机械原理课件--第一章-平面机构结构分析--东南大学-第七版.ppt

第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析王学军第第1 1章章 平面机构的结构分析平面机构的结构分析机构的组成机构的组成平面机构的运动简图平面机构的运动简图平面机构自由度平面机构自由度平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析引言引言引言引言§§1-1 1-1 机构的组成机构的组成构件构件运动副运动副运动链运动链机构机构构件构件运动副运动副运动链运动链机构机构确定相对运动并确定相对运动并传递运动和力传递运动和力 用线条和简单图形代表构件，用规定符号（用线条和简单图形代表构件，用规定符号（GB4460-84））代表运动副，按比例作出的图形代表运动副，按比例作出的图形绘图步骤：绘图步骤：了解机构组成：固定、活动构件，运动流向了解机构组成：固定、活动构件，运动流向分析构件间相对运动：运动副类型、数目分析构件间相对运动：运动副类型、数目确定与运动有关的尺寸：回转中心、导路中心位置，高确定与运动有关的尺寸：回转中心、导路中心位置，高副接触点位置副接触点位置选择适当视图：全面反映机构运动关系选择适当视图：全面反映机构运动关系定长度比例定长度比例μμl l= =实际尺寸实际尺寸/ /图形尺寸图形尺寸内燃机内燃机压力机§§1-2 1-2 平面机构的运动简图平面机构的运动简图§§1-3 1-3 平面机构自由度平面机构自由度平面运动链的自由度计算运动链成为机构的条件计算机构自由度时应注意的问题复合铰链复合铰链虚约束虚约束局部自由度局部自由度综合练习综合练习平面机构中的高副低代平面机构中的高副低代平面机构的组成原理平面机构的组成原理平面机构中的结构分析平面机构中的结构分析§§1-4 1-4 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析谢谢！复杂的机构怎样分析？复杂的机构怎样分析？复杂的机构怎样分析？复杂的机构怎样分析？复杂复杂复杂复杂简单简单简单简单复杂复杂复杂复杂简化简化创新创新机构能否运动？什么条件下才能具有确定的相对运动？机构能否运动？什么条件下才能具有确定的相对运动？机构能否运动？什么条件下才能具有确定的相对运动？机构能否运动？什么条件下才能具有确定的相对运动？平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析分类分类分析分析————机构的组成机构的组成机构的组成机构的组成————运动简图运动简图运动简图运动简图引言引言分析思路：分析思路：分析思路：分析思路：————平面机构自由度的分析平面机构自由度的分析平面机构自由度的分析平面机构自由度的分析构件是由一个或若干个零件组成构件是由一个或若干个零件组成刚性系统刚性系统。

零件零件——制造单元体制造单元体齿轮齿轮轴轴键键构件构件固定构件固定构件——机架机架活动构件活动构件主动件主动件从动件从动件主动件（主动件（或或原动件 作用有驱动力（矩）的活动构件称为作用有驱动力（矩）的活动构件称为输入运动或动力的主动件称为输入运动或动力的主动件称为输入件输入件构件构件——运动单元体运动单元体内燃机一、构件一、构件输出运动或动力的从动件称为输出运动或动力的从动件称为输出件输出件用运动副联结后，彼此的相对运动受到某些约束用运动副联结后，彼此的相对运动受到某些约束 两个构件在用运动副联结前有六个独立的相对运动两个构件在用运动副联结前有六个独立的相对运动构件构件2xzy构件构件1O转动副运动副运动副：：两构件直接接触而又能可动联接两构件直接接触而又能可动联接构件构件2二、运动副二、运动副——定义定义21球销副转动副根据运动副对被联结的两个构件相对运动约束数的根据运动副对被联结的两个构件相对运动约束数的不同，可将运动副分为不同，可将运动副分为II至至V级副球面副球面副—— 级副级副III球销副球销副—— 级副级副IV转动副转动副—— 级副级副V二、运动副二、运动副——级别级别（（1）根据运动副中构件间的接触形式分：）根据运动副中构件间的接触形式分：低副低副：面接触的运动副。

