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華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制第一章平面機構結構分析§1－1機構結構分析內容及目標§1－2機構組成§1－3機構運動簡圖§1－4機構含有確定運動條件§1－5平面機構自由度計算§1－6自由度計算中特殊問題§1－7速度瞬心及其在機構速度分析中應用本章模型：復合可拆鉸鏈、連桿、偏心泵、破碎機、四桿五桿機構、滾子凸輪、移動副、虛約束平行四邊形平面機構結構分析第1頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制§1－1

機構結構分析內容及目標1.研究機構組成及其含有確定運動條件

目標是搞清機構包含哪幾個部分，各部分怎樣相聯(lián)？以及怎樣結構才能確保含有確定相對運動？這對于設計新機構顯得尤其主要。2.按結構特點對機構進行分類不一樣機構都有各自特點，把各種機構按結構加以分類，其目標是按其分類建立運動分析和動力分析普通方法。3.繪制機構運動簡圖目是為運動分析和動力分析作準備。平面機構結構分析第2頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制4.研究機構組成原理機構有簡有繁，構件有多有少，而運動確定是它們共同特征。研究目標是搞清楚按何種規(guī)律組成機構能滿足運動確定性要求。平面機構結構分析第3頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制§1－2機構組成名詞術語解釋:1.構件(Link)－獨立運動單元零件(part)－獨立制造單元2.運動副(Kinematicpair)a)兩個構件、b)直接接觸、c)有相對運動運動副元素－直接接觸部分（點、線、面）比如：滾動軸承、齒輪齒廓、活塞與缸套等。內燃機中連桿定義：運動副－兩個構件直接接觸組成仍能產生一些相對運動聯(lián)接。三個條件，缺一不可平面機構結構分析第4頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制運動副分類：

1)按引入約束數分有：

I級副、II級副、III級副、IV級副、V級副。I級副II級副III級副平面機構結構分析第5頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制2)按相對運動范圍分有：平面運動副－平面運動(Plannarkinematicpair)平面機構－全部由平面運動副組成機構。IV級副V級副1V級副2V級副3空間運動副－空間運動(Spatialkinematicpair)比如：球鉸鏈、螺旋、生物關節(jié)。空間機構－最少含有一個空間運動副機構。平面機構結構分析第6頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制3)按運動副元素分有：①高副－點、線接觸，應力高(highpair)②低副－面接觸，應力低(lowerpair)比如：滾動副、凸輪副、齒輪副等。比如：轉動副（回轉副）、移動副。平面機構結構分析第7頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制常見運動副符號表示:國家標準GB4460－84詳見教材P13

頁。平面機構結構分析第8頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制慣用運動副符號運動副名稱運動副符號兩運動構件組成運動副轉動副移動副12121212121212121212121212兩構件之一為固定時運動副122121平面運動副平面機構結構分析第9頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制平面高副螺旋副21121221211212球面副球銷副121212空間運動副121212平面機構結構分析第10頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制構件表示方法:平面機構結構分析第11頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制普通構件表示方法桿、軸構件固定構件同一構件平面機構結構分析第12頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制三副構件兩副構件普通構件表示方法平面機構結構分析第13頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制注意事項:畫構件時應撇開構件實際外形，而只考慮運動副性質。閉式鏈(Closechain)、開式鏈(Openchain)3.運動鏈(Kinematicchain)運動鏈－兩個以上構件經過運動副聯(lián)接而組成系統(tǒng)。工業(yè)機器人平面機構結構分析第14頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制若干1個或幾個1個4.機構定義：含有確定運動運動鏈稱為機構。機架－作為參考系構件，如機床床身、車輛底盤、飛機機身。機構組成：機構＝機架＋原動件＋從動件機構是由若干構件經運動副聯(lián)接而成，很顯然，機構歸屬于運動鏈，那么，運動鏈在什么條件下就能稱為機構呢？即各部分運動確定。分別用四桿機構和五桿機構模型演示得出以下結論：在運動鏈中，假如以某一個構件作為參考坐標系，當其中另一個（或少數幾個）構件相對于該坐標系按給定運動規(guī)律運動時，其余全部構件都能得到確定運動，那么，該運動鏈便成為機構。

原（主）動件－按給定運動規(guī)律運動構件。從動件－其余可動構件。平面機構結構分析第15頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制§1－3機構運動簡圖機構運動簡圖－用以說明機構中各構件之間相對運動關系簡單圖形。作用：1.表示機構結構和運動情況。

