第一章平面機構的結構分析§1－1機構結構分析的內容及目的§1－2機構的組成§1－3機構運動簡圖§1－4機構具有確定運動的條件§1－5平面機構自由度的計算§1－6自由度計算中的特殊問題§1－7機構的組成原理及其結構分類§1－1機構結構分析的內容及目的1.研究機構的組成及其具有確定運動的條件目的是2.按結構特點對機構進行分類不同的機構都有各自的特點，把各種機構按結構加以分類，其目的是按其分類建立運動分析和動力分析的一般方法。3.繪制機構運動簡圖目的是為運動分析和動力分析作準備。▲弄清機構包含哪幾個部分;▲各部分如何相聯？▲以及怎樣的結構才能保證具有確定的相對運動？這對于設計新的機構顯得尤其重要。4.研究機構的組成原理目的是搞清楚按何種規律組成的機構能滿足運動確定性的要求。機構有簡有繁，構件有多有少，而運動確定是它們的共同特征。研究的名詞術語解釋:1.構件(Link)－獨立的運動單元

內燃機中的連桿§1－2機構的組成作者：潘存云教授內燃機連桿套筒連桿體螺栓墊圈螺母軸瓦連桿蓋零件(part)－獨立的制造單元2.運動副a)兩個構件、b)直接接觸、c)有相對運動運動副元素－直接接觸的部分（點、線、面）例如：凸輪、齒輪齒廓、活塞與缸套等。定義：運動副－－兩個構件直接接觸組成的仍能產生某些相對運動的聯接。三個條件，缺一不可作者：潘存云教授用運動副聯結后，彼此的相對運動受到某些約束.空間任一構件在用運動副聯結前有六個獨立的相對運動。構件2xzy構件1O轉動副作者：潘存云教授運動副的分類：1)按引入的約束數分有：I級副II級副III級副I級副、II級副、III級副、IV級副、V級副。2)按相對運動范圍分有：平面運動副－平面運動(Plannarkinematicpair)平面機構－全部由平面運動副組成的機構。IV級副例如：球鉸鏈、拉桿天線、螺旋、生物關節。空間運動副－空間運動(Spatialkinematicpair)V級副1V級副2IV級副兩者關聯空間機構－至少含有一個空間運動副的機構。§1－1機構結構分析的內容及目的1.研究機構的組成及其具有確定運動的條件目的是2.按結構特點對機構進行分類3.繪制機構運動簡圖4.研究機構的組成原理名詞術語解釋:1.構件(Link)－獨立的運動單元

§1－2機構的組成零件(part)－獨立的制造單元2.運動副a)兩個構件、b)直接接觸、c)有相對運動運動副元素－直接接觸的部分（點、線、面）定義：運動副－－兩個構件直接接觸組成的仍能產生某些相對運動的聯接。3)按運動副元素分有：①高副(highpair)－點、線接觸，應力高。②低副(lowerpair)－面接觸，應力低。例如：滾動副、凸輪副、齒輪副等。例如：轉動副（回轉副）、移動副。121212212121運動副表示方法轉動副移動副用規定符號代表運動副常用運動副的符號運動副名稱運動副符號兩運動構件構成的運動副轉動副移動副12121212121212121212121212兩構件之一為固定時的運動副122121平面運動副平面高副螺旋副21121221211212球面副球銷副121212空間運動副121212一般構件的表示方法桿、軸構件固定構件同一構件用線條和簡單圖形代表構件三副構件

兩副構件

一般構件的表示方法運動鏈－兩個以上的構件通過運動副的聯接而構成的可動系統。注意事項:作者：潘存云教授畫構件時應撇開構件的實際外形，而只考慮運動副的性質。閉式鏈(Closechain)

3.運動鏈(Kinematicchain)

