第1章 平面机构的结构分析
第1章 平面机构的结构分析,制作人：谢晖,§1-1 研究机构结构的目的,研究机构结构的目的： 了解机构组成原理，探讨机构运动的可能性及其具有确定运动的条件，分类并建立运动分析和动力分析。,§1-2 机构的组成,一、运动副运动副：构件间的可动联接运动副的元素： 自由度：构件含有独立运动的数目 约 束：对独立运动的限制 对于作空间运动的构件，在联接前有六个独立运动（又称六个自由度）。 对于作平面运动的构件，在联接前只有三个独立运动（又称三个自由度）。 低 副：面接触的运动副高 副：点接触或者线接触的运动副,机构的组成要素为构件和运动副。,转动副：两个构件间只能作旋转运动的运动副；移动副：两个构件间只能作移动运动的运动副。,低副：引入2个约束，有1个自由度 。,低副：,齿轮副；凸轮副。,高副：引入1个约束，有2个自由度 。,高副：常见的有,二、运动链、机构,1、运动链：两个以上构件通过运动副联接而成的系统,运动链,平面运动链,空间运动链,开链,闭链,2、机构（从运动链角度） 对一个运动链 选一构件为机架 确定原动件（一个或数个） 原动件运动时，从动件有确定的运动。,§1-3 平面机构运动简图,机构运动简图：用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副的相对位置，并能完全反映机构特征的简图。,1、运动副的符号,、转动副,、移动副,、齿轮副,、凸轮副,2、构件的符号,3、机构运动简图的绘制,分析机构，观察相对运动；找出所有的构件与运动副；选择合理的位置，即能充分反映机构的特性；确定比例尺， ； 用规定的符号和线条绘制成简图（从原动件开始画）。,A,1,2,3,4,B,C,D,【例题1. 1】：绘制图示颚式破碎机的运动简图,§1-4 平面机构的自由度,机构的自由度：机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目。,式中 F 平面机构的自由度； n 机构的活动构件数(不包括机架), ； PL 该机构中的低副（转动副、移动副）数； PH 该机构中的高副数。,一、计算机构自由度,【例题1. 2】：计算机构的自由度,解： 活动构件数n ： 3 低副数PL ： 4 高副数PH ： 0,【例题1. 3】：计算机构的自由度,解： 活动构件数n ： 2 低副数PL ： 2 高副数PH ： 1,二、机构具有确定运动条件,F > 0 ，原动件数=F，机构具有确定运动 原动件数F，机构破坏F = 0，构件间无相对运动，不成为机构，是“刚性桁架”F < 0，构件间无相对运动，且多出约束，“超静定桁架”,运动确定,运动不确定,刚性桁架 超静定桁架,1、 复合铰链,三、计算机构自由度时应注意的问题,两个以上构件同在一处以转动副相联接即构成复合铰链。m个构件以复合铰链联接所构成的转动副数为(m-1)个注意：复合铰链只存在于转动副中。,复合铰链（图）,由于局部自由度不影响机构整体运动，在计算机构自由度时候应略去不计。,局部自由度（图）,2、局部自由度 机构中有些构件所具有的自由度只与该构件自身的局部运动有关，不影响其它构件的运动，即对整个机构的运动输出无关，则称这种自由度为局部自由度。,局部自由度作用：不影响运动时，将高副处的滑动摩擦变成滚动摩擦，减少磨损！,在机构自由度计算时，还需注意，在某些特定的几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束可能与其它运动副引入的约束是重复的，这种不起独立约束作用的重复约束称为虚约束。 在计算机构自由度时，应将虚约束除去不计。,3、虚约束,两构件或多个运动副满足特定几何条件时形成虚约束,两构件组成若干个转动副，但其轴线互相重合；两构件组成移动副，其导路互相平行或重合；,两构件间构成多个同类运动副,常见的虚约束发生在以下场合：,2联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合;,轨迹重合形成虚约束,3在机构整个运动过程中，两构件上某两点之间的距离始终不变。,两构件上某两点距离不变形成虚约束,对运动不起作用的对称部分形成虚约束,4机构中对运动不起作用的对称部分,【例题1.4】 试计算下图所示大筛机构的自由度。,大筛机构,分析：该机构具有7个活动构件，有9个低副，1个高副。于是机构自由度为,§1.5 平面机构组成原理,一、平面机构中的高副低代二、驱动副位于机架的平面机构组成原理三、一般平面机构的组成原理*,高副低代须满足的条件为：（一）代替前后机构的自由度数保持不变 为保证代替前后机构自由度数不变，可用假想的一构件二低副来代替一个高副。（二）代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。,一、平面机构的高副低代 目的：为使平面低副机构的结构分析和运动分析的方法适用于一切平面机构，可以按一定条件将机构中的高副用低副来代替。这种以低副来代替高副的做法称为高副低代。,高副低代,直线轮廓高副低代,尖点轮廓高副低代,二、驱动副位于机架的平面机构组成原理,通常从动件系统是由一个或若干个不可再分解的自由度为零的基本系统组成的，这种基本系统称为基本杆组(或阿苏尔组)，简称杆组。 由此可知，机构是由原动件、机架及若干个基本杆组按一定顺序连接而成的一个系统，此即为平面机构的组成原理。,由杆组定义可知，组成平面机构杆组的条件应为：,上式中杆组只出现低副，若机构中有高副，则应先高副低代后再来分析机构的组成。组成平面低副杆组的条件是：,级基本杆组的组成形式,高级杆组的组成形式,从上述例题可总结出平面机构结构分析步骤为：,（1）去除局部自由度，虚约束，并注意是否有复合铰链，由题 明确机构原动件为哪一构件。（2）机构中若有高副，需高副低代，使机构成为全低副机构。（3）从远离原动件处开始拆杆组，先拆级杆组，当不可能拆 级杆组时，再试拆级或更高级别杆组，且应保证每拆 出一个杆组后，余下部分仍应为一机构，且其自由度，必 须与原机构相同，直至只剩下原动件及机架。（4）确定机构级别，将机构中最高级别的杆组级别，作为该机 构的级别。（5）计算机构自由度，并检验上述杆组分析的正确性。 由以上讨论可知：驱动副位于机架的平面机构可由原动件、 机架、单个或若干个基本杆组用运动副组合而成。【注】计算自由度时，不能先高副低代再进行自由度计算，因为自由度计算只是高副低代的充分条件之一，而不是充要条件。,
