第1章机构的结构分析.ppt

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1、机械原理机电工程学院机械设计研究室Theory of Machines and Mechanisms12/21/2022121机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的22机构的组成机构的组成23机构运动简图机构运动简图24平面机构自由度平面机构自由度25平面机构组成原理、结构分类及结构分析平面机构组成原理、结构分类及结构分析第第2章章 机构的结构分析机构的结构分析（Structural Analysis of Planar Mechanisms)12/21/20222 2 21 1 机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的u 研究机构的组成及机构运动简图的画法研究机构的组成及机

2、构运动简图的画法u 了解机构具有确定运动的条件了解机构具有确定运动的条件u 研究机构组成原理及结构分类研究机构组成原理及结构分类12/21/20223 2 22 2 机构的组成机构的组成机构组成的要素机构组成的要素:一.一.构件构件二.二.运动副运动副仍以内燃机为例分析仍以内燃机为例分析:12/21/20224二.运动副运动副（kinematic pair)a)两个构件、两个构件、b)直接接触、直接接触、c)有相对运动有相对运动运动副元素直接接触的部分（点、线、面）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。例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。定义：定义：运动副两

3、个构件直接接触并能产生一定运动副两个构件直接接触并能产生一定相对运动的联接。相对运动的联接。三个条件三个条件,缺一不可缺一不可12/21/202251 1、构件的自由度构件的自由度自由度相对于参考系相对于参考系构件所具独立运动的构件所具独立运动的个数（或确定构件位置所需独立坐标数）。个数（或确定构件位置所需独立坐标数）。运动副的分类运动副的分类Oxzysxszsy y x z空间运动刚体的自由度空间运动刚体的自由度y x z O 一一个个完完全全独独立立的的刚刚体体在在空空间间直直角角坐坐标标系系下下的的自自由由度度(Degree of freedom,Mobility)为为sx，sy，sz，

4、x，y，z，即即自自由由度度数数 f 6。12/21/202262 2、约束约束(constraint)运动副的形成引入了约束，使构件失去运动运动副的形成引入了约束，使构件失去运动自由度。自由度。约束约束:运动副对构件的独立运动所加的限制运动副对构件的独立运动所加的限制观观察察图图示示两两构构件件组组成成的的圆圆柱副柱副(Cylindric pair)两构件保留的相对运动两构件保留的相对运动sz和和 z，即，即自由度数自由度数 f 2。两构件之间受限制的相对运动两构件之间受限制的相对运动sx，sy，x和和 y，即约束数即约束数 s 4。zxyO zsz12/21/20227 运动副的分类运动副

5、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 I级级副副(Class I kinematic pair)、II级级副副、III级级副副、IV级级副副、V级副。级副。按运动副的按运动副的接触形式接触形式分类分类 面与面接触的运动副面与面接触的运动副低副低副(Lower pair)点、线接触的运动副点、线接触的运动副高副高副(Higher pair)按两构件按两构件相对运动的范围相对运动的范围分类分类 平面运动副平面运动副(Planar kinematic pair)空间运动副空间运动副(Spatial kinematic pair)按按相对运动的形式相对运动的形式分类分类 转动副、移

6、动副、球面副、螺旋副等等。转动副、移动副、球面副、螺旋副等等。按保持接触的方式分类按保持接触的方式分类 几何封闭、力封闭。几何封闭、力封闭。12/21/20228 按接触特征分有：按接触特征分有：高副高副(high pair)点、线接触，应力高。点、线接触，应力高。低副低副(lower pair)面接触，应力低。面接触，应力低。例如：例如：滚动副滚动副、凸轮副凸轮副、齿轮副等。、齿轮副等。12/21/20229 按相对运动范围分有：按相对运动范围分有：平面运动副平面运动副平面运动平面运动(Plannar kinematic pair)例如：球铰链、螺旋副、生物关节。例如：球铰链、螺旋副、生物关

