第二章機構的結構分析與綜合

§2.1

機構的組成及運動簡圖§2.2

機構的自由度計算及機構運動確定條件§2.3

機構的高副低代、結構分析和組成原理§2.1機構的組成及運動簡圖一、構件和運動副二、運動鏈和機構三、平面機構運動簡圖§2.1機構的組成及運動簡圖一、構件和運動副(KinematicPairs)2.運動副(KinematicPairs)1.構件(Links)運動副運動副約束運動副分類一、構件和運動副構件：指具有獨立運動的單元體。

它可以是單一的零件，也可以是由

幾個零件組成的剛性結構。構件(Links)軸與軸承連接（圓柱和圓柱孔面）滑塊與導軌連接（平面接觸）

兩齒輪輪齒嚙合（齒廓曲面）12xy12O運動副元素兩個構件上參與接觸而構成運動副的點、線、面稱為運動副元素。運動副：兩構件直接接觸并能產生一定形式的相對運動的可動連接，稱為運動副。運動副

(KinematicPairs)運動副約束：運動副對構件的獨立運動所加的限制。對構件一個獨立運動的限制稱為一個約束。構件的自由度：構件所具有的獨立運動的數目OAB

xAyAxy

在空間有兩構件1和2，構件2固定于坐標系O-xyz上，當構件1未與構件2組成運動副之前，構件1相對構件2可以沿x、y、z軸移動和繞x、y、z軸轉動。即作空間自由運動的構件具有六個自由度(作平面自由運動的構件有三個自由度)。運動副約束(Kinematic

pair

constraint)兩構件構成運動副之后，它們之間尚能產生哪些相對運動，則完全取決于運動副的類型，即與該運動副對兩構件間的相對運動引入的約束情況有關。因兩構件構成運動副后，仍須保證能產生一定的相對運動，故運動副引入的約束數目最多為5個（對平面機構而言最多為2個），而剩下的自由度最少為1個。當兩構件構成運動副之后，它們之間的相對運動將受到約束，這時自由度減少的數目應等于該運動副所引入的約束的數目。運動副約束(Kinematic

pair

constraint)

自由度為1可以繞z軸轉動

自由度為1可以沿x軸移動自由度為2可以沿切線移動可以繞接觸點或線轉動運動副約束(Kinematic

pair

constraint)運動副分類（有多種分類方法）根據運動副引入的約束數根據構成運動副的兩構件之間的相對運動根據構成運動副的兩構件之間的接觸情況根據構成運動副的兩構件的接觸部分幾何形狀運動副分類運動副分類根據運動副引入的約束數，運動副分為五級

I級副：引入1個約束的運動副Ⅱ級副：引入2個約束的運動副

Ⅲ級副：引入3個約束的運動副Ⅳ級副：引入4個約束的運動副

Ⅴ級副：引入5個約束的運動副1移動副平面高副球銷副球面副圓柱副螺旋副轉動副Ⅲ級副Ⅳ級副Ⅳ級副Ⅴ級副Ⅱ級副Ⅴ級副運動副分類（有多種分類方法）運動副分類構成運動副的兩構件之間的相對運動為平面運動的稱為平面運動副，為空間運動的稱為空間運動副。平面運動副(planarkinematicpair)空間運動副(spatialkinematicpair)根據構成運動副的兩構件之間的相對運動，運動副可分為：2平面運動副轉動副移動副平面齒輪副平面凸輪副12312螺旋副球面副空間齒輪副空間凸輪副空間運動副

低副(lowerpair)：面接觸的運動副

高副(higherpair)：點、線接觸的運動副在平面機構中，一個低副提供兩個約束，一個高副提供一個約束。運動副分類根據構成運動副的兩構件之間的接觸情況，運動副可分為：3低副(lowerpair)XY1212

如果兩構件以低副接觸，則兩構件間的壓力較低，對受力有好處。如轉動副、移動副、螺旋副和球面副均是低副。轉動副(revolutepair).XY12構件2沿x軸和y軸的相對移動受到約束。構件2只能繞⊥xoy平面的軸轉動。↑鉸鏈的連接↑軸頸和軸承間的連接具有一個獨立相對轉動的運動副稱為轉動副.移動副(slidingpairorprismaticpair)具有沿一個方向獨立相對移動的運動副.12xyz螺旋副(screwpair)螺桿轉動,螺母移動螺桿轉動且移動.球面副(sphericalpair)平面高副(planarhigherpair)凸輪副(Campair)齒輪副（Gearpair）123xy12O具有兩個獨立相對運動的平面運動副稱為平面高副運動副分類根據構成運動副的兩構件的接觸部分幾何形狀，運動副可分為：4

