機構的組成和結構

第1章機構的組成和結構1.1機構的組成1.2機構運動簡圖1.3機構具有確定運動的條件1.4機構的組成原理和結構分析機構：具有確定運動的實物組合體

運動鏈具有確定的相對運動機構桁架運動鏈相對運動不確定無相對運動1.3運動鏈成為機構的條件

運動鏈的自由度：確定運動鏈中各構件相對與其中某一構件的位置所需要的獨立參變量的數(shù)目。

運動鏈的自由度

F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2–P1機架1F=0活動構件

2F=6K級運動副F=6-kn為活動構件數(shù)目，Pk

表示k級副的數(shù)目自動駕駛儀操作裝置1.3.1運動鏈的自由度計算2314構件數(shù)目：N=4活動構件數(shù)目：n=3運動副：機架1和活塞2：圓柱副（4級副）活塞2和連桿3：轉動副（5級副）連桿3和搖桿4：球面副（3級副）搖桿4和機架1：轉動副（5級副）P3=1P4=1P5=22314F=6n-5P5-4P4-3P3-2P2–P1

=

6×3－5×2－4×1－3×1=1P3=1P4=1P5=2n=32314公共約束作用下的運動鏈自由度平面運動鏈自由度

平面運動鏈的自由度

F=3n-2P5-P4q=3n為活動構件數(shù)目平面運動鏈中只有4級副和5級副（轉動副、移動副和平面高副）例：計算平面運動鏈自由度12345P4=1P5=5n=4F

=3×4–2×5–1=11.3.2運動鏈成為機構的條件運動鏈的自由度F=?運動鏈的運動情況如何?

Fa=3×2-2×3=0

Fb=3×3-2×5=-1F0運動鏈不能運動，不成為機構

F

=3×4-2×5=21個原動件F>0，但原動件數(shù)目小于自由度數(shù)目，運動鏈運動不確定，不能成為機構。

F

=3×3-2×4=12個原動件F>0，但原動件數(shù)目大于自由度數(shù)目，運動鏈被破壞，不能成為機構。運動鏈成為機構的條件：

運動鏈中取一個構件相對固定作為機架，運動鏈

相對于機架的自由度必須大于零，且原動件數(shù)目

等于運動鏈自由度數(shù)。滿足此條件的運動鏈即成為機構，機構自由度的

計算可采用運動鏈自由度的計算公式。“機構”的定義：在運動鏈中，將某一個構件加以固定，而讓另一個或幾個構件按給定運動規(guī)律相對固定構件運動時，如果運動鏈中其余各構件都有確定的相對運動，則此運動鏈成為機構。F=

11

個原動件：活塞實現(xiàn)搖桿的往復擺動1.3.3計算機構自由度時應注意的問題

問題1：復合鉸鏈兩個以上的構件在同一處以轉動副聯(lián)接所構成的運動副。解決方案k

個構件在同一處構成復合鉸鏈，實際上構成了(k-1)個轉動副。

F

=3×5-2×7=1解決方案計算機構自由度時，假想滾子和安裝滾子的構件固接為一個整體，成為一個構件或在計算結果中去除局部自由度

問題2：局部自由度某些構件具有的只影響自身局部運動而不影響其它構件運動的自由度，經(jīng)常發(fā)生在將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的場合。

問題3：虛約束

在特定的幾何條件或結構條件下，某些運動副所引入的約束可能與其它運動副所起的限制作用是一致的。這種不起獨立限制作用的重復約束稱為虛約束。場合一：兩個構件之間形成多個運動副

F

=3×1-2×2=-1

解決方案計算機構自由度時，不考慮虛約束的作用，認為兩個構件之間只形成一個運動副

F

=3×1-2×1=1兩個構件之間形成多個與導路重合或平行的移動副等寬凸輪機構等徑凸輪機構場合二：兩構件上某兩點之間的距離在運動中保持不變5EF

F

=3×1-2×2=-1ABCDAFDE點E、F距離在運動過程中始終不變

桿式聯(lián)軸器ABAB=BC=BD<DAC=90°除

B、C、D點，各點軌跡為一橢圓D點軌跡是沿Y軸的直線場合三：聯(lián)接構件和被聯(lián)接構件上聯(lián)接點的軌跡重合

F

=3×1-2×2=-1場合四：機構中存在不起作用的對稱部分為了傳遞較大功率，保持機構受力平衡，在機構中增加對稱部分

虛約束的引入，一般是為了改善機構受力，增大傳遞功率或者其它特殊需求；計算機構自由度時，不考慮虛約束的作用；虛約束的成立，要滿足一定的幾何條件或者結構條件，如果這些條件被破壞，將轉化了實約束，影響機構運動；虛約束問題小結：

機械設計中如果需要采用虛約束，必須保證設計、加工、裝配精度，以確保滿足虛約束存在的條件。例：計算大篩機構自由度復合鉸鏈？局部自由度？虛約束？n

=7

P4=1P5=9F

=3×7-2×9–1=2構件+運動副運動鏈機構1.4機構的組成原理和結構分析

機架原動件從動件組合F=0基本桿組：最簡單的不可再拆的自由度為零的構件組，簡稱為桿組。

平面低副運動鏈自由度

F=3n-2P5

基本桿組F=0P5=n32n

=2P5=3Ⅱ級桿組（雙桿組）n

=4P5=6Ⅲ級桿組三副構件3個雙副構件n

=2P5=3Ⅱ級桿組（雙桿組）n

=4P5=6Ⅲ級桿組1.4.1機構的組成原理

任何機構都可以看作是若干個自由度為零的基本桿組依次聯(lián)接到原動機和機架上而構成的，機構的自由度等于原動件的數(shù)目，這就是機構的組成原理。構件+運動副運動鏈機構機架原動件若干基本桿組機架和原動件Ⅱ級桿組Ⅲ級桿組四桿機構八桿機構機構的組成：

在機架和原動件上每增加一個基本桿組，并不改變原來的自由度，每次增加都可以獲得一個新機構；

設計新機構時，在滿足相同工作要求的前提下，機構的結構越簡單越好，桿組級別越低越好，運動副數(shù)目越少越好。

F=3n-2P5–P41.4.2機構的結構分析

機構的結構分析是指把機構分解為基本桿組、原動件和機架，是機構組成的反過程，又稱為拆桿組。機構的結構分析原則：

首先，從遠離原動件的部分開始拆分；試拆時，先試拆低級別桿組；每拆完一個桿組，剩余的部分仍然是一個完整機構。I級機構II級機構III級機構機構的命名：以機構中所包含的基本桿組的最高級別原動件不同，機構的級別也有可能不同123456781.4.3平面機構的高副低代

根據(jù)一定的條件對平面機構中的高副虛擬地用低副來替代，這種以低副代替高副的方法稱為高副低代。條件一：代替前后機構的自由度不變

F

=3×1-2×2=-1條件二