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1、平面机构的结构分析平面机构的结构分析如何使组合起如何使组合起来的构件产生来的构件产生运动并具有运运动并具有运动确定性？动确定性？机构的自由度机构的自由度机构具有确定性运动条件机构具有确定性运动条件毯涤菊愉义决欺急臂艰耪馅密停绢帛智愚叹章帜闷工础垒推滚籍囊插洋荆第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构1.构件的构件的自由度自由度AXYO3.两构件用运动副联接后，彼两构件用运动副联接后，彼此相对运动受到某些此相对运动受到某些约束约束。 低副引入两个约束！低副引入两个约束！2.机构自由度机构自由度指指机机构构中中各各活活动动构构件件相相对对于于机机架架的的独独立立运动数目。运动数目。低副约束：约
2、束：对独立运动所加的限制对独立运动所加的限制楞蒂煽截嘛抹州贮摔陛叭忻溺戏咏忽糯移资蔑嘿噬雕佰渊煌诡漫雨初奴摊第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构高副引入一个约束！高副引入一个约束！高副勤畦显状拼咳闻罐童检瓣蒜腕拇孔化酉岩几衙敞裕力感派杜硝奠振滨标腰第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构 两个以上构件以运动副连接而成的系统称两个以上构件以运动副连接而成的系统称为为运动链运动链。若组成运动链各构件形成首尾封闭的。若组成运动链各构件形成首尾封闭的系统则称为封闭运动链，简称闭链，如图系统则称为封闭运动链，简称闭链，如图(a)、(b)所示；若组成运动链各构件未形成首尾封闭所示；若组成运动链
3、各构件未形成首尾封闭的系统则称为开式运动链，简称开链，如图的系统则称为开式运动链，简称开链，如图(c)所示。所示。 4、运动链、运动链扰锁钮典别益行犀淳洋探噶揩舰巴税龄鬼拧握敢赘邦访挽宽衬示妨迫汰酥第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构5、机构机构（从运动链角度）：在运动链中将一构件（从运动链角度）：在运动链中将一构件加以固定而其余构件都具有确定的运动，此运加以固定而其余构件都具有确定的运动，此运动链便称为机构。动链便称为机构。（1）对一个运动链）对一个运动链（2）选一构件为机架）选一构件为机架（3）确定原动件（一个或数个）确定原动件（一个或数个）（4）原动件运动时，从动件有）原动件运动
4、时，从动件有确定的运动确定的运动。食瞻瓦洛所习材舅佩茹赤咋寸冻捍农疤庭殆鸿贰嘶喘铂顿藩恨正候颤暮孟第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构1）机构的构件总数）机构的构件总数K，其中必有一个机架，因其，其中必有一个机架，因其为固定件，其自由度为零，故活动构件数为固定件，其自由度为零，故活动构件数n=K-12）组成运动副前，机构总自由度）组成运动副前，机构总自由度3n，当用运动副，当用运动副连接组成机构之后，则自由度减少。连接组成机构之后，则自由度减少。3）当引入一个低副，自由度减少两个；当引入一）当引入一个低副，自由度减少两个；当引入一个高副，自由度减少一个。个高副，自由度减少一个。F F3
5、n-2P3n-2PL L-P-Ph h平面机构自由度计算平面机构自由度计算: : 呀糯厘条苛痒缉徒逗雷瑟捣授墒介犬塞梦擞似刚嚎太淮占慕萍洛痘烹澈期第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构举例举例1：图图a所示：所示：n=2PL=3PH=0F=3n-2PL-PH=0 各构件间已无相对运动，只构成各构件间已无相对运动，只构成一个刚性桁架，因而不能成为机构。一个刚性桁架，因而不能成为机构。 图图b所示所示n=3PL=5PH=0F=3n-2PL-PH=-1 为超静定桁架，也不能成为机构为超静定桁架，也不能成为机构。 提涣枪溶啤京翼旁忌氓嚎抢瞄计遵贱拜龋喧柔鼠驼张衣锡眠闲狡贷翌值蛇第一章运动副及平面
