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1、机械原理辅导资料二主题：第二章机构的组成和结构（第1-3 节）学习时间： 2012 年 10 月 8 日 10 月 14 日内容：第二章机构的组成和结构（第1-3 节）这周我们将学习第二章中的第1-3节，这部分重点介绍机构的组成、机构运动简图的绘制方法、机构自由度的计算及具有确定运动的条件，下面整理出的理念框架供同学们学习.一、基本要求（ 1）熟练掌握机构运动简图的绘制方法 .能够将实际机构或机构的结构图绘制成机构运动简图；能看懂各种复杂机构的机构运动简图；能用机构运动简图表达自己的设计构思 .（ 2）掌握运动链成为机构的条件，能对构思的简单设计方案进行分析，判断其能否实现预期功能 .（ 3）
2、熟练掌握机构自由度的计算方法 .能自如地运用自由度计算公式计算平面机构的自由度 .能准确识别出机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约束，并作出正确处理 .二、机构的组成（ 1）零件 任何机器都是由零件组成的，零件是制造的最小单元体.（ 2）构件 构件是组成机构的基本要素，是由刚性地联接在一起的零件共同组成的，独立运动的最小单元体.（ 3）运动副及分类 运动副是两个构件组成的可动联接，是组成机构的又一基本要素 .两构件上能够参加接触而构成运动副的表面称为运动副元素.运动副是约束运动的，因而一个运动副至少引入一个约束，也至少保留一个自由度.至于两构件组成运动副后还能产生哪些相对运动，则与运动副的类
3、型有关 .运动副按其接触方式分为高副（点线接触）和低副（面接触），也可按相对运动形式分为转动副、移动副、螺旋副和球面副等，根据运动副所引入约束的数目由1到 5 可分为级副、级副、级副、级副和级副 .（ 4）运动链及其分类 运动链是两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统 .运动链有首末封闭的闭链，也有未封闭的开链 .运动链还有平面运动链和空间运动链之分 .三、机构运动简图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，再用规定的符号和简单的线条或几何图形将机构的运动情况表示出来，即为机构运动简图.由于机构的运动仅与运动副的类型和机构的运动尺寸（确定各运动副相对位置的尺寸）
4、有关，而与构件的外形尺寸等无关，因而机构运动简图可以表示机构的组成和运动情况，进行运动分析，而且有时也可用来进行动力分析.绘制机构运动简图的注意事项：(1) 首先搞清机械的实际构造和运动情况，找出机架、原动件和从动件，顺着运动传递的路线，看看运动是怎么从原动件传到从动件的，从而搞清该机械由多少个构件组成，各构件之间构成何种运动副 .(2) 选择机械多数构件所在的运动平面为视图平面，必要时把机械不同部分的不同视图展开在同一视图上，或把主运动简图视图上难以表达清楚的部分另绘一张局部简图 .（3）机构运动简图不同于装配图，它具有“透明功能”，即不管一个构件是否被其他构件挡住，均可视为“可见”而用实线
5、画出.四、机构具有确定运动的条件机构的自由度是机构具有确定运动时所需的独立运动参数的数目.为了使机构能按照给定的要求进行运动的传递及变换，当机构的原动件按给定的运动规律运动时，该机构中的其余构件的运动也都应是完全确定的，即机构必须具有确定的运动，其运动确定的条件是机构的自由度数目应等于原动件的数目，否则机构的运动将不确定，或者就没有运动的可能性.五、机构自由度的计算1 、平面机构自由度的计算计算公式为：F=3n-(2p1+ph-p )-F式中 n- 机构中活动构件数；P1- 机构中的低副数；Ph- 机构中的高副数；P- 机构中的虚约束数；F - 机构中的局部自由数 .除去局部自由度和虚约束时F
6、=3n-(2p1+ph)2 、空间机构自由度的计算计算公式为：F=6n-(5p5-4p4+3p3-2p2+p1)式中 n-机构中活动构件数；P1-级副数目；P2-级副数目；P3-级副数目；P4-级副数目；P5-级副数目；六、计算平面机构自由度时应注意的事项1、正确计算运动副数目（ 1）复合铰链问题 .两个以上的构件同在一处以转动副相联接，就构成了所谓的复合铰链 .杆状构件构成的复合铰链比较明显，而由齿轮、凸轮及机架等构件构成的复合铰链则容易忽略，计算时应特别注意 .由 m 个构件组成的复合铰链，共有（ m-1 ）个转动副 .（2 ）构件间形成多个导路平行或重合的转移副，则只能算一个移动副.如果
