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1、1.3.22-6 机构的组成原理、结构分类及结构分析机构的组成原理、结构分类及结构分析一、机构的组成原理一、机构的组成原理 1 1）基本机构）基本机构 由一个原动件和一个机架组成的双杆机构。由一个原动件和一个机架组成的双杆机构。 a)原动件作移动原动件作移动 (如如油缸、气缸、直线电机油缸、气缸、直线电机等等)b)原动件作转动原动件作转动 (如如电动机电动机)2121构件构件 + 运动副运动副 运动链运动链 机构机构1.3 .2 机构的组成原理和结构分析机构的组成原理和结构分析 机架机架原动件原动件从动件组合从动件组合F = 0基本杆组：最简单的不可再拆的自由度为零的构件组，基本杆组：最简单的
2、不可再拆的自由度为零的构件组， 简称为杆组。简称为杆组。2 2）基本杆组）基本杆组基本杆组基本杆组最简单的最简单的F0的构件组。的构件组。机构具有确定运动的条件是机构具有确定运动的条件是:F=1F=0设想：设想：将机构中原动件和机架断开，则原动件与机架将机构中原动件和机架断开，则原动件与机架构成基本机构，其构成基本机构，其F1。剩下的构件组必有剩下的构件组必有F0将将构件组继续拆分成更简单构件组继续拆分成更简单F0的构件组，直到不能的构件组，直到不能再拆为止。再拆为止。原动件数自由度原动件数自由度定义：定义：F=0 不可再分的构件组。不可再分的构件组。1. 杆组杆组（基本杆组、基本组、基本杆组
3、、基本组、Assur 组）组）结构公式：结构公式：F=3n 2PL PH = 3n 2PL = 0 PL3n/2二、机构的结构分析二、机构的结构分析 PL 为整数，为整数， n n只能取偶数。只能取偶数。 n n 2 4 n4 2 4 n4 已无实例了已无实例了! ! PL 3 6 n=2 的的杆杆组组称称为为级级组组应应用用最最广广而而又又最最简简单单的的基本杆组。共有基本杆组。共有 5 5 种类型种类型设基本杆组中有设基本杆组中有n个构件，则由条件个构件，则由条件F0有：有： F3n2PLPh0 PL3n/2 (低副机构中低副机构中Ph0 )分类分类(1)级组级组(n=2，PL=3)PL3
4、n/2(a)(b)(c)(d)(e)外外接接副副内内接接副副级组的结构特征级组的结构特征：两个含有外接副的构两个含有外接副的构件直接用运动副联接。件直接用运动副联接。（2） 级组级组(n=4，PL=6)级组基本型级组基本型级组其它型举例级组其它型举例中心构件中心构件级组基本型级组基本型级组其它型举例级组其它型举例级组的结构特征级组的结构特征：三个含有外接副的构件与同一构件（用运动副）联接。三个含有外接副的构件与同一构件（用运动副）联接。第四种形式称为第四种形式称为IVIV级组级组。结构特点：结构特点：有两个三副杆，且有两个三副杆，且4个构件构成四边形结构个构件构成四边形结构内端副内端副杆组内部
5、相联。杆组内部相联。外端副外端副与组外构件相联。与组外构件相联。 机机构构按按所所含含最最高高杆杆组组级级别别命命名名，如如级级机机构构，级机构等。级机构等。杆组：自由度为零的不可再分的运动链。杆组：自由度为零的不可再分的运动链。机构可视为由原动件机构可视为由原动件和若干个杆组构成。和若干个杆组构成。组成原理组成原理 任何机构都可以看作是若干个自由度为零的基本杆组依次任何机构都可以看作是若干个自由度为零的基本杆组依次联接到原动机和机架上而构成的，机构的自由度等于原动件的联接到原动机和机架上而构成的，机构的自由度等于原动件的数目，这就是数目，这就是机构的组成原理机构的组成原理。构件构件 + 运动
6、副运动副 运动链运动链 机构机构机架机架原动件原动件若干基本杆组若干基本杆组=1423123F=3n2PLPH =33 2 4 0 =1F=3n2PLPH =31 2 10 =1典型示例典型示例+F=3n2PLPH =32 2 30 =0基本基本机构机构基本基本杆组杆组注意：注意：基本杆组基本杆组自由度为零自由度为零 713245678举例：举例：将图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。将图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。重重要要结结论论：该该机机构构包包含含一一个个基基本本机机构构和和两两个个基基本本杆杆组组，换换句句话话说说，将将两两个个基基本本杆杆组组添添加加到到基基本本机机构构上上
7、，构构成成了该八杆机构。了该八杆机构。特别注意：特别注意： 杆杆组组的的各各个个外外端端副副不不可可以以同同时时加加在在同同一一个个构构件件上上，否则，构件将发生运动干涉而成为刚体。，否则，构件将发生运动干涉而成为刚体。713245678图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。 特别注意：特别注意：机构的级别与原动件的选择有关机构的级别与原动件的选择有关级机构级机构 713245678或或级机构级机构级机构级机构12.4.2 机构的组成原理机构的组成原理832F=17456F=1F=0F=0原原动动件件杆杆组组杆杆组组原理的限定条件原理的限定条件:平面低副机