2.作為運動分析和動力分析依據。機構示意圖－不按百分比繪制簡圖平面機構結構分析第16頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制慣用機構運動簡圖符號在機架上電機齒輪齒條傳動帶傳動圓錐齒輪傳動平面機構結構分析第17頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制鏈傳動圓柱蝸桿蝸輪傳動凸輪傳動外嚙合圓柱齒輪傳動平面機構結構分析第18頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制機構運動簡圖應滿足條件：

1.構件數目與實際相同2.運動副性質、數目與實際相符3.運動副之間相對位置以及構件尺寸與實際機構成百分比。棘輪機構內嚙合圓柱齒輪傳動平面機構結構分析第19頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制繪制機構運動簡圖順口溜：先兩頭，后中間，從頭至尾走一遍，數數構件是多少，再看它們怎相聯(lián)。步驟：1.運轉機械，搞清楚運動副性質、數目和構件數目；4.檢驗機構是否滿足運動確定條件。2.測量各運動副之間尺寸，選投影面（運動平面），繪制示意圖。3.按百分比繪制運動簡圖。

簡圖百分比尺：μl=實際尺寸m/圖上長度mm思緒：先定原動部分和工作部分（普通位于傳動線路末端），搞清運動傳遞路線，確定構件數目及運動副類型，并用符號表示出來。舉例：繪制破碎機和偏心泵機構運動簡圖。平面機構結構分析第20頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制鱷式破碎機平面機構結構分析第21頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制1234題2-9繪制圖示偏心泵運動簡圖偏心泵動畫平面機構結構分析第22頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制§1－4機構含有確定運動條件給定S3＝S3(t)，一個獨立參數θ1＝θ1（t）唯一確定，該機構僅需要一個獨立參數。

若僅給定θ1＝θ1（t）,則θ2θ3θ4均不能唯一確定。若同時給定θ1和θ4

，則θ3θ2

能唯一確定，該機構需要兩個獨立參數。S3123S’3θ11234θ1θ4平面機構結構分析第23頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制定義：確保機構含有確定運動時所必須給定獨立運動參數稱為機構自由度。

Freedom原動件－能獨立運動構件?！咭粋€原動件只能提供一個獨立參數∴機構含有確定運動條件為：自由度＝原動件數平面機構結構分析第24頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制§1－5平面機構自由度計算作平面運動剛體在空間位置需要三個獨立參數（x，y,θ）才能唯一確定。yxθ(x,y)F=3單個自由構件自由度為3平面機構結構分析第25頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制運動副自由度數約束數回轉副1（θ）+2（x，y）=3θyx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2結論：構件自由度＝3－約束數移動副1（x）+2（y，θ）=3高副2（x,θ）+1（y）=3平面機構結構分析第26頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制活動構件數構件總自由度低副約束數高副約束數

n3×n2×PL1

×Ph(低副數)(高副數)

計算公式：

F=3n－(2PL+Ph)要求：記住上述公式，并能熟練應用。舉例：平面機構結構分析第27頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制①計算曲柄滑塊機構自由度。123解：活動構件數n=3低副數PL=4F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1

高副數PH=04平面機構結構分析第28頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制②計算五桿鉸鏈機構自由度。1解：活動構件數n=4低副數PL=5F=3n－2PL－PH

=3×4－2×4=2

高副數PH=05234平面機構結構分析第29頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制③計算圖示凸輪機構自由度。1解：活動構件數n=2低副數PL=2F=3n－2PL－PH

=3×2－2×2－1=1高副數PH=123平面機構結構分析第30頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制§1－6自由度計算中特殊問題12345678ABCDEF④計算圖示圓盤鋸機構自由度。解：活動構件數n=7低副數PL=6F=3n－2PL－PH高副數PH=0=3×7－2×6－0=9計算結果必定不對！平面機構結構分析第31頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制1.復合鉸鏈multiplepinjoints

－－兩個以上構件在同一處以轉動副相聯(lián)。計算：m個構件,有m－1轉動副。平面機構結構分析第32頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制上例：在B、C、D、E四處應各有2個運動副。12345678ABCDEF④計算圖示圓盤鋸機構自由度。解：活動構件數n=7低副數PL=10F=3n－2PL－PH

=3×7－2×10－0=1能夠證實：F點軌跡為一直線。圓盤鋸機構

動畫平面機構結構分析第33頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制⑥計算圖示兩種滾子凸輪機構自由度。解：n=3，PL=3，F=3n－2PL－PH

=3×3－2×3－1=2PH=1對于右邊機構，有：

F=3×2－2×2－1=1實際上，兩個機構運動相同，且F=112312平面機構結構分析第34頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制2.局部自由度PartialfreedomF=3n－2PL－PH－FP

