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1、第一章第一章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析【教学目标教学目标】了解机构的组成，运动副、运动链、约束了解机构的组成，运动副、运动链、约束和自由度等基本概念；掌握绘制机构运动简图的方法；和自由度等基本概念；掌握绘制机构运动简图的方法；能计算平面机构的自由度；了解机构的组成原理并能进能计算平面机构的自由度；了解机构的组成原理并能进行结构分析。行结构分析。【重点难点重点难点】重点重点：运动副和运动链的概念、机构运动简图的绘制、：运动副和运动链的概念、机构运动简图的绘制、机构具有确定运动的条件及平面机构自由度的计算。机构具有确定运动的条件及平面机构自由度的计算。难点难点：机构自由度计算中有关虚约
2、束的识别及处理。机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理。平面机构平面机构：机构中所有构件均在一个或几个平行平面内运动。机构中所有构件均在一个或几个平行平面内运动。12341234另有另有空间机构空间机构概念。概念。 (avi)(avi)1-1 研究机构结构的目的研究机构结构的目的研究目的之一研究目的之一：机构运动的可能性及具有确定运动的条件。机构运动的可能性及具有确定运动的条件。 研究目的之二研究目的之二：研究机构运动简图的绘制方法。研究机构运动简图的绘制方法。研究目的之三研究目的之三：研究机构的组成原理。研究机构的组成原理。1-2 运动副运动副、运动链和机构运动链和机构一、运动副一、运动副(
3、 (Joint，Kinematical Pair) )1.1.定义：定义：两构件两构件直接接触直接接触并能产生一定相对运动的并能产生一定相对运动的可动联接可动联接。特点：特点：（1）运动副是）运动副是一种联接一种联接；（2）运动副）运动副由两个构件组成由两个构件组成；（3）组成运动副的两个构件之间）组成运动副的两个构件之间 有相对运动有相对运动。运动副元素：运动副元素：组成组成运动副的两构件上运动副的两构件上的的接触点、接触线接触点、接触线或接触面或接触面。运动副元素运动副元素(avi)机构机构是由运动副逐一联接各个构件组成的。是由运动副逐一联接各个构件组成的。(avi)(avi)约约 束束：
4、对构件对构件独立运动所施加的限制独立运动所施加的限制。 2.构件（刚体）构件（刚体）的自的自由度与约束由度与约束自由度自由度：构件所具有的构件所具有的独立运动的数目（或确定构件位置独立运动的数目（或确定构件位置 的独立参变量的数目）的独立参变量的数目）。 平平面面运运动动刚刚体体的的自自由由度度为为sx，sy， z，即即自自由由度度数数 F 3。y z(x , y)xO平面运动刚体的自由度平面运动刚体的自由度sxsy 一一个个完完全全独独立立的的刚刚体体在在空空间间直直角角坐坐标标系系下下的的自自由由度度(Degree of freedom)为为sx，sy，sz， x， y， z ，即自由度数
5、即自由度数F 6。Oxzysxszsy y x z空间运动刚体的自由度空间运动刚体的自由度y x z O 如：观察图示两构件组成的如：观察图示两构件组成的圆柱副圆柱副(Cylindric pair) 两两构构件件保保留留的的相相对对运运动动sz和和 z，即即自由度数自由度数 F 2。两构件之间受限制的两构件之间受限制的相对运动相对运动sx，sy ， x和和 y，即约束数即约束数 S 4。zxyO zsz二、运动副的分类二、运动副的分类 机构运动副的类型机构运动副的类型决定机构的运动形式决定机构的运动形式。1.按按约束数约束数分分2.按按接触情况接触情况分分3.按按相对运动相对运动分分1.按按约
