第二章機構的結構分析(StructureAnalysisofMechanisms)

第一節概述

第二節平面機構自由度及其計算

第三節機構的組成

*第五節機構運動簡圖（建議實驗課講授）

第四節平面機構的高副低代

本章內容第一節概述（運動副、運動鏈、機構）基本概念：一、運動副

(kinematicpair)第一節概述*構成機構的基本要素——

構件運動副運動鏈構件(link)——由一個或數個零件剛性構成的運動單元體第一節概述*運動副(kinematicpair)*兩構件間直接接觸且能產生某些相對運動的聯接稱為運動副。第一節概述運動副移動副(slidingpair)運動副元素轉動副(revolutepair)運動副符號高副(higherpair)運動副元素第一節概述運動副x×yxyo*約束(constraint)---對構件間運動的限制。第一節概述運動副﹡構件自由度

(degreeoffreedom)：

構件具有的獨立運動參數第一節概述運動副空間自由構件有六個自由度。12zxyoxy12o平面運動：加入三個公共約束以轉動副相連，僅剩一個自由度。12oxy自由構件第一節概述運動副空間構件的自由度:

S——約束數

F=6-S

平面構件的自由度:

F=3-S第一節概述運動副運動副的分類第一節概述運動副按運動副對空間構件提供的約束數將運動副分為五級。第一節概述運動副螺旋1螺母21212運動副簡圖V

級副螺旋副結構圖球面副(sphericalpair)Ⅲ

級副球銷副(sphere-pinpair)xzyⅣ級副第一節概述運動副運動副符號V級副副元素為面接觸，壓強低，又稱低副IV級副副元素為點（線）接觸，壓強高，又稱高副第一節概述運動副*平面機構中存在幾級副？是否存在Ⅵ級副？只有Ⅳ級副和Ⅴ級副第一節概述運動副二、運動鏈

(kinematicchain)*運動鏈---

構件由運動副連接而成的系統第一節概述運動鏈*運動鏈（閉式鏈、開式鏈）各構件首尾封閉的運動鏈稱為閉式鏈(closedkinematicchain)各構件首尾不封閉的運動鏈稱為開式鏈(openkinematicchain)第一節概述運動鏈*運動鏈（閉式鏈、開式鏈）第一節概述運動鏈平面運動鏈(planarkinematicchain）空間運動鏈(spatialkinematicchain)第一節概述運動鏈三、機構(mechanism)

*選定機架，給相應的原動件，其余構件作確定運動的運動鏈。第一節概述機構機架機架原（主）動件從動件第一節概述機構*原動件——運動規律已知的構件。其余的活動構件統稱從動件*輸出構件——輸出運動或動力的從動件*主動件——

機構中傳入驅動力（矩）的構件第一節概述機構第二節平面機構自由度及其計算第二節平面機構自由度及其計算一、定義*機構自由度（degreeoffreedmofmechanism)——機構具有確定運動所必須的獨立運動參數的數目。第二節平面機構自由度及其計算第二節平面機構自由度及其計算二、機構自由度的計算公式一個平面自由運動的構件(link)有三個自由度12xyo第二節平面機構自由度及其計算xyo21構件2，1只有繞o軸的相對轉動。xyo21構件2、1只有沿x軸的相對移動。2xyo1構件2、1有沿x軸的移動和繞o軸的轉動。*高副提供一個約束，低副提供兩個約束。自由度公式推導……第二節平面機構自由度及其計算總約束------2pL+pH

pL--低副數pH--高副數n個自由構件的自由度---3n。機構自由度公式推導：N--機構的總構件數n--活動構件數

n=N-1機構自由度：F=3n-2pL-pH第二節平面機構自由度及其計算F=……桁架結構31EBACD

1

4

第二節平面機構自由度及其計算2

1

34*機構具有確定運動的條件

1、

F

＞0；

2、F

=原動件數第二節平面機構自由度及其計算DAFCBE原動件12345礦石例2-1：判斷破碎機是否有確定運動。第二節平面機構自由度及其計算DAFCBE原動件12345礦石第二節平面機構自由度及其計算例2-1：判斷破碎機是否有確定運動。DAFCBE原動件12345礦石F=3n-（2pL+pH）n=5;pL=7;pH=0;F=3

