机械原理课件第2章 机构结构分析80页PPT文档

机械原理机构的结构分析ห้องสมุดไป่ตู้PT幻灯片
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非

表达方式：
用简单线条表示构件
规定符号代表运动副
按比例定出运动副的相对位置
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§2 平面机构运动简图的绘制
• 机构各部分的运动，取决于：
原动件的运动规律、各运动副的类型、机构的运动尺 寸(确定各运动副相对位图）
–用简单线条表示构件
–规定符号代表运动副
多一个约束, 超静定桁架
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2.机构(运动链)具有确定相对运动的条件
原动件数=1 F=3n－2PL－PH=3×4－2×5=2
→ F ＞原动件数 →机构运动不确定
欠驱机构
C 3
2 C'
B
1
1
D'
D
4 4
A
5
E
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K=4, n=K－1=3,原动件数=2 ，PL=4
2
→F=3n－2PL－PH=3×3－2×4=1
F =3n－2pl－ph
整理ppt = 3 4－2 5－ 1 = 1
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2.机构(运动链)具有确定相对运动的条件
F=3n-2PL-PH
=32 -2 3 -0
=0(不能动)
F=0，静定结构
三个构件通过三个 转动副相连, 相当 于一个构件。
F=3n-2PL-PH
=33-2 5-0
= -1 (不能动)
F<0，超静定结构
• 运动副特性:运动副一经形成, 组成它的两个构件间的可能的相对 运动就确定。而且这种可能的相对运动, 只与运动副类型有关, 而与运动副的具体结构无关。
• 工程上常用一些规定的符号代表运动副
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§2 平面机构运动简图的绘制

用规定的符号和线条代表构件和运动 副，按比例绘制出机构运动简图。
选择合适的投影面
一般选择机构的多数构件在同一平面 或相互平行的平面内运动的投影面作 为绘制运动简图的投影面。
自由度概念及计算公式
自由度概念
机构具有确定运动的独立参数数目称为机构的自由度。
自由度计算公式
F = 3n - 2PL - PH，其中F为机构自由度，n为活动构件数，PL为 低副数，PH为高副数。
《机械原理》课件第二章平面机构 的结构分析
目 录
• 平面机构基本概念与分类 • 平面机构运动简图及自由度计算 • 平面连杆机构结构分析与设计 • 凸轮机构结构分析与设计 • 齿轮传动系统结构分析与设计 • 其他常见平面机构介绍
01 平面机构基本概念与分类
平面机构定义及特点
定义
平面机构是指所有构件都在相互平行的平面内运动的机构，也称为平面连杆机 构。
采用多个连杆机构和关节组合而成，可实现 复杂的空间运动和操作任务。具有结构紧凑 、灵活性强等特点。
04 凸轮机构结构分析与设计
凸轮机构类型及特点
移动凸轮
凸轮相对机架作直线移动，适用于需要直 线往复运动的场合，如机床的进给机构等。
盘形凸轮
凸轮为绕固定轴线转动且有变化直 径的盘形构件，具有结构简单、紧 凑的特点，广泛应用于各种自动化
尺度和相对位置。具有直观、简便等优点，但精度较低。
02
解析法
通过建立机构的数学模型，利用数学方法求解机构的未知尺度和运动参
数。具有精度高、适用范围广等优点，但计算较复杂。
03
优化设计法
以机构的某项或多项性能指标为优化目标，通过计算机辅助设计软件进
行尺度综合和优化设计。可得到性能更优的机构方案，但需要较高的计

原因：构件5 和两个转动副E、F 引入的一个约束为虚约束。
在计算机构的自由度时，应从机构的约束数中减去虚约束数 目p′，故
F＝3n－(2pl＋ph －p′)－ F′
如平行四边形五杆机构的自由度为 F＝3×4－(2×6＋0－0)－0 ＝1
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计算平面机构自由度时应注意的事项(5/6)
4．机构中的虚约束常发生的几种情况
2）按其接触形式分 高副：点、线接触的运动副 低副：面接触的运动副
3）按其相对运动形式分
转动副（回转副或铰链） 移动副 螺旋副 球面副
运动副还可分为平面运动副与空间运动副两类。
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机构的组成(3/4)
（2）运动副符号
运动副常用规定的简单符号来表达（GB4460－84）。 各种常用运动副模型 常用运动副的符号表
3.运动链
Байду номын сангаас
构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统。
闭式运动链（简称闭链） 开式运动链（简称开链）
2
3
1
4
平面闭式运动链
2 3
1 4
23
1
4
空间闭式运动链 平面开式运动链
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4
3
5
2 1
空间开式运动链
5
机构的组成(4/4)
4.机构 具有固定构件的运动链称为机构。
2 从动件
机 架 ——机构中的固定构件。 一般机架相对地面固定不动， 但当机 构安装在运动的机械上时则是运动的。
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7
用于现有机械或新机械原理方案的设计、分析与讨论
重点在于机构的运动分析 构件的具体结构、组成方式等在方案设计阶段并不影响 机构的运动特性 运动副类型表明了构件之间的联接关系和传动方式 构件的运动尺寸是运动分析的基础 不严格按比例可绘制机构示意图