作者：潘存云教授開式鏈(Openchain)若干1個或幾個1個4.機構定義：具有確定運動的運動鏈稱為機構。機架－作為參考系的構件，如機床床身、車輛底盤、飛機機身。機構的組成：機構＝機架＋原動件＋從動件機構是由若干構件經運動副聯接而成的，很顯然，機構歸屬于運動鏈，那么，運動鏈在什么條件下就能稱為機構呢？即各部分運動確定。分別用四桿機構和五桿機構模型演示得出如下結論：在運動鏈中，如果以某一個構件作為參考坐標系，當其中另一個（或少數幾個）構件相對于該坐標系按給定的運動規律運動時，其余所有的構件都能得到確定的運動，那么，該運動鏈便成為機構。

原（主）動件－按給定運動規律運動的構件。從動件－其余可動構件。1234θ1§2－3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簡單圖形。(用線條和簡單圖形代表構件，用規定符號代表運動副，按比例作出的圖形。)作用：1.表示機構的結構和運動情況。機構示意圖－不按比例繪制的簡圖現摘錄了部分GB4460－84機構運動簡圖如下表。2.作為運動分析和動力分析的依據。常用機構運動簡圖符號在機架上的電機齒輪齒條傳動帶傳動圓錐齒輪傳動鏈傳動圓柱蝸桿蝸輪傳動凸輪傳動外嚙合圓柱齒輪傳動機構運動簡圖應滿足的條件：

1.構件數目與實際相同2.運動副的性質、數目與實際相符3.運動副之間的相對位置以及構件尺寸與實際機構成比例。棘輪機構內嚙合圓柱齒輪傳動繪制機構運動簡圖順口溜：先兩頭，后中間，從頭至尾走一遍，數數構件是多少，再看它們怎相聯。步驟：1.運轉機械，搞清楚運動副的性質、數目和構件數目；4.檢驗機構是否滿足運動確定的條件。2.測量各運動副之間的尺寸，選投影面（運動平面）。3.按比例繪制運動簡圖。簡圖比例尺：μl=實際尺寸m/圖上長度mm思路：先定原動部分和工作部分（一般位于傳動線路末端），弄清運動傳遞路線，確定構件數目及運動副的類型，并用符號表示出來。舉例：繪制破碎機和偏心泵的機構運動簡圖。鱷式破碎機等同作者：潘存云教授1234繪制圖示偏心泵的運動簡圖偏心泵作者：潘存云教授§2－4機構具有確定運動的條件給定θ1＝θ1（t）一個獨立參數S3＝S3(t)，唯一確定，該機構僅需要一個獨立參數。若僅給定θ1＝θ1（t）,則θ2θ3θ4均不能唯一確定。若同時給定θ1和θ4，則θ3θ2能唯一確定，該機構需要兩個獨立參數。θ4S3123S’3θ11234θ1曲柄滑塊機構五桿機構1個原動件2個原動件有無確定運動？定義：保證機構具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數稱為機構的自由度

(Freedom，F)

。原動件－能獨立運動的構件。∵一個原動件只能提供一個獨立參數∴機構具有確定運動的條件為：自由度＝原動件數≠0§2－5平面機構自由度的計算作平面運動的剛體在平面上的位置需要三個獨立的參數（x，y,θ）才能唯一確定。yxθ(x,y)F=3單個自由構件的自由度為自由構件的自由度數運動副自由度數約束數回轉副1（θ）+2（x，y）=3yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2結論：構件自由度＝3－約束數移動副1（x）+2（y，θ）=3高副2（x,θ）+1（y）=3θ構件經運動副相聯后，由于有約束（R），自由度會變化：＝自由構件的自由度數－約束數活動構件數n

計算公式：

F=3n－(2PL+Ph)要求：記住上述公式，并能熟練應用。構件總自由度低副約束數高副約束數3×n2×PL1

×Ph推廣到一般：PL=4,PH=1,F=0n=3,n=2,PL=3,F=0231123ACB4Dn=3,PL=5,F==-1B2C4ADE13結論：機構可能運動的條件是:機構自由度數F≥1。

例題①計算曲柄滑塊機構的自由度。解：活動構件數n=3低副數PL=4F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1