7、节。空间运动副空间运动副空间运动空间运动(Spatial kinematic pair)运动副的分类：运动副的分类：12/21/202210 平面低副按运动形式分有：平面低副按运动形式分有：运动副的分类：运动副的分类：平平面面低低副副转动副转动副revolute pair移动副移动副Sliding pair12/21/202211运动副举例运动副举例球面球面平面副平面副Sphere-plane pair空间空间I 级高副级高副圆柱圆柱平面副平面副Cylinder-plane pair空间空间II 级高副级高副12/21/202212球面副球面副Spherical pair空间空间III 级低副

8、级低副球销副球销副Sphere-pin pair空间空间IV 级低副级低副12/21/202213圆柱副圆柱副Cylindric pair空间空间IV 级低副级低副螺旋副螺旋副Helical pair空间空间V 级低副级低副12/21/202214转动副转动副Revolute pair平面平面V 级低副级低副轴承轴承Bearing铰链铰链Hinged joint12/21/202215移动副移动副Prismatic pair,Sliding pair平面平面V 级低副级低副12/21/202216若干构件通过运动副联接而成的可动系统称运动链若干构件通过运动副联接而成的可动系统称运动链三三.运动

9、链（运动链（kinematic chain)开式链开式链闭式链闭式链12/21/202217若若将将运运动动链链中中的的一一个个构构件件相相对对固固定定，运运动动链链则则成为机构。成为机构。四四.机构机构(mechanism)机构中构件的分类：机构中构件的分类：1 1、机架、机架 frame（描述运动的参考系）（描述运动的参考系）2 2、原动件、原动件 driving link（运动规律已知的构件）（运动规律已知的构件）3 3、从动件、从动件 driven link12/21/2022182-3 2-3 机构运动简图机构运动简图(kinematic diagram)机构运动简图机构运动简图 表

10、示机构表示机构运动特征运动特征的一种工程用图的一种工程用图表达方式：表达方式：用简单线条表示构件用简单线条表示构件 规定符号代表运动副规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置按比例定出运动副的相对位置与运动有关的因素：与运动有关的因素：构件数目构件数目 运动副数目及类型运动副数目及类型 运动副之间的相对位置运动副之间的相对位置作用：作用：表示机构的结构和运动情况。表示机构的结构和运动情况。作为运动分析和动力分析的依据。作为运动分析和动力分析的依据。12/21/202219 转动副转动副一、运动副符号一、运动副符号 移动副移动副两构件之一为机架两构件之一为机架两构件之一为机架两构件之一为机

11、架12/21/202220齿轮副凸轮副凸轮副12212212/21/202221 二、构件二、构件不管构件形状如何，简单线条表示，带不管构件形状如何，简单线条表示，带短剖面线短剖面线表示表示机架。机架。12/21/202222三三.参与构成运动副的构件参与构成运动副的构件12/21/202223四四.绘制机构运动简图绘制机构运动简图顺口溜：先两头，后中间，顺口溜：先两头，后中间，从头至尾走一遍，从头至尾走一遍，数数构件是多少，数数构件是多少，再看它们怎相联。再看它们怎相联。步骤：步骤：1.1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；2.2.测

12、量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），绘制示意图。绘制示意图。3.3.按比例绘制运动简图。按比例绘制运动简图。简图比例尺：简图比例尺：l l=实际尺寸实际尺寸 m/m/图上长度图上长度mmmm思路：思路：先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。的类型，并用符号表示出来。12/21/202224A1234BCD例例1 1 颚式破碎机颚式破碎机12/21/202225颚式破碎机颚式破碎机12

13、/21/202226例例2 2 活塞泵活塞泵运动副？运动副？12/21/202227一一、构件的自由度构件的自由度自由度相对于参考系相对于参考系构件所具独立运动的构件所具独立运动的个数（或确定构件位置所需独立坐标数）。个数（或确定构件位置所需独立坐标数）。一个完全自由的平面运动构件具有三个具有三个自由度。xy21xyyx2-42-4 平面机构的自由度平面机构的自由度(Degree of Freedom)12/21/202228F=6F=3 不论形成运动副的两个构件是否其中有一个相对固定，运动副引入的约束数S均相同。二二、平面运动副对构件的约束平面运动副对构件的约束(constraint)运动副

