第第1章章 机构的组成原理机构的组成原理1.1 机构机构的组成原理的组成原理1.2 运动副的摩擦和自锁运动副的摩擦和自锁1.1 机构的组成原理一、平面机构的组成原理一、平面机构的组成原理机构都是由机架、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=6F=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=3F=3n2Pl=3*2-2*3=0n=2,Pl=3F=3n2Pl=3*2-2*3=0n=4,Pl=6F=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=3n=4,Pl=6n=6,Pl=9二、基本杆组的类型二、基本杆组的类型F=3n-2Pl=0n=2Pl /3最简单的平面基本杆组是由两个构件三个低副组成的杆组，最简单的平面基本杆组是由两个构件三个低副组成的杆组，称之为称之为级杆组。级杆组。 级杆组是机构中最常见的一类基本杆组。级杆组是机构中最常见的一类基本杆组。 级杆组有以下五种形式：级杆组有以下五种形式：(1)RRR杆组杆组(2)RRP杆组杆组(3)RPR杆组杆组(4)PRP杆组杆组(5)RPP杆组杆组除除级杆组外，还有级杆组外，还有、级等较高级的基本杆组。级等较高级的基本杆组。这是这是级杆组级杆组由由4个构件个构件6个低副组成，具有一个个低副组成，具有一个3副构件，而每个内副所连接的分支是双副构件。副构件，而每个内副所连接的分支是双副构件。这是这是级杆组级杆组由由4个构个构件件6个低副组成，有个低副组成，有4个内副。个内副。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)三、平面机构的结构分析三、平面机构的结构分析 目的：目的：通过分析机构的组成来确定机构的级别。通过分析机构的组成来确定机构的级别。 机构的级别取决于该机构能够分解出的基本杆组的机构的级别取决于该机构能够分解出的基本杆组的最高级别。最高级别。 机构结构分析的步骤是：机构结构分析的步骤是：1)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。2)从从远远离离原原动动件件的的地地方方开开始始拆拆杆杆组组。先先试试拆拆级级组组，当当不不可可能能时时再再拆拆级级组组。但但应应注注意意，每每拆拆一一个个杆杆组组后后，剩剩下下的的部部分分仍仍组组成成机机构构，且且自自由由度度与与原原机机构构相相同同，直直至至全部杆组拆出只剩下全部杆组拆出只剩下级机构。级机构。3)确定确定机构的级别。机构的级别。 例：试确定图示机构的级别例：试确定图示机构的级别解：解：1)计算机构的自由度。计算机构的自由度。F=3n-2pl-ph=3*7-2*10-0=1；以构件以构件1为为原动件。原动件。2)进行结构分析进行结构分析 1Ab)78HIJIa)12345678ABCDEFGHJDE2345BCFG3)确定机构的级别确定机构的级别另：若将该机构的原动件另：若将该机构的原动件由构件由构件1改为构件改为构件8，则有，则有结构分析图结构分析图8JC12AB34DEF57GHII12345678ABCDEFGHJ机构设计举例机构设计举例例例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(4)(3)改进方案改进方案(5)(6)改进方案改进方案(7)1.2运动副的摩擦和自锁运动副的摩擦和自锁一、定义一、定义由于摩擦的存在，沿某个方向的驱动力如何增大，也无法使受力对由于摩擦的存在，沿某个方向的驱动力如何增大，也无法使受力对象产生运动的现象象产生运动的现象称为称为机械的自锁机械的自锁。二、移动副的摩擦与自锁条件12PPxPya aFNR21j jPx有效分力有效分力Py有害分力有害分力R总支反力总支反力， j j 摩擦角摩擦角(FrictionalAngle)。A.摩擦角与摩擦系数一一对应，摩擦角与摩擦系数一一对应，j j =arctgf=arctgf；B.总支反力总支反力永远与运动方向成永远与运动方向成90+j j 角。角。tga a=Px/Py，tgj j=F/N=fPy=NPx=(tga a/tgj j)*Fa aPPxPy12FNR21j ja aP讨论：讨论：(1)ajaj主动力主动力P的作用线在摩擦角的作用线在摩擦角j j之外。之外。PxF，即滑块加速。即滑块加速。(2)a a=j jP与与R共线。共线。Px=Fa.原本运动原本运动滑块等速运动；滑块等速运动；b.原不动原不动静止不动静止不动,具有运动趋势。具有运动趋势。(3)a aj jP作用线在作用线在j j之内，之内，PxF。a.原本运动原本运动减速至静止；减速至静止；b.原不动原不动滑块保持静止滑块保持静止,不论不论P力有多大。力有多大。12FNR21j ja aP结论：结论：移动副自锁条件移动副自锁条件a aj j；等号表示；等号表示条件自锁条件自锁。三、转动副的摩擦与自锁条件三、转动副的摩擦与自锁条件2P12Mdr10N1NiR21NFMd=Ph现象：现象：A.总支反力始终切于摩擦圆；总支反力始终切于摩擦圆；B.总支反力方向与径向力方向相反。总支反力方向与径向力方向相反。Mf=R21*=F*r=fv*r摩擦圆半径摩擦圆半径fv=f/当量摩擦系数当量摩擦系数Ph（2）h=a.构件原运动，仍等速运动；构件原运动，仍等速运动；b.构件原静止，仍保持静止。构件原静止，仍保持静止。2P12Mdr10R21PPhP(3)h构件加速回转。构件加速回转。讨论：本章结束本章结束