机械原理与机械设计：机构的组成原理

两个含有外接副的构 件直接用运动副联接。
(e)
（2） Ⅲ级组(n=4，PL=6) 中心构件
Ⅲ级组基本型
Ⅲ级组其它型举例
Ⅲ级组的结构特征： 三个含有外接副的构件与同一构件（用运动副）联接。
Ⅲ级组基本型
Ⅲ级组其它型举例
第四种形式称为IV级组。 结构特点：有两个三副杆，且4个构件构成四边形结构
内端副━━杆组内部相联。 外端副━━与组外构件相联。
J
H
I
G
F
D
C B
AP
Ⅲ级机构
【解】 以GH为原动件进行 结构分析：
H G
J I
Ⅱ级机构
F
D
C B
AP
本章重点小结
机架 一、构件 + 运动副 运动链 机构 原动件
从动件
基本杆组
二、运动链成为机构的条件：F > 0, 原动件数目等于自由度数目 平面运动链自由度计算方法和注意事项
三、机构运动简图的绘制
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
机构的级别取决于机构中的基本杆组的最高级别
另一种说法：机构的级别与机构中最高级别基本杆组 的级别一致
3.平面机构的结构分析
结构分析的目的 1）了解机构的组成 2） 确定机构的级别 3）为机构受力分析提供简化方法
机构按所含最高杆组级别命名，如Ⅱ级机构，Ⅲ 级机构等。
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。
组成原理
任何机构都可以看作是若干个自由度为零的基本杆组依次 联接到原动机和机架上而构成的，机构的自由度等于原动件的
数目，这就是机构的组成原理。
机架 构件 + 运动副 运动链 机构 原动件
4
3 1
8 6 5
7
Ⅲ级机构
2
4
3 1
8 6 5
7
Ⅱ级机构 或
Ⅱ级机构
2.4.2 机构的组成原理
F=1
F=0 F=0
2
4
3
5
6
1
78
F=1
原
杆
杆
动 件
组
组
2.平面机构组成原理： 任何一个平面机构都可以看作是由一系列基本组依次 联接到原动件、机架或前一个基本组而形成的。 ●原理的限定条件:平面低副机构；连架杆为原动件。
从动件组合
F= 0
基本杆组：最简单的不可再拆的自由度为零的构件组， 简称为杆组。
2）基本杆组 机构具有确定运动的条件是: 原动件数＝自由度 设想：将机构中原动件和机架断开，则原动件与机 架构成基本机构，其F＝1。剩下的构件组必有F＝0 将构件组继续拆分成更简单F＝0的构件组，直到不 能再拆为止。
F=0 F=1
(低副机构中Ph＝0 )
∵ PL 为整数， ∴ n只能取偶数。
n ＝ 2 4 n>4 已无实例了! PL ＝ 3 6 n=2 的杆组称为Ⅱ级组━━应用最广而又最简单 的基本杆组。共有 5 种类型
●分类
PL＝3n/2 外
(1)Ⅱ级组(n=2，PL=3)
接 副
内 (a) 接
副
(d)
(b)
(c)
Ⅱ级组的结构特征：
【例2-6】对图示机构进行高副低代和结构分析。
H G
F
J I
D
C B
AP
【解】1. 高副低代：
H G
F
J I
D
C B
AP
【解】1. 高副低代：
H G
F
J I
D
C B
AP
【解】 2. 结构分析：（1）除去虚约束：
H G
F
J I
D
C B
AP
【解】 2. 结构分析0的构件组。
1. 杆组（基本杆组、基本组、Assur 组）
●定义：F=0 不可再分的构件组。 ●结构公式：
F=3n － 2PL － PH = 3n － 2PL = 0 PL＝3n/2
二、机构的结构分析
设基本杆组中有n个构件，则由条件F＝0有：
F＝3n－2PL－Ph＝0
PL＝3n/2
5I 7
G 6H
J
F
2
4 E
5I 7
B
1
A G
6
H
C
3
D
例7 分别以构件2、4、8为原动件，确定机构的杆组及机构的级别。
解: 以2为原动件
H8
1
2
4 D
7
A
F
C5
6
3E
1
2
A
B
G 4D C5
3
题图
B
注意：已拆过的杆和运动副不能重复再拆
1
（a）
解：1 F 3n 2P P 3 4 25 1 1
L
H
（b）
2 高副低代；
3 杆组拆分如（c ）图所示
该机构为3级机构，
（c）
分析机构的过程：
1）先将机架、原动件与其它构件分离 2）从离原动件最远的杆组折起 3）先试拆Ⅱ级杆组，不成再考虑按Ⅲ级组拆
典型例题
2
B
1
A
C E4
3
D
J F
例10 计算图示机构自由度，并将高副低代，判断机构的级别。
解：1. 计算机构自由度
F
3n
2P l
P h
3
7
2
9
2
1
2
9 1
3 4
10
67 5
8
2. 高副低代
F
T
3. 判断机构的级别
A
3 4
2 10
9
1
67 5
8
例11 计算图示机构自由度，并将高副低代，判断机构的级别。
4 4
5
3
2 6
5 3
2
1
6
1.3.2
2-6 机构的组成原理、结构分类及结构分析 一、机构的组成原理
1）基本机构 由一个原动件和一个机架组成的双杆机构。 a)原动件作移动 (如油缸、气缸、直线电机等) b)原动件作转动 (如电动机)
1
1
2
2
1.3 .2 机构的组成原理和结构分析
机架 构件 + 运动副 运动链 机构 原动件
原动件画法：1个机架、1个活动构件、1个低副、 1个箭头，一个都不能少。
●基本组的联接 ─ 结构综合的杆组法(理解)
给定原动件数目和类型，用不同数目、不同类型的基 本组去联接，可得到新机构。
注意：杆组的各个外端副不允许联在同一个构件上。
1个构件
1个构件
机构的结构分析原则：
首先，从远离原动件的部分开始拆分； 试拆时，先试拆低级别杆组； 每拆完一个杆组，剩余的部分仍然是一个完整机构。
8 6 5
7
重要结论：该机构包含一个基本机构和两个基本杆组， 换句话说，将两个基本杆组添加到基本机构上，构成 了该八杆机构。
特别注意： 杆组的各个外端副不可以同时加在同一个构件
上，否则，构件将发生运动干涉而成为刚体。
特别注意：机构的级别与原动件的选择有关 图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。
2
若干基本杆组
典型示例
2
基本 机构
基本 杆组
1
1
3=
1
+
2 3
4
F=3n－2PL－PH =3×3 －2 ×4 －0
=1
F=3n－2PL－PH =3×1 －2 ×1－0
=1
注意：基本杆组自由度为零
F=3n－2PL－PH =3×2 －2 ×3－0
=0
举例：将图示八杆机构拆分成基本机构和基本杆组。
2
4
3 1