第一章第一章 机构的组成及其自由度的计算机构的组成及其自由度的计算1.1 机构的组成机构的组成1.2 机构运动简图机构运动简图1.3 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件1.4 平面机构自由度的计算平面机构自由度的计算1.5 平面机构的组成原理和结构分析平面机构的组成原理和结构分析本章的主要内容1、主要内容、主要内容机构的组成及其具有确定运动的条件机构的组成及其具有确定运动的条件机构运动简图及其绘制机构运动简图及其绘制机构的组成原理和机构的结构分类机构的组成原理和机构的结构分类2、重点、重点机构机构具有确定运动的条件和平面机构自由度的具有确定运动的条件和平面机构自由度的计算计算机构的组成分析和机构的级别判别。机构的组成分析和机构的级别判别。3、难点、难点 虚约束的判别虚约束的判别1.1 机构的组成机构的组成 1. 1.构件构件 2.2.运动副运动副 3.3.运动链运动链 4.4.机构机构构构 件件机构是怎样组成的？机构是怎样组成的？连接：连接：运动副运动副 运动单元：运动单元：构件构件 运动单元运动单元+ +连接连接 运动链运动链 运动链运动链+ +机架机架 机构机构 运动副运动副: :两个构件直接接触并产生两个构件直接接触并产生某些相对运动的某些相对运动的可动联接可动联接 两个构件上参加接触的两个构件上参加接触的运动副表面运动副表面 称称运动副运动副元素元素，运动副的元素是，运动副的元素是点、点、线、面。线、面。 运动副运动副分类：分类： 空间和平面运动副空间和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 平面平面运动副运动副：两构件相对运动为平面运：两构件相对运动为平面运动的运动副动的运动副低副：面接触的运动副（回转副、移动副）低副：面接触的运动副（回转副、移动副）高副高副: : 点、线接触的运动副点、线接触的运动副 平面平面运动副运动副符号：符号：空间运动副的符号空间运动副的符号 3. 3.运动链运动链运动链：运动链：构件通过运动副联接而成的相对可动的系统。构件通过运动副联接而成的相对可动的系统。 运动链成为机构的条件：将运动链的一个构件固定，当它的一个或几运动链成为机构的条件：将运动链的一个构件固定，当它的一个或几个构件作独立运动时，其余构件随之作确定的运动，这种运动链便成为机个构件作独立运动时，其余构件随之作确定的运动，这种运动链便成为机构。构。 显然，不能运动或无规则乱动的运动链都不能成为显然，不能运动或无规则乱动的运动链都不能成为机构。机构。 为使运动链获得确定的相对运动，构件的总数、运动副类型和数量以及为使运动链获得确定的相对运动，构件的总数、运动副类型和数量以及独立运动数目必须符合一定的关系，将在自由度计算中加以论述。独立运动数目必须符合一定的关系，将在自由度计算中加以论述。1.2 机构运动简图机构运动简图 在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘出其机构运动简图。要绘出其机构运动简图。1. 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 根据机构的运动尺寸，按一定的根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，比例尺定出各运动副的位置， 采用运动副及常采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的表示方法，将机构用机构运动简图符号和构件的表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形。运动传递情况表示出来的简化图形。 机构示意图 按比例绘出不严格的，只表示机械按比例绘出不严格的，只表示机械结构状况的简图。结构状况的简图。2.2.