面接触的运动副高副高副 ：：点、线接触的运动副点、线接触的运动副2）根据构件间的相对运动分：）根据构件间的相对运动分：平面平面运动副运动副空间空间运动副运动副运动副元素运动副元素：两构件直接接触而构成运动副的部分约束两个自由度 移动副、转动副 约束一个自由度 二、运动副二、运动副——种类（平面运动副）种类（平面运动副）212121移动副移动副转动副转动副121212二、运动副二、运动副——低副低副二、运动副二、运动副——高副高副运动链：运动链：两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统开式运动链开式运动链：：运动链的各构件未未构成首末封闭的系统 闭式运动链闭式运动链：运动链的各构件构成首末封闭的系统：运动链的各构件构成首末封闭的系统三、运动链三、运动链1234ABCD机构：机构：具有确定相对运动并传递运动和力的运动链具有确定相对运动并传递运动和力的运动链在运动链中，如果将某一个构件加以固定；在运动链中，如果将某一个构件加以固定；如果运动链中其余各构件都有确定的相对运动，如果运动链中其余各构件都有确定的相对运动，而让另一个或几个构件按给定运动规律相固定构件运动时而让另一个或几个构件按给定运动规律相固定构件运动时则此运动链成为机构。

则此运动链成为机构四、机构四、机构C CAB12344'D55'6一、内燃机ECAB1DFG2345678HI二、压力机能动吗？能动吗？机构自由度：机构自由度：机构中各活动构件相对于机架的可能独立运动机构中各活动构件相对于机架的可能独立运动的数目两构件以运动副相联后自由度：两构件以运动副相联后自由度：213ACB4D单个平面单个平面活动构件活动构件的自由度：的自由度：F=3F=3低副（以转动副为例）低副（以转动副为例）联接前：联接前：F=3F=3××2=62=6联接后：联接后：F=3F=3××2 2－－2 2××1=41=4高副（以凸轮副为例）高副（以凸轮副为例）联接前：联接前：F=3F=3××2=62=6联接后：联接后：F=3F=3××2 2－－1 1××1=51=5讨论：讨论：一、平面运动链的自由度计算一、平面运动链的自由度计算n n——活动活动构件数构件数P Pl l——低副数低副数P Ph h——高副数高副数分析：分析：两杆（如门、风扇）两杆（如门、风扇）F F＝＝3 3××1 1－－2 2××1 1＝＝1 1F=F=原动件数，原动件数，∴∴运动确定运动确定一、平面运动链的自由度计算公式一、平面运动链的自由度计算公式四杆四杆五杆五杆三杆三杆分析：分析：123ACB4DPl=4, Ph=1, F=0n=3,n=2,Pl=3, F=0231n=3,Pl=4,F=1j j14123ABCDj j1j j4C2B54ADE13n=4, Pl=5, F=2C'二、运动链成为机构的条件——机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件结论：结论：1.1.机构可能运动的条件是：机构可能运动的条件是：2.2.机构具有确定运动的条件是：机构具有确定运动的条件是： 即主动件数等于机构自由度数即主动件数等于机构自由度数F F 。

输入的独立运动数目等于机构自由度数输入的独立运动数目等于机构自由度数F F 机构自由度数机构自由度数F F³ ³1 1二、运动链成为机构的条件？？A2CB134DE56324复合铰链复合铰链——由个由个m m构件在一处构件在一处 组成组成轴线重合轴线重合的转动副的转动副实际有实际有(m-1)(m-1)个转动副个转动副如图所示如图所示F F、、B B、、D D、、C C处是复合铰链处是复合铰链二维直线运动机构一、复合铰链一、复合铰链ABCDEFF=3×5-2×6=3F=3×5-2×7=1F=3×7-2×10=1虚约束虚约束——机构中那些对构件间的相对运动不起独立限制机构中那些对构件间的相对运动不起独立限制 作用的重复约束或称消极约束作用的重复约束或称消极约束ABCDEF53CBE12AD4F机构的虚约束机构的虚约束2二、虚约束二、虚约束二、虚约束二、虚约束F=3×4-2×6=0？？F=3×3-2×4=11.1.机构中联结构件与被联结构件的轨迹重合机构中联结构件与被联结构件的轨迹重合2.2.两构件组成若干个导路中心线互相平行或重叠的移动副两构件组成若干个导路中心线互相平行或重叠的移动副2CAB1343CAD=BD=DC2AB14D二、虚约束二、虚约束二、虚约束二、虚约束————种类种类种类种类F=3×4-2×6=0？？F=3×3-2×4=1F=3×3-2×5=-1？？F=3×3-2×4=14.4.在机构整个运动过程中，其中某两构件上两点之间的距离在机构整个运动过程中，其中某两构件上两点之间的距离始终不变。

