机构的组成和结构分析.ppt

第第2章机构的组成和结构分析章机构的组成和结构分析 主要内容主要内容构件、运动副、运动链、机构的概念；构件、运动副、运动链、机构的概念；机构运动简图；机构运动简图；机机构构自自由由度度的的计计算算及及机机构构具具有有确确定定运运动动的的条条件件，计计算算自自由由度度时时的的几几个个注意事项；注意事项；平面机构的组成原理与结构分析。平面机构的组成原理与结构分析。基本要求基本要求了解机构的组成，搞清运动副、运动链、约束和自由度等基本概念；了解机构的组成，搞清运动副、运动链、约束和自由度等基本概念；能绘制常用机构的机构运动简图；能绘制常用机构的机构运动简图；能计算平面机构的自由度；能计算平面机构的自由度；理解平面机构的组成原理，能对平面机构进行结构分析。理解平面机构的组成原理，能对平面机构进行结构分析。2.1.1 构件构件 机机械械的的独独立立运运动动单单元元，传传递运动和力的载体。递运动和力的载体。实实例例：内内燃燃机机中中的的缸缸体体、活塞、连杆、曲轴等。活塞、连杆、曲轴等。内燃机连杆内燃机连杆2.1 2.1 机构的组成机构的组成 一个构件大多由几个零件刚性连接组成。一个构件大多由几个零件刚性连接组成。实实例例：连连杆杆由由连连杆杆体体、轴轴瓦瓦、连连杆杆盖盖、螺螺栓栓、垫垫圈圈、螺螺母、连杆衬套等相互刚性连接组成。母、连杆衬套等相互刚性连接组成。连杆体连杆体连杆盖连杆盖螺栓螺栓垫圈垫圈螺母螺母连杆衬套连杆衬套轴瓦轴瓦零件是机械的制造单元。零件是机械的制造单元。2.1.2 运动副运动副 两两个个构构件件以以一一定定几几何何形形状状和和尺尺寸寸的的表表面面相相互互接接触触所所形形成成的可动连接。的可动连接。运动副元素运动副元素两个构件上相互接触而构成运动副的表面。两个构件上相互接触而构成运动副的表面。约束约束运动副对构件间的相对运动自由度所施加的限制。运动副对构件间的相对运动自由度所施加的限制。(avi)运动副元素运动副元素机构机构是由运动副逐一连接各个构件组成的。是由运动副逐一连接各个构件组成的。(avi)(avi)特点特点具具有有较较多多的的自自由由度度，易易于于构构件件的的自动调整，保持静定特性。自动调整，保持静定特性。接接触触应应力力大大，易易变变形形、易易磨磨损损、承载能力低。承载能力低。制造比较困难。制造比较困难。适用场合适用场合结结构构简简单单，运运动动精精度度要要求求较较高高，受力较小。受力较小。构件的不同接触形式构件的不同接触形式点接触点接触 点接触，点接触，f 5,s 1线接触，线接触，f 4,s 2线接触线接触 面接触面接触特点特点相当于多点接触，承载能力较高，应用广泛。相当于多点接触，承载能力较高，应用广泛。运运动动副副的的自自由由度度一一般般较较低低，其其接接触触状状况况对对尺尺寸寸、形形状状及及相相对对位位置置误误差差十十分分敏敏感感，实实际际接接触触及及受受力力状状况况难难以以准确确定，需要较高的制造精度。准确确定，需要较高的制造精度。保证运动副可靠工作的措施保证运动副可靠工作的措施 提高表面硬度提高表面硬度 正确选用材料正确选用材料 添加润滑剂添加润滑剂 加入中间体加入中间体,将滑动摩擦改为滚动摩擦将滑动摩擦改为滚动摩擦 运动副的分类运动副的分类运动副的分类运动副的分类 按运动副引入的约束数分类按运动副引入的约束数分类按运动副引入的约束数分类按运动副引入的约束数分类 I I I I级副、级副、级副、级副、IIII级副、级副、级副、级副、IIIIII级副、级副、级副、级副、IVIV级副、级副、级副、级副、V V级副。级副。级副。级副。按运动副的接触形式分类按运动副的接触形式分类按运动副的接触形式分类按运动副的接触形式分类 面与面接触的运动副面与面接触的运动副面与面接触的运动副面与面接触的运动副低副低副低副低副 点、线接触的运动副点、线接触的运动副点、线接触的运动副点、线接触的运动副高副高副高副高副 按两构件相对运动的形式分类按两构件相对运动的形式分类按两构件相对运动的形式分类按两构件相对运动的形式分类 平面运动副平面运动副平面运动副平面运动副 空间运动副空间运动副空间运动副空间运动副 按接触部分的几何形状分类按接触部分的几何形状分类按接触部分的几何形状分类按接触部分的几何形状分类 圆圆圆圆柱柱柱柱副副副副、球球球球面面面面副副副副、螺螺螺螺旋旋旋旋副副副副、球球球球面面面面平平平平面面面面副副副副、平平平平面面面面平平平平面面面面副副副副、球面球面球面球面圆柱副、圆柱圆柱副、圆柱圆柱副、圆柱圆柱副、圆柱平面副等等。