机械原理课件第2章机构的结构分析
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机械原理课件—机构具有确定运动的条件
第2章 机构的结构分析
§2-1 机构结构分析的内容及目的 §2-2 机构的组成 §2-3 机构运动简图 §2-4 机构具有确定运动的条件 §2-5 机构自由度的计算 §2-6 计算平面机构自由度时应注意的事项 §2-8 平面机构的组成原理 、结构分类及 结构分析
§2-9 高副低代
机构运动简图绘制的方法与步骤：
＞机构自由度数 运动干涉
运动链成为机构的条件
Fa = 3×2 - 2×3 = 0 Fb运= 3动×链3的- 2自×由5度= -F1= ?
F 0 运动链运不动能链的运运动动，情不况成如为何机? 构
F = 3×4 - 2×5 = 2 1 个原动件
F > 0，但原动件数目小 于自由度数目，运动链 运动不确定，不能成为 机构。
F = 3×3 - 2×4 = 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。
机构(运动链)具有确定相对运动的条件： 机构原动件的数目应等于机构自由度的数目
2
3
2
3
应有两个起始构件
1
5
4
1
5
4
F 3n (2 pl ph ) 3* 4 2 * 5 2
2A
B
1
3
D 4 C
机构(运动链)具有确定相对运动的定义：
§2-4 机构具有确定运动的条件
当机构的原动件按给定的原动规律运动时，该机构中其 余构件的运动随之完全确定。 机构(运动链)具有确定相对运动的条件：
机构原动件的数目应等于机构自由度的数目
F 3n (2 p1 ph )
＝机构自由度数 各构件具有确定相对运动 原动件的数目
1.确定构件数目及原动件、输出构件； 2.根据各构件间的相对运动确定运动副的种类和数目； 3.选定比例尺，按规定符号绘制运动简图； 4.标明机架、原动件和作图比例尺； 5.验算自由度。
§2-1 机构结构分析的内容及目的 §2-2 机构的组成 §2-3 机构运动简图 §2-4 机构具有确定运动的条件 §2-5 机构自由度的计算 §2-6 计算平面机构自由度时应注意的事项 §2-8 平面机构的组成原理 、结构分类及 结构分析
§2-9 高副低代
机构运动简图绘制的方法与步骤：
＞机构自由度数 运动干涉
运动链成为机构的条件
Fa = 3×2 - 2×3 = 0 Fb运= 3动×链3的- 2自×由5度= -F1= ?
F 0 运动链运不动能链的运运动动，情不况成如为何机? 构
F = 3×4 - 2×5 = 2 1 个原动件
F > 0，但原动件数目小 于自由度数目，运动链 运动不确定，不能成为 机构。
F = 3×3 - 2×4 = 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。
机构(运动链)具有确定相对运动的条件： 机构原动件的数目应等于机构自由度的数目
2
3
2
3
应有两个起始构件
1
5
4
1
5
4
F 3n (2 pl ph ) 3* 4 2 * 5 2
2A
B
1
3
D 4 C
机构(运动链)具有确定相对运动的定义：
§2-4 机构具有确定运动的条件
当机构的原动件按给定的原动规律运动时，该机构中其 余构件的运动随之完全确定。 机构(运动链)具有确定相对运动的条件：
机构原动件的数目应等于机构自由度的数目
F 3n (2 p1 ph )
＝机构自由度数 各构件具有确定相对运动 原动件的数目
1.确定构件数目及原动件、输出构件； 2.根据各构件间的相对运动确定运动副的种类和数目； 3.选定比例尺，按规定符号绘制运动简图； 4.标明机架、原动件和作图比例尺； 5.验算自由度。
机械原理第2章机构的结构分析
定义：具有确定运动的运动链称为机构 。
机架－作为参考系的构件，如机床床身、车辆 底盘、飞机机身。
原（主）动件－按给定运动规律运动的构件。 从动件－其余可动构件。
机构的组成：
机构＝机架＋原动件＋从动件
1个
1个或几个
若干
15
2021/9/23
§1－2 平面机构运动简图
机构运动简图－用以说明机构中各构件之间的相对 运动关系的简单图形。
零件(part) －独立的制造单元
套筒
内燃机中的连杆
内燃机 连杆 螺栓
连杆体
垫圈 螺母
轴瓦
作者：潘存云教授
2021/9/23
连杆盖
3
2.运动副 定义：运动副－－两个构件直接接触组成的仍能产 生某些相对运动的联接。
