第一講機構的結構分析
知識點歸納：
一機構的組成
1．構件：機器中每乙個獨立的運動單元，任何機器都是由若干個（兩個以上）構件組合而成。
2．零件：機器的獨立製造單元。
二、運動副及分類
1.運動副：由兩構件直接接觸而組成的可動聯接稱為運動副。而把兩構件上能夠直接接觸而構成運動副的表面稱為運動副的元素。
2.運動副的分類
根據構成運動副的兩構件的接觸情況進行分類。
①高副：兩構件通過點或線接觸而構成的運動副。常見的高副：凸輪副齒輪副
②低副：兩構件通過面接觸而構成的運動副。常見的低副有：迴轉副，移動副，球面副。
3. 約束：平面高副引入的1個約束，自由度為2，低副引入2個約束，自由度為1.
三、運動鏈
1． 定義：兩個以上的構件通過運動副的聯接而構成的相對可動的系統。
2． 閉鏈：若運動鏈的各構件構成了首末封閉的系統，則稱其為閉式運動鏈。
3． 開鏈：若運動鏈的各構件未構成首末封閉的系統，則稱其為開式運動鏈。
四、機構
1．機構：在運動鏈中，若將某一構件加以固定而成為機架，則這種運動鏈叫機構。
2．機架：機架是固定不動的構件
3．原動件：機構中按給定的已知運動規律獨立運動的構件。（乙個工作著機構中，驅動機構的外力所作用的構件，又叫主動件）
4．從動件：運動鏈中除原動件外其餘活動構件。
五、機構運動簡圖
思路：先定原動部分和工作部分（一般位於傳動線路末端），弄清運動傳遞路線，確定構件數目及運動副的型別，並用符號表示出來。
為了準確地反映構件間原有的相對運動，表示轉動副的小圓必須與相對迴轉軸線重合；表示移動副的滑塊，導桿或導槽，其導路必須與相對移動方向一致；表示平面高副的曲線，其曲率中心的位置必須與構件的實際輪廓相等。
六、機構具有確定運動的條件
為了使機構具有確定的運動規律，則機構的原動件數目應等於機構的自由度數目。
說明：（1）機構的自由度至少不小於1，即f≥1。（2）當原動件數目小於機構的自由度時，機構的運動是不確定的。
當原動件數目大於機構的自由度時，則將導致機構中最薄弱環節的損壞。（3）通常機構的原動件都是和機架相連的。
七、 機構自由度的計算
自由度：保證機構具有確定運動時所必須給定的獨立運動引數稱為機構的自由度。
f＝3n- (2pl+ ph -p )- f
★說明：n：指活動構件的個數，f 區域性自由度數 ph 高副數
n 活動構件數 p 虛約束數 pl 低副數 f 區域性自由度數
計算平面機構自由度時應注意的事項
（一）.復合鉸鏈：兩個以上的構件在同一處以轉動副聯接所構成的運動副。
1.常見的復合鉸鏈
注意：2.桿狀構件構成的復合鉸鏈比較明顯，而齒輪、凸輪及機架等構件構成的復合鉸鏈容易忽略，計算時應特別注意。
a處為機架、小齒輪和ab杆組成的復合鉸鏈。f=
注意：對齒輪副提供的約束情況分兩種：如一對齒輪副（包括內、外嚙合副和齒輪與齒條嚙合副）的兩輪中心相對位置被約束，則這對齒輪副僅提供乙個約束即為乙個高副。
（因此時兩齒輪輪齒為單側接觸），如圖a。 如一對齒輪副（包括內、外嚙合副和齒輪與齒條嚙合副）的兩輪中心相對位置未被約束，則這對齒輪副將提供兩個約束即兩個高副或相當於乙個轉動副。如圖b。
ab）n=5 pl=6 ph=2n=5 pl=5 ph=4 (或相當於兩個轉動副)
f=3×5-(2×6+2)=1f=3×5-(2×5+4)=1 或f=3×5-(2×7)=1
（二）區域性自由度
1．定義：有些機構中，某些構件所產生的區域性運動，並不影響其他構件的運動，這種構件產生的區域性運動的自由度稱為區域性自由度。
2．特點：區域性自由度不影響機構整體運動的自由度。
3．自由度的計算：
法一： 區域性自由度
法二：將區域性自由度除去不計。如將滾子焊在杆上，再進行計算。（常見的區域性自由度也就是滾子，其作用是減少高副元素的磨損）。
（三）、虛約束
1．定義：在機構中有些運動副帶入的約束，對機構的運動起重複約束作用，這類約束叫虛約束。在計算自由度時，應將虛約束除去不計。
2．常見的虛約束：如圖所示
(a) ab、cd、ef平行且相等 ；(b)平行導路多處移動副；(c)同軸多處轉動副 ；(d) ab=bc=bd且a在d、c 軌跡交點；(e) 在機構的運動過程中，兩構件上兩點始終等距