圓柱副(cylindricpair)

平面副(planarpair)球面副(Sphericalpair)

球銷副(sphere-pinpair)螺旋副(Screwpair)

環運動副(loopingpair)等圓柱副(cylindricpair)球銷副(sphere-pin

pair)環運動副(loopingpair)二、運動鏈(KinematicChain)和機構二、運動鏈和機構2.機構1.運動鏈(KinematicChain)Whenanumberoflinksareconnectedbymeansofkinematicpairs,theresulting

mobile

systemisa

kinematicchain.運動鏈的分類:1.運動鏈(KinematicChain)1.運動鏈(KinematicChain)

閉式運動鏈

(closedchain)

開式運動鏈

(openchain)運動鏈用運動副將兩個或兩個以上的構件連接而成的系統稱為運動鏈。

閉式運動鏈

如果運動鏈中的每一構件都至少包含兩個運動副,該運動鏈為閉式運動鏈.運動鏈的分類11223344

如果運動鏈中各構件構成了首尾封閉的系統，則稱為閉式運動鏈。

開式運動鏈

如果運動鏈中的一個或多個構件僅有一個運動副元素,該運動鏈為開式運動鏈。21343124如果運動鏈中各構件未構成首尾封閉的系統，則稱為開式運動鏈。運動鏈的分類2.

機構機構：若將運動鏈的一個構件固定為機架時，運動鏈便成為機構。

2.機構構件的分類

機構中的構件可分為三大類：（1）機架

機構中固定不動的構件。一個機構只有一個機架。（2）原動件(主動件)

機構中按給定的已知運動規律獨立運動的構件。（3）從動件機構中除原動件外的其余活動構件。當確定原動件后，其余從動件隨之作確定的運動。構件的分類構件鉸鏈四桿機構鉸鏈五桿機構驅動件從動件從動件機架驅動件驅動件從動件從動件（1）平面機構（2）空間機構機構的分類組成機構的各構件都在同一平面內或相互平行的平面內運動，則稱此機構為平面機構，否則稱為空間機構。機構的分類空間機構如果機構中所有的運動副都是低副，則稱此機構為低副機構或連桿機構。如果機構中有一個或多個高副，則稱此機構為高副機構。1231234機構的分類平面機構中的所有運動副一定是平面運動副，但是只包含平面運動副的機構也可能是空間機構。例如:萬向聯軸節是空間機構，該機構只包含轉動副（平面運動副）機構三、平面機構運動簡圖三、平面機構運動簡圖1.機構運動簡圖的定義和目的2.機構運動簡圖的作用

4.繪制機構運動簡圖的步驟

3.運動副和構件的表示方法(1)因為機構各構件間的相對運動，是由原動件的運動規律、機構中所有運動副的類型、數目及其相對位置(即轉動副的中心位置、移動副的中心線位置和高副接觸點的位置)決定的，而與構件的外形、斷面尺寸、組成構件的零件數目及其固聯方式和運動副的具體結構無關.(2)能夠準確表達機構運動情況的簡單圖形,稱為機構運動簡圖。(3)繪制機構運動簡圖的能力是工程師的基本技術技能。1.機構運動簡圖的定義和目的1.機構運動簡圖的定義和目的(1)機構運動簡圖應該是簡單的，但能提供確定所有構件相對運動的必須信息。(2)應按規定的符號繪制機構運動簡圖。應按比例繪制機構運動簡圖。不按比例繪制的機構運動圖稱為機構示意圖。只需考慮機構的運動學尺寸。注意：2.機構運動簡圖的作用（1）可以簡明地表達一部復雜機器的傳動原理。（2）可以用圖解法求機構上各點的軌跡、位移、速度和加速度.因為機構運動簡圖反映了機構各構件間的真實運動。（3）可以使我們在研究各種不同的機械運動時收到舉一反三的效果。例如：活塞式內燃機、空氣壓縮機和沖床，盡管它們的外形和功能各不相同.但它們的主傳動機構的運動簡圖都一樣（曲柄滑塊機構），可以用同一種方法來研究它們的運動。2.機構運動簡圖的作用機構運動簡圖表達符號已有標準（GB4460）,該標準對運動副、構件及各種機構的表示符號作了規定。3.運動副和構件的表示方法3.運動副和構件的表示方法構件的表示運動副的表示轉動副的表示