14、的形成引入了约束，使构件失去运动运动副的形成引入了约束，使构件失去运动自由度。自由度。1.转动副x0y0 xy约束数约束数 S=2F=1F=4约束约束:运动副对构件的独立运动所加的限制运动副对构件的独立运动所加的限制12/21/2022292.移动副约束数约束数 S=23.齿轮副4.凸轮副nn约束数约束数 S=1nn 平面低副约束数平面低副约束数 S=2 平面高副约束数平面高副约束数 S=112/21/202230三三.平面机构自由度计算公式平面机构自由度计算公式如果如果：活动构件数：活动构件数：n n 低副数：低副数：p pl l 高副数：高副数：p ph hxy21未连接前总自由度：未连接

15、前总自由度：3n连接后引入的总约束数：连接后引入的总约束数：2pl+phF=3n-(2pl+ph)机构自由度机构自由度F F：F=3n-2pl-ph12/21/202231机构自由度举例：机构自由度举例：1234F=3n2plph =3 2 340=112345F=3n2plph =3 2 450=2F=3n2plph =3 2 221=1BCAF=3n2plph =3 2 340=1F=3n2plph =3 2 451=112/21/202232定定义义：机机构构相相对对于于机机架架所所具具有有的的独独立立运运动动的的数数目目(或或为为使使机机构构的的位位置置得得以以确确定定,必必须须给给定

16、定的的独独立参变量的个数立参变量的个数)原动件能独立运动的构件。原动件能独立运动的构件。一个原动件只能提供一个独立参数一个原动件只能提供一个独立参数机构具有确定运动的条件为：机构具有确定运动的条件为：自由度原动件数自由度原动件数平面机构自由度的概念平面机构自由度的概念:四四.机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件12/21/202233讨论讨论n=2,Pn=2,PL L=3,=3,P PH H=0=0 F=3nF=3n2P2PL LP PH H=3*2-2*3=0=3*2-2*3=0n=3,Pn=3,PL L=5,=5,P PH H=0=0 F=3nF=3n2P2PL LP PH

17、 H=3*3-2*5=-1=3*3-2*5=-11)1)若机构自由度若机构自由度，则机构不能动，则机构不能动12/21/202234铰链五杆机构：铰链五杆机构：2)2)原动件数原动件数 ，而原动，而原动件数件数 F F，则构件间不则构件间不能运动或产生破坏。能运动或产生破坏。结论：结论：机构具有确定运动的条件：机构具有确定运动的条件：1 1 机构自由度机构自由度 0 0 2 2 原动件数原动件数 机构自由度数机构自由度数12/21/202236五、计算平面机构自由度时应注意的问题五、计算平面机构自由度时应注意的问题复合铰链复合铰链Compound hinge m m个构件个构件(m(m 3)3

18、)在同一处构成在同一处构成共轴线的转动副共轴线的转动副412356F F 3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 560 3 3F F 3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 570 1 1m-1m-1个低副个低副复复 计算在内计算在内5231）要正确计算运动副数目要正确计算运动副数目12/21/202237F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 760 9F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 7100 1?复复复复复复复复例例 圆盘锯机构圆盘锯机构12/21/202238F3n2plph 3 2 33 1 2F3n 2plph 3

19、 2 221 1错错对对排除排除2)2)局部自由度局部自由度 Passive DOF定义：定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动机构中某些构件所具有的独立的局部运动,不不影响机构输出运动的自由度影响机构输出运动的自由度局部自由度经常发生的场合：局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的滚子、轴承中的滚珠时添加的滚子、轴承中的滚珠解决的方法：解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构件固结在一起，视作一个构件滚子的构件固结在一起，视作一个构件12/21/202239u不影响机构运动传递的不影响机构运动传递的重复约束