平面副等等。平面副等等。平面副等等。柱面高副柱面高副(avi)运动副元素以点或线接触的运动副称为高副。运动副元素以点或线接触的运动副称为高副。球面高副球面高副(avi)移动副移动副(avi)球面低副球面低副(avi)回转副回转副(avi)运动副元素以面接触的运动副称为低副。运动副元素以面接触的运动副称为低副。螺旋副螺旋副 (avi)圆柱套筒副圆柱套筒副(avi)空间运动副空间运动副球销副球销副(avi)平面运动副平面运动副应用最广泛。平面运动副的约束数为应用最广泛。平面运动副的约束数为1 s 2A.低副低副移动副移动副(avi)转动副转动副(avi)齿轮副齿轮副(avi)凸轮副凸轮副(avi)B.高副高副运动副的封闭运动副的封闭运动副的封闭运动副的封闭 保持运动副元素之间的接触称为运动副的封闭。保持运动副元素之间的接触称为运动副的封闭。保持运动副元素之间的接触称为运动副的封闭。保持运动副元素之间的接触称为运动副的封闭。几何封闭几何封闭几何封闭几何封闭 力封闭力封闭力封闭力封闭弹簧力封闭弹簧力封闭重力封闭重力封闭几何封闭几何封闭常用运动副的符号常用运动副的符号运动副符号运动副符号两运动构件构成的运动副两运动构件构成的运动副转转动动副副移移动动副副121212121212212121平平面面运运动动副副两构件之一为固定时的运动副两构件之一为固定时的运动副121222112211222112运动副运动副名称名称平平面面高高副副螺螺旋旋副副21121221211212球球面面副副球球销销副副1212空空间间运运动动副副122112平平面面运运动动副副21 2.1.3 2.1.3 运动链运动链运动链运动链构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统。构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统。构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统。构件通过运动副的连接而构成的相对可动的系统。开式运动链开式运动链(avi)闭式运动链闭式运动链(avi)开开式式运运动动链链广广泛泛应应用用于于机机械械手和机器人中。手和机器人中。2.1.4 2.1.4 机构机构机构机构 运运运运动动动动链链链链中中中中的的的的某某某某一一一一构构构构件件件件加加加加以以以以固固固固定定定定成成成成为为为为机机机机架架架架，称称称称此此此此运运运运动动动动链链链链为为为为机构。机构。机构。机构。其余构件运动其余构件运动是否确定？是否确定？机构机构满足条件满足条件在另一个（或几个）在另一个（或几个）构件上加上已知运动构件上加上已知运动21341432运动链运动链 4132固定一个构件固定一个构件机构机构(avi)曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构转动导杆机构转动导杆机构 运运运运动动动动链链链链的的的的生生生生成成成成是是是是创创创创造造造造、获获获获取取取取新新新新机机机机构构构构的的的的重重重重要要要要手手手手段段段段。运运运运动动动动链链链链的的的的设设设设计计计计只只只只关关关关注注注注构构构构件件件件数数数数和和和和连连连连接接接接这这这这些些些些构构构构件件件件的的的的运运运运动动动动副副副副的的的的数数数数量量量量和和和和类类类类型型型型，所所所所以以以以又又又又称称称称为为为为机机机机构构构构的的的的型型型型数综合数综合数综合数综合。同一运动链可以生成的不同机构同一运动链可以生成的不同机构431CAB21423ABC1432ABCAB1243至少至少1个个1个个 构件的类型构件的类型原原动动件件机机构构中中按按给给定定运运动动规规律律运运动动的的构构件件，也也称称为为输输入构件入构件。