a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动 三个条件，缺一不可
运动副元素－直接接触的部分（点、线、面） 例如：凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。
－－对机构的运动实际不起作用的约束。
计算自由度时应去掉虚约束。
∵ FE＝AB ＝CD ，故增加构件4前后E
点的轨迹都是圆弧，。
增加的约束不起作用，应去掉构件4。 35
2021/9/23
⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形
机构的自由度。
B 2E
C
1
作者：潘存云教授
4
3
A
F
D 虚约束
重新计算：n=3, PL=4, PH=0
24
2021/9/23
§2－5 平面机构自由度的计算
作平面运动的刚体在空间的位
y
置需要三个独立的参数（x，y, θ）才能唯一确定。
单个自由构件的自由度为 3
机械原理课件第2章机构结构分析
斜盘机构应用
常见于发动机的气门传动机构
曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构简介
由一个摇杆、一个曲柄和一个连 杆组成，常用于产生往复运动或 转动运动
苏格兰摇臂曲柄机构
由一个摇臂和一个曲柄组成，常 用于产生往复直线运动
偏心摇杆机构
由一个摇杆和一个偏心轴组成， 用于产生往复直线运动或转动运 动
各种机构的运动分析
1
工业机械臂
用于完成各种重复性、精确性 和危险性高的工业操作任务
结论和要点
1 机构结构对机械系统
运动有重要影响
选择合适的机构结构可以 实现所需的运动形式
2 各种机构的特点和应
用领域
了解不同机构的特点和应 用可以提供设计方案和解 决问题的思路
3 机构分析和运动分析
的方法
通过分析机构的几何关系 和运动规律来研究机械系 统的运动
机械原理课件第2章机构 结构分析
机构结构是机械系统中相互连接的零件组成的一个整体结构，它对机械系统 的运动有重要影响。本章将介绍机构结构的定义和分类。
机构结构分类
1 平面机构
由于零件的运动轨迹或轴线均在一个平面内
2 空间机构
零件的运动轨迹或轴线存在于三维空间内
3 点机构
只有一个定点的相对运动机构
4 线机构
连杆机构分析
通过连杆的几何关系和运动规律来分析机械系统的运动情况
2
速度分析
计算连杆各点的速度大小和方向
3
加速度分析
计算连杆各点的加速度大小和方向
机构的应用举例
发动机活塞连杆机构
将往复运动转化为旋转运动， 推动发动机的活塞进行往复运 动
汽车悬挂系统
通过各种机构传递力量和减震， 提高汽车驾驶的舒适性和安全 性
机械原理机构的结构分析PPT
第二章 机构得结构分析
机构中得虚约束都就是在一定特定得几何条件 下出现得,如果这些几何条件不满足,则虚约束就会变 成实际有效得约束。
第二章 机构得结构分析
第三节 机构运动简图
第二章 机构得结构分析
在研究机构得运动时,只需按规定符号表示运动副、 常用机构、及一般构件,并按一定得比例尺表示机构得 运动尺寸与运动副得位置,绘制表示机构各构件间相对 运动关系得简化图形,将机构得运动传递情况表示出来, 这种图形被称机构得结构分析
也可以去掉产生虚约束得构件与运动副,再进行自由 度计算:
F 3n 2Pl Ph F 3 3 2 3 2 0 1
第二章 机构得结构分析
5)如果两构件在多处接触而构成平面高副,且在接触点 处得公法线彼此重合,则只能算一个平面高副。
如果两构件在多处相接触所构成得平面高副,在各接触 点处得公法线方向彼此不重合,就构成复合高副,它相当于 一个低副(转动副或移动副)。
机械原理机构的结构分析
第二章 机构得结构分析
教学基本要求:
(1)搞清运动副、运动链、约束与自由度等重 要概念。
(2)掌握平面机构自由度得计算方法及其具有 确定运动得条件。
(3)掌握机构运动简图得概念及其绘制方法。 (4)明确机构组成得概念,了解平面机构得组成 原理。
第二章 机构得结构分析
重点: (1)运动副及其分类。 (2)平面机构得自由度计算及具有确定运动得 条件 (3)掌握机构运动简图得概念及其绘制方法。 难点: 机构运动简图绘制、机构中得虚约束得判定问 题。
球 面 高 副
简图符号
副级 自由度 名 称
圆
柱
I
5套
筒
副
图形
柱 面 高 副
机械原理——第2章 机构的的组成及结构分析
2
1 1 2
2
1