移動副的表示平面高副的表示某些常用機構的表示用位于轉動中心的小圓圈表示轉動副，其圓心必須與相對回轉軸線重合。A12轉動副的表示如構件之一為機架，則須在代表機架的構件上加陰影線，以表示固定。固定鉸鏈可用帶三角支撐架和陰影的小圓表示。1122轉動副的表示投影面垂直于轉動軸線的表示法1212121212轉動副的表示122112投影面通過回轉軸線的表示法轉動副的表示121212(a)(b)(c)移動副的表示

移動副中橫截面的實際形狀和尺寸對機構的運動學沒有影響。121212211212121212121212有陰影線的構件表示機架移動副的表示移動副的中心線必須與實際機構的導路平行；

(2)移動副的中心線可以平移；

(3)組成移動副的任意一個構件都可以畫成滑

塊，而另一構件畫成導桿。注意：這五種簡圖是等價的:AAABB1122AABBB111222齒輪副齒輪副用兩個相切的點劃線圓表示，可以在嚙合處添加兩齒廓。平面高副的表示在簡圖中應當畫出兩構件在接觸處的曲線輪廓。但曲率中心的位置必須與構件實際輪廓曲率中心的位置一致。凸輪副321應按比例真實地畫出兩構件接觸處的曲線輪廓,即凸輪實際廓線和從動件末端的輪廓。

構件的運動功能是在機構運動過程中保持構件上所有運動副元素的相對位置不變。構件的表示僅兩個轉動副中心的距離AB對運動分析起作用。AB表示方法：用一條直線連接兩個運動副元素表示構件。具有兩個運動副元素的構件表示方法具有3個或3個以上運動副元素的構件表示方法a)b)c)d)e)f)(1)為說明3個轉動副元素在同一構件之上，應將每兩條直線相交的部位涂上焊接符號或在三角形中間畫上陰影線。如圖a）b）c）(2)圖d)3個轉動副的中心位于一條直線上的畫法。(3)具有n個運動副元素的構件可以用n邊形表示。具有3個或3個以上運動副元素的構件表示方法注意:下列兩組圖形的表達含義是不同的ABCABCABCBAC32211圖(a)構件表示法ABCABCABCABCABCC(a)某些常用機構的表示某些常用機構有專用的符號表示法電動機某些常用機構的表示圓錐齒輪機構Conegeardrive某些常用機構的表示齒輪齒條機構RackandPinion某些常用機構的表示蝸桿蝸輪機構WormandWormGearMechanism某些常用機構的表示棘輪機構RatchetMechanism某些常用機構的表示凸輪機構CamMechanism某些常用機構的表示內嚙合圓柱齒輪機構Inner－meshedCylindricalMechanism某些常用機構的表示外嚙合圓柱齒輪機構Outer－meshedCylindricalMechanism某些常用機構的表示帶傳動BeltDriveMechanism某些常用機構的表示鏈傳動ChainDriveMechanism某些常用機構的表示為準確反映構件間原有的相對運動，必須：1.表示轉動副的小圓，其圓心必須與相對回轉軸線重合。2.表示移動副的滑塊、導桿或導槽，其導路必須與實際的相對移動方向一致。3.

表示平面高副的曲線，其曲率中心的位置必須與構件實際輪廓曲率中心的位置一致。表示構件和運動副時的注意事項4.繪制機構運動簡圖的步驟(1)仔細研究機構的結構,有多少構件?所有運動副的類型?(2)選擇與機械多數構件運動平面相平行的平面作為繪制機構運動簡圖的投影面；(3)測量所有運動學尺寸，選擇合適的比例尺；(4)繪制所有固定的運動副元素；(5)繪制原動件，然后根據運動的傳遞路線繪制從動件；(6)構件編號，運動副用字母表示，用箭頭表示原動件的運動方向；(7)計算和檢驗機構的自由度。4.繪制機構運動簡圖的步驟例1:繪制內燃機的機構運動簡圖繪出機架上固定運動副元素步驟1:繪活塞2（滑塊）步驟2:繪連桿5步驟3:根據運動傳遞路線繪制從動件繪曲