清华研究院机械原理1章-机构的组成和结构

精密仪器与机械学系设计工程研究所第1章机构的组成和结构◆机构的组成◆机构运动简图◆运动链成为机构的条件◆结构的组成原理和结构分析上篇机构的运动设计精密仪器与机械学系设计工程研究所1.1运动副的作用及其分类运动副：运动副满足一定的条件构件运动链机构精密仪器与机械学系设计工程研究所闭式运动链开式运动链闭式运动链：组成运动链的各构件构成首末封闭的系统开式运动链：组成运动链的各构件未构成首末封闭的系统精密仪器与机械学系设计工程研究所传统的机械：闭式运动链为多；机械手和机器人：多为开式运动链平面中，自由构件有三个自由度，通过运动副，相对运动受到约束，自由度减少。运动副：点、线或面接触精密仪器与机械学系设计工程研究所1.低副—面接触（1）回转副：铰联接，轴和轴承；问题：自由度如何变化？消去两个自由度，剩下一个相对回转精密仪器与机械学系设计工程研究所（2）移动副：滑块与导轨，活塞与气缸同样，消去两个自由度，剩下一个相对移动精密仪器与机械学系设计工程研究所2.高副—点、线接触问题：自由度如何变化？消去一个自由度，剩下一个移动和转动精密仪器与机械学系设计工程研究所3.机构平面机构：各运动构件均在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。空间机构：各运动构件不都在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。精密仪器与机械学系设计工程研究所1.2机构运动简图构思新机械的运动方案对现有机构进行分析运动及动力设计与分析表示机构的简单图形→机构运动简图精密仪器与机械学系设计工程研究所1.机构运动简图及其用途运动简图用途简单的线条和特定的符号具有确定的比例反映机构组成和相对运动关系表达机构的运动原理进行运动和动力学分析精密仪器与机械学系设计工程研究所2.机构运动简图的绘制例：小型压力机精密仪器与机械学系设计工程研究所精密仪器与机械学系设计工程研究所方法：（1）分析机构的组成情况，动作原理和运动情况；（2）分析各构件之间相对运动的性质，确定各运动副的类型；（3）选择视图投影面及比例尺，绘制出机构运动简图，表示出原动件。精密仪器与机械学系设计工程研究所精密仪器与机械学系设计工程研究所1.3平面机构的自由度1.自由度计算公式运动链自由度数目FF=活动构件原有自由度数目-被运动副约束掉的自由度数目式中：n-活动构件数；PL-低副数；PH-高副数。HLPPnF23精密仪器与机械学系设计工程研究所例1:25243F0P5P4nHL精密仪器与机械学系设计工程研究所F0，原动件的数目小于自由度的数目，运动链没有确定的相对运动，不能成为机构。精密仪器与机械学系设计工程研究所例2：F0，原动件的数目大于自由度的数目，运动链将被破坏，不能成为机构。14233F精密仪器与机械学系设计工程研究所例3：15233FF≤0，运动链约束过多，已成为桁架，不能成为机构03223F精密仪器与机械学系设计工程研究所2.运动链成为机构的条件（1）运动链F0；（2）F=原动件数目；（3）满足(1)、(2)的运动链即为机构，机构自由度的计算可用运动链自由度的计算公式。精密仪器与机械学系设计工程研究所3.计算自由度时应注意的问题（1）复合铰链36253F17253F精密仪器与机械学系设计工程研究所K个构件形成的复合铰链具有(K-1)个回转副精密仪器与机械学系设计工程研究所（2）局部自由度F=3×3-2×3-1=2F=3×2-2×2-1=1精密仪器与机械学系设计工程研究所（3）虚约束重复约束精密仪器与机械学系设计工程研究所为了改善受力情况精密仪器与机械学系设计工程研究所对运动不起作用的对称部分精密仪器与机械学系设计工程研究所运动轨迹重复精密仪器与机械学系设计工程研究所包含重复机构精密仪器与机械学系设计工程研究所1.4机构的组成原理和结构1.4.1平面机构的高副低代平面机构→平面低副机构根据一定条件对机构中的高副虚拟地以低副代替—高副低代高副低代必须满足的条件1.代替前后机构的自由度不变精密仪器与机械学系设计工程研究所高副—引入1个约束1个构件和2个低副—引入1个约束用一个含有两个低副的虚拟构件来代替一个高副。精密仪器与机械学系设计工程研究所含有两个低副的虚拟构件精密仪器与机械学系设计工程研究所2.代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变1.4.2机构的组成原理机构单个原动件(F=1)机架(F=0)从动件系统(F=0)精密仪器与机械学系设计工程研究所1.杆组从动件系统若干个不可再分的自由度为零的构件组合—基本杆组(杆组)平面低副机构(1)双杆组(II级杆组)3320=2LLnppn或2,=3Lnp精密仪器与机械学系设计工程研究所(2)多杆组常见III级杆组特征4,=6Lnp具有一个三副构件每个内副所连接的分支构件是双副构件精密仪器与机械学系设计工程研究所比III级杆组级别更高的基本杆组，在实际机构中应用很少。2.机构的组成原理基本杆组F=0………基本杆组F=0原动件F=1机架F=0………精密仪器与机械学系设计工程研究所++=原则：满足相同工作要求的前提下，机构的结构简单，杆组级别低，构件数和运动副的数目少。精密仪器与机械学系设计工程研究所1.4.3机构的结构分析拆杆组基本杆组原动件机架机构精密仪器与机械学系设计工程研究所实例：高副低代323821111LHFnPP拆除第一个II杆组精密仪器与机械学系设计工程研究所继续拆下一个杆组精密仪器与机械学系设计工程研究所精密仪器与机械学系设计工程研究所如何拆杆组？精密仪器与机械学系设计工程研究所不同级别的杆组组成机构，通常以机构中包含的基本杆组的最高级别命名一个原动件和机架组成4个II级杆组1个II级杆组1个III级杆组I级机构II级机构III级机构精密仪器与机械学系设计工程研究所思考：原动件更换后对机构级别的影响区别精密仪器与机械学系设计工程研究所本章参考书1.孟宪源等编著.机构构型与应用(上册).北京：机械工业出版社.2004年2.张启先主编.空间机构的分析与综合(上册).北京：机械工业出版社.1984精密仪器与机械学系设计工程研究所本章习题(第1周)习题：1.2(b)、(c)；1.5(b)、(c)自测题：1-6关于作业的基本要求———————————————————本章习题(第2周)习题：1.5(d)、(f)；1.6(c)、(f)精密仪器与机械学系设计工程研究所精密仪器与机械学系设计工程研究所精密仪器与机械学系设计工程研究所精密仪器与机械学系设计工程研究所精密仪器与机械学系设计工程研究所