第二章机构的结构分析
§ 2-1机构结构分析的内容及目的一,研究机构的组成及机构运动简图的画法二,了解机构具有确定运动的条件三,研究机构的组成原理及结构分类机器是由机构组成的。
例,内燃机内燃机
§ 2-2 机构的组成一,构件构件 运动上的最小单元体。
构件分成以下几种机架（固定构件）
活动构件主动件从动件其中，运动规律已知的活动构件称为原动件，
输出运动或动力的从动件称为输出件。
零件 制造上的最小单元体二,运动副运动副：机构中两构件直接接触的可动联接。
1,根据运动副的接触形式：
1）低副：面接触的运动副。如 转动副,移动副 。
2）高副：点或线接触的运动副。如 齿轮副,凸轮副。
2、根据组成运动副的两构件间的相对运动：
1）平面运动副：组成运动副两构件间作相对平面运动，如转动副、移动副、凸轮副、齿轮副。
2）空间运动副：组成运动副两构件间作相对空间运动。如圆柱副，球面副。
1、闭式运动链：运动链中的每个构件上至少有两个或两个以上运动副元素，且各构件用运动副连接起来组成闭环系统。
A
B
C
D
1
2
3
4 A
B
C
D
E F
G
1
2 3
4
5
6
单闭环 双闭环三,运动链：用运动副连接而成的相对可动的构件系统。
2 开式运动链：运动链中的各构件没有构成首尾封闭的构件系统 。
A
B
C1
2
3
4
机构是用来传递运动和力,且有一个构件为机架的,用运动副联接而成的构件系统 。
四,机构曲柄摇杆机构
§ 2-3 机构运动简图机构运动简图是用规定的运动副符号及代表构件的线条来表示机构的运动特性，并根据运动学尺寸，按一定的比例画成的简单图形。
内燃机
§ 2-4 机构具有确定运动的条件
D C
B
A 1
23 4
１,原动件 机构中按照给定的运动规律而独立运动的构件
2
1 3 4 5
6
一,机构具有确定运动的条件
2,自由度 机构所能提供的独立运动的数目
3.机构具有确定运动的条件是,
原动件数 =自由度数
§ 2-5 机构自由度的计算一、平面机构的自由度
（ 一 ） 构件的自由度：构件独立运动的数目,即决定构件位置的独立参变量 。
一个作平面自由运动的构件有三个自由度。
（ 二）、运动副的约束：两个构件以某种方式联接成运动副之后，给两构件之间的相对运动所带来的限制。
转动副 移动副平面机构的三自由度
x
y
o
点,线接触的平面高副产生 1个约束,
剩下 2个自由度 。
面接触的平面低副引入 2个约束，剩 1个自由度。
t
t
n
n
2
1 A
vt
vt
机构的总自由度 F = 3n - 2PL – PH
机构的自由度：机构中各活动构件相对于机架的可能的独立运动数目。
n:机构中的活动构件数
PL：机构中的低副数 PH：机构中的高副数
F = 3× 3–2× 4=1 F = 3× 4– 2× 5=2
F = 3× 2 – 2× 3 = 0
(桁架 )
1 23
4
F = 3× 3 – 2× 5 = -1
(超静定桁架 )
二维四杆机构
2
5
1
3
4?1
§ 2-6.计算机构自由度时应注意的几种情况一,复合铰链由三个或三个以上构件组成的轴线重合的转动副称为复合铰链。
由 m个构件组成的复合铰链应含有 (m-1)个转动副。
n = 5 PL= 7
F = 3× 5 – 2× 7 = 1
3
2 4
3 2 41 3
4
56
2
二,局部自由度
1、局部自由度：机构中个别构件不影响其它构件运动，即对整个机构运动无关的自由度。
2、处理办法：在计算自由度时，拿掉这个局部自由度，即可将滚子与装滚子的构件固接在一起。
A
B
C3
2
1
4
A
B
C3
2
1
n = 2 PL = 2 PH = 1
F= 3× 2 – 2× 2 -1 = 1
n = 3 PL= 3 PH= 1
F = 3× 3 – 2× 3 -1= 2
三）虚约束
1,虚约束,在机构中与其它运动副作用重复，
而对构件间的相对运动不起独立限制作用的约束。
3、常见的虚约束
1) 机构中某两构件用转动副相联的联结点,在未组成运动副之前,其各自的轨迹已重合为一,则此联结带入的约束为虚约束 。