6、束数约束数分分表表1-1 常用运动副及其简图常用运动副及其简图名名称称图图 形形简图符号简图符号副级副级自由度自由度名名称称图 形形简图符号简图符号副级副级自由度自由度球球面面高高副副I5圆圆柱柱套套筒筒副副IV2柱柱面面高高副副II4转转动动副副V1球球面面低低副副III3移移动动副副V1球球销销副副IV2螺螺旋旋副副V1移动副移动副(avi)球面低副球面低副(avi)转动副转动副(avi)低副低副：两构件以：两构件以面接触面接触所构所构成的运动副。成的运动副。2.按按接触情况接触情况分分高副高副：两构件以：两构件以点或线接触点或线接触所构成的运动副。所构成的运动副。球面高副球面高副(avi
7、)柱面高副柱面高副(avi)3.按按相对运动形式相对运动形式分分u空间运动副空间运动副：两构件之间的相对运动为两构件之间的相对运动为空间运动空间运动螺螺旋旋副副球球销销副副u平面运动副平面运动副：两构件之间的相对运动为：两构件之间的相对运动为平面运动平面运动1.1.平面低副平面低副（F=1，S=2）2. .平面高副平面高副（F=2，S=1）4.平面运动副的类型平面运动副的类型凸轮副凸轮副(avi)移动副移动副(avi)转动副转动副(avi)齿轮副齿轮副(avi)三、运动链三、运动链( (Kinematical Chain) )与机构与机构开式运动链开式运动链(avi)机构机构(avi)闭式运动
8、链闭式运动链(avi) 在运动链中，若在运动链中，若将其中将其中的一个构件取为机架并加的一个构件取为机架并加以固定以固定，则该运动链便成，则该运动链便成为为机构机构。两个以上的构件两个以上的构件通过运动副联接而成的通过运动副联接而成的相对可动系统相对可动系统。运动链的类型：运动链的类型：闭式运动链闭式运动链( (闭式链闭式链) )开式运动链开式运动链( (开式链开式链) )平面运动链平面运动链空间运动链空间运动链空间运动链空间运动链开式运动链开式运动链闭式运动链闭式运动链1）按封闭形式分）按封闭形式分2）按相对运动分）按相对运动分1-3 机构运动简图机构运动简图( (Kinematical D
9、iagrams) )1. 定义定义 为了便于研究机构的运动，可以撇开构件、运动副的为了便于研究机构的运动，可以撇开构件、运动副的外形和具体构造，而只用外形和具体构造，而只用简单的线条和规定的符号代表构简单的线条和规定的符号代表构件和运动副件和运动副，并按比例定出各运动副位置并按比例定出各运动副位置，表示机构的组，表示机构的组成和传动情况。这样绘制出能够准确表达机构运动特性的成和传动情况。这样绘制出能够准确表达机构运动特性的最简明图形就称为最简明图形就称为机构运动简图机构运动简图。 只是为了表明机构的运动状态或各构件的相互关系，只是为了表明机构的运动状态或各构件的相互关系，可以不按比例来绘制运动
10、简图可以不按比例来绘制运动简图，通常把这样的简图称为，通常把这样的简图称为机机构示意图构示意图。常用机构构件、运动副代表符号常用机构构件、运动副代表符号总的思路是先画机构示意图，再画机构运动简图总的思路是先画机构示意图，再画机构运动简图1）先画机构示意图）先画机构示意图a.搞清机器的动作原理搞清机器的动作原理下面结合偏心轮四杆机构模型，介绍机构运动简图的画法。下面结合偏心轮四杆机构模型，介绍机构运动简图的画法。2、绘制机构运动简图的步骤、绘制机构运动简图的步骤b.区分构件区分构件 分清构件数、机架、原动件和从动件。分清构件数、机架、原动件和从动件。c.确定运动副的类型和个数确定运动副的类型和个
11、数 可用图可用图(a)所示的机构拓扑所示的机构拓扑图，记录构件与运动副。图，记录构件与运动副。d.合理选择视图平面合理选择视图平面e.画机构示意图画机构示意图通常选择与大多数构件的运动平面相平行的平面为视图平面。通常选择与大多数构件的运动平面相平行的平面为视图平面。 一般一般先画固定导路和固定铰链先画固定导路和固定铰链，然后循着运动传递的路，然后循着运动传递的路线，依次画各运动副和构件。线，依次画各运动副和构件。2）再画机构运动简图）再画机构运动简图a.测量机构尺寸测量机构尺寸 所测尺寸（杆长和角度等）应保证在原动件位置给定后，能画所测尺寸（杆长和角度等）应保证在原动件位置给定后，能画出机构运
