平面机构的结构分析及运动简图绘制

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1、第3章平面机构的结构分析主讲陈银银【教学目标】了解机构的组成，运动副、运动链、约束和自由度等基本概念；掌握绘制机构运动简图的方法；能计算平面机构的自由度；了解机构的组成原理并能进行结构分析。【重点难点】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平面机构自由度的计算。难点：机构自由度计算中有关虚约束的识别及处理。平面机构：机构中所有构件均在一个或几个平行平面内运动。12341234另有空间机构概念。(avi)(avi)研究目的之一：机构运动的可能性及具有确定运动的条件。研究目的之二：研究机构运动简图的绘制方法。研究目的之三：研究机构的组成原理。§

2、3-1机构的构成一、运动副(Joint，KinematicalPair)1.定义：两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接。特点：（1）运动副是一种联接；（2）运动副由两个构件组成；（3）组成运动副的两个构件之间有相对运动。运动副元素：组成运动副的两构件上的接触点、接触线或接触面。运动副元素(avi)机构是由运动副逐一联接各个构件组成的。约束：对构件独立运动所施加的限制。2.构件（刚体）的自由度与约束自由度：构件所具有的独立运动的数目（或确定构件位置的独立参变量的数目）。平面运动刚体的自由度为sx，sy，z，即自由度数F3。yz(x,y)xO平面运动刚体的自由度sx

3、sy一个完全独立的刚体在空间直角坐标系下的自由度(Degreeoffreedom)为sx，sy，sz，x，y，z，即自由度数F6。Oxzysxszsyyxz空间运动刚体的自由度yxzO如：观察图示两构件组成的圆柱副(Cylindricpair)两构件保留的相对运动sz和z，即自由度数F2。两构件之间受限制的相对运动sx，sy，x和y，即约束数S4。zxyOzsz二、运动副的分类机构运动副的类型决定机构的运动形式。1.按约束数分2.按接触情况分3.按相对运动分1.按约束数分表1-1常用运动副及其简图名称图形简图符号副级自由度名称图形简图符号副级

4、自由度球面高副I5圆柱套筒副IV2柱面高副II4转动副V1球面低副III3移动副V1球销副IV2螺旋副V1移动副(avi)球面低副(avi)转动副(avi)低副：两构件以面接触所构成的运动副。2.按接触情况分高副：两构件以点或线接触所构成的运动副。球面高副(avi)柱面高副(avi)3.按相对运动形式分空间运动副：两构件之间的相对运动为空间运动螺旋副球销副平面运动副：两构件之间的相对运动为平面运动1.平面低副（F=1，S=2）2.平面高副（F=2，S=1）4.平面运动副的类型凸轮副(avi)移动副(avi)转动副(avi)齿轮副(avi)三、运动链(KinematicalCh

5、ain)与机构开式运动链(avi)机构(avi)闭式运动链(avi)在运动链中，若将其中的一个构件取为机架并加以固定，则该运动链便成为机构。两个以上的构件通过运动副联接而成的相对可动系统。运动链的类型：闭式运动链(闭式链)开式运动链(开式链)平面运动链空间运动链空间运动链开式运动链闭式运动链1）按封闭形式分2）按相对运动分§3-2机构运动简图(KinematicalDiagrams)1.定义为了便于研究机构的运动，可以撇开构件、运动副的外形和具体构造，而只用简单的线条和规定的符号代表构件和运动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的组成和传动情况。这样绘制出能够准确表达机构运

6、动特性的最简明图形就称为机构运动简图。只是为了表明机构的运动状态或各构件的相互关系，可以不按比例来绘制运动简图，通常把这样的简图称为机构示意图。常用机构构件、运动副代表符号总的思路是先画机构示意图，再画机构运动简图1）先画机构示意图a.搞清机器的动作原理下面结合偏心轮四杆机构模型，介绍机构运动简图的画法。2、绘制机构运动简图的步骤b.区分构件分清构件数、机架、原动件和从动件。c.确定运动副的类型和个数可用图(a)所示的机构拓扑图，记录构件与运动副。d.合理选择视图平面e.画机构示意图通常选择与大多数构件的运动平面相平行的平面为视图平面。一般先画固定导路和固定铰链，然后循着运动

7、传递的路线，依次画各运动副和构件。2）再画机构运动简图a.测量机构尺寸所测尺寸（杆长和角度等）应保证在原动件位置给定后，能画出机构运动简图。如图(b)中，应测量4个杆长：lAB，lBC，lCD和lAD。b.画机构运动简图选择合适的长度比例尺：针对机构的一个瞬时运动位置，按比例尺l画出机构运动简图，并依传递路线标出各构件的编号、运动副代号及原动件转向，如图(b)所示。(avi)例1：绘制牛头刨床机构的运动简图:12347ABDEF56CGH例2：颚式破碎机43D52CFEA6G1B例3：试绘制该机构运动