第二章机构的组成原理和机构类型综合2011

第2章机构的结构分析研究内容：1. 机构组成及其简图表达2. 机构的运动确定性及其自由度计算3. 机构的组成原理及结构分析与设计第1讲机构的组成及分类2.1.1 机构组成要素2.1.2 机构组成结构2.1.3 机构的分类——构件、运动副——运动链与机构1．构件零件 构件 观点：任何机器都是由许多零件组合而成螺钉垫圈连杆头连杆体 连 杆 机器运动观点：任何机器都是由若干个构件组合而成的机器构造 —— 独立运动单元体—— 独立制造单元体2．运动副运动副——两构件的可动连接运动副元素——两构件参与接触的表面实例轴与轴承滑块与导轨两轮齿啮合运动副自由度f 和约束度s 的关系：f = 6 –s运动副的分类1) 按引入的约束数目分：Ⅰ级副、Ⅱ级副、……、Ⅴ级副2) 按接触形式分：高副：点、线接触的运动副低副：面接触的运动副3) 按保持接触的形式分：4）按相对运动形式分：转动副（回转副或铰链）移动副力封闭运动副（重力、弹簧力）几何封闭或形封闭运动副螺旋副球面副5）基本运动副与复合运动副3．运动链运动链——构件通过运动副构成的相对可动的系统闭式运动链（闭链）与开式运动链（开链）平面运动链与空间运动链4．机构机构——具有固定构件的运动链机架——相对固定的构件原动件——已知独立运动的构件（用转向箭头表示）从动件——其余从动运动的构件运动观点：机构是由机架，原动件和从动件组成的；同一运动链当取不同构件为机架时可以获得不同的机构的类型。

：刚性机构、柔性机构、挠性传动机构、气动机构、液压机构以及其他广义机构 ：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、棘轮机构、槽轮机构、螺纹机构、摩擦传动机构2.1.3 机构的分类4) 根据组成机构的构件性质 机构的分类1) 根据运动副的组成情况 2) 根据机构的运动情况 3) 根据机构的构件的情况和机构的工作原理 ：低副机构、高副机构：平面机构、空间机构。

机构的结构分析和综合第二章机构的结构分析和综合§2-1 平面运动及其分类一.平面运动副：1.概念：在同一平面中两构件直接接触而构成的可动联接。

2.分类(按所占空间位置)：运动副??=??=空间运动副凸轮副齿轮副点、线高副移动副回转副）周转副（铰链转动副低副（面）平面运动副2::)(1://:F F F —Freedom 二.自由度：（重点、难点）1.构件的自由度：构件具有的独立运动的数目。

2.平面中一个构件的自由度：平面中一个点有2个自由度。

F=2 空间中一个点有3个自由度。

F=3 平面中一个构件有3个自由度。

F=3 空间中一个构件有6个自由度。

F=6平面中，要确定任意瞬时该构件的位置，要给定三个独立的运动参数。

X A Y A α当A 点固定（限制）后：如图C 与X 轴焊死，AC 与AB 绕A 点能转动—转动副 A 点X A ,Y A 均为常数，α即可描述。

F=1。

加一个约束，失去一个自由度，约束数等于自由度减少数。

A 点：两约束 F=3-2=1。

3.说明：平面运动副至少有一个自由度（即一个相对运动）所以，任何平面运动副最多只能引入两个约束。

一个构件的自由度 F=3-约束数。

一个低副引入两个约束，一个高副引入一个约束。

（P 8表2-1）按运动副所引入的约束数分：Ⅰ级副：引入1个约束的运动副Ⅱ级副：引入2个约束的运动副运动副… …5个约束的运动副电脑动画§2-2 平面机构运动简图 P 9三一. 引入的目的：如内燃机、外形复杂，但其运动和外形无关，只与运动副及其相对位置有关。

所以，用简单线条绘制出其主要特征，为研究提供方便。

机构运动简图与原机构具有完全相同的运动特征，可以根据运动简图进行分析。

正确、简单、清晰为原则。

照相、美术绘制的机构运动简图机构示意图：不按比例形称为机构运动简图相对运动关系的简单图比例表示机构各构件间的线条和符号按一定的机构运动简图：用简单如：二.㈠机构1.在支架上的电机机构：2.带传动机构：3.链传动机构：4.外啮合齿轮机构（P121表5-1）:5.内啮合齿轮机构：（图4-2）6.齿轮齿条传动机构：（图4-3）7.圆锥齿轮传动机构：（图4-5）8.圆柱蜗杆传动机构：（图4-89.凸轮传动机构：（p43图3-3）10.棘轮机构：㈡构件表示：1.杆、轴类构件：2.固定构件（机架）：⑵⑵3.同一构件:⑶4.⑷5.三副构件：三. 机构运动简图的绘制：1.绘制步骤：分析、选择、画运动副、连结、标注。