12、动简图。如图出机构运动简图。如图(b)中，应测量中，应测量4个杆长：个杆长：lAB，lBC，lCD和和lAD。b.画机构运动简图画机构运动简图选择合适的长度比例尺：选择合适的长度比例尺： 针对机构的一个瞬时运动位置，按针对机构的一个瞬时运动位置，按比例尺比例尺 l画出机构运动画出机构运动简图，并依传递路线标出简图，并依传递路线标出各构件的编号、运动副代号及原动件各构件的编号、运动副代号及原动件转向转向，如图，如图(b)所示。所示。(avi)例例1：绘制牛头刨床机构的运动简图绘制牛头刨床机构的运动简图:12347ABDEF56CGH例例2：颚式破碎机：颚式破碎机43D52CFEA6G1B例例3：
13、试绘制该机构运动简图试绘制该机构运动简图:(avi)摆摆动动导导杆杆机机构构摇摇块块机机构构偏偏心心泵泵机机构构冲冲床床机机构构 一、一、平面机构自由度的定义平面机构自由度的定义1-4 平面机构平面机构的自由度的自由度( (Degrees of Freedom) )1.定义：定义：机构机构具有确定运动时具有确定运动时所需的所需的独立运动的数目独立运动的数目称为称为机构机构的的自由度自由度。也可理解为：为确定机构中所有活动构件的位置，。也可理解为：为确定机构中所有活动构件的位置，必须给定的独立广义坐标的数目。必须给定的独立广义坐标的数目。(avi)ABCD3214 1什么是机构的独立运动？什么是
14、机构的独立运动？ 对于具有对于具有n个活动构件个活动构件的平面机构，在没用运动副联接的平面机构，在没用运动副联接起来之前，共有起来之前，共有3n个自由度，若各构件之间共构成了个自由度，若各构件之间共构成了pL个个低副和低副和pH个高副，则它们共引入个高副，则它们共引入(2pL+pH)个约束。机构的个约束。机构的自由度自由度F显然应为：显然应为：此即平面机构自由度的计算公式此即平面机构自由度的计算公式二、平面机构自由度的计算公式二、平面机构自由度的计算公式 机构的自由度机构的自由度=机构独立运动的数目机构独立运动的数目 平面机构独立运动的数目为：所有活动构件自由度的总平面机构独立运动的数目为：所
15、有活动构件自由度的总数减去所有运动副引入的约束总数。数减去所有运动副引入的约束总数。F=3n-(2pL+pH)=3n-2pL-pH结论：结论：n=2, pL=3, pH=0 F=3n-2pL-pH=32-23=0n=3, pL=5, pH=0 F=3n-2pL-pH=33-25=-11 1）若机构自由度）若机构自由度F 0，则机构不能动；则机构不能动；什么情况下机构具有确定的运动呢什么情况下机构具有确定的运动呢？三、机构具有确定运动的条件三、机构具有确定运动的条件刚性桁架刚性桁架超静定桁架超静定桁架n=3, pL=4, pH=0 F=3n-2PL-PH=33-24=12）若）若F0，而原动件数
16、，而原动件数F，则构件间则构件间不能运动或遭到破坏不能运动或遭到破坏；3）若）若F0，而原动件数，而原动件数0且与原动件数相等，则构件间的相对运动是且与原动件数相等，则构件间的相对运动是确定的确定的。n=4, pL=5, pH=0 F=3n-2pL-pH=34-25=2因此，因此，机构具有确定运动的条件是机构具有确定运动的条件是：自由度自由度F0且且机构的机构的原原动件数等于机构的自由度数动件数等于机构的自由度数。 41234 1CDCD例：例：计算图示计算图示牛头刨床机构牛头刨床机构的自由度的自由度n = 6、pL = 8、pH = 1 F=3n-2pL-pH =3 6-2 81 =1123
17、47ABCDEFH56G四、计算机构自由度时应注意的事项四、计算机构自由度时应注意的事项1. 复合铰链复合铰链( (Multiple Joint) )由由两个以上构件两个以上构件在在同一处同一处构成的重合转动副，构成的重合转动副，称为称为复合铰链。复合铰链。31824567F = 3n-2pL-pH = 37-26-0 = 9 ?(avi)由由m个构件个构件(m 3)构成的复合铰链应包含构成的复合铰链应包含(m-1)个转动副。个转动副。(avi)(avi)31231231232131824567F= 3n-2pL-pH = 37-210-0 = 1(avi)关键：关键：分辨清楚哪几个构件在同一