5-(2

7+0)=1.F=原動件數，故有確定運動。第二節平面機構自由度及其計算例2-1：判斷破碎機是否有確定運動。DAFCBE2345第二節平面機構自由度及其計算DAFCBE2345第二節平面機構自由度及其計算DAFCBE2345第二節平面機構自由度及其計算DAFCBE2345第二節平面機構自由度及其計算DAFCBE2345第二節平面機構自由度及其計算DAFCBE2345第二節平面機構自由度及其計算DAFCBE2345第二節平面機構自由度及其計算DAFCBE2345第二節平面機構自由度及其計算DAFCBE2345第二節平面機構自由度及其計算DAFCBE2345第二節平面機構自由度及其計算DAFCBE2345第二節平面機構自由度及其計算DAFCBE2345第二節平面機構自由度及其計算DAFCBE2345第二節平面機構自由度及其計算ADECBF計算機構的自由度F=？觀察機構的運動直線導路機構n=7,PH=0,PL=6?F=37-26-0=9????第二節平面機構自由度及其計算三、計算機構自由度應該注意的事項

1)復合鉸鏈；2)局部自由度；

3)虛約束第二節平面機構自由度及其計算1232131234m*復合鉸鏈(compoundhinges)——兩個以上的構件構成的同軸線的轉動副。其轉動副個數等于構件數減1。

第二節平面機構自由度及其計算復合鉸鏈ADECBF兩轉動副的復合鉸鏈N=7pH=0PL=10F=37-(210+0)=1第二節平面機構自由度及其計算復合鉸鏈F=?第二節平面機構自由度及其計算局部自由度第二節平面機構自由度及其計算局部自由度第二節平面機構自由度及其計算局部自由度第二節平面機構自由度及其計算局部自由度第二節平面機構自由度及其計算局部自由度第二節平面機構自由度及其計算局部自由度第二節平面機構自由度及其計算局部自由度第二節平面機構自由度及其計算局部自由度第二節平面機構自由度及其計算局部自由度第二節平面機構自由度及其計算局部自由度第二節平面機構自由度及其計算局部自由度第二節平面機構自由度及其計算局部自由度*局部自由度:(passivedegreeoffreedom)與機構整體運動無關的自由度第二節平面機構自由度及其計算局部自由度F=……第二節平面機構自由度及其計算局部自由度ABCDEF12345機構自由度F=？AB=CD=EF,BE=AF,EC=FD.如何處理？F=?*虛約束(redundantconstraint)——對運動不起實際限制作用約束第二節平面機構自由度及其計算虛約束出現虛約束的場合：

1.兩構件聯接前后，聯接點的軌跡重合，如平行四邊形機構，火車輪橢圓儀等。第二節平面機構自由度及其計算虛約束2.兩構件構成多個導路平行的移動副。

虛約束第二節平面機構自由度及其計算虛約束4.運動時，兩構件上的兩動點間的距離始終不變。3.兩構件構成多個同軸的轉動副。5.對運動不起作用的對稱部分。如多個行星輪。EF第二節平面機構自由度及其計算虛約束虛約束的作用①改善受力②增加剛度③避免卡死較高制造與安裝精度第二節平面機構自由度及其計算虛約束ABCDEE'FHOG123456789

求大篩機構的自由度F=？例2-3圖2-24第二節平面機構自由度及其計算ABCDEE'FHOG123456789求大篩機構的自由度F=？主動件1，8局部自由度兩者之一為虛約束復合鉸鏈第二節平面機構自由度及其計算CABDEE'FHOG123456789ABDEE'FHOG123456789計算F…第二節平面機構自由度及其計算B2I9C3A1J6H87DE4FG5⑧計算圖示包裝機送紙機構的自由度。分析：A1B2I9C3J6H87DE4FG52個低副復合鉸鏈:（D）局部自由度（H、C）虛約束:（9）I8去掉局部自由度和虛約束后的機構