定义：具有确定运动的运动链称为机构 。
机架－作为参考系的构件，如机床床身、车辆 底盘、飞机机身。
原（主）动件－按给定运动规律运动的构件。 从动件－其余可动构件。
机构的组成：
机构＝机架＋原动件＋从动件
1个
1个或几个
若干
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2021/9/23
§1－2 平面机构运动简图
机构运动简图－用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。
零件(part) －独立的制造单元
套筒
内燃机中的连杆
内燃机 连杆 螺栓
连杆体
垫圈 螺母
轴瓦
作者：潘存云教授
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连杆盖
3
2.运动副 定义：运动副－－两个构件直接接触组成的仍能产 生某些相对运动的联接。
a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动 三个条件，缺一不可
运动副元素－直接接触的部分（点、线、面） 例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
－－对机构的运动实际不起作用的约束。
计算自由度时应去掉虚约束。
∵ FE＝AB ＝CD ，故增加构件4前后E
点的轨迹都是圆弧，。
增加的约束不起作用，应去掉构件4。 35
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⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形
机构的自由度。
B 2E
C
1
作者：潘存云教授
4
3
A
F
D 虚约束
重新计算：n=3, PL=4, PH=0
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§2－5 平面机构自由度的计算
作平面运动的刚体在空间的位
y
置需要三个独立的参数（x，y, θ）才能唯一确定。
单个自由构件的自由度为 3

两个构件直接接触并能产生一定的相对运 动的可动的连接称为运动副。
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第2章 机构的结构分析 §2-2 机构的组成
每个运动副由两个构件组成。 构件上参与接触而构成运动副的表面称为运 动副元素/pairing element 。 两构件在空间可能具有的独立相对运动数目 称为构件自由度。自由构件之间，自由度=6 ，运动副自由度f＜6， 6- f=运动副约束数s， 即f=6-s。f≠0，故s最多为5，最小为1。图示运 动副s=2，f=4。
①两个以上 的构件在同 一处以转动 副相联构成 复合铰链 /Multiple
joints/Compo
und hinges)
，算(m-1)个 转动副！
m个构件 m-1个转动副
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第2章 机构的结构分析 §2-6 机构自由度应注意的事项
例1-5 计算图示圆盘锯机构的自由度。
解：活动构件数n= 7
D5
F
机械原理 MECHANISMS AND MACHINE THEORY
第2章 CHAPTER 2
平面机构的结构分析
Structure Analysis of Planar Mechanisms
1
2-1 机构结构分析的内容及目的 The content and purpose of structural analysis for a mechanisms 2-2 机构的组成 The composition of a mechanism 2-3 机构运动简图 the kinematic diagram of a mechanism 2-4 机构具有确定运动的条件 conditions for a mechanism to have a determined motion 2-5 机构自由度的计算 calculation of a mechanism’s degree of freedom 2-6 计算自由度时的注意事项 points for attention during the calculation of DOF 2-8 平面机构的组成原理、结构分类及结构分析 the composition principle, structural classification and structural

斜盘机构应用
常见于发动机的气门传动机构
曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构简介
由一个摇杆、一个曲柄和一个连 杆组成，常用于产生往复运动或 转动运动
苏格兰摇臂曲柄机构
由一个摇臂和一个曲柄组成，常 用于产生往复直线运动
偏心摇杆机构
由一个摇杆和一个偏心轴组成， 用于产生往复直线运动或转动运 动
各种机构的运动分析
1
工业机械臂
用于完成各种重复性、精确性 和危险性高的工业操作任务
结论和要点
1 机构结构对机械系统
运动有重要影响
选择合适的机构结构可以 实现所需的运动形式
2 各种机构的特点和应
用领域
了解不同机构的特点和应 用可以提供设计方案和解 决问题的思路
3 机构分析和运动分析
的方法
通过分析机构的几何关系 和运动规律来研究机械系 统的运动
机械原理课件第2章机构 结构分析
机构结构是机械系统中相互连接的零件组成的一个整体结构，它对机械系统 的运动有重要影响。本章将介绍机构结构的定义和分类。
机构结构分类
1 平面机构
由于零件的运动轨迹或轴线均在一个平面内
2 空间机构
零件的运动轨迹或轴线存在于三维空间内
3 点机构
只有一个定点的相对运动机构
4 线机构
连杆机构分析
通过连杆的几何关系和运动规律来分析机械系统的运动情况
2
速度分析
计算连杆各点的速度大小和方向
3
加速度分析
计算连杆各点的加速度大小和方向
机构的应用举例
发动机活塞连杆机构
将往复运动转化为旋转运动， 推动发动机的活塞进行往复运 动
汽车悬挂系统
通过各种机构传递力量和减震， 提高汽车驾驶的舒适性和安全 性