第二章 机构的组成原理和机构类型综合（3学时）一、教学目的和教学要求1、目的：使学生了解机构的组成以及机构具有确定运动条件，了解能表征机构运动情况的简单图形（即机构运动简图的画法），为对已有机构进行分析或创造新的机构提供条件。

本课程的研究对象主要是各种机构，为了对机构进行研究，显然首先需要知道机构是如何构成的？在什么条件下机构具有确定的运动？以及在设计新机构时或对已有的机构进行分析时如何把研究的机构用简单的图形表示出来？ 2、教学要求1) 了解机构的组成、搞清楚运动副、运动链、约束和自由度等基本概念。

2) 能绘制常用机构的机构运动简图。

3) 能计算平面机构的自由度。

4) 对高副低代和平面机构的组成原理有所了解。

二、本章重点教学内容及教学难点1、重点：运动副、运动链等的概念，机构运动简图的绘制，机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算。

2、难点：机构自由度的计算中有关虚约束的识别和处理问题（但不是教学重点），要求对虚约束有一个明确的概念，并对机构中存在虚约束的一些比较常见的情况有所了解；平面机构的组成原理、结构分类，以及高副低代。

§2-1 机构的组成及运动简图一、构件与运动副1．名词解释：构件： 组成机构的每一个独立运动单元体。

运动副：两构件直接接触而又能产生一定形式的相对运动的连接。

运动副元素：参与接触而构成运动副的点、线、面。

运动副分类：按组成运动副的两构件间的相对运动是平面运动还是空间运动，分为平面运动副和空间运动副两类。

自由度：构件所具有的独立运动的数目（或确定构件位置的独立参变量的数目）。

作平面运动的自由构件具有三个自由度。

约束：对独立运动所加的限制。

两构件间约束的多少和约束的特点完全取决于运动副的形式。

2．各种平面运动副的约束特点：1）图2-1a 所示运动副，构件2沿x 轴和y 轴的两个相对移动受到约束，构件2只能绕垂直于xoy 平面的轴相对转动。

这种具有一个独立相对转动的运动副称为转动副。

机构的组成原理（上海⼯程技术⼤学陆宁⽼师课件）1.3.22-6机构的组成原理、结构分类及结构分析⼀、机构的组成原理1）基本机构由⼀个原动件和⼀个机架组成的双杆机构。

a)原动件作移动(如油缸、⽓缸、直线电机等)b)原动件作转动(如电动机)2121构件+ 运动副?运动链?机构1.3 .2 机构的组成原理和结构分析机架原动件从动件组合F= 0基本杆组：最简单的不可再拆的⾃由度为零的构件组，简称为杆组。

2）基本杆组基本杆组━━最简单的F ＝0的构件组。

机构具有确定运动的条件是:F=1F=0设想：将机构中原动件和机架断开，则原动件与机架构成基本机构，其F ＝1。

剩下的构件组必有F ＝0将构件组继续拆分成更简单F ＝0的构件组，直到不能再拆为⽌。

原动件数＝⾃由度1. 杆组（基本杆组、基本组、Assur 组）●定义：F=0不可再分的构件组。

●结构公式：F=3n －2P L－P H = 3n －2P L = 0P L＝3n/2⼆、机构的结构分析∵P L 为整数，∴n 只能取偶数。

n ＝24n>4已⽆实例了!P L ＝36n=2的杆组称为Ⅱ级组━━应⽤最⼴⽽⼜最简单的基本杆组。

共有5种类型设基本杆组中有n 个构件，则由条件F ＝0有：F ＝3n －2P L －P h ＝0P L ＝3n/2(低副机构中P h ＝0)●分类(1)Ⅱ级组(n=2，P L =3)P L ＝3n/2(a)(b)(c)(d)(e)外接副内接副Ⅱ级组的结构特征：两个含有外接副的构件直接⽤运动副联接。

=6)（2）Ⅲ级组(n=4，PL中⼼构件Ⅲ级组基本型Ⅲ级组其它型举例Ⅲ级组的结构特征：三个含有外接副的构件与同⼀构件（⽤运动副）联接。

Ⅲ级组基本型Ⅲ级组其它型举例第四种形式称为IV级组。

结构特点：有两个三副杆，且4个构件构成四边形结构内端副━━杆组内部相联。

外端副━━与组外构件相联。

机构按所含最⾼杆组级别命名，如Ⅱ级机构，Ⅲ级机构等。

杆组：⾃由度为零的不可再分的运动链。