20、重复约束u在特定几何条件或结构条件下，某些运动副所引入的约束在特定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所起的限制作用一致，这种不起独立限可能与其它运动副所起的限制作用一致，这种不起独立限制作用的运动副叫制作用的运动副叫虚约束虚约束u虚约束虚约束经常发生的场合经常发生的场合u虚约束的本质虚约束的本质u处理方法：处理方法：计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其计算自由度时，将虚约束（或虚约束构件及其所带入的运动副）去掉所带入的运动副）去掉u结论结论F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 23

21、 1-1错错22 11对对排除排除之一之一为虚为虚约束约束3)3)虚约束虚约束Redundant Constraints12/21/202240虚约束经常发生的场合虚约束经常发生的场合A 两构件之间构成多个运动副时两构件之间构成多个运动副时B B 两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时持不变时C C 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时D D 机构中对运动不起作用的对称部分机构中对运动不起作用的对称部分12/21/202241A A 两构件之间构成多个运动副时两构件之间构成多个运动副时u两构件组合成多

22、个转动副，且其轴线重合两构件组合成多个转动副，且其轴线重合u两构件组合成多个移动副，其导路平行或重合两构件组合成多个移动副，其导路平行或重合u两构件组合成若干个高副，但接触点处的公法线彼两构件组合成若干个高副，但接触点处的公法线彼此重合此重合1 12 23 31 12 23 3u目的：目的：为了改善构件的受力情况为了改善构件的受力情况F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 2 22 2 1 11 1补充补充12/21/202242如果两构件在多处相接触而构成平面高副，但各接触点处如果两构件在多处相接触而构成平面高副，但各接触点处如果两构件在多处相接触而构成平面高副，但各接触点

23、处如果两构件在多处相接触而构成平面高副，但各接触点处的公法线方向并不彼此重合，则相当于一个低副的公法线方向并不彼此重合，则相当于一个低副的公法线方向并不彼此重合，则相当于一个低副的公法线方向并不彼此重合，则相当于一个低副（图（图（图（图a a相当于一个转动副，相当于一个转动副，相当于一个转动副，相当于一个转动副，图图图图b b相当于一个移动副）。相当于一个移动副）。相当于一个移动副）。相当于一个移动副）。a)b)12/21/202243B B 两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时u在这两个例子中，加与不加红色构件在这两个例子中，加与不加红色构件ABA

24、B效果完全效果完全一样，为虚约束一样，为虚约束u计算时应将构件计算时应将构件ABAB及其引入的约束去掉来计算及其引入的约束去掉来计算412351234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 0F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 46 0 0BA错错对对 1F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 0112/21/202244C C 两构件上联接点的轨迹重合两构件上联接点的轨迹重合u在该机构中，构件在该机构中，构件2 2上的上的C C点点C C2 2与构件与构件3 3上的上的C C点点C C3 3轨迹重合，轨迹重合，为虚约束为虚

25、约束u计算时应将构件计算时应将构件3 3及其引入的及其引入的约束去掉来计算约束去掉来计算u同理，也可将构件同理，也可将构件4 4当作虚约当作虚约束，将构件束，将构件4 4及其引入的约束及其引入的约束去掉来计算，效果完全一样去掉来计算，效果完全一样BAC(C2,C3)D1234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 0112/21/202245D D 机构中对运动不起作用的对称部分机构中对运动不起作用的对称部分u在该机构中，齿轮在该机构中，齿轮3 3是齿轮是齿轮2 2的对称部分，为虚约束的对称部分，为虚约束u计算时应将齿轮计算时应将齿轮3 3及其引入的约束去掉来计算及其引

26、入的约束去掉来计算u同理，将齿轮同理，将齿轮2 2当作虚约束去掉，完全一样当作虚约束去掉，完全一样u目的：目的：为了改善构件的受力情况为了改善构件的受力情况F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 33 21123412/21/202246虚约束虚约束结论结论u机构中的虚约束都是在一定的几何条机构中的虚约束都是在一定的几何条件下出现的，如果这些几何条件不满件下出现的，如果这些几何条件不满足，则虚约束将变成有效约束，而使足，则虚约束将变成有效约束，而使机构不能运动机构不能运动u采用虚约束是为了采用虚约束是为了:改善构件的受力情况；传递较改善构件的受力情况；传递较大功率；或满足某种