始终不变ACBD1232'3.3.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副两构件组成若干个轴线互相重合的转动副CAB1325DBC=EF，，AB=CD，，BE=CF，，AE=DFE4F二、虚约束二、虚约束——种类种类F=3×3-2×4=1F=3×3-2×4-2=-1？？F=3×3-2×3-2=1F=3×4-2×6=0？？5.5.机构中，不影响运动的对称部分机构中，不影响运动的对称部分2'2"213O二、虚约束二、虚约束——种类种类F=3×3-2×3-2=1F=3×5-2×5-6=-1？？局部自由度局部自由度——机构中个别构件所具有的不影响机构中个别构件所具有的不影响 其它构件运动，即与整个机构运动无关的自由度其它构件运动，即与整个机构运动无关的自由度21ACB4321ACB3三、局部自由度三、局部自由度F=3×3-2×3-1=2？？F=2×3-2×2-1=1A2CB13DE5647局部自由度局部自由度虚约束虚约束机构具有确定运动机构具有确定运动, ,因为主动件数等于机构自由度数因为主动件数等于机构自由度数F F EABCDO FGHF=3×7-2×10=1F=3×6-2×8-1=1综合练习1 .1 .高副低代高副低代——把机构中的高副根据一定的条件用虚拟的低副来等效地代替把机构中的高副根据一定的条件用虚拟的低副来等效地代替。

2 2 . .高副低代的条件高副低代的条件——（（1 1）代替前后机构的自由度数不变）代替前后机构的自由度数不变；；（（2 2）代替前后机构的）代替前后机构的瞬时瞬时速度和速度和瞬时瞬时加速度不变加速度不变213一一. .平面机构中的高副低代平面机构中的高副低代1A2BC3一一. .平面机构中的高副低代平面机构中的高副低代2O1C3B21A 用两端各装有一个转动副的构件取代高副，其转动副用两端各装有一个转动副的构件取代高副，其转动副的中心位于高副元素的曲率中心处的中心位于高副元素的曲率中心处3 3 . .高副低代的方法高副低代的方法—— 平面机构具有确定运动的条件是平面机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目等于机构机构的原动件数目等于机构的自由度数的自由度数，故平面机构的从动系统的自由度数应为零故平面机构的从动系统的自由度数应为零杆组杆组:不可再分解的自由度为零的运动链被称为基本杆组不可再分解的自由度为零的运动链被称为基本杆组二、平面机构的组成原理二、平面机构的组成原理二、平面机构的组成原理二、平面机构的组成原理基本杆组的类型（按杆组中包含封闭形分类）基本杆组的类型（按杆组中包含封闭形分类）组成平面低副机构杆组的条件：组成平面低副机构杆组的条件：杆组中具有1个五边形杆组中具有1个四边形至少一构件具3个低副每构件含2个低副决定级别的封闭多边形ⅤⅣⅢⅡ杆组类别机构的级别是由杆组的最高级别决定的。

机构的级别是由杆组的最高级别决定的2DC1BDC21DCBDCB 级组级组21BCD34124 级组级组——包含有三个内副元素包含有三个内副元素 的刚性构件的杆组的刚性构件的杆组2132134 级组级组——包含四个构件包含四个构件组成封闭四边形的杆组组成封闭四边形的杆组DC213BE4F56AF=1F=1F=0F=04F5DC213BEF=0F=0机构的组成原理：机构的组成原理： 任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次联结到任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次联结到原动件和机架上去的方法来组成原动件和机架上去的方法来组成机构的组成原理：机构的组成原理： 任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次联结到任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次联结到原动件和机架上去的方法来组成原动件和机架上去的方法来组成E4F523BCD61A1A623BCDE4F51 .1 .机构的结构分析机构的结构分析——是将已知机构分解为若干杆组，并确定杆组的级别和类型是将已知机构分解为若干杆组，并确定杆组的级别和类型。

2 .2 .机构结构分析的过程机构结构分析的过程——（（1 1）计算机构的自由度，去除虚约束、局部自由度，并高副低代，）计算机构的自由度，去除虚约束、局部自由度，并高副低代，ABCDO EFGHABCDEFGO H三三. .平面机构中的结构分析平面机构中的结构分析（（2 2）先试拆）先试拆 级组，若拆不出级组，若拆不出 级组，再试拆级组，再试拆 级组3 3）确定机构的级别，以机构杆组的最高级别命名机）确定机构的级别，以机构杆组的最高级别命名机 构的级别构的级别FABCDEGO HFGO ABCDHE注意：对远离主动件的含外副杆组先拆起注意：对远离主动件的含外副杆组先拆起38 以上有不当之处，请大家给与批评指正，以上有不当之处，请大家给与批评指正，谢谢大家！谢谢大家！。