04.機構的結構分析

第二章機構的結構分析§2-1

機構結構分析的內容及目的§2-2

機構的組成§2-3

機構運動簡圖§2-4

機構具有確定運動的條件§2-5

機構自由度的計算§2-6

計算平面機構自由度時應注意的事項§2-7

平面機構的組成原理、結構分類及結構分析§2-8

平面機構中的高副低代返回§2-1

機構結構分析的內容及目的主要內容及目的是：

研究機構的組成及機構運動簡圖的畫法；了解機構具有確定運動的條件；研究機構的組成原理及結構分類。§2-2

機構的組成1.構件零件是機器中的一個獨立制造單元體；構件是機器中的一個獨立運動單元體。

從運動來看，任何機器都是由若干個構件組合而成的。

任何機器都是由許多零件組合而成的。氣缸體連桿體連桿頭曲軸齒輪活塞

構件往往是由若干零件剛性地聯(lián)接在一起的獨立運動的整體真實連桿連桿體連桿頭螺栓螺母墊圈兩大組成要素：構件和運動副層次關系：零件——構件——機構——機器

為兩構件參與接觸而構成運動副的表面。

是兩構件直接接觸而構成的可動聯(lián)接。§2-2

機構的組成2.運動副運動副運動副元素例軸與軸承、

圓柱面與圓孔面棱柱面與棱孔面兩輪輪齒曲面

空間兩構件構成的運動副，其自由度

f和約束數(shù)

s

滿足

f+s=6滑塊與導軌、兩輪齒嚙合。3）按其相對運動形式分轉動副（回轉副或鉸鏈）移動副螺旋副球面副5）還可分為平面運動副與空間運動副兩類。2）按其接觸形式分高副：點、線接觸的運動副低副：面接觸的運動副（1）運動副的分類1）按其引入的約束數(shù)目分：Ⅰ級副、Ⅱ級副、……Ⅴ級副機構的組成(2/4)4）按運動副的封閉情況分：形封閉和力封閉3.運動鏈構件通過運動副的聯(lián)接而構成的相對可動的系統(tǒng)。閉式運動鏈（簡稱閉鏈）開式運動鏈（簡稱開鏈）平面閉式運動鏈空間閉式運動鏈平面開式運動鏈空間開式運動鏈（2）運動副符號運動副常用規(guī)定的簡單符號來表達（GB4460－84）。各種常用運動副模型常用運動副的符號表機構的組成(3/4)

但當機構安裝在運動的機械上時則是運動的。——按給定已知運動規(guī)律獨立運動的構件；4.機構具有固定構件的運動鏈稱為機構。機架原動件從動件——機構中的固定構件；——機構中其余活動構件。平面鉸鏈四桿機構

機構常分為平面機構和空間機構兩類，其中平面機構應用最為廣泛?？臻g鉸鏈四桿機構

一般機架相對地面固定不動，常以轉向箭頭表示。其運動規(guī)律決定于原動件的運動規(guī)律和機構的結構及構件的尺寸。機架原動件從動件機架從動件原動件機構的組成(4/4)

不嚴格按比例繪出的，只表示機械結構狀況的簡圖。

根據機構的運動尺寸，按一定的比例尺定出各運動副的位置，§2-3

機構運動簡圖

在對現(xiàn)有機械進行分析或設計新機器時，都需要繪出其機構運動簡圖。1.何謂機構運動簡圖？

例

內燃機機構運動簡圖。機構運動簡圖

采用運動副及常用機構運動簡圖符號和構件的表示方法，將機構運動傳遞情況表示出來的簡化圖形。機構示意圖內燃機及其機構運動簡圖舉例：（2）選定視圖平面；

（3）選適當比例尺，作出各運動副的相對位置，再畫出各運動副和機構的符號，最后用簡單線條連接，即得機構運動簡圖。機構運動簡圖(2/2)2.機構運動簡圖的繪制繪制方法及步驟：

（1）搞清機械的構造及運動情況，沿著運動傳遞路線，查明組成機構的構件數(shù)目、運動副的類別及其位置；內燃機機構運動簡圖繪制顎式破碎機機構運動簡圖繪制§2-4

機構具有確定運動的條件一個機構在什么條件下才能實現(xiàn)確定的運動呢？例1鉸鏈四桿機構例2

鉸鏈五桿機構若給定機構一個獨立運動，則機構的運動完全確定；若給定機構兩個獨立運動，則機構的最薄弱環(huán)節(jié)損壞。若給定機構一個獨立運動，則機構的運動不確定；若給定機構兩個獨立運動，則機構的運動完全確定。

機構的自由度

結論機構具有確定運動的條件是：

機構具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數(shù)的數(shù)目，其數(shù)目用F表示。機構的原動件數(shù)目應等于機構的自由度數(shù)目。如果原動件數(shù)<F,如果原動件數(shù)>F,則機構的運動將不完全確定-最小阻力定律(p.15)；則會導致機構最薄弱環(huán)節(jié)的損壞。機構具有確定運動的條件(2/2)