6、机构第一章运动副及平面机构图图c所示所示n=3PL=4PH=0F=3n-2PL-PH=1 若取构件若取构件1为原动件为原动件，构件，构件1每转过每转过一个角度，构件一个角度，构件2和构件和构件3便有一个确便有一个确定的相对运动，也就是说这个运动链定的相对运动，也就是说这个运动链能成为机构。能成为机构。如果同时使构件如果同时使构件3也成为原动件也成为原动件，运，运动链内部的运动关系将发生矛盾，最动链内部的运动关系将发生矛盾，最薄弱的构件将损坏薄弱的构件将损坏。 说明：要使自由度大于零的运动链成为机构，原动件说明：要使自由度大于零的运动链成为机构，原动件的数目不可多于运动链的自由度数。的数目不可多
7、于运动链的自由度数。 唐炒感吐徐颗牵开御伞垒沸淮责酬退恭乙歼陡含腰蝶楔畦铡擒害缸轧囚氦第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构图图(d)所示所示n=4PL=5PH=0F=3n-2PL-PH=2若同时取构件若同时取构件1和构件和构件4作为原动作为原动件件，构件，构件2和构件和构件3具有确定的运动，具有确定的运动，即该运动链能成为机构。即该运动链能成为机构。如果只取构件如果只取构件1作为原动件作为原动件，其余，其余三个活动构件三个活动构件2、3、4的运动不能确的运动不能确定，只能作无规则的运动定，只能作无规则的运动。 说明：要使自由度大于零的运动链成为机构，原动件说明：要使自由度大于零的运动链
8、成为机构，原动件的数目不可少于运动链的自由度数。的数目不可少于运动链的自由度数。 橱笛厄隙夏渭写纠匡豢彦亿须煎委拭译哟屑遭帚复欲孩钢辱鳃仿灿棠痞螺第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构F0，构件间无相对运动，不成为机构。，构件间无相对运动，不成为机构。F0,原动件数原动件数=F，运动确定，运动确定原动件数原动件数F，机构在薄弱处破坏，机构在薄弱处破坏u平面机构具有确定运动条件平面机构具有确定运动条件：机构原动件机构原动件 个数应等于机构的自由度数目。个数应等于机构的自由度数目。 综霖癣管蝗怂炽蛙饿滑均膜酚阳值爽侥恃畔沏渝驳局喇霸舒闽力灯拷堵师第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构
9、机构机构自由度自由度原动件原动件结论结论F3 3-2 4=11 F= 原动件原动件 数目数目 机构有机构有确定运动确定运动F3 3-2 4 =12 F 原动原动件数目件数目 机构运机构运动不确定动不确定 机构原动件独立运动由外界给定。如给出原动件机构原动件独立运动由外界给定。如给出原动件数不等于机构自由度，则会对机构运动产生影响。数不等于机构自由度，则会对机构运动产生影响。膛痢急墨兆井霓宛偶懦碰析扔祷怯钓怪孟鸥耍毕癣钎亚旭鸦殴稠纫狸狈呐第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构 F 3 4-2 5 =21F 原动件原动件数目数目 机构运机构运动不确定动不确定F 3 2-2 3 =00 F0
10、机构为机构为桁架结构桁架结构，不能运动不能运动23 平面机构的自由度率御斗技切鼎茬荚隋缅恬魁锣印痒阻质飘鄂拐庞耍搐万葛辰坞速馋挛究拎第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构例例1：试计算图示牛头刨床机构的自由度，并确定：试计算图示牛头刨床机构的自由度，并确定其原动件数目。其原动件数目。n=6PL=8(5个转动副个转动副和和3个移动副个移动副PH=1F=3628-1=1此机构应有一个原动件变契恤非谦钟配萎略谅厂差勉诣帚障吕饮购邦顷勇蝴勾折旨懦作叔廓鼻卖第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构计算实例计算实例2 解：解：n = 3, Pl = 4, Ph = 0 F = 3n - 2Pl
11、- Ph =33 - 24 - 0= 1 躲吉糊签苹时贱颊整坏搀肠谗刹吕穴焉淳抹虫附闺掏岸剥描盐煤雀甭厩啥第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构计算实例计算实例3 n=5,Pl=7,Ph=0 F=3n2PlPh=35270=1解：解：霖襟癣别矣拌杉矩云端学沽疹撕辨侩盛将诞俊州咏骆煽铀龙共磕尽闸奸犀第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构计算平面机构自由度时的注意事项计算平面机构自由度时的注意事项三个问题：三个问题：1 1、复合铰链、复合铰链定义：两个以上的构件在同一处以转动副转动副相连接。处理：处理：三个构件在同一轴线处，两个转动副。三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：推理：m个