二维车轮连动机构二维椭圆规机构
2）两构件组成的若干个导路中心线互相平行或重合的移动副。
x1
x2
A
B
C1
2
3
4x1 x2
x1
A
B
C1
2
3
4
x1
A
B
C1 2
3
4
3）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。
A
B C
D
4）在机构整个运动过程中，如果其中某两构件上两点之间的距离始终不变，则联接此两点的两个转动副和一个构件形成的约束为虚约束。
C2
A
B
D
FE
3
4
15 5
C2
A
B
D
FE
3
4
15 5
A
B C
D
5）机构中对运动不起作用的自由度 F=-1
的对称部分存在虚约束。
一、三行星轮系二维行星轮系 2
n = 7 P5 = 10
F = 3× 7–2× 10 = 1
B
C
D
E
1234
5
6 7
8
A
n =7 P5 = 10
F = 3× 7–2× 10 = 1
二维直线运动机构
§ 2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
1.平面机构的组成原理基本杆组,去除机架及原动件,最后不能再拆的自由度为零的构件组,简称杆组任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次联结于原动件和机架上而构成的,这就是机构的组成原理
2.平面机构的结构分类组成平面机构的基本杆组应符合条件
3n-2pL-ph=0
如基本杆组中的运动副全部为低副,则
3n-2pL=0,由于 n,pL必须为整数，因此最简单的杆组是有两个构件和三个低副构成，称为 级组级组 级组
3.平面机构的结构分析
1) 正确计算机构的自由度
2) 从远离原动件的构件开始拆杆组,每拆出一个杆组后,留下的部分仍应是一个与原机构有相同自由度的机构,直至只剩下原动件和机架
3) 确定机构的级别 (由拆出的杆组的最高级别决定 )
级机构例,F=3?5-2× 7=1
级机构结束
§ 2-1机构结构分析的内容及目的一,研究机构的组成及机构运动简图的画法二,了解机构具有确定运动的条件三,研究机构的组成原理及结构分类机器是由机构组成的。
例,内燃机内燃机
§ 2-2 机构的组成一,构件构件 运动上的最小单元体。
构件分成以下几种机架（固定构件）
活动构件主动件从动件其中，运动规律已知的活动构件称为原动件，
输出运动或动力的从动件称为输出件。
零件 制造上的最小单元体二,运动副运动副：机构中两构件直接接触的可动联接。
1,根据运动副的接触形式：
1）低副：面接触的运动副。如 转动副,移动副 。
2）高副：点或线接触的运动副。如 齿轮副,凸轮副。
2、根据组成运动副的两构件间的相对运动：
1）平面运动副：组成运动副两构件间作相对平面运动，如转动副、移动副、凸轮副、齿轮副。
2）空间运动副：组成运动副两构件间作相对空间运动。如圆柱副，球面副。
1、闭式运动链：运动链中的每个构件上至少有两个或两个以上运动副元素，且各构件用运动副连接起来组成闭环系统。
A
B
C
D
1
2
3
4 A
B
C
D
E F
G
1
2 3
4
5
6
单闭环 双闭环三,运动链：用运动副连接而成的相对可动的构件系统。
2 开式运动链：运动链中的各构件没有构成首尾封闭的构件系统 。
A
B
C1
2
3
4
机构是用来传递运动和力,且有一个构件为机架的,用运动副联接而成的构件系统 。
四,机构曲柄摇杆机构
§ 2-3 机构运动简图机构运动简图是用规定的运动副符号及代表构件的线条来表示机构的运动特性，并根据运动学尺寸，按一定的比例画成的简单图形。
内燃机
§ 2-4 机构具有确定运动的条件
D C
B
A 1
23 4
１,原动件 机构中按照给定的运动规律而独立运动的构件
2
1 3 4 5
6
一,机构具有确定运动的条件
2,自由度 机构所能提供的独立运动的数目
3.机构具有确定运动的条件是,
原动件数 =自由度数
§ 2-5 机构自由度的计算一、平面机构的自由度
（ 一 ） 构件的自由度：构件独立运动的数目,即决定构件位置的独立参变量 。