机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制 绘制方法及步骤：绘制方法及步骤： （1 1）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，）搞清机械的构造及运动情况，沿着运动传递路线，查明组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置；查明组成机构的构件数目、运动副的类别及其位置； （2 2）选定视图平面；）选定视图平面； （3 3）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画）选适当比例尺，作出各运动副的相对位置，再画出各运动副和机构的符号，最后用简单线条连接即得出各运动副和机构的符号，最后用简单线条连接即得机构运动简图。机构运动简图。 举例举例 1 小型压力机小型压力机举例举例 2 内燃机内燃机1.3 机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件构件自由度构件自由度 : 构件具有独立运动参数的数目构件具有独立运动参数的数目 机构自由度机构自由度 : 机构具有独立运动参数的数目机构具有独立运动参数的数目一个构件的平面运动有一个构件的平面运动有三个三个自由度自由度无约束无约束平面运动副的约束平面运动副的约束 平面运动副的约束平面运动副的约束高副约束高副约束1个自由度个自由度1.4 平面机构的自由度计算公式平面机构的自由度计算公式n个活动个活动构件（不包括机架）构件（不包括机架）, pl个个低低副副, ph个个高副，则高副，则自由度计算公式自由度计算公式: F=3n-(2pl+ph) 举例 3机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件 原动件数 = 机构的自由度 计算平面机构自由度时的注意事项计算平面机构自由度时的注意事项复合铰链：两个以上构件通过回转副并两个以上构件通过回转副并联在一起联在一起局部自由度：机构中某构件所产生的机构中某构件所产生的局部运动并不影响整个机构中其它构件的局部运动并不影响整个机构中其它构件的运动运动虚约束：机构中某些运动副或某些运动机构中某些运动副或某些运动副与构件的组合所形成的约束与其它约束副与构件的组合所形成的约束与其它约束重复而不再起作用重复而不再起作用举例举例 4 虚约束注意事项虚约束注意事项两构件连接前后轨迹重合点两构件某两点间的距离始终不变两构件组成多个移动副两构件组成多个转动副不影响机构运动的重复部分1.5 平面机构的组成原理平面机构的组成原理和结构分析和结构分析组成原理 结构分类结构分析基本杆组：基本杆组：（低副） 构件组去掉机架和原动件后剩下的构件组去掉机架和原动件后剩下的F=0的的最小运动链。最小运动链。F=3n-2pl =0 级别级别 ： n 2 4 pl 3 6结构分类：杆组为几级？什么形式？结构分类：杆组为几级？什么形式？例如例如级组：二杆三副组级组：二杆三副组外接副：与杆组以外的构件相连的运动副外接副：与杆组以外的构件相连的运动副内接副：与杆组内部的构件相连的运动副内接副：与杆组内部的构件相连的运动副例如例如级组：三杆六副组级组：三杆六副组 特点：其中一个构件上有三个内接副特点：其中一个构件上有三个内接副 举例 5 结构分析：结构分析： 从远离原动件的构件开始从远离原动件的构件开始，尽可，尽可能拆成能拆成最低的杆组最低的杆组，每拆完一个杆，每拆完一个杆组，保证组，保证剩下的杆组自由度为零剩下的杆组自由度为零。对剩下的杆组再拆时，仍从最远端对剩下的杆组再拆时，仍从最远端开始拆，每拆一次杆组，开始拆，每拆一次杆组，均从最低均从最低级的杆组开始，无法拆时，再试拆级的杆组开始，无法拆时，再试拆高一级的杆组。高一级的杆组。 所拆杆组中，所拆杆组中，级别最高的杆组为级别最高的杆组为该机构的杆组级别该机构的杆组级别 颚式破碎机颚式破碎机 机构简图及杆组拆法机构简图及杆组拆法组成原理：原动件组成原理：原动件+ +机架机架+ +杆组（杆组（F=0)F=0)平面机构中的高副低代平面机构中的高副低代高副低代的原则：代替前后机构的自由度完全相同代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度完全相同高副低代的方法：高副低代的方法：二高副元素在接触点处的曲率中心用二高副元素在接触点处的曲率中心用一构件和两个低副代替一构件和两个低副代替凸轮机构凸轮机构: :举例举例 6小结：掌握机构自由度的计算方法；小结：掌握机构自由度的计算方法； 机构具有确定运动的条件；机构具有确定运动的条件； 基本杆组拆分的原则及方法。基本杆组拆分的原则及方法。