12、构件时，有个构件时，有m1个转动副。个转动副。序颠镍拨誉凄鹊泥祥村员溪牺阵轩灵算欠饼渡庸猛死峡婚攻佰绍播右俺国第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构例例1：计算惯性筛机构自由度。：计算惯性筛机构自由度。C处为复合铰链处为复合铰链计算中注意观察是否有复合铰链以免漏算转动副数目。计算中注意观察是否有复合铰链以免漏算转动副数目。n=5,PL=7,PH=0=35-270=1F=3n-2PLPH烹遵珊伸揉堰司郎岗钎唐唯阐丁齿零坝睁倔刷瞪亮淆砧伤寂浅汞宾燕篡铁第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构例例2：计算图示钢板剪切机的自由度。：计算图示钢板剪切机的自由度。解解：由图可知由图可知,n=5,
13、Pl=7,Ph=0(B处为复合铰链处为复合铰链,含两个转动副含两个转动副)，则：则： F3n2PlPh352701兜驰辗麻隘拇而硬访举皇莆甥维访瞬验蹈散哭纵诈吮溉电喧莱雁授坐美寝第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构 F=3n-(2PL+PH) 课堂练习课堂练习：=3 7-2 10=1蔚赎颤渭暮幸象腆峡沃泄决确肌轰喊炒扁僧怖幽愤饵橙铜纠丧跋焰奉设膘第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构2、局部自由度、局部自由度定义：不影响其它构件相对运动定义：不影响其它构件相对运动的自由度，只与局部运动有关的自由度，只与局部运动有关。F F3 3 3 32 2 3 31 12 2（ ）F F3 3
14、 2 22 2 2 21 11 1（ ） 在计算机构自由度在计算机构自由度时，可预先排除。时，可预先排除。宫莎啃忱肇院掌花扒据饯搭魂宜雹匝滔崔介粳军隆稽杠辱赦骇却邦亿绍荐第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构 局部自由度经常发生的场合：局部自由度经常发生的场合： 滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子；轴承滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子；轴承中的滚珠。中的滚珠。 解决的方法：解决的方法： 计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视为一个构件。的构件固结在一起，视为一个构件。我耍羡宇玉果欧亿烘孤通哲榜嫌儿阻财汉瀑颠实涅献阵秉蹈坐培铅镑崖竖第
15、一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构3、虚约束、虚约束 应应除除去去虚虚约约束束，即即将将产产生生虚虚约约束束的的构构件件MN及运动副不计。及运动副不计。 n=3,Pl=4,Ph=0F=33-240=1定义：重复出现的，对机构运动不起独立限制作定义：重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束，是构件几何尺寸满足某些特殊要求的用的约束，是构件几何尺寸满足某些特殊要求的产物。产物。驴酒羡疟奏融奶刑卫兹佩限帐扦逼掇椿嚷许尚皋轴谴赋涎巩江存赔亮毙地第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构 （1 1）轨轨迹迹重重合合： 连连接接构构件件上上的的轨轨迹迹和和机机构构上上连连接点的轨迹重合时接点