=3×3－2×3－1－1=1本例中局部自由度FP=1或計算時去掉滾子和鉸鏈：

F=3×2－2×2－1=1定義：構件局部運動所產生自由度。出現在加裝滾子場所，計算時應去掉Fp。滾子作用：滑動摩擦滾動摩擦。12312平面機構結構分析第35頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制解：n=4，PL=6，F=3n－2PL－PH

=3×4－2×6=01234ABCDEFPH=03.虛約束formalconstraint

－－對機構運動實際不起作用約束。計算自由度時應去掉虛約束?！逨E＝AB＝CD，故增加構件4前后E點軌跡都是圓弧，。增加約束不起作用，應去掉構件4。⑦已知：AB＝CD＝EF，計算圖示平行四邊形機構自由度。平面機構結構分析第36頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制重新計算：n=3,PL=4,PH=0F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1E123ABCD4F尤其注意：此例存在虛約束幾何條件是：AB＝CD＝EF100分鐘⑦已知：AB＝CD＝EF，計算圖示平行四邊形機構自由度。4F平面機構結構分析第37頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制出現虛約束場所：

1.兩構件聯(lián)接前后，聯(lián)接點軌跡重合，2.兩構件組成多個移動副，且導路平行。

如平行四邊形機構，火車輪橢圓儀等。(需要證實)平面機構結構分析第38頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制4.運動時，兩構件上兩點距離一直不變。3.兩構件組成多個轉動副，且同軸。5.對運動不起作用對稱部分。如多個行星輪。EF平面機構結構分析第39頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制6.兩構件組成高副，兩處接觸，且法線重合。如等寬凸輪W注意：法線不重合時，變成實際約束！平面機構結構分析第40頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制虛約束作用：①改進構件受力情況，如多個行星輪。②增加機構剛度，如軸與軸承、機床導軌。③使機構運動順利，防止運動不確定，如車輪。注意：各種出現虛約束場所都是有條件!平面機構結構分析第41頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制⑧計算圖示包裝機送紙機構自由度。n=6，PL=7，F=3n－2PL－PH

=3×6－2×7－3=1虛約束1處,構件8復合鉸鏈:位置D，2個低副PH=3分析：平面機構結構分析第42頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制12A2(A1)B2(B1)§1－7速度瞬心及其在機構速度分析中應用

機構速度分析圖解法有：速度瞬心法、相對運動法、線圖法。瞬心法尤其適合于簡單機構運動分析。一、速度瞬心絕對瞬心－重合點絕對速度為零。P21相對瞬心－重合點絕對速度不為零。

VA2A1VB2B1Vp2=Vp1≠0

Vp2=Vp1=0

兩個作平面運動構件上速度相同一對重合點，在某一瞬時兩構件相對于該點作相對轉動，該點稱瞬時速度中心。平面機構結構分析第43頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制特點：

①該點包括兩個構件。②絕對速度相同，相對速度為零。③相對回轉中心。二、瞬心數目

∵每兩個構件就有一個瞬心∴依據排列組合有P12P23P13構件數4568瞬心數6101528123若機構中有n個構件，則N＝n(n-1)/2平面機構結構分析第44頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制121212tt12三、機構瞬心位置確定1.直接觀察法

適合用于求經過運動副直接相聯(lián)兩構件瞬心位置。nnP12P12P12∞2.三心定律V12定義：三個彼此作平面運動構件共有三個瞬心，且它們位于同一條直線上。此法尤其適合用于兩構件不直接相聯(lián)場所。平面機構結構分析第45頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制123P21P31E3D3VE3VD3A2B2VA2VB2A’2E’3P32結論：P21、P31、P32

位于同一條直線上。平面機構結構分析第46頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制舉例：求曲柄滑塊機構速度瞬心。∞P1432141234P12P34P13P24P23解：瞬心數為：N＝n(n-1)/2＝6n=41.作瞬心多邊形圓2.直接觀察求瞬心3.三心定律求瞬心平面機構結構分析第47頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制四、速度瞬心在機構速度分析中應用1.求線速度。已知凸輪轉速ω1，求推桿速度。P23∞解：①直接觀察求瞬心P13、P23

。V2③求瞬心P12速度。123ω1

V2＝VP12＝μl(P13P12)·ω1長度P13P12直接從圖上量取。100分鐘nnP12P13②依據三心定律和公法線

n－n求瞬心位置P12

。平面機構結構分析第48頁華中農業(yè)大學專用潘存云教授研制2.求角速度。解：①瞬心數為6個②直接觀察能求出4個余下2個用三心