第二章機構結構分析

2/3/2023第二章機構的結構分析§2-1機構結構分析的內(nèi)容及目的§2-2機構的組成§2-3機構運動簡圖§2-4機構具有確定運動的條件§2-5機構自由度的計算§2-6計算平面機構自由度時應注意的事項§2-7平面機構的組成原理、結構分類及結構分析返回§2-1機構結構分析的內(nèi)容及目的主要內(nèi)容及目的是：研究機構的組成及機構運動簡圖的畫法；了解機構具有確定運動的條件、進行機構自由度計算；研究機構的組成原理及結構分類。機構結構分析的內(nèi)容及目的(2/2)§2-2機構的組成1.構件機器中每一個獨立的運動單元體稱為構件構件與零件的區(qū)別：構件是運動單元體零件是加工制造單元體一個自由構件空間運動:平面運動:機構的組成(2/16)6個自由度3個自由度是兩構件參與接觸而構成運動副的表面。是兩構件直接接觸而構成的可動連接；2.運動副運動副運動副元素

兩構件上組成運動副時相對運動受到限制，這種對獨立運動的限制稱約束。自由度減少數(shù)目等于約束數(shù)目。引入約束數(shù)目與運動副種類有關。根據(jù)引入約束數(shù)目分Ⅰ、Ⅱ……Ⅴ級副。約束例2-1軸與軸承、滑塊與導軌、兩輪齒嚙合。機構的組成(3/16)運動副的分類轉動副移動副高副空間運動副：圓柱副，螺旋副和球面副等

平面運動副低副：面接觸的運動副高副：點、線接觸的運動副轉動副移動副機構的組成(4/16)轉動副自由度數(shù)目

約束數(shù)目1yx轉動副122約束特點:x,y方向移動機構的組成(5/16)一個獨立相對運動。

引入2個約束，保留1個自由度移動副自由度數(shù)目

約束數(shù)目12移動副yx12約束特點：Y方向移動,z方向轉動機構的組成(6/16)一個獨立相對運動。引入2個約束，

保留1個自由度高副高副ntnt12122

1自由度數(shù)目

約束數(shù)目約束特點：n方向移動機構的組成(7/14)兩個獨立相對運動。引入1個約束，

保留2個自由度球面副自由度

約束數(shù)目

33約束特點:x,y,z方向移動機構的組成(8/14)三個獨立相對運動，Ⅲ級副球銷副約束特點:x,y,z方向移動，z方向的轉動自由度

約束數(shù)目

24機構的組成(9/14)兩個獨立相對運動，Ⅳ級副圓柱副約束特點:x,z方向移動，x,z方向的轉動yxz自由度

約束數(shù)目

24機構的組成(10/14)兩個獨立相對運動，Ⅳ級副螺旋副約束特點:螺桿可繞x軸轉動、移動。自由度

約束數(shù)目

15x機構的組成(11/14)一個獨立相對運動，Ⅴ級副球與平面副機構的組成(12/14)五個獨立相對運動，Ⅰ級副3.運動鏈構件通過運動副的連接而構成的相對可動的系統(tǒng)。閉式運動鏈（簡稱閉鏈）開式運動鏈（簡稱開鏈）平面閉式運動鏈空間閉式運動鏈平面開式運動鏈空間開式運動鏈運動副符號運動副常用規(guī)定的簡單符號來表達（GB4460－84）。各種常用運動副模型常用運動副的符號表機構的組成(13/14)——按給定已知運動規(guī)律獨立運動的構件；4.機構具有固定構件的運動鏈稱為機構。機架原動件從動件——機構中的固定構件?！獧C構中其余活動構件。平面鉸鏈四桿機構機構常分為平面機構和空間機構兩類，其中平面機構應用最為廣泛?？臻g鉸鏈四桿機構常以轉向箭頭表示。其運動規(guī)律決定于原動件的運動規(guī)律和機構的結構及構件的尺寸。機架原動件從動件機架從動件原動件機構的組成(14/14)不嚴格按比例繪出的，只表示機械結構狀況的簡圖。根據(jù)機構的運動尺寸，按一定的比例尺定出各運動副的位置，§2-3機構運動簡圖在對現(xiàn)有機械進行分析或設計新機器時，都需要繪出其機構運動簡圖。1.機構運動簡圖