27、特殊需要大功率；或满足某种特殊需要u在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束在设计机械时，若为了某种需要而必须使用虚约束时，则必须严格保证设计、加工、装配的精度，时，则必须严格保证设计、加工、装配的精度，以满足虚约束所需要的几何条件以满足虚约束所需要的几何条件12312/21/202247虚约束的本质是什么虚约束的本质是什么?从运动的角度看从运动的角度看,虚约束就是虚约束就是“重复的约束重复的约束”或者是或者是“多余的约束多余的约束”。12/21/202248六六.自由度计算小结自由度计算小结uu自由度计算公式自由度计算公式自由度计算公式自由度计算公式:lF3n2plphl机构自由度机构自

28、由度3 3活动构件数活动构件数(2(2低副数低副数+1+1高副数高副数)uu计算步骤计算步骤计算步骤计算步骤:l l确定活动构件数目确定活动构件数目确定活动构件数目确定活动构件数目l l确定运动副种类和数目确定运动副种类和数目确定运动副种类和数目确定运动副种类和数目l l确定特殊结构确定特殊结构确定特殊结构确定特殊结构:局部自由度、虚约束、复合铰链局部自由度、虚约束、复合铰链局部自由度、虚约束、复合铰链局部自由度、虚约束、复合铰链l l计算、验证自由度计算、验证自由度计算、验证自由度计算、验证自由度uu几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理几种特殊结构的处理:l1 1、复合铰链

29、、复合铰链计算在内计算在内l2 2、局部自由度、局部自由度排除排除l3 3、虚约束、虚约束-重复约束重复约束排除排除12/21/202249F F3n3n2P2PL LP PH H3 3 2 2 681 1虚复局F F3n3n2P2PL LP PH H3 3 2 2 791 2例例1 1例例2 241235678123456798局虚(）(）12/21/202250计算图示机构的自由度，并在图上指出其中计算图示机构的自由度，并在图上指出其中的复合铰链、局部自由度和虚约束。的复合铰链、局部自由度和虚约束。12/21/202251 25平面机构的组成原理和结构分析 The Composition

30、Principle and Structural Analysis 平面机构中高副低代的目的平面机构中高副低代的目的平面机构中高副低代的目的平面机构中高副低代的目的 为了使平面低副机构结构分析和运动分析的方为了使平面低副机构结构分析和运动分析的方法适用于所有平面机构，需要进行平面机构的高副法适用于所有平面机构，需要进行平面机构的高副低代。低代。高副低代的含义高副低代的含义 根据一定条件对平面高副机构的中高副虚拟地根据一定条件对平面高副机构的中高副虚拟地用低副来代替的方法。用低副来代替的方法。高副低代的条件：高副低代的条件：代替前后机构的自由度不变；代替前后机构的自由度不变；代替前后机构的瞬时速

31、度和瞬时加速度不变。代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。一一.平面机构的低副代替高副法平面机构的低副代替高副法12/21/202252高副低代方法高副低代方法 结论结论：用一个含有两个转动副的虚拟构件来代替用一个含有两个转动副的虚拟构件来代替高副，且两转动副位置分别在两高副两元素接触高副，且两转动副位置分别在两高副两元素接触点处的曲率中心。点处的曲率中心。分析：分析：高副：提供高副：提供1个约束个约束低副：提供低副：提供2个约束个约束不能直接用低副来代替，不能直接用低副来代替，如何进行高副低代？如何进行高副低代？高副两元素均为圆弧高副两元素均为圆弧高副元素为非圆曲线高副元素为非圆曲线12/

32、21/202253高副两元素之一为直线高副两元素之一为直线高副两元素之一为一点高副两元素之一为一点因其曲率半径为零，其中一因其曲率半径为零，其中一个转动副就在该点处。个转动副就在该点处。因其曲率中心在无穷远处，则其因其曲率中心在无穷远处，则其中的一个转动副变为移动副；中的一个转动副变为移动副；高副低代方法高副低代方法 12/21/20225412/21/202255 a)原原动动件件作作移移动动(如如直直线线电电机机、流体压力作动筒流体压力作动筒)。21 b)原动件作转动原动件作转动(如电动机如电动机)。211.1.基本机构基本机构 由一个原动件和一个机架组成的双杆机构。由一个原动件和一个机架