18、处形成了转动副分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副 准确识别复合铰链举例准确识别复合铰链举例:1231342123441321432312两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副2. 局局部自由度部自由度( (Local Degree of Freedom) ) 机构中某些构件所产生的机构中某些构件所产生的不影响整个机构运动的局部运动不影响整个机构运动的局部运动的自由度的自由度称为称为局部自由度局部自由度。(avi)处理方式：处理方式：在计算机构自由度时，局部自由度应当舍弃不计在计算机构自由度时，局部自由度应当舍
19、弃不计。常见的局部自由度是常见的局部自由度是滚子绕自身轴线的转动自由度。滚子绕自身轴线的转动自由度。设想将滚子与从动件焊成一体设想将滚子与从动件焊成一体 3. 虚约虚约束束( (Void Constrain) )带虚约束的凸轮机构带虚约束的凸轮机构(avi)带虚约束的杆机构带虚约束的杆机构(avi)处理方式：处理方式：计算自由度时应去掉引入虚约束的构件（或运动计算自由度时应去掉引入虚约束的构件（或运动链部分）和运动副链部分）和运动副。 机构中有些约束所起的限制作用可能是重复的，机构中有些约束所起的限制作用可能是重复的，这种对这种对机构运动机构运动不起独立限制作用的重复约束不起独立限制作用的重复
20、约束称为称为虚约束虚约束。1）两构件构成多个移动副，且导路互相平行或重合。）两构件构成多个移动副，且导路互相平行或重合。 （只能算一个移动副） 常见的虚约束有以下几种情况常见的虚约束有以下几种情况:EE2）两构件构成多个转动副，且轴线互相重合。）两构件构成多个转动副，且轴线互相重合。（只能算一个转动副） 3）两两活活动动构构件件上上某某两两间间点点的的距距离离始始终终保保持持不不变变，若若用用具具有有两两个个转转动动副副的的附加构件来联接此两点，则将引入附加构件来联接此两点，则将引入1个虚约束个虚约束。 未去掉虚约束时：未去掉虚约束时：F 3n 2pL pH 3 4 2 6 0 ? 附加的构件
21、附加的构件5和其两端的转动副和其两端的转动副E、F提供的自由度提供的自由度F 3 1 2 2 1即即引引入入了了一一个个约约束束，但但这这个个约约束束对对机机构构的的运运动动不不起起实实际际约束作用，为虚约束。去掉虚约束后约束作用，为虚约束。去掉虚约束后F 3n 2pL pH 3 3 2 4 121345EFEF53241带虚约束的杆机构带虚约束的杆机构平行四边形机构平行四边形机构 附加的构件附加的构件4和其两端的转动副和其两端的转动副E、F以及附加的构件以及附加的构件1和和其两端的转动副其两端的转动副A、B提供的自由度提供的自由度F 3 1 2 2 1即即引引入入了了一一个个约约束束，但但这
22、这个个约约束束对对机机构构的的运运动动不不起起实实际际约束作用，为虚约束。去掉虚约束后约束作用，为虚约束。去掉虚约束后F 3n 2pL pH 3 3 2 4 11234ABDFEC平行四边形机构平行四边形机构构件构件2和和4在在E点轨迹重合点轨迹重合椭圆仪机构椭圆仪机构构件构件1和和2在在B点轨迹重合点轨迹重合 4）如果用转动副联接的是两构件上）如果用转动副联接的是两构件上运动轨迹相重合的点运动轨迹相重合的点，则该联接将，则该联接将 引入引入1个虚约束。个虚约束。43125ABCD1B342A5）机构中对运动）机构中对运动起重复限制作用的对称部分起重复限制作用的对称部分也往往会引入虚约束。也往
