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1、机构的结构分析,1.1 机构的组成及运动简图,在组成机构的构件中，必有且仅有一个构件是用于支持和安装其它构件的，称之为机架。由于在分析机构运动时取机架为静参考系，常称之为固定杆。每个机构必有且仅有一个机架。 输入运动的构件称原动件。每个机构至少一件。 其余的构件为从动件。,机构简图：用简单的符号和线条表示机构的组成情况和运动情况,运动副:构件间的可动连接,构件间直接接触的点，线，面称运动副元素。,低副：面接触 高副：点，线接触。,移动副 转动副,运动副与构件,运动简图： 1.必要性 为简明地表达机构的运动特性 和工作原理，要去掉与运动无关的尺寸， 外性等因素。 2。用规定的符号表达构件和运动副
2、的相对位置和性质。,构件表达中去除与运动传递无关的因素：,常用平面运动副表示法,v,运动轨迹为直线,移动副,转动副,平面高副,齿轮副,用国标规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图形。机构运动简图与原机械具有完全相同运动特性。,例 题,规定符号,构件的表达：,用简单线条连接运动副,例1：已知一机构如图所示，试绘制该机构的运动简图,动画按钮,1,2,3,4,a,b,c,a,b,c,1,4,1,2,2,3,3,4,例1：已知一机构如图所示，试绘制 该机构的运动简图,1,2,3,4,a,b,c,例1：已知一机构如图所示，试绘制该机构的运动简图,动
3、画按钮,A,B,C,1,2,3,4,A,B,C,A,B,C,A,B,C,动画按钮,1,2,3,4,移动副的演化,包容面与被包容面可互换,移动副可平移,1,2,3,1,2,3,R,转动副演化,动画按钮,动画按钮,运动链：若干个构件和运动副所连接成的可动系统。,机构是具有确定运动的运动链。,在运动链中，将某一个构件加以固定， 而让另一个或几个构件按给定运动规律 相对固定构件运动时，如果运动链中其 余各构件都有确定的相对运动，则此运 动链成为机构。,运动链,具有确定的相对运动,机构,桁架,运动链,相对运动不确定,无相对运动,可能的情况,约束：运动副对构件独立运动所加的限制,1.2.1机构 具有确定运
4、动的条件,机构具有确定运动的条件 自由度数-构件所具有的独立运动的数目称自由度。,A,B,q,作平面运动的刚体有三个自由度,xA,yA,（三个坐标参数才能确定其位置,X.Y. ）,低副的引入减少两个自由度,x,高副的引入减少一个自由度,沿法线方向不能运动,运动链成为机构的条件：,运动链中取一个构件相对固定作为机架，运动链 相对于机架的自由度必须大于零，且原动件数目 等于运动链自由度数。 满足此条件的运动链即成为机构，机构自由度的 计算可采用运动链自由度的计算公式。,运动链成为机构的条件,F=0 运动链不能动,成为机架,F = 34 - 25 = 2 1 个原动件,F 0，但原动件数目小于自由度
5、数目，运动链运动不确定，不能成为机构。,F = 33 - 24 = 1 2 个原动件,F 0，但原动件数目大于自由度数目，运动链被破坏，不能成为机构。,如何修改？,如何修改？,低副改为高副可增加一个自由度,例 题,1.2.2,局部自由度,定义在某些机构中，不影响其他构件运动的自由度称为局部自由度。,处理办法把滚子固化在支承滚子的构件上。,动画按钮,N-1个转动副,看一下哪里是复合铰链?,几种典型复合铰链,自由度为何相同?,虚约束,真实约束,虚约束的常见情况,重复传动,公法线平行的高副,等宽凸轮机构,等径凸轮机构,存在一构件同两个以上 构件组成运动副，而其 中任意两个都使该构件 运动规迹相同。,
6、虚约束的引入，一般是为了改善机构受力，增大传递功率 或者其它特殊需求； 计算机构自由度时，不考虑虚约束的作用； 虚约束的成立，要满足一定的几何条件或者结构条件，如果 这些条件被破坏，将转化了实约束，影响机构运动；,虚约束问题小结：,机械设计中如果需要采用虚约束，必须保证设计、加工、装 配精度，以确保满足虚约束存在的条件。,动画按钮,虚约束小结,求图示机构的自由度,求图示机构的自由度,复合铰链,局部自由度,1,2,3,4,5,6,7,计算图示机构的自由度,复合铰链,各有两个移动副,转动副 6 移动副 4 构件 7,自由度1,计算图示机构的自由度,F=1,计算自由度,计算自由度,F=1,计算图示机
7、构的自由度,虚约束,F=1,为使研究低副机构的方法能应用于高副且研究两者之间的关系，有必要研究低副替代高副的方法。 要求： 1。替代前后，机构的自由度不变 2。原有构件的运动参数不变,1.3 .1用低副替代高副的意义及方法,1.3机构的组成原理,02,替代方法： 用处于两构件接触点曲率中心的两个低副和其间的虚设构件代替原来的高副。,自由度不变 构件1，2的角速度等运动参数不变,两转动副各属一个构件，构件要重画，注意同一构件的运动副元素。,对于非圆轮廓的两个构件，因在不同点接触的曲率大小不同，可沿用上述方法得到瞬时的替代机构。,01,A,B,02,1,2,01,A,B,02,1,2,01,A,B
8、,w,1,w,2,3,B,趋于直线,01,A,B,02,1,2,3,如果构件2在接触点的轮廓是直线，则转动副B演化为移动副。,01,A,B,02,1,2,3,如果构件2在接触点的轮廓是直线，则转动副B演化为移动副。,01,A,1,尖点是曲率无穷小的圆，因此替代方法如图,杆组：自由度为零的不可再分的运动链。 机构可视为由原动件和若干个杆组构成。,N=2,pl=3. II 级杆组,III 级杆组 n=4,pl=6 注意找中心构件。,不能存在只有一个构件的运动副或只有一个运动副的构件。 每个杆组拆分后自由度不变 每个构件和运动副都只能属于一个杆组,拆分图示机构的杆组,拆分图示机构的杆组,拆分图示机构的杆组,拆分图示机构的杆组,拆分图示机构的杆组,拆分图示机构的杆组,拆分图示机构的杆组,拆分图示机构的杆组,拆分图示机构的杆组,拆分图示机构的杆组,拆分图示机构的杆组,原为复合铰链 有2个转动副,拆分图示机构的杆组,计算自由度,计算自由度,F=1,拆分图示机构的杆组,拆分图示机构的杆组,