从从动动件件其其余余的的可可动动构构件件。具具有有预预期期的的运运动动规规律律、对对外外完成某种工艺动作的从动件也称为完成某种工艺动作的从动件也称为输出构件输出构件或或执行构件执行构件。机架机架固定不动的构件。固定不动的构件。机构机构机架机架 原动件原动件 从动件系统从动件系统 根根根根据据据据机机机机构构构构中中中中各各各各构构构构件件件件的的的的相相相相对对对对运运运运动动动动是是是是否否否否在在在在同同同同一一一一平平平平面面面面或或或或平平平平行平面内，可将机构分为行平面内，可将机构分为行平面内，可将机构分为行平面内，可将机构分为平面机构平面机构平面机构平面机构和和和和空间机构空间机构空间机构空间机构。空间空间RSRC机构机构球面球面4 4R机构机构空间空间RSSP机构机构 平面机构是我们的主要研究对象。平面机构是我们的主要研究对象。2.2.1.2.2.1.机构运动简图的定义机构运动简图的定义机构运动简图的定义机构运动简图的定义机机机机构构构构运运运运动动动动简简简简图图图图是是是是从从从从运运运运动动动动学学学学角角角角度度度度出出出出发发发发，将将将将实实实实际际际际机机机机械械械械中中中中与与与与运运运运动动动动无无无无关关关关的的的的因因因因素素素素加加加加以以以以抽抽抽抽象象象象和和和和简简简简化化化化后后后后，得得得得到到到到的的的的反反反反映映映映实实实实际际际际机机机机械械械械的的的的运运运运动动动动特特特特性和运动传递关系的图形。性和运动传递关系的图形。性和运动传递关系的图形。性和运动传递关系的图形。机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图应满足的条件：应满足的条件：应满足的条件：应满足的条件：构件数目与实际机构相同；构件数目与实际机构相同；构件数目与实际机构相同；构件数目与实际机构相同；运动副的性质、数目与实际机构相符；运动副的性质、数目与实际机构相符；运动副的性质、数目与实际机构相符；运动副的性质、数目与实际机构相符；运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。机机机机构构构构示示示示意意意意图图图图为为为为不不不不严严严严格格格格按按按按比比比比例例例例绘绘绘绘制制制制的的的的简简简简图图图图，用用用用于于于于表表表表达达达达机机机机械械械械的的的的结构特征。结构特征。结构特征。结构特征。2.2机构运动简图机构运动简图构件的表示方法构件的表示方法 杆、轴构件杆、轴构件固定构件固定构件同一构件同一构件三副构件三副构件 两副构件两副构件 构件的表示方法构件的表示方法 画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。常用机构运动简图符号（摘自常用机构运动简图符号（摘自GB/T4460-1984）在在机机架架上上的的电电机机齿齿轮轮齿齿条条传传动动圆圆锥锥齿齿轮轮传传动动带带传传动动链链传传动动圆圆柱柱杆杆蜗蜗轮轮传传动动凸凸轮轮传传动动外啮外啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动常用机构运动简图符号（续）常用机构运动简图符号（续）常用机构运动简图符号（续）常用机构运动简图符号（续）内啮内啮合圆合圆柱齿柱齿轮传轮传动动棘棘轮轮机机构构2.2.2 绘制机构运动简图的步骤绘制机构运动简图的步骤1.分析机构的运动路线分析机构的运动路线 在绘制机构运动简图时，首先确定机构的原动件和执行件，在绘制机构运动简图时，首先确定机构的原动件和执行件，两者之间为传动部份，由此确定出组成机构的所有构件；构件之两者之间为传动部份，由此确定出组成机构的所有构件；构件之间的是连接，即运动副，从而确定构件间运动副的类型。间的是连接，即运动副，从而确定构件间运动副的类型。2.选择合适的投影面选择合适的投影面 一般选择与多数构件的运动平面相平行的面为投影面，必要一般选择与多数构件的运动平面相平行的面为投影面，必要时也可以就机械的不同部分选择两个或两个以上的投影面，然后时也可以就机械的不同部分选择两个或两个以上的投影面，然后展开到同一平面上。