結論：機構具有確定運動的條件是：機構原動件數(shù)目應等于機構的自由度的數(shù)目?！?-5

機構自由度的計算1.平面機構自由度的計算（1）計算公式F＝3n式中：n為機構的活動構件數(shù)目；pl

為機構的低副數(shù)目；ph為機構的高副數(shù)目。(2)舉例1）鉸鏈四桿機構F＝3n－(2pl＋ph)＝3×3－2×4－0＝12）鉸鏈五桿機構F＝3n－(2pl＋ph)＝3×4－2×5－0＝2(2pl＋ph)－3）齒輪機構F=3n-2PL-PH=3×2-2×2-1=14）機械手F=3n-2PL-PH=3×3-2×3=3

5）內燃機F=3n-2PL-PH=3×6-2×7-3=1§2-6計算平面機構自由度時應注意的事項

⒈正確計算運動副的數(shù)目

(1)復合鉸鏈F=3n-2PL-PH=3×5-2×6=3

×

兩個以上的構件同時在一處用轉動副相連接則構成復合鉸鏈，其轉動副數(shù)目應等于（K—1）個。再計算上題：

F=3n-2PL-PH=3×5-2×7=1√復合鉸鏈的其他例子⑵兩構件間構成多個運動副兩構件構成多個轉動副，但其軸線重合；兩構件構成多個移動副，但其導路平行或重合；

（3）兩構件構成多個高副兩構件構成多個平面高副，各接觸點處的公法線彼此重合；以上情況只算一個運動副；兩構件構成多個平面高副，各接觸點處公法線方向彼此不重合時（平行或相交），將提供兩個約束，即相當于兩個高副或一個低副。⒉局部自由度F=3n-2PL-PH=3×3-2×3-1=2

？

象這種不影響其它構件運動的局部運動稱為局部自由度。計算時或除去，或保留，但必須加注說明其中一個為局部自由度。F=3n-2PL-PH–F’=3×3-2×3-1-1=1√F=3n-2PL-PH=3×2-2×2-1=1√⒊虛約束

F=3n-2PL-PH=3×4-2×6=0×

在機構中不影響機構運動傳遞的重復部分所帶入的約束稱為虛約束，計算時應去除。

F=3n-(2pl+Ph-p’)-F’=3×4-(2×6-1)=1√P’=2PL+PH-3n=2×2-3=1F=3n-2PL-PH=3×3-2×4=1√例2：輪系、平行四邊形機構、橢圓機構、其他例子（擴展）。例題:(注意工程計算格式，三種情況的標注。)1.F=3n-(2pl+Ph-p’)-F’=

3×7-2×10-0=12.F=3n-(2pl+Ph-p’)-F’=

3×8-2×10-1-1=2例題:(注意工程計算格式，三種情況的標注。)3.F=3n-(2pl+ph-p’)-F’=

3×4-(2×5+1-0)-0=1例題:(注意工程計算格式，三種情況的標注。)4.F=3n-(2pl+ph-p’)-F’=

3×7-(2×8+2-0)-2=1例題:(注意工程計算格式，三種情況的標注。)5.F=3n-(2pl+ph-p’)-F’=

3×11-(2×17+0-2)-0=1p’=2pl+ph-3n=2×7+0-3×4=2p’=2pl+ph-3n=2×4+0-3×2=2例題:(注意工程計算格式，三種情況的標注。)6.F=3n-(2pl+ph-p’)-F’=

3×6-(2×7+3-0)-0=17.教材p20例2-9

任何機構都可看作是由若干個基本桿組依次連接于原動件和機架而構成的。

不能再拆的最簡單的自由度為零的構件組，也稱阿蘇爾桿組?！?-7

平面機構的組成原理、結構分類及結構分析1.平面機構的組成原理例顎式碎礦機1）基本桿組：2）組成原理：

注意：

在桿組并接時，不能將同一桿組的各個外接運動副接于同一構件上，否則將起不到增加桿組的作用。（1）桿組的條件式中n、pl及ph分別為桿組中的構件數(shù)、低副數(shù)和高副數(shù)。（2）桿組的類型1）Ⅱ級桿組：

由2個構件和3個低副構成的桿組。2）Ⅲ級桿組：

由4個構件和6個低副構成的桿組。平面機構的組成原理、結構分類及結構分析(2/4)3n－2pl－ph＝0全低副桿組的條件：3n－2pl＝0或n/2＝pl/32.平面機構的結構分類

此機構為Ⅱ級機構。3.平面機構的結構分析（1）目的：了解機構的組成，確定機構的級別。（2）方法：1）先計算機構的自由度，并確定原動件；2）從遠離原動件的構件先試拆Ⅱ級組，若不成；再拆Ⅲ級組，直至只剩下原動件和機架為止；3）最后確定機構的級別。（3）舉例：破碎機機構的結構分析。1）若取構件1為原動件時，平面機構的組成原理、結構分類及結構分析(3/4)

故此機構為

Ⅲ級機構。

顯然，這種拆法不成。2）若取構件5為原動件時，再試拆Ⅲ級組。平面機構的組成原理、結構分類及結構分析(4/4)先試拆Ⅱ級桿組，§2-8

平面機構中的高副低代高副低代

——機構中的高副以低副來代替的方法。（1）高副低代應滿足的條件：1）代替前后機構的自由度完全相同；2）代替前后機構的瞬時速度和瞬時加速度完全相同。（2）高副低代的方法：圓弧高副機構非圓弧高副機構

則低代時虛擬構件這一端的轉動副就在此點處。