机械原理（朱龙英西电版）第02章机构的结构分析

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1、第2章　机构的结构分析2.1机构的组成2.2机构运动简图2.3平面机构的自由度2.4平面机构的组成原理和结构分析思考题及习题2.1机构的组成2.1.1构件机构能够实现对运动速度、方向及形式的变换，而实现这些功能，就需要组成机构的各个部分共同协调工作，即各部分之间的运动相对确定，这些具有确定的相对运动的单元体称为构件。与机器中的零件不同的是：零件是制造的基本单元体，而构件则是机构中的基本运动单元体。构件可以是单一零件，如内燃机中的曲轴，也可以是多个零件的刚性组合体，如图2-1所示的内燃机连杆是由连杆体1、连杆盖5、螺栓2、螺母3、开口销4、轴瓦6和轴套7等多个零件构成的一个构件。图2

2、-1内燃机连杆2.1.2运动副机构是具有确定相对运动构件的组合体，为实现机构的各种功能，各构件之间必须以一定的方式联接起来，并且具有确定的相对运动。相互联接的两构件既要保持直接的接触，又能产生一定的相对运动。每两个构件间的这种直接接触所形成的可动联接称为运动副，也可以说运动副就是两构件间的可动联接。图2-2所示的轴与轴颈间的接触，图2-3所示的滑台与导轨间的接触都构成了运动副。图2-2轴与轴颈间的联接图2-3滑台与导轨间的联接构成运动副的两个构件间的接触形式则有点、线、面三种，两个构件上参与接触而构成运动副的点、线、面部分称为运动副元素。运动副有许多分类方法，常见的分类方法有下列几种

3、：(1)根据构成运动副的两构件间相对运动的形式分类。构成运动副的两构件之间的相对运动若为平面运动，则称为平面运动副；若为空间运动，则称为空间运动副。进一步分类，两构件之间只作相对转动的运动副，称为转动副或回转副；两构件之间只作相对移动的运动副，称为移动副。（2）根据两构件接触部分的几何形状分类。　根据组成运动副的两构件在接触部分的几何形状，运动副可分为圆柱副、球面副、螺旋副等。(3)根据构成运动副的两构件的接触形式分类。以面接触的运动副称为低副；以点、线接触的运动副称为高副。由于高副接触的压强较低副大，因此高副比低副易磨损。球面高副中两运动副元素是点接触，柱面高副为线接触,相互啮

4、合的齿轮间为点或线接触，故上述三种运动副都为高副。移动副中的滑块与导路之间、转动副中的两运动副元素之间都是面接触，故均为低副。表2-1给出了常用运动副的所属类型、表示符号及自由度。(4)根据运动副引入的约束数目分类。构件所具有的独立运动的数目称为构件的自由度。一个构件在空间可产生6个独立运动，分别是沿x轴、y轴、z轴的移动，绕x轴、y轴、z轴的转动，也就是说有6个自由度；一个构件在xOy平面可产生3个独立运动，分别是沿x轴及y轴的移动和绕z轴的转动，也就是说有3个自由度。两个构件直接接触构成运动副后，构件的某些独立运动就会受到限制。运动副对构件的独立运动所加的限制称为约束。运动副每引

5、入一个约束，构件便失去一个自由度。两构件间形成的运动副所引入的约束数目取决于运动副的类型。引入一个约束的运动副称为Ⅰ级副，引入两个约束的运动副称为Ⅱ级副，依次类推，还有Ⅲ级副、Ⅳ级副、Ⅴ级副。常用运动副所引入的约束见表2-1。2.1.3运动链两个以上构件通过运动副联接而构成的构件系统称为运动链。如果组成运动链的各构件形成首尾封闭的系统(如图2-4(a)所示)，则称为闭式链；如果组成运动链的各构件未形成首尾封闭的系统(如图2-4(b)所示)，则称为开式链。在一般机械中，大多采用闭式链，而在机器人机构中大多采用开式链。图2-4运动链2.1.4机构在运动链中，将某一构件（作为参考系）加以

6、固定，而让另一个(或几个)构件按给定运动规律相对于该固定构件运动，若运动链中其余各构件都有确定的相对运动，则此运动链称为机构。机构中固定不动的构件称为机架；按照给定运动规律独立运动的构件称为原动件，或称为主动件；其余活动构件称为从动件。如果组成机构的各构件的相对运动均在同一平面内或在相互平行的平面内，则此机构称为平面机构；如果组成机构的各构件的相对运动不在同一平面(或平行平面)内，则此机构称为空间机构。2.2机构运动简图2.2.1机构运动简图概述实际机构往往是由外形和结构都很复杂的构件所组成的。但从运动学的观点来看，各种机构都是由构件通过运动副的联接而构成的，构件的运动取决于运动

7、副的类型和机构的运动尺寸（确定各运动副相对位置），而与构件的外形、断面尺寸以及运动副的具体结构等无关。因此，为了便于研究机构的运动，可以撇开构件的外形和具体构造，而只用国家标准规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定的比例尺表示机构的运动尺寸，绘制出表示机构的简明图形。这种图形称为机构运动简图，它完全能表达原机器具有的运动特性。有时为了表明机器的组成状况和结构特征，也可以不严格按比例来绘制简图，这样的简图称为机构示意图。表2-2给出了绘制机构运动