23、往会引入虚约束。 对对称称布布置置的的两两个个行行星星轮轮2 和和2 以以及及相相应应的的两两个个转转动动副副D、C和和4个平面高副提供的自由度个平面高副提供的自由度F 3 2 2 2 1 4 2即引入了两个虚约束。即引入了两个虚约束。 未去掉虚约束时未去掉虚约束时F 3n 2pL pH 3 5 2 5 1 6 1行星轮系行星轮系去掉虚约束后去掉虚约束后F 3n 2pL pH 3 3 2 3 1 2 11234ADBC2 2 应假想地将重复部分的构件去掉，再计算机构的自由度。 6）若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触点处的若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触点处的公法线重合公法线重
24、合， 则只能算一个平面高副。若则只能算一个平面高副。若公法线方向不重合公法线方向不重合，将提供，将提供2个约束。个约束。计算右图的自由度计算右图的自由度= =？误：误：F=3 2 -2 3-2=-2正：正：F=3 2 -2 2-1=1如如等宽凸轮等宽凸轮注意注意：法线不重合时，法线不重合时，变成实际约束！变成实际约束！相当于一个转动副相当于一个移动副AA n1n1n2n2n1n1n2n2A Aw虚约束虚约束虚约束虚约束（1）改善构件的受力情况，分担载荷或平衡惯性力，如多个）改善构件的受力情况，分担载荷或平衡惯性力，如多个 行星轮。行星轮。（2）增加结构刚度，如轴与轴承、机床导轨。）增加结构刚度
25、，如轴与轴承、机床导轨。（3）提高）提高运动可靠性和工作的稳定性，如运动可靠性和工作的稳定性，如机车车轮联动机构机车车轮联动机构。注注意意：机机构构中中的的虚虚约约束束都都是是在在一一定定的的几几何何条条件件下下出出现现的的，如如果果这这些些几几何何条条件件不不满满足足，则则虚虚约约束束将将变变成成实实际际有有效效的的约约束束，从而使机构不能运动。从而使机构不能运动。虚约束的作用：虚约束的作用：复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度虚虚约束约束F =3n2PLPH =37291 =2例例1: 计算图所示机构的自由度计算图所示机构的自由度 (若存在局部自由度、复合铰链、若存在局部自由度、复合铰链、
26、虚约束请标出）。虚约束请标出）。例例 2：如图所示，已知：如图所示，已知： DE=FG=HI，且相互平行；且相互平行；DF=EG，且相互平行；且相互平行；DH=EI，且相互平行。计算此机构的自由度且相互平行。计算此机构的自由度 （若（若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。ADECHGFIBK123456789J23局部自由度局部自由度虚约束虚约束复合铰链复合铰链ADECHGFIBK123456789Jn=8；pL=11； pH=1F= 3n-2pL-pH=38-211-1=1复合铰链复合铰链去除虚约束和局部自由度后机构为：去除虚约束和局部自由度后
27、机构为：ADECFGBK12345678J例例3: 如图所示如图所示, 已知已知HG=IJ,且相互平行；且相互平行；GL=JK，且相互平行。且相互平行。计算此机构的自由度计算此机构的自由度 （若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请（若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。标出）。 C21ABEDF34567891012GHIJKL11局部自由度局部自由度复合铰链复合铰链虚约束虚约束C21ABEDF34567891012GHIJKL11n=8；pL=11； pH=1F= 3n-2pL -pH=38-211-1=1复合铰链复合铰链C21ABEDF34568GHI7JK去除虚约束和局部自由度后机构
28、为：去除虚约束和局部自由度后机构为：1-5 平面平面机构的组成原理和结构分机构的组成原理和结构分析析一、平面机构的高副低代一、平面机构的高副低代u平面机构中高副低代的目的平面机构中高副低代的目的 为使平面低副机构结构分析和运动分析的方法适用于为使平面低副机构结构分析和运动分析的方法适用于所有平面机构，需要进行平面机构的高副低代。所有平面机构，需要进行平面机构的高副低代。u高副低代的含义高副低代的含义 根据一定条件对平面高副机构中的高副虚拟地用低副根据一定条件对平面高副机构中的高副虚拟地用低副来代替的方法。来代替的方法。u高副低代的条件高副低代的条件代替前后机构的自由度不变；代替前后机构的自由度
