机构的结构分析
第一章 平面机构的结构分析
本章教学内容
1-1 平面机构的组成 1-2 平面机构的运动简图 1-3 平面机构自由度 1-4 机构的组成原理及结构分析 1-5 平面机构中的高副低代
§1-2 平面机构的组成
1. 构件(Link) 机械的独立运动单元，传 递运动和力的载体。 实例：内燃机中的缸体、 活塞、连杆、曲轴等。
在 机 架 上 的 电 机
齿 轮 齿 条 传 动
圆
带 传 动
锥 齿 轮 传
动
常用机构运动简图符号（续）
圆
柱
链
杆
传
蜗
动
轮
传
动
外啮
合圆
凸
柱齿
轮
轮传
传
动
动
常用机构运动简图符号（续）
内啮 合圆 柱齿 轮传 动
棘 轮 机 构
◆ 画机构运动简图的方法
1）确定构件数目，辨清主、从动件。 2）确定运动副类型和数目。 3）选定比例尺，用线条和规定符号作图。 例 绘制转动翼板式水泵机构运动简图。 绘制旋转泵机构运动简图。 绘制图示机构的机构运动简图。
O
x
sx
平面运动刚体的自由度
观察图示两构件组成的圆柱副
y
两构件保留的相对运动
sz和z，即自由度数 F 2。
sz
两构件之间受限制的相对运动 z
O x
sx，sy ，x和y，即约束数 s 4。 z
运动副的分类 ● 按运动副引入的约束数分类
I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。 ● 按运动副的接触形式分类
点、线接触的运动副—高副 面与面接触的运动副—低副 ● 按两构件相对运动的形式分类 平面运动副 空间运动副 ● 按接触部分的几何形状分类 圆柱副、球面副、螺旋副、球面–平面副、平面–平面 副、球面–圆柱副、圆柱–平面副等等。
运动副举例
球面–平面副 Sphere-plane pair
空间I 级高副
圆柱–平面副 Cylinder-plane pair
★ 闭链: 运动链 的各构件构成首 尾封闭的系统。
★ 开链: 运动 链的各构件未 构成首尾封闭 的系统。
★平面运动链:各构件间的相对运动为平面运动的运动链。 ★ 空间运动链:各构件间的相对运动为空间运动的运动链 。
空间运动链
4. 机构
2 3
1 4
运动链
2
3
1
4
固定一个构件
机构
满足条件
其余构件运动 是否确定？
成比例。
◆ 机构示意图
机构的示意图：指为了表明机构结构状况, 不要求严格 地按比例而绘制的简图。
◆ 常用运动副和构件的表示方法
运动副 名称
常用运动副的符号
运动副符号
两运动构件构成的运动副
两构件之一为固定时的运动副
2
2
2
2
转
动
副
平
1
1
1
1
面
运
动 副
22
2
移
动
1
1
副
2
22
11
1
2
2
22
1 1
2
1 2 1
内燃机连杆
构件可以是一个零件,也可以由几个零件刚性连接组成。 实例：连杆由连杆体、轴瓦、连杆盖、螺栓、垫圈、螺 母、连杆衬套等相互刚性连接组成。
连杆衬套
螺栓
垫圈 螺母
连杆体 轴瓦
内燃机连杆
零件(Part)是机械的制造单元。
连杆盖
2. 运动副
两个构件以一定几何形状和尺寸的表面相互直接接触 所形成的可动连接。
例1:
运动副引入的约束数：最多为5个。
刚体的自由度 一个完全独立的刚体 在空间直角坐标系下的自
由 度 为 sx ， sy ， sz ， x ， y，z ，即自由度数 F
6。
z
z
y
y y
sy
x
O
z
x
x
sz
O
sx 空间运动刚体的自由度
y
平面运动刚体的自由
度为sx，sy，z，即自由度
数 F3。
sy
z
(x , y)
机架 原动件 从动件系统
1个
至少1个
2Байду номын сангаас
3
1
4
在另一个（或几个） 构件上加上已知运动
机构
4、机构
原动件
◆机构:在运动链中将一构 件加以固定, 而其余构件都 具有确定的运动，则运动链 便成为机构。 ◆机架：机构中固定不动构件。
机架
◆原动件: 机构中按给定的 运动规律独立运动的构件。
◆从动件:机构其余活动构件。 ◆ 平面机构: 机构中各构件间的相对运动为平面运动。
机构运动简图：指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, 并用国标规定的简单线条和符号代表构 件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。
机构运动简图应满足的条件： ⑴ 构件数目与实际机构相同； ⑵ 运动副的性质、数目与实际机构相符； ⑶ 运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构
空间II 级高副
球面副
Spherical pair 空间III 级低副
球销副
Sphere-pin pair 空间IV 级低副
圆柱副
Cylindric pair 空间IV 级低副
螺旋副
Helical pair 空间V 级低副
轴承 Bearing
转动副
Revolute pair 平面V 级低副
铰链 Hinged joint
移动副
Prismatic pair, Sliding pair 平面V 级低副
运动副的封闭 保持运动副元素之间的接触称为运动副的封闭。 ● 几何封闭(Geometric closure) ● 力封闭(Forced closure)
弹簧力封闭
重力封闭
3、运动链
◆ 运动链:指两个以上的构件通过运动副连接而构成可相对运 动的系统。
1
1
22
1 2
1
平 面
平 面
2
运高
动副 副
1
2
螺
1
旋
空副 2
间
1
运
动
副
球
1
面
副
球
2
销
副
2 1
2 1
1
2
2 1
2 1
1 2
1 2
2
1
2 1
杆、轴构件 固定构件 同一构件
构件的表示方法
两副构件 三副构件
构件的表示方法
画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质。
常用机构运动简图符号（摘自GB/T4460-1984）
◆ 空间机构: 机构中各构件间的相对运动为空间运动。
平面机构是应用最广泛的机构。 平面运动副的约束数为1 s 2。 点、线接触的平面运动副—平面高副 滚动副 凸轮副 齿轮副
面接触的平面运动副—平面低副 转动副 移动副
§1-2 机构运动简图
◆ 机构运动简图
为什么要画机 构运动简图？
机构的运动：与原动件运动规律、运动副类型、机构 运动尺寸有关。
运动副元素—两个构件上相互接触的表面。
运动副元素不外乎
为点、线、面。
◆ 构件自由度与约束
1. 构件的自由度：指一 个构件相对另一个构件 可能出现的独立运动。 一个自由构件在空间具 有6个自由度。
2. 约束：指通过运动副连接的两构件之间的某些相对独 立运动所受到的限制。
运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。