和基本机构串联构成的。,平面机构如果没有高副，则可综合出各种类型的基本杆组，再利用串联、并联等方式将基本杆组与基本机构连接起来，即可得到各种类型的机构。,例2-13 试分析图示牛头刨床的结构，如有问题，请改正。,（2）结构分析,解:（1） 计算机构自由度 F3n2PLPH34260 机构不能动。,上页图c所示部分不是杆组，机构组成不合理。可变成图d所示杆组。这时机构改成如右图所示的机构。该机构为级机构。,请分析其他改进方案？试一试能够提出几种？,请分析其他改进方案？ 试一试能够提出几种？,大讨论,分析总结,使机构增加一个自由度的方法。,绘制机构运动简图,计算自由度,结构分析,结构综合,有确定运动的条件,(1)分析运动，数清构件 (2)判定运动副性质并表达之 (3)表达构件,注意：(1)复合铰链 (2)局部自由度 (3)虚约束,F=原动件数,机构=基本机构+杆组,杆组：3n = 2PL,二级杆组：n=2，PL=3 三级杆组：n=4，PL=6,代,本章小结,进 入 下 一章学习,回本章首页,该下课了！,