7、两构件在多处相配合而构成转动副，且转动轴线重合，则只能算一个转动副.（3）如果两构件在多处相接触而构成平面高副，而各接触点处的公法线彼此重合，则只能算一个平面高副.2、除去局部自由度某些构件所产生的局部运动，并不影响机构中其他构件的相对运动，这种自由度称为局部自由度，计算时应除去.3、除去虚约束在机构中起重复作用的约束称为虚约束.平面机构的虚约束常出现于下列情况中：（ 1）用一个构件及两个转动副将构件上距离始终不变的两个动点相联时，引入一个虚约束 .（ 2 ）在机构中如果有两构件以铰链相联接，当将此两构件在联接出拆开时，若两构件上原联接点的轨迹是重合的，则该联接引入一个虚约束.（3）对机构运动
8、不起作用的对称部分引入虚约束.机构中的虚约束都是在某些特定的几何条件下产生的.如果不满足这些几何条件，虚约束将变成实际的有效约束，而影响到机构运动的可能性或灵活性.而为了满足这些特定的条件，就要求较高的加工精度和装配精度，这就意味着有较高的制造成本，所以从保证机构的运动、便于加工装配和减少成本等方面考虑，应尽量减少机构中的虚约束.七、虚约束对机构工作性能的影响及机构结构的合理设计1、虚约束对机构工作性能的影响有虚约束的机构，其相关尺寸的制造精度要求高，从而增大了制造成本.机构中的虚约束越多，要求精度高的尺寸参数也越多，制造难度也越大.故虚约束的多少也是机构性能的一个重要指标.但在实际结构中，为
9、了改善受力情况、增加机构刚度或使机构能顺利通过转折点，虚约束又是必须存在的.2、机构结构的合理设计在仪表机构中，机构的灵活性是十分重要的，故要尽可能避免在机构中出现虚约束 .另外在一些刚性较差的地方，如布置在飞机机翼上的一些机构，在受力时易发生较大的变形，约束成为虚约束必须满足的几何条件易遭破坏，这种情况下也应力求避免虚约束.但要注意，当把平面机构按平面机构的自由度计算时，往往从表面看，似乎无虚约束，实际上绝大多数情况有个别虚约束.只有把机构按空间一般机构来看，不存在虚约束时才真正没有虚约束.为了减少虚约束数，在工程实际中常用球面副、球销副代替传动副，用圆柱副代替移动副或转动副，用鼓形齿代替直
10、齿等.本周要求掌握的内容如下：重点：机构的组成、机构运动简图的绘制方法、机构自由度的计算及具有确定运动的条件 .难点：机构运动简图的绘制、机构自由度的计算.本章考点：（1）有关机构中的构件、运动副、约束、运动链、机构、自由度、复合铰链、局部自由度、虚约束等基本概念.（ 2）正确运用规定的符号和表达方法绘制常用机构的运动简图.（ 3）机构具有确定运动的条件和平面机构自由度的计算 .指出平面机构中的复合铰链、局部自由度、虚约束 .判断机构是否具有正确的运动，并给予正确处理 .（ 4） 高副低代及判断机构的级别.练习：1、平面运动副的最大约束数为多少？最小约束数为多少？引入一个约束的运动副为？引入两
11、个约束的运动副为？答： 2,1，低副，高副 .2、既然虚约束对于机构的运动实际上不起约束作用，那么在实际机构中为什么又常常存在虚约束？答：为了改善机构的受力情况，增加机构刚度或保证机械运动的顺利等.3、何谓构件？何谓运动副及运动副元素？运动副是如何进行分类的？答：构件：构件是组成机构的基本要素，是由刚性地联接在一起的零件共同组成的，独立运动的最小单元体.运动副是两个构件组成的可动联接，是组成机构的又一基本要素.两构件上能够参加接触而构成运动副的表面称为运动副元素.运动副是约束运动的，因而一个运动副至少引入一个约束，也至少保留一个自由度.至于两构件组成运动副后还能产生哪些相对运动，则与运动副的类
12、型有关.运动副按其接触方式分为高副（点线接触）和低副（面接触），也可按相对运动形式分为转动副、移动副、螺旋副和球面副等，根据运动副所引入约束的数目有1 到 5 可分为级副、级副、级副、级副、级副.4、机构运动简图有何用处？它能表示出原机构哪些方面的特征？答：机构运动简图可以表示机构的组成和运动传递情况，可进行运动分析，而且有时也可用来进行动力分析.机构运动简图反应了原机构中的构件数、运动副的种类及数目、运动副的相对位置、原动件及其运动形式等.5、机构具有确定运动的条件是什么？答：机构的自由度是机构具有确定运动时所需的独立运动参数的数目.为了使机构能按照给定的要求进行运动的传递及变换，当机构的原动件按给定的运动规律运动时，该机构中的其余构件的运动也都应该是完全确定的，即机构必须具有确定的运动，其运动确定的条件是机构的自由度数目应等于原动件的数目，否则机构的运动将不确定，或者就没有运动的可能性.6、在计算平面机构的自由度时，应注意哪些事项？答： 1、正确计算运动副的数目；2 、除去局部自由度；3 、除去虚约束 .