29、不变；代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。u高副低代方法高副低代方法两两高副元素均为圆弧高副元素均为圆弧O2O1r2r1分析：分析：高副：提供高副：提供1个约束个约束(F=-1)低副：提供低副：提供2个约束个约束(F=-2)不能直接用低副来代替，如不能直接用低副来代替，如何进行高副低代？何进行高副低代？AO2O1B 1 212代替前后机构的自由度未变；代替前后机构的自由度未变；代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度未变。代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度未变。 2 1AB12高副低代关键：高副低代关键：找出构成高副的两轮廓曲线相接触点处的曲率中心。找出构
30、成高副的两轮廓曲线相接触点处的曲率中心。然后用一个构件和位于两个曲率中心的两个转动副来然后用一个构件和位于两个曲率中心的两个转动副来代替该高副。代替该高副。K2 2 112O1O2CK1两高副元素均为非圆曲线两高副元素均为非圆曲线C若若两两轮轮廓廓之之一一为为一一点点，因因点点的的曲曲率率半半径径为为零零，所所以以曲曲率率中心与该点重合。中心与该点重合。B21AC3K1K2O1C12K1K2O1C123C若若两两轮轮廓廓之之一一为为直直线线，因因直直线线的的曲曲率率中中心心趋趋于于无无穷穷远远，则转动副演化为移动副。则转动副演化为移动副。 2O1K1CO1O212K1CO1O2123二、平面机
31、构的组成原理二、平面机构的组成原理机构都是由机构都是由机架、原动件和从动件组机架、原动件和从动件组构成的。构成的。机架机架原动件原动件从动件组从动件组从动件组从动件组当把该机构的机架和原动件拆去后，则余下的从动件组为：当把该机构的机架和原动件拆去后，则余下的从动件组为：这个从动件组的自由度为零，即：这个从动件组的自由度为零，即： n = 4, pL = 6 F = 3n-2pL= 34-26 = 0 这个从动件组还可以分解成若干个更简单的、自由度等这个从动件组还可以分解成若干个更简单的、自由度等于零的从动件组。于零的从动件组。分分解解？还能进一步分解吗？还能进一步分解吗？n=2, pL=3 F
32、=3n-2pL=32-23=0n=2, pL=3 F=3n-2pL=32-23=0n=4, pL=6 F=3n-2pL=34-26=0 这样的从动件组已经不能进一步分解成这样的从动件组已经不能进一步分解成更简单、自由度更简单、自由度为零的从动件组为零的从动件组。从动件组从动件组基本杆组基本杆组机构机构原动件原动件机架机架机构的组成原理：机构的组成原理： 通常把机构中不能再拆、自由度为零的从动件组称为通常把机构中不能再拆、自由度为零的从动件组称为：基本杆组基本杆组(简称杆组简称杆组) 如果基本杆组的运动副全为低副，则基本杆组自由如果基本杆组的运动副全为低副，则基本杆组自由度的计算公式为：度的计算
33、公式为： 由于活动构件数由于活动构件数n和低副数和低副数pL都必须是整数，所以都必须是整数，所以 n应是应是 2的倍数，的倍数，pL应是应是 3的倍数。的倍数。 也就是说，在一个基本杆组中，其构件数和低副数有以下也就是说，在一个基本杆组中，其构件数和低副数有以下关系：关系：n=2, pL=3 n=4, pL=6 n=6, pL=9三、基本杆组的类型三、基本杆组的类型F=3n-2pL=0n=2pL /3或或pL=3n/2 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，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，称之为称之为级杆组。级杆组。 级杆组是机构中最常见的一类基本杆组。级杆组