例2-2

內(nèi)燃機機構運動簡圖。機構運動簡圖

采用運動副及常用機構運動簡圖符號和構件的表示方法，將機構運動傳遞情況表示出來的簡化圖形。機構示意圖舉例：（2）選定視圖平面；（3）選適當比例尺，作出各運動副的相對位置，再畫出各運動副和機構的符號，最后用簡單線條連接，即得機構運動簡圖。機構運動簡圖(2/6)2.機構運動簡圖的繪制繪制方法及步驟：（1）搞清機械的構造及運動情況，沿著運動傳遞路線，查明組成機構的構件數(shù)目、運動副的類別及其位置；內(nèi)燃機機構運動簡圖繪制顎式破碎機機構運動簡圖繪制液壓泵的機構運動簡圖§2-4機構具有確定運動的條件一個機構在什么條件下才能實現(xiàn)確定的運動呢？兩個例子例2-3鉸鏈四桿機構例2-4

鉸鏈五桿機構若給定機構一個獨立運動，則機構的運動完全確定；若給定機構兩個獨立運動，則機構的最薄弱環(huán)節(jié)損壞。若給定機構一個獨立運動，則機構的運動不確定；若給定機構兩個獨立運動，則機構的運動完全確定。

機構的自由度機構具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數(shù)的數(shù)目，其數(shù)目用F表示。自由度數(shù)=獨立運動參數(shù)數(shù)目獨立運動由原動件帶入。一般情況下，原動件與機架相連，具有一個獨立運動。如果原動件數(shù)<F,如果原動件數(shù)>F,則機構的運動將不確定；則會導致機構最薄弱環(huán)節(jié)的損壞。機構具有確定運動的條件(2/2)結論：

機構具有確定運動的條件是：機構原動件數(shù)目應等于機構的自由度的數(shù)目F。機構高副數(shù)目-hP機構中低副的數(shù)目-l

P

機構中活動構件數(shù)

n-機構自由度；-F--=23PPnFhl平面機構自由度計算公式：§2-5機構自由度的計算舉例1）鉸鏈四桿機構F＝3n－(2pl＋ph)＝3×3－2×4－0＝12）鉸鏈五桿機構F＝3n－(2pl＋ph)＝3×4－2×5－0＝2機構自由度的計算(2/7)3）曲柄滑塊機構F＝3n－(2pl＋ph)＝3×3－2×4－0＝14）凸輪機構F＝3n－(2pl＋ph)＝3×2－2×2－1＝1機構自由度的計算(3/7)3）內(nèi)燃機機構F＝3n－(2pl＋ph)＝3×6－2×7－3＝1機構自由度的計算(4/7)OACDFBE1523464）鄂式破碎機F＝3n－(2pl＋ph)＝3×5－2×7－0＝1n=3；Pl=4Ph=1F=3n-2Pl-Ph=0機構不能運動例：簡易沖床設計方案改進機構自由度的計算(5/7)改進方案n=4；Pl=5Ph=1F=3n-2Pl-Ph=1機構具有確定相對運動F=原動件數(shù)機構自由度的計算(6/7)F＝3n－(2pl＋ph)＝3×5－2×6－0＝3機構自由度的計算(7/7)§2-6計算平面機構自由度時應注意的事項1.要正確計算運動副的數(shù)目由m個構件組成的復合鉸鏈，共有(m-1)個轉動副。（1）復合鉸鏈

兩個以上構件同時在一處以轉動副相聯(lián)接就構成了復合鉸鏈。復合鉸鏈數(shù)=構件數(shù)-1123123F＝3n－(2pl＋ph)＝3×5－2×7－0＝1計算平面機構自由度時應注意的事項(2/8)如果兩構件在多處接觸而構成運動副，且符合下列情況者，則為同一運動副，即只能算一個運動副。（2）同一運動副1）移動副，且移動方向彼此平行或重合；2）轉動副，且轉動軸線重合；3）平面高副，且各接觸點處的公法線彼此重合。

計算平面機構自由度時應注意的事項(3/8)是指機構中某些構件所產(chǎn)生的不影響其他構件運動的局部運動的自由度，如果兩構件在多處接觸而構成平面高副，但各接觸點處的公法線方向并不彼此重合，則為復合高副，相當于一個低副（移動副或轉動副）。（3）復合平面高副2.要除去局部自由度局部自由度以F′表示。計算平面機構自由度時應注意的事項(4/8)滾子繞其軸線的轉動為一個局部自由度，在計算機構自由度時，應將F′從計算公式中減去，即例2-8滾子推桿凸輪機構解F＝3n－(2pl＋ph)－F′故凸輪機構的自由度為F＝3×3－(2×3＋1)－1＝13.要除去虛約束