2 1 2
1
1 1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2 1
1 2
3. 运动链
运动链－两个以上的构件通过运动副的联接 而构成的系统。 工业 机器人
闭式链、
开式链
4. 机构能够用来传递运动和动力的可动装置。 机架－作为参考系的构件，如机床床身、车辆 底盘、飞机机身。
原（主）动件－按给定运动规律运动的构件。 从动件－其余可动构件。
⑦已知：AB＝CD＝EF，计算图示平行四边形 机构的自由度。 B C 2 E 解：n= 4， PL= 6， PH=0 1 F=3n － 2PL － PH 4 3 =3×4 －2×6 F D A =0 3.虚约束 －－对机构的运动实际不起作用的约束。 计算自由度时应去掉虚约束。 ∵ FE＝AB ＝CD ，故增加构件4前后E 点的轨迹都是圆弧，。 增加的约束不起作用，应去掉构件4。
1.杆组的各个外端副不可以同时加在同
一个构件上，否则将成为刚体。如：
2.机构的级别与原动件的选择有关。
§2－8 平面机构中的高副低代
高副低代：为了使平面低副机构的结构分析和运动
分析的方法能适用于含有高副的平面机构，根据一 定条件将机构中的高副虚拟地以低副代替的方法。 高副低代条件：
1、代替前后机构的自由度不变
一般构件的表示方法
杆、轴构件
固定构件
同一构件
一般构件的表示方法
两副构件
三副构件
注意事项:
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
在 机 架 上 的 电 机 带 传 动 齿 轮 齿 条 传 动 圆 锥 齿 轮 传 动
机械原理：第二章机构的结构分析
斜齿轮机构
两个齿轮的齿廓为斜线，实现直线的 运动传递，同时具有较好的承载能力 和传动平稳性。
02
CHAPTER
机构的运动分析
机构运动简图
总结词
机构运动简图是表示机构运动关系的图形，通过图形化方式展示机构的组成和运 动传递路径。
详细描述
机构运动简图是一种抽象的图形表示，它忽略了机构的实际尺寸和形状，只关注 机构中各构件之间的相对运动关系。通过绘制机构运动简图，可以清晰地了解机 构的组成、运动传递路径以及各构件之间的相对位置和运动方向。
常见的受力分析方法
详细描述：常见的受力分析方法包括解析法、图解法和 有限元法等，每种方法都有其适用范围和优缺点，应根 据具体情况选择合适的方法。
机构的平衡分析
总结词
理解机构平衡的概念是进行平衡 分析的前提。
详细描述
机构平衡是指机构在静止或匀速 运动状态下，各作用力相互抵消 ，机构不会发生运动状态的改变 。
轮系
定轴轮系
各齿轮的转动轴线固定，齿轮的 运动由一个主动轮通过各齿轮的
啮合传递到另一个从动轮。
行星轮系
其中一个齿轮的转动轴线绕着另 一固定轴线转动，行星轮既可绕 自身轴线自转，又可绕固定轴线
公转。
混合轮系
由定轴轮系和行星轮系组合而成， 既有定轴轮系的自转运动，又有
行星轮系的公转和自转运动。
凸轮机构
机构运动分析的方法
总结词
机构运动分析的方法主要包括解析法和图解法两种。
详细描述
解析法是通过建立数学模型，运用数学工具进行求解的方法。这种方法精度高，适用于对机构进行精确的运动学 和动力学分析。图解法是通过作图和测量来分析机构运动的方法，这种方法直观易懂，适用于初步了解机构的运 动关系。
机械原理02(本)- 机构的结构分析
2
平 面 运 动 副
1
1
1 2
1
平 面 高 副 2 螺 旋 空 副 间 运 动 球 副 面 副 球 销 副 1 2 1
2 1 1 2 1 2 1 1 2
2
1 2
1 2
1 2
1 2
2 1
1 2
3. 运动链 运动链-----两个以上的构件通 两个以上的构件通 运动链 过运动副的联接而构成的系统。 过运动副的联接而构成的系统。
4 1 2 3
F=3n － 2Pl － Ph =3×3 － 2×4 × × =1
②计算五杆铰链机构的自由度。 计算五杆铰链机构的自由度。 解：活动构件数n= 4 活动构件数 低副数P 低副数 l= 5 高副数P 高副数 h= 0 F=3n － 2Pl － Ph =3×4 － 2×5 × × =2
1 5 2 3
§2－3 机构运动简图
1.什麽是机构运动简图 什麽是机构运动简图 机构运动简图： 机构运动简图：表示机构运动特征的一种工 程用图 和运动有关的：运动副的类型、数目、 和运动有关的：运动副的类型、数目、相对 位置、 位置、构件数目 和运动无关的：构件外形、截面尺寸、 和运动无关的：构件外形、截面尺寸、组成 构件的零件数目、 构件的零件数目、运动副的具体构造 机构示意图-------不按比例绘制的简图 不按比例绘制的简图 机构示意图