33、组成的双杆机构。二二.平面机构的组成原理平面机构的组成原理12/21/202256(1)机架机架,原动件及连接机架与原动件的运动副原动件及连接机架与原动件的运动副(2)所有其它的构件及运动副所有其它的构件及运动副 将机构划分为两个大的组成部分：将机构划分为两个大的组成部分：2.2.基本杆组基本杆组12/21/202257第一部分就是第一部分就是基本机构基本机构the basic mechanism 第二部分称为第二部分称为从动件系统从动件系统the system of driven links。12/21/202258 将机构作如此的划分将机构作如此的划分,不能改变构件的不能改变构件的数目、运

34、动副的数目及类型。数目、运动副的数目及类型。两部分自由度的总和等于两部分自由度的总和等于原机构原机构的自由度的自由度12/21/202259每个原动件每个原动件 (及相应的低副及相应的低副)有一个自由度，因此有一个自由度，因此(1)(1)基基本机构的自由度本机构的自由度等于原机构的自由度等于原机构的自由度(2)从动件系统的自从动件系统的自由度必然为零。由度必然为零。机构具有确定运动的条件是机构具有确定运动的条件是原动件数自由度原动件数自由度。12/21/202260 在有些情况下在有些情况下,从动件系统可以再拆成更简单的自由度从动件系统可以再拆成更简单的自由度为零的构件组为零的构件组.直到不能

35、再拆为止。则这样的构件组称为直到不能再拆为止。则这样的构件组称为基本杆组基本杆组 Assur groups。基本杆组：从动件系统中最后不能再拆的自由度为零基本杆组：从动件系统中最后不能再拆的自由度为零的运动链称为基本杆组或称杆组。的运动链称为基本杆组或称杆组。12/21/202261内接副内接副inner pair杆组中的构件相互联接的运动副。杆组中的构件相互联接的运动副。外接副外接副outer pairs与与组外构件相联的运动副。组外构件相联的运动副。12/21/2022623.机构的组机构的组成原理成原理12/21/2022633.机构的组成原理机构的组成原理任何机构都可看作是若干个基本杆

36、组依次联接于任何机构都可看作是若干个基本杆组依次联接于原动件和机架上（基本机构）而构成的。这就是机构原动件和机架上（基本机构）而构成的。这就是机构的组成原理。的组成原理。即：即：机构基本机构基本杆组机构基本机构基本杆组12/21/202264对于全低副的杆组：对于全低副的杆组：n个个构件、构件、pl个低副个低副4.机构的结构分类机构的结构分类 根据根据n的取值基本杆组分为以下几种情况：的取值基本杆组分为以下几种情况：（a）n=2,pl=3的双杆组：又叫的双杆组：又叫级杆组级杆组 常见常见级杆组的形式为级杆组的形式为n和和pl为整数为整数n=2,4,6根据机构中基本杆组的不同组成形态进行分类根据

37、机构中基本杆组的不同组成形态进行分类（1）杆组及其分类）杆组及其分类12/21/202265（b）n=4,pl=6的多杆组，有两类结构：的多杆组，有两类结构：内接副杆组中的构件相互联接的运动副。内接副杆组中的构件相互联接的运动副。外接副与组外构件相联的运动副。外接副与组外构件相联的运动副。常以内接副所形成封闭多边形的边数来分类：常以内接副所形成封闭多边形的边数来分类：12/21/202266u级组：三个内副形成一三角形。另外还有三级组：三个内副形成一三角形。另外还有三个外接副，个外接副，特征为杆组中具有一个三副构件。特征为杆组中具有一个三副构件。常见的三种形式为：常见的三种形式为：12/21/