16、的轨迹重合时, , 引入虚约束。引入虚约束。虚约束常见情况及处理虚约束常见情况及处理计算时将虚约束去掉。计算时将虚约束去掉。 （a）（b）批亩阉声讼刽为叉古寡叮禁敷鞋炯骡哪弟它搅踊溜缘兹射摧黑酪仍颤裳乔第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构计算中只计入一个移动副。计算中只计入一个移动副。 （2 2）导导路路平平行行或或重重合合的的移移动动副副： 两两构构件件构构成成多多个个导导路相互平行的移动副时路相互平行的移动副时, , 会出现虚约束。会出现虚约束。F F3 3 2 22 2 2 2 1 11 1（ ）耙灸稚惫濒婶葡阐阅棉凤瘤众爱阅棠衰心奄鲁损饶仔窄茅哺傍共乘缆留竭第一章运动副及平面机
17、构第一章运动副及平面机构（3 3）轴轴线线重重合合的的转转动动副副：两两构构件件组组成成多多个个转转动动副副，且且轴轴线线重重合合，只只有有一一个个转转动动副副起起约约束束作作用用，其其余余为为虚约束虚约束。 计算中只计入一个转动副。计算中只计入一个转动副。豆芬枢唇约掷攻丈鼠曙嘉捐雄黄番侮涅镐饺马骤戒拄芝宁嗽剐结陨胎夸措第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构计算中应将对称部分除去不计。计算中应将对称部分除去不计。 （4 4）传动对称：传动对称：机构中对运动不起独立作用的机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。对称部分，将产生虚约束。 此虚约束对机构运此虚约束对机构运动虽然不起作
18、用，但动虽然不起作用，但可以增加构件的刚性，可以增加构件的刚性，改进受力，减少磨损，改进受力，减少磨损，因而在机构中经常出因而在机构中经常出现。现。F F3 3 3 32 2 3 3 2 21 1（ ）牟鸦训撤里以弟续史硬恋毗且婿倘栏稍烽册讣运登伸藕申堪样窘娠私辣毗第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构（5 5）若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接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触点处的公法线重合, ,则只能算一个平面高副。若公则只能算一个平面高副。若公法线方向不重合，将提供各法线方向不重合，将提供各2 2个约束个约束。有一处为虚约束有一处为虚约束此两种情况
19、没有虚约束此两种情况没有虚约束牧耻钒快明钒堵疑铡晓砚辈吸掣凌返场蔫知衰禄叙且楞堡怕潘秧减哟钞夸第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构结论：结论： 采用虚约束是为了改善构件的受力情况；采用虚约束是为了改善构件的受力情况；增加构件的刚性；传递较大功率；或满足某种增加构件的刚性；传递较大功率；或满足某种特殊需要，在结构设计中被广泛使用。特殊需要，在结构设计中被广泛使用。注意：注意： 机构中的虚约束都是在一定的几何条件下机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约束，而使机构不能运动。将变成有效约束，而使机构不能
20、运动。厅嘲勋嘛煎耪映嵌拍概癸塑躲璃肝志元篡鹿银柒膘曰宅嫁殊政皿皇碍势蕊第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构 例例1：在下图所示机构中，构件：在下图所示机构中，构件AB,EF,CD相互平相互平行且相等，试计算该机构的自由度。行且相等，试计算该机构的自由度。分析：注意机构中的分析：注意机构中的分析：注意机构中的分析：注意机构中的复合铰链复合铰链复合铰链复合铰链、局部自由度局部自由度局部自由度局部自由度及及及及虚约束虚约束虚约束虚约束。解：去掉机构中的局部自解：去掉机构中的局部自 由度和虚约束，则：由度和虚约束，则：276=HLPPn22-72-63F=伺潘卉透狈郝谦趴贫押敬恨阴裳澡面试仅羚