§2-6 计算平面机构自由度时应注意的事项 一 、要正确计算运动副数目 实例分析1：计算图示圆盘锯机构 实现无导轨 实例分析 ：计算图示圆盘锯机构 (实现无导轨 直线运动)自由度 直线运动 自由度
D 4 1 2 F 8 3 A B 5 6 7 C E
解：F=3n-2 pl – ph =3×7 - 2×6-0=9
第2章机械原理 机构的组成及结构分析
3
2 1
错
移动副导路平行 结论：在计算机构自由 转动副轴线重合 度时，虚约束应先去除 平面高副接触点共法线 不计
“移动副”
“转动副”
A
B
F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 4－ 0 =1
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2－1 =1
A
B
转动副轴线重合——两构件有多
处接触而构成转动副且转动轴线相互 重合时，只有一个转动副起约束作用， 如右图，曲轴的两转动副A 、B之一为
运动副元素——两构件相互接触的点、线、面。
运动副分类: 1、按运动副两构件接触的特性分为低副和高副。
转动副
移动副
特点：面接触、相对转动或相对移动 低副
●
齿轮副
凸轮副
特点：点或线接触、沿接触点切线方向相对移动 绕接触点的转动 高副 2、按运动副两构件间的相对运动是平面还是空间运动分 为平面运动副和空间运动副。
第2章
机构的组成及结构分析
内 容
•构件及其运动副
•机构运动简图的绘制
•平面机构自由度的计算
重 点
•
运动副和运动链的概念、机构运动简图的绘制、
机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算。
§2－1 研究机构结构的目的
其目的是：
１、研究组成机构的组成及机构具有确定运动的条件
▲弄清机构包含哪几个部分
▲各部分如何相联？ ▲怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？
F＝3n－2PL－PH ＝3 2 －2 2 1 － ＝1
3.注意事项（续） 虚约束 不产生实际约束效果的重复约束
虚约束常发生在下列情况 （1）两构件间构成多个运动副 F＝3n－2PL－PH F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2 1 － ＝3 2－2 3 1 － ＝1 对 ＝-1
2 1
错
移动副导路平行 结论：在计算机构自由 转动副轴线重合 度时，虚约束应先去除 平面高副接触点共法线 不计
“移动副”
“转动副”
A
B
F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 4－ 0 =1
F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2－1 =1
A
B
转动副轴线重合——两构件有多
处接触而构成转动副且转动轴线相互 重合时，只有一个转动副起约束作用， 如右图，曲轴的两转动副A 、B之一为
运动副元素——两构件相互接触的点、线、面。
运动副分类: 1、按运动副两构件接触的特性分为低副和高副。
转动副
移动副
特点：面接触、相对转动或相对移动 低副
●
齿轮副
凸轮副
特点：点或线接触、沿接触点切线方向相对移动 绕接触点的转动 高副 2、按运动副两构件间的相对运动是平面还是空间运动分 为平面运动副和空间运动副。
第2章
机构的组成及结构分析
内 容
•构件及其运动副
•机构运动简图的绘制
•平面机构自由度的计算
重 点
•
运动副和运动链的概念、机构运动简图的绘制、
机构具有确定运动的条件及机构自由度的计算。
§2－1 研究机构结构的目的
其目的是：
１、研究组成机构的组成及机构具有确定运动的条件
▲弄清机构包含哪几个部分
▲各部分如何相联？ ▲怎样的结构才能保证具有确定的相对运动？
F＝3n－2PL－PH ＝3 2 －2 2 1 － ＝1
3.注意事项（续） 虚约束 不产生实际约束效果的重复约束
虚约束常发生在下列情况 （1）两构件间构成多个运动副 F＝3n－2PL－PH F＝3n－2PL－PH ＝3 2－2 2 1 － ＝3 2－2 3 1 － ＝1 对 ＝-1