展开到同一平面上。3.保证运动副之间的相对位置保证运动副之间的相对位置准确性准确性 选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动副之间选择适当的比例尺，根据机构的运动尺寸定出各运动副之间的相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并将同一构件的相对位置，然后用规定的符号画出各类运动副，并将同一构件上的运动副符号用简单线条连接起来上的运动副符号用简单线条连接起来机构的运动简图。机构的运动简图。绘制破碎机机构的运动简图绘制破碎机机构的运动简图选取比例尺选取比例尺l(avi)试绘制该机构运动简图试绘制该机构运动简图(avi)1.机构的自由度计算机构的自由度计算机机构构的的自自由由度度机机构构具具有有确确定定运运动动时时所所必必须须给给定定的的独独立运动参数（广义坐标）的数目。立运动参数（广义坐标）的数目。2.32.3机构自由度的计算机构自由度的计算空间运动空间运动 平面机构，平面机构，其自由度计算公式为：其自由度计算公式为：空间机构自由度：空间机构自由度：构件构件总自由度总自由度6nI级副级副约束数约束数p1II级副级副约束数约束数2p2III级副级副约束数约束数3p3IV级副级副约束数约束数4p4V级副级副约束数约束数5p5考察由考察由N个构件组成的机构，活动构件数个构件组成的机构，活动构件数 n=N-1。机构自由度计算举例机构自由度计算举例机构自由度计算举例机构自由度计算举例例例1 缝纫机脚踏板机构自由度计算缝纫机脚踏板机构自由度计算例例2 曲柄滑块机构自由度计算曲柄滑块机构自由度计算分析分析：n 3，p5 2，p4 1，p3 1计计算算：F 6 3(3 1 4 1 5 2)1只只要要给给定定1个个独独立立位位置置参参数数，各各构构件件间的相对位置关系就确定了。间的相对位置关系就确定了。分析分析：n 3，pL 4，pH 0计算：计算：F 3n 2pL pH 3 3 2 4 1只只要要给给定定1个个独独立立位位置置参参数数，各各构构件件间的相对位置关系就确定了。间的相对位置关系就确定了。曲柄滑块机构曲柄滑块机构1432ABC124C3ADB缝纫机脚踏板机构缝纫机脚踏板机构2.2.机构具有确定运动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机构具有确定运动的条件 机机机机构构构构能能能能否否否否具具具具有有有有确确确确定定定定的的的的运运运运动动动动，是是是是提提提提出出出出新新新新的的的的设设设设计计计计方方方方案案案案时时时时，自自自自行评价方案可行性的关键步骤。行评价方案可行性的关键步骤。行评价方案可行性的关键步骤。行评价方案可行性的关键步骤。F 3n 2pL pH 3 3 2 5 1 约约束束过过多多，成成为为超超静静定定桁桁架架，不能运动。不能运动。F 3n 2pL pH 3 2 2 3 0 为一刚性桁架，不能运动。为一刚性桁架，不能运动。机构具有确定运动的首要条件机构具有确定运动的首要条件：机构自由度必须大于零。机构自由度必须大于零。AB12C3平面三构件机构平面三构件机构1243ADBCE平面四构件机构平面四构件机构 在在在在F F 0 0的的的的条条条条件件件件下下下下，进进进进一一一一步步步步判判判判断断断断机机机机构构构构是是是是否否否否具具具具有有有有确确确确定定定定的的的的运动。运动。运动。运动。平面五杆机构平面五杆机构平面五杆机构平面五杆机构 F 3n 2pL pH 3 4 2 5 2 原原动动件件数数 F,机机构构内内部部的的运动关系不确定。运动关系不确定。机构没有确定运动。机构没有确定运动。原原动动件件数数 F,机机构构内内部部各各构件运动关系确定。构件运动关系确定。机构有确定运动。机构有确定运动。平面四杆机构平面四杆机构平面四杆机构平面四杆机构 F 3n 2pL pH 3 3 2 4 1原原动动件件数数 F，机机构构内内部部的的运运动动关关系系将将发发生生矛矛盾盾，其其中最薄弱的构件将会损坏。