34、是机构中最常见的一类基本杆组。 级杆组有以下五种形式：级杆组有以下五种形式：（1）RRR杆组杆组（2） RRP杆组杆组（3） RPR杆组杆组（4） PRP杆组杆组（5）RPP杆组杆组除除级杆组外，还有级杆组外，还有、级等较高级的基本杆组。级等较高级的基本杆组。这是这是级杆组级杆组由由4个构件个构件6个低副组成，具有一个个低副组成，具有一个3副副构件，而每个内副所连接的分支是双副构件构件，而每个内副所连接的分支是双副构件。这是这是级杆组级杆组由由4个构件个构件6个低个低副组成副组成，有有4个内副个内副，2个个外副外副。例：牛头刨床主机构的组成原理例：牛头刨床主机构的组成原理牛头刨床主机构牛头刨床
35、主机构3C245BADE163C245BADE16a)3C2BA1645DEb)目的：目的：通过分析机构的组成来确定机构的级别。通过分析机构的组成来确定机构的级别。 机构的级别机构的级别取决于该机构能够分解出的基本杆组取决于该机构能够分解出的基本杆组的最高级别的最高级别（机构的级别由杆组的最高级别决定机构的级别由杆组的最高级别决定）。机构结构分析的步骤是：机构结构分析的步骤是： 1）计计算算机机构构的的自自由由度度，去去除除虚虚约约束束、局局部部自自由由度度，将将高副低代，并用箭头标注出机构的原动件。高副低代，并用箭头标注出机构的原动件。 2）从从远远离离原原动动件件的的地地方方开开始始拆拆杆
36、杆组组。先先试试拆拆级级组组，当当不不可可能能时时再再拆拆级级组组。但但应应注注意意，每每拆拆一一个个杆杆组组后后，剩剩下下的的部部分分仍仍组组成成机机构构，且且自自由由度度与与原原机机构构相相同同，直直至至全部杆组拆出只剩下全部杆组拆出只剩下级机构级机构（只有机架和原动件的机构）。 3）确定确定机构的级别机构的级别。 四、平面机构的结构分析四、平面机构的结构分析例例1：试确定：试确定图示机构的级别图示机构的级别解：解：1）计算机构的自由度。）计算机构的自由度。F=3n-2pL-pH=37-210-0=1；以以构件构件1为原动件。为原动件。 2）进行结构分析）进行结构分析 1Ab)78HIJI
37、a)12345678ABCDEFGHJDE2345BCFG3）确定机构确定机构的级别（三级机构）的级别（三级机构）另：若将该机构的原动件另：若将该机构的原动件由构件由构件1改为构件改为构件8，则有，则有结构分析图结构分析图8JC12AB34DEF57GHII12345678ABCDEFGHJ（1）计算机构）计算机构的自由度，去除虚约束和局部自由度，将高的自由度，去除虚约束和局部自由度，将高副低代，并用箭头标注出机构的原动件。副低代，并用箭头标注出机构的原动件。例例2：确定机构的级别确定机构的级别n 6，pL 8， pH 1， F 3n 2pL pH 3 6 2 8 1 1 1。高副低代高副低代
38、解解：机机构构无无复复合合铰铰链链，G或或H处处为为虚虚约约束束，局局部部自自由由度度为为滚子滚子2绕自身轴线的转动。绕自身轴线的转动。0FABCDEGO H12345675ABCDO EFGH1234670（2）先）先试拆试拆级组，若拆不出级组，若拆不出级组，再试拆级组，再试拆级组。级组。（3）确定）确定机构的级别，以机构杆组的最高级别命名机机构的级别，以机构杆组的最高级别命名机 构的级别（此机构为三级机构）。构的级别（此机构为三级机构）。注意：远离主动件的杆组先拆。注意：远离主动件的杆组先拆。0FABCDEGO H123456710OABCDHE2345FG67例例3：对图示电锯机构进行结
39、构分析：对图示电锯机构进行结构分析n 8，pL 11，pH 1， F 3n 2pL pH 3 8 2 11 1 1 1。解：解：机机构构无无复复合合铰铰链链和和虚虚约约束束，局局部部自自由由度度为为滚滚子子10绕绕自自身轴线的转动。身轴线的转动。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本章结束本章结束习题：习题：p498-501：1-5，1-6，1-9（第一次）（第一次） 1-10，1-12（第二次）（第二次）