一个作平面自由运动的构件有三个自由度。
（ 二）、运动副的约束：两个构件以某种方式联接成运动副之后，给两构件之间的相对运动所带来的限制。
转动副 移动副平面机构的三自由度
x
y
o
点,线接触的平面高副产生 1个约束,
剩下 2个自由度 。
面接触的平面低副引入 2个约束，剩 1个自由度。
t
t
n
n
2
1 A
vt
vt
机构的总自由度 F = 3n - 2PL – PH
机构的自由度：机构中各活动构件相对于机架的可能的独立运动数目。
n:机构中的活动构件数
PL：机构中的低副数 PH：机构中的高副数
F = 3× 3–2× 4=1 F = 3× 4– 2× 5=2
F = 3× 2 – 2× 3 = 0
(桁架 )
1 23
4
F = 3× 3 – 2× 5 = -1
(超静定桁架 )
二维四杆机构
2
5
1
3
4?1
§ 2-6.计算机构自由度时应注意的几种情况一,复合铰链由三个或三个以上构件组成的轴线重合的转动副称为复合铰链。
由 m个构件组成的复合铰链应含有 (m-1)个转动副。
n = 5 PL= 7
F = 3× 5 – 2× 7 = 1
3
2 4
3 2 41 3
4
56
2
二,局部自由度
1、局部自由度：机构中个别构件不影响其它构件运动，即对整个机构运动无关的自由度。
2、处理办法：在计算自由度时，拿掉这个局部自由度，即可将滚子与装滚子的构件固接在一起。
A
B
C3
2
1
4
A
B
C3
2
1
n = 2 PL = 2 PH = 1
F= 3× 2 – 2× 2 -1 = 1
n = 3 PL= 3 PH= 1
F = 3× 3 – 2× 3 -1= 2
三）虚约束
1,虚约束,在机构中与其它运动副作用重复，
而对构件间的相对运动不起独立限制作用的约束。
3、常见的虚约束
1) 机构中某两构件用转动副相联的联结点,在未组成运动副之前,其各自的轨迹已重合为一,则此联结带入的约束为虚约束 。
二维车轮连动机构二维椭圆规机构
2）两构件组成的若干个导路中心线互相平行或重合的移动副。
x1
x2
A
B
C1
2
3
4x1 x2
x1
A
B
C1
2
3
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x1
A
B
C1 2
3
4
3）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副。
A
B C
D
4）在机构整个运动过程中，如果其中某两构件上两点之间的距离始终不变，则联接此两点的两个转动副和一个构件形成的约束为虚约束。
C2
A
B
D
FE
3
4
15 5
C2
A
B
D
FE
3
4
15 5
A
B C
D
5）机构中对运动不起作用的自由度 F=-1
的对称部分存在虚约束。
一、三行星轮系二维行星轮系 2
n = 7 P5 = 10
F = 3× 7–2× 10 = 1
B
C
D
E
1234
5
6 7
8
A
n =7 P5 = 10
F = 3× 7–2× 10 = 1
二维直线运动机构
§ 2-7平面机构的组成原理、结构分类及结构分析
1.平面机构的组成原理基本杆组,去除机架及原动件,最后不能再拆的自由度为零的构件组,简称杆组任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次联结于原动件和机架上而构成的,这就是机构的组成原理
2.平面机构的结构分类组成平面机构的基本杆组应符合条件
3n-2pL-ph=0
如基本杆组中的运动副全部为低副,则
3n-2pL=0,由于 n,pL必须为整数，因此最简单的杆组是有两个构件和三个低副构成，称为 级组级组 级组
3.平面机构的结构分析
1) 正确计算机构的自由度
2) 从远离原动件的构件开始拆杆组,每拆出一个杆组后,留下的部分仍应是一个与原机构有相同自由度的机构,直至只剩下原动件和机架
3) 确定机构的级别 (由拆出的杆组的最高级别决定 )
级机构例,F=3?5-2× 7=1
级机构结束