9I第二節平面機構自由度及其計算B2I9C3A1J6H87DE4FG5A1B2C3J6H87FG5n=6PL=7F=3n

－2PL－PH

=3×6－2×7－3=1PH=3I2個低副A1DE4n=？第二節平面機構自由度及其計算一、機構的組成原理

第三節機構的組成(constitutionofmechanism)第三節機構的組成基本桿組、機構組成第三節機構的組成234165將機構進行拆分第三節機構的組成213456還可拆分？第三節機構的組成21345*F=0的不可再拆分的最簡單的運動鏈——基本桿組(assurgroup)第三節機構的組成215首先將3，4聯于原動件和機架如何構成機構？第三節機構的組成3421345第三節機構的組成214563此為四桿機構再添加5，6于機構。第三節機構的組成213456第三節機構的組成213456第三節機構的組成213456最后得六桿機構第三節機構的組成213456*機構的組成原理——由若干基本桿組依次連接到原動件和機架上構成機構。第三節機構的組成基本桿組的條件：……npL234669…...…...第三節機構的組成Ⅱ級組的五種基本形式n=2；pL=3——II級組第三節機構的組成3124123442311243*n=4;pL=6,且具有一個含三個低副的中心構件的基本桿組——Ⅲ級組第三節機構的組成23141234*n=4;pL=6,不含三個低副的中心構件的基本桿組——Ⅳ級組第三節機構的組成1423能將其拆成Ⅱ級組嗎？第三節機構的組成231414不是運動鏈*Ⅲ級組并不是由兩個II級組構成的！第三節機構的組成n=4；pL=6,是Ⅲ級組嗎？14232拆開其Ⅱ級組第三節機構的組成43121423不是Ⅲ級組，而是由兩個Ⅱ級組構成的運動鏈。第三節機構的組成2、機構的結構分類*機構的級別是以其中含有的基本桿組的最高級別確定的。第三節機構的組成*機構拆組的一般原則1、除掉虛約束和局部自由度，高副低代；2、從遠離原動件開始拆組,先Ⅱ級后Ⅲ級；3、桿與其上運動副一并拆下；4、剩余部分必為一機構，最后為機架、原動件。第三節機構的組成圖2-29——30機構的級別例2-5第三節機構的組成第四節平面機構的高副低代第四節平面機構的高副低代ABo1o2*高副低代——將機構中的高副用低副代替。*高副低代的替代條件：1、機構的自由度不變；2、機構的瞬時運動不變。12高副C第四節平面機構的高副低代CABo1o221為什么？第四節平面機構的高副低代CABo1o221瞬時運動不變——先觀察構件1、2的運動.第四節平面機構的高副低代ABo1o221r1r2o1o2=r1+r2nn法線nn運動時，o1o2=r1+r2=常數C第四節平面機構的高副低代CABo1o221第四節平面機構的高副低代CABo1o221第四節平面機構的高副低代CAB21o1o2第四節平面機構的高副低代CAB21o1o2第四節平面機構的高副低代CAB21o1o2第四節平面機構的高副低代CAB21o1o2第四節平面機構的高副低代CAB21o1o2第四節平面機構的高副低代CAB21點的軌跡分別為以A，B為圓心的圓o1o2第四節平面機構的高副低代CAB21*將高副C

用具有兩個鉸鏈的構件代替，鉸鏈的中心分別位于高副接觸點的曲率中心處且與高副元素的所屬構件相連o1o2第四節平面機構的高副低代CAB21o1o2第四節平面機構的高副低代C21o1o2第四節平面機構的高副低代CABnn作法線nno1o2第四節平面機構的高副低代CABo1o2第四節平面機構的高副低代ABo1o2CAB第四節平面機構的高副低代ABo1o2CABABAB*高副低代的瞬時性——機構在不同位置其低副替代機構也不同第四節平面機構的高副低代Ann第四節平面機構的高副低代AnnA第四節平面機構的高副低代相當于一個滑塊o2

A12o1Cnn第四節平面機構的高副低代CA12第四節平面機構的高副低代CA12A12C第四節平面機構的高副低代第五節平面機構運動簡圖*機構運動簡圖－用以說明機構中各構件之間的相對運動關系的按比例繪制的簡單圖形作用：1.表示機構的結構和運動情況。