中最薄弱的构件将会损坏。机构没有确定运动。机构没有确定运动。原原动动件件数数 F，机机构构内内部部各构件运动关系确定。各构件运动关系确定。机构有确定运动机构有确定运动。机机构构具具有有确确定定运运动动的的条条件件是是：机机构构的的原原动动件件的的数数目目等等于于机构的自由度的数目机构的自由度的数目。当机构不满足这个条件时：当机构不满足这个条件时：（1）如如果果机机构构的的原原动动件件数数小小于于机机构构的的自自由由度度数数，机机构构的的运运动动不确定；不确定；（2）如如果果原原动动件件数数大大于于机机构构的的自自由由度度数数，将将导导致致机机构构最最薄薄弱弱环节损坏。环节损坏。结结 论论3.计算机构自由度时应注意的问题计算机构自由度时应注意的问题举例举例直线机构自由度计算直线机构自由度计算 解解 n 7，pL 6，pH 0 F 3n 2pL pH 3 7 2 6 9错误的结果！错误的结果！12345678ABCDEF(avi)计算错误的原因：计算错误的原因：12345678ABCDEF两个转动副两个转动副(avi)(avi)复合铰链复合铰链复合铰链复合铰链 定定定定义义义义：两两两两个个个个以以以以上上上上的的的的构构构构件件件件在在在在同同同同一一一一处处处处以以以以转转转转动动动动副副副副连连连连接接接接所所所所构构构构成成成成的的的的运运运运动副。动副。动副。动副。k k个构件组成的复合铰链，有个构件组成的复合铰链，有个构件组成的复合铰链，有个构件组成的复合铰链，有(k k-1)-1)-1)-1)个个个个转动副转动副转动副转动副。12345678ABCDEF 正确计算正确计算 B、C、D、E处处为为复复合合铰铰链链，转转动动副数均为副数均为2。n 7，pL 10，pH 0 F 3n 2pL pH 3 7 2 10 1 准确识别复合铰链举例准确识别复合铰链举例准确识别复合铰链举例准确识别复合铰链举例关键：关键：关键：关键：分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副分辨清楚哪几个构件在同一处形成了转动副 1231342123441321432312两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副两个转动副 未未考考虑虑局局部部自自由由度度时时的的机机构自由度计算。构自由度计算。F 3n 2pL pH 3 3 2 3 1 2 局部自由度局部自由度 定定义义：机机构构中中某某些些构构件件所所具具有有的的仅仅与与其其自自身身的的局局部部运运动动有有关关、并不影响其他构件运动的自由度。并不影响其他构件运动的自由度。考考虑虑局局部部自自由由度度时时的的机机构构自自由由度计算。度计算。设想将滚子与从动件焊成一体设想将滚子与从动件焊成一体F 3 2 2 2 1 1计算时减去局部自由度计算时减去局部自由度FPF 3 3 2 3 1 1(局局 部部 自自由度由度)1(avi)虚约束虚约束虚约束虚约束 定定定定义义义义：机机机机构构构构中中中中不不不不起起起起独独独独立限制作用的重复约束。立限制作用的重复约束。立限制作用的重复约束。立限制作用的重复约束。(avi)(avi)F=3n-2pL=3x4-2x6=0?CB311DMN245AF=3n-2pL=3x3-2x4=131DC24BA(avi)(avi)计算具有虚约束的机构的自由度时，应先将机构中引入计算具有虚约束的机构的自由度时，应先将机构中引入计算具有虚约束的机构的自由度时，应先将机构中引入计算具有虚约束的机构的自由度时，应先将机构中引入虚约束的运动副或运动链部分除去。虚约束的运动副或运动链部分除去。虚约束的运动副或运动链部分除去。虚约束的运动副或运动链部分除去。常见的虚约束有以下几种情况常见的虚约束有以下几种情况:1)当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或当两构件组成多个移动副，且其导路互相平行或重合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。