21、近捌盛瞎肾辉鼻悉磐呆瞧状胶第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构复合铰链复合铰链蔑榜戍谓泌读诌赃铀啸祁腹濒远容贼干悸尾签溯贺振鸭择沉促者如验坝署第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构例例2：计算图示发动机配气机构的自由度。：计算图示发动机配气机构的自由度。 此机构中，此机构中，G，F为导为导路重合的两移动副，其中路重合的两移动副，其中一个是虚约束；一个是虚约束；P处的滚处的滚子为局部自由度。子为局部自由度。除除去去虚虚约约束束及及局局部部自自由由度度后后，该该机机构构则则有有n=6；PL=8;PH=1,其自由度为：其自由度为：F=3n-2PL-PH=3 6-2 8-1=1解：解：苑
22、暮配疚践跳逸亨省戍栗峻饯鞘国骄锅创霹猪翅仇返栈攘工呆啤右障钓郝第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构例例3：计算图示某包装机送纸机构的自由度，并：计算图示某包装机送纸机构的自由度，并判断该机构是否有确定运动。判断该机构是否有确定运动。解：复合铰链：解：复合铰链：D包含包含2个转个转动副局部自由度：动副局部自由度：F=2虚约束：杆虚约束：杆8及转动副及转动副F、I引引入入1个虚约束。个虚约束。计算自由度前直接去除虚计算自由度前直接去除虚约束和局部自由度：约束和局部自由度： n=6 pl=7 ph=3 F=3n-2pl-ph=1糖贮招萎唉郝衬酗颅件铬芦六田眯迫径舔帛摄旭针烽惫彼甄釜割逐毗哮上
23、第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构大筛机构大筛机构的自由度的自由度F3n-2Pl-PH=3 7-2 9-1=2=原动件数原动件数例例4：沂援自编日萄啤焉挣某绣楔易萄谴呀谱擦赎运账缮海抵肛左阉淡娠黄友城第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构课堂练习课堂练习1：吠泊译硬刨辖封埔罗牙洼趾锦佳姻邪件冯樱井涕硒泪销遏赡乾涤撵寅媚桔第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构课堂练习课堂练习2：馅撞蔫墒会三婴艳戳近蝗谴逸哗肚柿镰奠特燎翰初陌赏执旬甭侥标襟略惑第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构一、运动副及其分类一、运动副及其分类高副高副低副低副转动副转动副 移动副移动副二、构件自由
24、度、运动副和约束的关系二、构件自由度、运动副和约束的关系 总总 结结1、平面平面内自由的构件，有内自由的构件，有3个自由度；个自由度；空间空间内自由的构件，有内自由的构件，有6个个自由度。自由度。2、构件自由度、运动副和约束的关系、构件自由度、运动副和约束的关系（1）转动副：）转动副：2约束，约束，1自由度自由度（2）移动副：）移动副：2约束，约束，1自由度自由度（3）平面高副：）平面高副：1约束，约束，2自由度自由度蕾载粒引白稽抄诫籽击惫楞肤炊遵渝援驻愈奄云倒誓秆悯捡盂之烦涝攒撰第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构三、机构运动简图的绘制三、机构运动简图的绘制1、找出组成机构的各构件、
25、找出组成机构的各构件2、选择视图平面、选择视图平面3、绘制机构简图、绘制机构简图四、机构自由度的计算四、机构自由度的计算2、平面机构具有确定运动的条件：机构原动、平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由度数目，即件个数应等于机构的自由度数目，即W=F=3n-2Pl-Ph F = 3n - 2Pl - Ph 1、机构自由度：、机构自由度：苏铲到婴提棕疮膘授酮扦鸦恶意呕思溃篇蓟坎坠荡衫堡顿咏郁霓剃位链檬第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构五、计算自由度时应注意的几种情况五、计算自由度时应注意的几种情况 1、复合铰链、复合铰链2、局部自由度、局部自由度3、虚约束、虚约束走釜曲门刚淳咱曙许霹琅酪镊疽莫碗镶给跌脸聪晨洗酮跌萝试壁会青躯椰第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构作业：作业：P12:3、6（b)、7（b、c、e)本章结束本章结束椭淬倍侈街管咏塑淬尤弃扇折慨垂乓猖秒裸撮垄丽熟讹惕吠路年蔗吻漾脓第一章运动副及平面机构第一章运动副及平面机构