8、构；连架杆为原动件。平面低副机构；连架杆为原动件。 原动件画法原动件画法：1个机架、个机架、1个活动构件、个活动构件、1个低副、个低副、1个箭头，一个都不能少。个箭头，一个都不能少。2.平面机构组成原理：平面机构组成原理：任何一个平面机构都可以看作是由一系列基本组依次任何一个平面机构都可以看作是由一系列基本组依次联接到原动件、机架或前一个基本组而形成的。联接到原动件、机架或前一个基本组而形成的。基本组的联接基本组的联接 结构综合的杆组法结构综合的杆组法( (理解理解) )给定原动件数目和类型，用不同数目、不同类型的基给定原动件数目和类型，用不同数目、不同类型的基本组去联接，可得到新机构。本组去
9、联接，可得到新机构。1个构件个构件1个构件个构件注意：注意：杆组的各个外端副不允许联在同一个构件上。杆组的各个外端副不允许联在同一个构件上。机构的结构分析原则：机构的结构分析原则： 首先，从远离原动件的部分开始拆分；首先，从远离原动件的部分开始拆分； 试拆时，先试拆低级别杆组；试拆时，先试拆低级别杆组； 每拆完一个杆组，剩余的部分仍然是一个完整机构。每拆完一个杆组，剩余的部分仍然是一个完整机构。【例例2-6】对图示机构进行高副低代和结构分析。对图示机构进行高副低代和结构分析。ACBDIFGHJP【解解】1. 高副低代：高副低代：ACBDIFGHJP【解解】1. 高副低代：高副低代：ACBDIF
10、GHJP【解解】 2. 结构分析结构分析：（：（1）除去虚约束：）除去虚约束：ACBDIFGHJPA【解解】 2. 结构分析结构分析：（：（2）拆出原动件和机架：）拆出原动件和机架：CBDIFGHJP（3）拆组：）拆组：级机构级机构H【解解】 以以GH为原动件进行为原动件进行 结构分析：结构分析：ACBIGJDFP级机构级机构本章重点小结本章重点小结一、构件一、构件 + 运动副运动副 运动链运动链 机构机构机架机架原动件原动件从动件从动件基本杆组基本杆组三、机构运动简图的绘制三、机构运动简图的绘制二、运动链成为机构的条件：二、运动链成为机构的条件：F 0, 原动件数目等于自由度数目原动件数目等
11、于自由度数目 平面运动链自由度计算方法和注意事项平面运动链自由度计算方法和注意事项不能存在只有一个构件的运动副不能存在只有一个构件的运动副或只有一个运动副的构件。或只有一个运动副的构件。每个杆组拆分后自由度不变每个杆组拆分后自由度不变每个构件和运动副都只能属于一每个构件和运动副都只能属于一个杆组个杆组机构的级别取决于机构中的基本杆组的最高级别机构的级别取决于机构中的基本杆组的最高级别另一种说法：另一种说法：机构的级别与机构中最高级别基本杆组机构的级别与机构中最高级别基本杆组的级别一致的级别一致3.3.平面机构的结构分析平面机构的结构分析 结构分析的目的结构分析的目的 1 1）了解机构的组成了解
12、机构的组成 2 2） 确定机构的级别确定机构的级别 3 3）为机构受力分析提供简化方法为机构受力分析提供简化方法例例10 计算图示机构自由度，并将高副低代，判断机构的级别计算图示机构自由度，并将高副低代，判断机构的级别。 解：解：1. 计算机构自由度计算机构自由度123456782. 高副低代高副低代3. 判断机构的级别判断机构的级别A91234567810109FT例例11 计算图示机构自由度，并将高副低代，判断机构的级别计算图示机构自由度，并将高副低代，判断机构的级别。 （c）解：解：12 高副低代；高副低代；3 杆组拆分如（杆组拆分如（c ）图所示）图所示该机构为该机构为3级级机构，机构
13、，（a）（b）612345123456 2 2）从离原动件最远的杆组折起从离原动件最远的杆组折起 3 3）先试拆先试拆级杆组，不成再考虑按级杆组，不成再考虑按级组拆级组拆典型例题典型例题分析机构的过程分析机构的过程： 1 1）先将机架、原动件与其它构件分离先将机架、原动件与其它构件分离2314567ABCDEFGHIJ1A23BCD6754EFGHIJ例例7 分别以构件分别以构件2、4、8为原动件，确定机构的杆组及机构的级别。为原动件，确定机构的杆组及机构的级别。12A78GH6CEF543BDa)12345678ABCDEFGH注意：注意：已拆过的杆和运动副不能重复再拆已拆过的杆和运动副不能
14、重复再拆解解: 以以2为原动件为原动件题图题图12345678ABCDEFGH题图题图b)解解: 以以4为原动件为原动件42D3BAH87G56CEF12345678ABCDEFGH题图题图67FGH82345ABCDEc)解解: 以以8为原动件为原动件例例8 计算机构的自由度，并确定机构的杆组及机构的级别。计算机构的自由度，并确定机构的杆组及机构的级别。1A12345678910ABCDEFGHIJK23BCE89IJH7F456DGHK解解: 1. 计算机构的自由度计算机构的自由度2. 拆分杆组拆分杆组该机构为三级机构该机构为三级机构综合举例：综合举例：n=6,p=6,pl=8,p=8,p
15、h h=1=1F=3F=36 62 28 81 11 1拆分图示机构的杆组拆分图示机构的杆组拆分图示机构的杆组拆分图示机构的杆组拆分图示机构的杆组拆分图示机构的杆组拆分图示机构的杆组拆分图示机构的杆组拆分图示机构的杆组拆分图示机构的杆组拆分图示机构的杆组拆分图示机构的杆组拆分图示机构的杆组拆分图示机构的杆组拆分图示机构的杆组拆分图示机构的杆组原为复合铰链原为复合铰链有有2个转动副个转动副拆分图示机构的杆组拆分图示机构的杆组高副低代高副低代216DKO3457CBA109HGFEIJ8O6DO1345721CBA119HGFEIJ8拆分基本杆组拆分基本杆组6GJ8II级机构级机构7HI5FD34ECO6DO1345721CBA119HGFEIJ8O19O12BA11