重合时，则只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。带虚约束的凸轮机构带虚约束的凸轮机构EE(avi)带虚约束的曲轴带虚约束的曲轴 2)当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则当两构件构成多个转动副，且轴线互相重合时，则只有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。只有一个转动副起作用，其余转动副都是虚约束。(avi)3)如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不如果机构中两活动构件上某两点的距离始终保持不变，此时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，变，此时若用具有两个转动副的附加构件来连接这两个点，则将会引入一个虚约束。则将会引入一个虚约束。F=3n-2p-p=3*4-2*6=0?带虚约束的杆机构带虚约束的杆机构(avi)4)机构中对运动起重复限制作用的对称部分也往往会机构中对运动起重复限制作用的对称部分也往往会引入虚约束。引入虚约束。带虚约束的行星轮系带虚约束的行星轮系22231(avi)虚约束的作用虚约束的作用 改改善善构构件件的的受受力力情情况况，分分担担载载荷荷或或平平衡衡惯惯性性力力，如如多多个个行星轮行星轮。增加增加结构刚度结构刚度，如，如曲轴曲轴与轴承、与轴承、机床导轨机床导轨。提提高高运运动动可可靠靠性性和和工工作作的的稳稳定定性性，如如机机车车车车轮轮联联动动机机构构。注注意意：机机构构中中的的虚虚约约束束都都是是在在一一定定的的几几何何条条件件下下出出现现的的，如如果果这这些些几几何何条条件件不不满满足足，则则虚虚约约束束将将变变成成实实际际有有效效的的约约束束，从而使机构不能运动。从而使机构不能运动。B2I9C 3A1J6H87DE4FG5例例3 计算包装机送纸机构的自由度计算包装机送纸机构的自由度 分析分析活动构件数活动构件数A1B2C 3J6G5H89IFn 9复合铰链复合铰链虚约束虚约束运动副运动副D1处处去掉局部自由度和虚约束去掉局部自由度和虚约束局部自由度局部自由度n 6，pL 7，pH 3滚子滚子3、8绕绕自身轴线的自身轴线的转动转动7ED42个转动副个转动副杆杆9和运动副和运动副F、I引入一引入一个虚约束个虚约束F 3n 2pL pH 3 6 2 7 1 3 12.4 2.4 平面机构的组成原理与结构分析平面机构的组成原理与结构分析 2.4.1.平面机构的组成原理平面机构的组成原理基本杆组法基本杆组法 基本思路基本思路 驱动杆组驱动杆组基本杆组基本杆组 机构机构由原动件和机架由原动件和机架组成，自由度等组成，自由度等于机构自由度于机构自由度不可再分的自不可再分的自由度为零的构由度为零的构件组合件组合 核心问题：核心问题：如何获得各种如何获得各种F 0的基本杆组？的基本杆组？机构都是由机架、原动件和从动件组构成的。机构都是由机架、原动件和从动件组构成的。机架机架原动件原动件从动件组从动件组从动件组从动件组 当把该机构的机架和原动件拆去后，则余下的从动件组为：当把该机构的机架和原动件拆去后，则余下的从动件组为：这个从动件组的自由度为零，即：这个从动件组的自由度为零，即：n=4,Pl=6 F=3n2Pl=3*4-2*6=0 这个从动件组还可以分解成若干个更简单的、自由度等这个从动件组还可以分解成若干个更简单的、自由度等于零的从动件组。于零的从动件组。分分解解？还能进一步分解吗？还能进一步分解吗？还能进一步分解吗？还能进一步分解吗？n=2,Pl=3 F=3n2Pl=3*2-2*3=0n=2,Pl=3 F=3n2Pl=3*2-2*3=0n=4,Pl=6 F=3n2Pl=3*4-2*6=0 这样的从动件组已经不能进一步分解成更简单、自由这样的从动件组已经不能进一步分解成更简单、自由度为零的从动件组。度为零的从动件组。