38、202267uIVIV级组：级组：虽虽然然也也是是n=4n=4、pl=6,=6,但但有有四四个个内内接接副副形形成成四四边边形形，故称为故称为IV级组。有四个内副，其余两个为外接副级组。有四个内副，其余两个为外接副结构特点：结构特点：有两个三副杆。有两个三副杆。注意：级组或级组或IV级组，构件数级组，构件数n=4、pl=6，刚好，刚好是是级组的两倍，但它们决不是由两个级组的两倍，但它们决不是由两个级组组成级组组成的，因此不可能拆分成两个完整的的，因此不可能拆分成两个完整的级组。级组。（c）n6n6的的杆组结构类型很多，在实际机构中应用杆组结构类型很多，在实际机构中应用较少。较少。12/21/2

39、02268（2）机构的结构分类：）机构的结构分类：机构命名方式：机构命名方式：按所含最高杆组级别命名，如按所含最高杆组级别命名，如级机构，级机构，级机构等。级机构等。同一机构中可以包含不同的杆组。机构的级别同一机构中可以包含不同的杆组。机构的级别由杆组的最高级决定。由杆组的最高级决定。级机构：只由机架和原动件组成的机构称为级机构：只由机架和原动件组成的机构称为级的级的机构。即：基本机构机构。即：基本机构12/21/202269必须强调指出：必须强调指出：1.杆杆组组的的各各个个外外端端副副不不可可以以同同时时加加在在同同一一个个构构件件上上，否则将成为刚体。如：否则将成为刚体。如：2.机构的级

40、别与原动件的选择有关。机构的级别与原动件的选择有关。12/21/202270 结构分析目的结构分析目的:三、平面机构的结构分析三、平面机构的结构分析 了解机构的组成，确定机构的级别。了解机构的组成，确定机构的级别。把机构分解为基本杆组和基本机构。把机构分解为基本杆组和基本机构。结构分析的过程结构分析的过程:拆杆组拆杆组 从离原动件最远的构件开始试拆，先拆从离原动件最远的构件开始试拆，先拆II级组，级组，若不成，再拆若不成，再拆III级组，每拆出一个杆组后，机构级组，每拆出一个杆组后，机构的剩余部分仍应是一个与原机构有相同自由度的的剩余部分仍应是一个与原机构有相同自由度的机构，直到只剩下基本机构

41、为止。机构，直到只剩下基本机构为止。杆组拆分原则杆组拆分原则:机构结构分析步骤机构结构分析步骤:1、除去虚约束和局部自由度，将机构中的高副全部、除去虚约束和局部自由度，将机构中的高副全部以低副代替，正确计算机构的自由度，并用箭头标注以低副代替，正确计算机构的自由度，并用箭头标注出原动件；出原动件；2、根据机构拆分原则进行拆分、根据机构拆分原则进行拆分3、最后定出机构的级别。、最后定出机构的级别。12/21/202271例题一例题一：计计 算算 图图 示示 机机 构构 的的 自自 由由 度，并分析机构度，并分析机构组成情况组成情况 。画画 箭箭 头头 的的 构构 件件 为为 原原 动动 件。件。

42、解：解：1.1.分析分析复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度1 1个虚约束个虚约束复合铰链复合铰链2.2.计算自由度计算自由度去除虚约束和局部自由度后机构简图去除虚约束和局部自由度后机构简图3.3.高副低代高副低代12/21/202272例题一（续）：例题一（续）：4.结构分析结构分析二级二级机构机构12/21/202273Ex.2.Ex.2.对以下机构进行结构分析对以下机构进行结构分析 (a)(a)如果构件如果构件1 1为原动为原动件件 (b)(b)如果构件如果构件5 5为原动件为原动件12/21/202274(a)构件构件 1 1 为原动件为原动件,则构件则构件 2,3,4 2,3,4 及及 5 5 组成从动组成从动件系统件系统 12/21/202275构件2,3,4 及 5组成 III级杆组 Assur group.12/21/202276(b)如构件如构件 5 5 为原动件为原动件,则构件则构件 1,2,31,2,3及及 4 4 组成从动组成从动件系统件系统.12/21/202277 Links 1,2,3,and 4 constitute a grade IV Assur group.12/21/202278