高副數PH=0S31234具有確定原動條件：原動件數=1機構可能運動且具有確定運動的條件為：2、自由度＝原動件數1、機構自由度數F≥1。

例題②計算五桿鉸鏈機構的自由度解：活動構件數n=4低副數PL=5F=3n－2PL－PH

=3×4－2×5=2

高副數PH=01234θ1具有確定原動條件：原動件數=2例題③計算圖示凸輪機構的自由度。解：活動構件數n=2低副數PL=2F=3n－2PL－PH

=3×2－2×2－1=1高副數PH=1123具有確定原動條件：原動件數=1平面機構運動簡圖步驟：1.運轉機械，搞清楚運動副的性質、數目和構件數目；4.檢驗機構是否滿足運動確定的條件。2.測量各運動副之間的尺寸，選投影面（運動平面）。3.按比例繪制運動簡圖。簡圖比例尺：μl=實際尺寸m/圖上長度mm機構具有確定運動的條件機構可能運動且具有確定運動的條件為：2、自由度＝原動件數1、機構自由度數F>=1。

活動構件數n

計算公式：

F=3n－(2PL+Ph)構件總自由度低副約束數高副約束數3×n2×PL1

×Ph自由度計算中的特殊問題§2－6自由度計算中的特殊問題作者：潘存云教授12345678ABCDEF例題④計算圖示圓盤鋸機構的自由度。解：活動構件數n=7低副數PL=6F=3n－2PL－PH高副數PH=0=3×7－2×6－0=9計算結果肯定不對！構件數不會錯，肯定是低副數目搞錯了！1.復合鉸鏈

－－兩個以上的構件在同一處以轉動副相聯。計算：m個構件,有m－1轉動副。兩個低副上例：在B、C、D、E四處應各有

2

個運動副。例題④重新計算圖示圓盤鋸機構的自由度。解：活動構件數n=7低副數PL=10F=3n－2PL－PH

=3×7－2×10－0=1可以證明：F點的軌跡為一直線。12345678ABCDEF作者：潘存云教授圓盤鋸機構具有確定原動條件：原動件數=1⑥計算圖示兩種凸輪機構的自由度。解：n=3，PL=3，F=3n－2PL－PH

=3×3－2×3－1=2PH=1對于右邊的機構，有：

F=3×2－2×2－1=1事實上，兩個機構的運動相同，且F=11231232.局部自由度F=3n－2PL－PH－FP

=3×3－2×3－1－1=1本例中局部自由度

FP=1或計算時去掉滾子和鉸鏈：

F=3×2－2×2－1=1定義：構件局部運動所產生的自由度。出現在加裝滾子的場合，計算時應去掉Fp。滾子的作用：滑動摩擦滾動摩擦。123123作者：潘存云教授解：n=4，PL=6，F=3n－2PL－PH

=3×4－2×6=0PH=03.虛約束(

redundantconstraint)－－對機構的運動實際不起作用的約束。計算自由度時應去掉虛約束。∵FE＝AB＝CD且互相平行，故增加構件4前后E點的軌跡都是以F為圓心的圓。增加的約束不起作用，應去掉構件4。⑦已知：AB＝CD＝EF，計算圖示平行四邊形機構的自由度。1234ABCDEF作者：潘存云教授重新計算：n=3,PL=4,PH=0F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：1234ABCDEF4F⑦已知：AB＝CD＝EF，計算圖示平行四邊形機構的自由度。AB＝CD＝EF虛約束作者：潘存云教授出現虛約束的場合：