通常把这样的从动件组称为：通常把这样的从动件组称为：基本杆组基本杆组 基本杆组基本杆组的概念非常重要，它是机构分析的重要的理的概念非常重要，它是机构分析的重要的理论基础。论基础。机构的组成原理：机构的组成原理：任何机构都可以看作是由若干个基任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次连接于原动件和机架上所组成的。本杆组依次连接于原动件和机架上所组成的。如果基本杆组的运动副全为低副，则基本杆组自由度如果基本杆组的运动副全为低副，则基本杆组自由度的计算公式为：的计算公式为：由于活动构件数由于活动构件数n和低副数和低副数Pl都必须是整数，所以都必须是整数，所以 n应是应是 2的倍数，的倍数，Pl应应是是 3的倍数。的倍数。也就是说，在一个基本杆组中，其构件数和低副数有以也就是说，在一个基本杆组中，其构件数和低副数有以下关系：下关系：n=2,Pl=3 n=4,Pl=6 n=6,Pl=9F=3n-2Pl=0n=2Pl/3 2.4.2 平面机构的结构分类平面机构的结构分类 n 2，pL 3的双杆组的双杆组(II级组级组)内接运动副内接运动副外接运动副外接运动副R-R-R组组R-R-P组组R-P-R组组P-R-P组组R-P-P组组 n n 4 4，p pL L 6 6的多杆组的多杆组的多杆组的多杆组 III III级组级组级组级组 结结构构特特点点 有有一一个个三三副副构构件件，而而每每个个内内副副所所连连接接的的分分支支构件是两副构件。构件是两副构件。IV IV级组级组级组级组 不不同同级级别别的的杆杆组组，其其构构形形的的难难度度和和位位置置解解的的数数量量都都很很不不相相同同，从从而而决决定定了了由由它它们们所所构构成成的的机机构构可可能能实实现现的的运运动动规规律律，以及它们的运动与受力分析的难易程度都不相同。以及它们的运动与受力分析的难易程度都不相同。常用常用IIII级组和级组和IIIIII级组级组 结结构构特特点点 具具有有两两个个三三副副构构件件，杆杆组组的的四四个个内内副副形形成成四四边边形。形。例：牛头刨床主机构的组成原理例：牛头刨床主机构的组成原理牛头刨床主机构牛头刨床主机构3C245BADE163C245BADE16a)3C2BA1645DEb)(avi)2.4.3 2.4.3 平面机构的结构分析平面机构的结构分析平面机构的结构分析平面机构的结构分析在在在在对对对对已已已已有有有有的的的的机机机机构构构构或或或或已已已已设设设设计计计计完完完完毕毕毕毕的的的的机机机机构构构构进进进进行行行行运运运运动动动动分分分分析析析析和和和和力力力力分析时，通常需要对机构进行结构分析。分析时，通常需要对机构进行结构分析。分析时，通常需要对机构进行结构分析。分析时，通常需要对机构进行结构分析。问题核心问题核心问题核心问题核心正确划分出机构组成的基本杆组正确划分出机构组成的基本杆组正确划分出机构组成的基本杆组正确划分出机构组成的基本杆组步骤步骤步骤步骤 计算机构的自由度，确定原动件。计算机构的自由度，确定原动件。计算机构的自由度，确定原动件。计算机构的自由度，确定原动件。从从从从传传传传动动动动关关关关系系系系上上上上离离离离原原原原动动动动件件件件最最最最远远远远的的的的输输输输出出出出构构构构件件件件开开开开始始始始，依依依依次次次次进进进进行行行行试试试试拆拆拆拆。试试试试拆拆拆拆时时时时，先先先先按按按按IIII级级级级组组组组试试试试拆拆拆拆，若若若若无无无无法法法法拆拆拆拆除除除除，再再再再试试试试拆拆拆拆高高高高一级别的杆组。一级别的杆组。一级别的杆组。一级别的杆组。按按按按所所所所有有有有基基基基本本本本杆杆杆杆组组组组中中中中的的的的最最最最高高高高级级级级别别别别杆杆杆杆组组组组确确确确定定定定该该该该机机机机构构构构的的的的类类类类别别别别，作作作作为为为为对对对对机机机机构构构构进进进进行行行行运运运运动动动动分分分分析析析析和和和和受受受受力力力力分分分分析析析析时时时时，选选选选择择择择相相相相应应应应方方方方法法法法的的的的依依依依据。据。据。据。