第二章 机构得结构分析
机构中得虚约束都就是在一定特定得几何条件 下出现得,如果这些几何条件不满足,则虚约束就会变 成实际有效得约束。
第二章 机构得结构分析
第三节 机构运动简图
第二章 机构得结构分析
在研究机构得运动时,只需按规定符号表示运动副、 常用机构、及一般构件,并按一定得比例尺表示机构得 运动尺寸与运动副得位置,绘制表示机构各构件间相对 运动关系得简化图形,将机构得运动传递情况表示出来, 这种图形被称机构得结构分析
也可以去掉产生虚约束得构件与运动副,再进行自由 度计算:
F 3n 2Pl Ph F 3 3 2 3 2 0 1
第二章 机构得结构分析
5)如果两构件在多处接触而构成平面高副,且在接触点 处得公法线彼此重合,则只能算一个平面高副。
如果两构件在多处相接触所构成得平面高副,在各接触 点处得公法线方向彼此不重合,就构成复合高副,它相当于 一个低副(转动副或移动副)。
机械原理机构的结构分析
第二章 机构得结构分析
教学基本要求:
(1)搞清运动副、运动链、约束与自由度等重 要概念。
(2)掌握平面机构自由度得计算方法及其具有 确定运动得条件。
(3)掌握机构运动简图得概念及其绘制方法。 (4)明确机构组成得概念,了解平面机构得组成 原理。
第二章 机构得结构分析
重点: (1)运动副及其分类。 (2)平面机构得自由度计算及具有确定运动得 条件 (3)掌握机构运动简图得概念及其绘制方法。 难点: 机构运动简图绘制、机构中得虚约束得判定问 题。
球 面 高 副
简图符号
副级 自由度 名 称
圆
柱
I
5套
筒
副
图形
柱 面 高 副

车辆底盘、飞机机身。
原（主）动件━━按给定运动规律运动的构件。 从动件━━其余可动构件。
机构的组成： 机构＝ 机架＋原动件＋从动件
1个
1个或几个
若干
§2－3 机构运动简图
机构运动简图━━用以说明机构中各构件之间的相 对运动关系的简单图形。
作用： 1.表示机构的结构和运动情况。 2.作为运动分析和动力分析的依据。
运动副元素━━直接接触的部分（点、线、面） 典型案例：
点接触
运动副的分类： 1)按引入的约束数分有： I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。
I级副
II级副
III级副
IV级副
V级副
2)按相对运动范围分有： 平面运动副━━平面运动(Plannar kinematic pair) 空间运动副━━空间运动(Spatial kinematic pair ) 例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。
机动示意图━━不按比例绘制的简图 P23表2－2摘录了部分GB4460－84机构示意图。
常用机构运动简图符号
机构名称
3D模型
简图
在机架 上的电 机
外啮合圆柱 齿轮机构
常用机构运动简图符号（续表）
机构名称
3D模型
简图
圆锥齿 轮机构
交错轴斜 齿轮机构
常用机构运动简图符号（续表）
机构名称
3D模型
简图
内啮合 圆柱齿 轮机构
齿轮齿 条机构
常用机构运动简图符号（续表）
机构名称
3D模型
简图
圆柱蜗 杆蜗轮 传动
凸轮机构
常用机构运动简图符号（续表）
机构名称
3D模型
简图
槽轮机构
棘轮机构

斜齿轮机构
两个齿轮的齿廓为斜线，实现直线的 运动传递，同时具有较好的承载能力 和传动平稳性。
02
CHAPTER
机构的运动分析
机构运动简图
总结词
机构运动简图是表示机构运动关系的图形，通过图形化方式展示机构的组成和运 动传递路径。
详细描述
机构运动简图是一种抽象的图形表示，它忽略了机构的实际尺寸和形状，只关注 机构中各构件之间的相对运动关系。通过绘制机构运动简图，可以清晰地了解机 构的组成、运动传递路径以及各构件之间的相对位置和运动方向。
常见的受力分析方法
详细描述：常见的受力分析方法包括解析法、图解法和 有限元法等，每种方法都有其适用范围和优缺点，应根 据具体情况选择合适的方法。
机构的平衡分析
总结词
理解机构平衡的概念是进行平衡 分析的前提。
详细描述
机构平衡是指机构在静止或匀速 运动状态下，各作用力相互抵消 ，机构不会发生运动状态的改变 。
轮系
定轴轮系
各齿轮的转动轴线固定，齿轮的 运动由一个主动轮通过各齿轮的
啮合传递到另一个从动轮。
行星轮系
其中一个齿轮的转动轴线绕着另 一固定轴线转动，行星轮既可绕 自身轴线自转，又可绕固定轴线
公转。
混合轮系
由定轴轮系和行星轮系组合而成， 既有定轴轮系的自转运动，又有
行星轮系的公转和自转运动。
凸轮机构
机构运动分析的方法
总结词
机构运动分析的方法主要包括解析法和图解法两种。
详细描述
解析法是通过建立数学模型，运用数学工具进行求解的方法。这种方法精度高，适用于对机构进行精确的运动学 和动力学分析。图解法是通过作图和测量来分析机构运动的方法，这种方法直观易懂，适用于初步了解机构的运 动关系。