虛約束是指機構中某些運動副帶入的對機構運動起重復約束作用的約束，以p′表示。例2-9平行四邊形四桿機構F＝3n－(2pl＋ph)－F′＝3×3－(2×4＋0)－0＝1計算平面機構自由度時應注意的事項(5/8)當增加一個構件5和兩個轉動副E、F，且BEAF，則∥＝F＝3n－(2pl＋ph)－F′＝3×4－(2×6＋0)－0＝0原因：構件5和兩個轉動副E、F引入的一個約束為虛約束。在計算機構的自由度時，應從機構的約束數(shù)中減去虛約束數(shù)目p′，故F＝3n－(2pl＋ph－p′)－F′如平行四邊形五桿機構的自由度為F＝3×4－(2×6＋0－1)－0＝1計算平面機構自由度時應注意的事項(6/8)（1）軌跡重合的情況在機構中，如果用轉動副連接的是兩個構件上運動軌跡相重合的點，該連接將帶入1個虛約束。例如橢圓儀機構就是這種情況（圖中：∠CAD＝90°，BC＝BD）。顯然，轉動副C所連接的C2、C3兩點的軌跡重合，將帶入一個虛約束。（2）用雙副桿連接兩構件上距離恒定不變的兩點的情況在機構運動過程中，如果兩構件上兩點之間的距離始終保持不變，若用一雙副桿將此兩點相連，也將帶入一個虛約束。計算平面機構自由度時應注意的事項(7/8)4．機構中的虛約束常發(fā)生的幾種情況例如圖示平行四邊形機構就屬于此種情況。顯然，構件5和轉動副E、F所聯(lián)接的兩點間的距離始終保持不變，故帶入一個虛約束。（3）結構重復的情況在機構中，不影響機構運動傳遞的重復部分所帶入的約束為虛約束。例如圖示輪系就屬于這種情況。顯然，從機構運動傳遞來看，僅有一個齒輪就可以了，而其余兩個齒輪并不影響機構的運動傳遞，故帶入了虛約束，且p′＝2。計算平面機構自由度時應注意的事項(8/8)任何機構都可看作是由若干個基本桿組依次連接于原動件和機架而構成的。不能再拆的最簡單的自由度為零的構件組，稱阿蘇爾或基本桿組。§2-8平面機構的組成原理、結構分類及結構分析1.平面機構的組成原理例2-14顎式碎礦機1）基本桿組：2）機構組成原理：例2-15

顎式碎礦機

注意

在桿組并接時，不能將同一桿組的各個外接運動副接于同一構件上，否則將起不到增加桿組的作用。（1）基本桿組的條件3n－2pl－ph＝0式中n、pl及ph分別為基本桿組中的構件數(shù)、低副數(shù)和高副數(shù)。全為低副桿組的條件3n－2pl＝0或n/2＝pl/3（2）桿組的基本類型1）Ⅱ級桿組由2個構件和3個低副構成的桿組。2）Ⅲ級桿組由4個構件和6個低副構成的桿組。平面機構的組成原理、結構分類及結構分析(2/4)機構的級別機構中桿組的最高級別即為機構的級別Ⅱ級機構：全部是Ⅱ級桿組Ⅲ級機構：至少有一個Ⅲ級桿組2.平面機構的結構分類3.平面機構的結構分析（1）分析的目的了解機構的組成，確定機構的級別。（2）分析的方法1）先計算機構的自由度，并確定原動件；2）從遠離原動件的構件先試拆Ⅱ級組，若不成；再拆Ⅲ級組，直至只剩下原動件和機架為止；3）最后確定機構的級別。（3）舉例破碎機機構的結構分析：1）若取機構1為原動件時，

此機構為Ⅱ級機構。平面機構的組成原理、結構分類及結構分析(3/4)2）若取構件5為原動件時，先試拆Ⅱ級桿組，顯然，這種拆法不成。再試拆Ⅲ級組，。故此機構為Ⅲ級機構。平面機構的組成原理、結構分類及結構分析(4/4)本章重點內(nèi)容基本概念：零件、構件、運動副、運動副分類及引入約束數(shù)目；機構具有確定運動條件、機構自由度計算及注意事項；機構運動簡圖繪制；習題1.概念

是制造單元體，

是獨立運動單元體。