机构结构分析举例机构结构分析举例机构结构分析举例机构结构分析举例EF45GIH67J BC2D3A1871245683GEFJIHABCD机构级别机构级别III级机构级机构III级组级组II级组级组5IH7G BC2A1 机构级别机构级别II级机构级机构注意注意机构的级别与原动件的选择有关。机构的级别与原动件的选择有关。71245683GEFJIHABCDD3EF468J II级组级组II级组级组II级组级组机构自由度计算与分析举例机构自由度计算与分析举例例例 1 图示牛头刨床设计方图示牛头刨床设计方案草图。设计思路为：动案草图。设计思路为：动力由曲柄力由曲柄1输入，通过滑块输入，通过滑块2使摆动导杆使摆动导杆 3 作往复摆动，作往复摆动，并带动滑枕并带动滑枕4作往复移动作往复移动，以达到刨削加工目的。以达到刨削加工目的。试试问图示的构件组合是否能问图示的构件组合是否能达到此目的？达到此目的？如果不能，如果不能，该如何修改？该如何修改？1 12 23 34解：首先计算设计方案草图的自由度解：首先计算设计方案草图的自由度 F=3n-2Pl-Ph=34-26=0改进措施：改进措施：1.增加一个低副和一个活动构件；增加一个低副和一个活动构件；2.用一个高副代替低副。用一个高副代替低副。即表示如果按此方案设计机构，机构是不能运动的。必须即表示如果按此方案设计机构，机构是不能运动的。必须修改，以达到设计目的。修改，以达到设计目的。1 12 23 34改进方案改进方案(2)(1)改进方案改进方案(3)(4)改进方案改进方案(5)(6)改进方案改进方案(7)例例 2 计算图所示机构的自由度计算图所示机构的自由度(若存在局部自由度、复合若存在局部自由度、复合铰链、虚约束请标出）。铰链、虚约束请标出）。7 7A AC C1 12B B3 3D DE EF FG GH HI I4 45 56 6局部自由度局部自由度虚约束虚约束7 7A AC C1 12B B3 3D DE EF FG GH HI I4 45 56 6n=6；Pl=8；Ph=1F=3n-2Pl-Ph=36-2 8-1=1 机机机机构构构构运运运运动动动动简简简简图图图图掌掌掌掌握握握握机机机机构构构构运运运运动动动动简简简简图图图图的的的的绘绘绘绘制制制制方方方方法法法法。能能能能够够够够将将将将实实实实际际际际机机机机构构构构绘绘绘绘制制制制成成成成机机机机构构构构运运运运动动动动简简简简图图图图；能能能能看看看看懂懂懂懂各各各各种种种种复复复复杂杂杂杂机机机机构构构构的的的的运动简图；能用机构运动简图表达自己的设计构思。运动简图；能用机构运动简图表达自己的设计构思。运动简图；能用机构运动简图表达自己的设计构思。运动简图；能用机构运动简图表达自己的设计构思。机机机机构构构构自自自自由由由由度度度度掌掌掌掌握握握握机机机机构构构构自自自自由由由由度度度度的的的的计计计计算算算算方方方方法法法法，从从从从结结结结构构构构和和和和功功功功能能能能设设设设计计计计的的的的角角角角度度度度了了了了解解解解局局局局部部部部自自自自由由由由度度度度及及及及虚虚虚虚约约约约束束束束，能能能能准准准准确确确确识识识识别别别别出出出出机机机机构构构构中中中中存存存存在在在在的的的的复复复复合合合合铰铰铰铰链链链链、局局局局部部部部自自自自由由由由度度度度和和和和虚虚虚虚约约约约束束束束，并并并并作作作作出出出出正正正正确确确确处理。处理。处理。处理。机机机机构构构构组组组组成成成成原原原原理理理理掌掌掌掌握握握握机机机机构构构构的的的的组组组组成成成成原原原原理理理理和和和和结结结结构构构构分分分分析析析析方方方方法法法法。会会会会判判判判断断断断杆杆杆杆组组组组、杆杆杆杆组组组组的的的的级级级级别别别别和和和和机机机机构构构构的的的的级级级级别别别别；学学学学会会会会将将将将IIII级级级级、IIIIII级机构分解为机架、原动件和若干基本杆组的方法。级机构分解为机架、原动件和若干基本杆组的方法。级机构分解为机架、原动件和若干基本杆组的方法。级机构分解为机架、原动件和若干基本杆组的方法。本章小结本章小结作业作业1.2.3.（3）（）（5）4.（1）