1.兩構件聯接前后，聯接點的軌跡重合，2.兩構件構成多個移動副，且導路平行。

如平行四邊形機構，火車輪橢圓儀等。(需要證明)ABCDAD=BD=DC2CAB134F=3×3－2×4=1作者：潘存云教授4.運動時，兩構件上的兩點距離始終不變。3.兩構件構成多個轉動副，且同軸。5.對運動不起作用的對稱部分。如多個行星輪。EF作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授6.兩構件構成高副，兩處接觸，且法線重合。如等寬凸輪W注意：法線不重合時，變成實際約束！AA’n1n1n2n2n1n1n2n2A’A虛約束的作用：①改善構件的受力情況，如多個行星輪。②增加機構的剛度，如軸與軸承、機床導軌。③使機構運動順利，避免運動不確定，如車輪。注意：各種出現虛約束的場合都是有條件的!作者：潘存云教授作者：潘存云教授B2I9C3A1J6H87DE4FG5⑧計算圖示包裝機送紙機構的自由度。分析：活動構件數n：A1B2I9C3J6H87DE4FG592個低副復合鉸鏈:局部自由度2個虛約束:1處I8去掉局部自由度和虛約束后：

n=6PL=7F=3n－2PL－PH

=3×6－2×7－3=1PH=3§2－7機構的組成原理及其結構分類一、機構的組成原理a)原動件作移動(如直線電機、流體壓力作動筒)。b)原動件作轉動(如電動機)。1.基本機構基本機構：由一個原動件和機架組成的雙桿機構。F=1F=021212.基本桿組機構具有確定運動的條件是原動件數＝自由度。F=1F=0現設想將機構中的原動件和機架拆分出來，則原動件與機架構成了基本機構，其F＝1。剩下的構件組必有F＝0。將構件組繼續拆分成更簡單F＝0的構件組，直到不能再拆為止。2134ABCDEF561A6F=1F=0F=0234BCDEF5F=3×5-2×7=1F=023BCDE4F5桿組定義：不可再分解的自由度為零的構件組稱為基本桿組，簡稱桿組。內端副－－桿組內部相聯。外端副－－與組外構件相聯。推論：任何一個平面機構都可以認為是在基本機構的基礎上，依次添加若干個桿組所形成的。機構的組成原理：機構＝基本機構＋基本桿組結論：該機構包含一個基本機構和兩個基本桿組，換句話說，將兩個基本桿組添加到基本機構上，構成了該六桿機構。二、結構分類設基本桿組中有n個構件，則由條件F＝0有：

F＝3n－2PL－Ph＝0

低副機構中Ph＝0，如果機構中含有高副，要將高副低代，使Ph＝0，故PL＝3n/2

∵PL為整數，∴n只能取偶數。

n＝24n>4已無實例了!

PL＝36

n=2的桿組稱為Ⅱ級組－－應用最廣而又最簡單的基本桿組。共有5種類型

n=4（PL＝6）的桿組有以下四種類型:以上三種形式稱為Ⅲ級組。結構特點：其中一個構件有三個運動副。典型Ⅱ級組：結構特點：有兩個三副桿，且4個構件構成四邊形結構。第四種形式稱為IV級組。機構命名方式：按所含最高桿組級別命名，如Ⅱ級機構，Ⅲ級機構等。

n=4（PL＝6）的桿組必須強調指出：1.桿組的各個外端副不可以同時加在同一個構件上，否則將成為剛體。如：2.機構的級別與原動件的選擇有關。舉例：將圖示八桿機構拆分成基本機構和基本桿組。71324568Ⅲ級機構35或Ⅱ級機構Ⅱ級機構7132456853本章重點：?機構運動簡圖的測繪方法。?自由度的計算。?機構的組成原理。A[例]計算機構自由度：2CB13DE5647局部自由度

機構具有確定運動,因為主動件數等于機構自由度數F。EABCDOFGHn=7PL=10,PH=0PL=8,PH=1n=6虛約束1)HD為虛約束F=3×9-2×13=1

REDUNDANTREDUNDANTACBDHIJ為虛約束F=3×7-2×10=12)JG，GC為虛約束F=3×9-2×13=1CGHFIJK為虛約束F=3×5-2×7=1精密壓床（1）（2）ECAB1DFG2345678HI作業：小型壓力機機運動簡圖§1－1機構結構分析的內容及目的1.研究機構的組成及其具有確定運動的條件目的是2.按結構特點對機構進行分類3.繪制機構運動簡圖4.研究機構的組成原理名詞術語解釋:1.構件(Link)－獨立的