(f) 軌跡重合
(g) 在機構中，某些不影響機構運動傳遞的重複部分所引入的約束為虛約束----全同的多個行星輪
(h)等徑凸輪的兩處高副；(i)等寬凸輪的兩處高副
補充：1) 如果兩構件在多處接觸而構成平面高副，且在各接觸點處的公法線彼此重合，則在計算機構的自由度時，只能算乙個平面高副。·
2) 如果兩構件在多處接觸而構成平面高副，且在各接觸點處的公法線方向並不彼此重合，則在計算機構的自由度時，只能算乙個平面低副。
3．虛約束作用：雖然不影響機構的運動，但能改善機構的受力狀況，增加機構的剛度，或保證機構運動的順利進行，所以在設計中有廣泛的應用。
例題：試確定圖所示機構的自由度，若有復合鉸鏈、區域性自由度和虛約束，請指出。
1.分析： 機構共有8個活動件，10個低副（ g是鉸鏈數為2的復合鉸鏈），兩個
高副，1個區域性自由度，沒有虛約束。
題1題2題3
解 （１）機構的自由度的計算：
2.解：機構共有6個活動件，兩個區域性自由度，分別將兩滾子與相鉸接的一構件看成一體。
去除兩個區域性自由度，有5個活動件，2個高副，6個低副，沒有虛約束。
f=3×5-2×6-2×1=1
3.解：機構共有9個活動件，1個區域性自由度，去除兩個區域性自由度，有8個活動件，1個高副，11個低副，沒有虛約束。
f=3×8-2×11-1=1
4. ch或dg、j處為虛約束，b處為區域性自由度，應消除。，ph=1，pl=8。
自由度 。5、6
7.8.
910.
10解：h 或i 為虛約束，f 處為復合鉸鏈，b、c 兩處有區域性自由度。
總結：4-9題裡面均有虛約束存在。
10.(北京交大200911.
12.13.（a）
（bc）
總結：10-13題中均有三副構件存在。
14.輪系自由度計算：各同軸關係的各件為乙個構件
. 活動構件為6，各同軸關係的為乙個構件，轉動副為6，一處虛約束，高副為5個，去掉虛約束，f=3*6-2*6-5=1
八、平面機構的組成原理、結構分類及結構分析
（一）、平面機構的組成原理
1．基本杆組（阿蘇爾杆組）：把不能再拆的、最簡單的、自由度為零的構件組稱
為基本杆組。
2．機構組成原理：任何機構都可以看作是由若干個基本杆組依次連于原動件和機架上而構成的。
4．原理應用：
（1）拆分杆組，以便對相同的基本杆組以相同方法進行分析。
（2）設計新機構：可選定一機架，並將數目等於機構自由度的f個原動件用運動副聯於機架上，然後再將乙個個基本杆組依次聯於機架和原動件上。注意：
在杆組並接時，不能將同一桿組的各外接運動副接於同一構件上，否則將起不到增加杆組的作用
(二)、平面機構的結構分類
1．ⅱ級組常見型式（二桿三副）：
2個構件，3個低副。
2．ⅲ級組常見型式（四桿六副）：
4．機構的級別：同一機構中可以包含不同級別的基本杆組，其中最高端別的杆組的級別即為機構的級別。如：
最高端別為ⅲ級組的基本杆組的機構，稱為ⅲ級機構。另外，只由機架和原動件構成的機構叫ⅰ級機構。
三、平面機構的結構分析
1．目的：了解機構的組成，並確定機構的級別。
2．步驟：從遠離原動件的構件開始拆組。
（1）正確計算機構的自由度。
（2）除去虛約束和區域性自由度，將機構中的高副全部化為低副，改畫機構的運動簡圖。
（3）確定原動件，用箭頭在其上作標誌。
（4）先試拆n＝2的杆組，如不能，再拆n＝3，n＝4…，每拆出乙個杆組後，留下的部分仍應是乙個與原機構有相同自由度的機構，直至全部杆組拆出，只剩下原動件和機架為止。
（5）至此可定出機構的級別。
4．說明：拆組後，剩餘機構不允許殘存只屬於乙個構件的運動副和只有乙個運動副的構件（原動件除外），因為前者將匯入虛約束，而後者產生區域性自由度。
例題：拆桿組如圖
取連架桿1為原動件，拆桿分2，3杆組，7，8杆組，12，6杆組，4，11杆組及10，5杆組，5個基本杆組全為ⅱ級杆組。機構的級別為ⅱ級機構。
八、平面機構中的高副低代
高副低代後，機構的運動效能不能變，要求高副低代滿足兩個條件：①代替前後機構的自由度完全相同；②代替前後機構的瞬時速度及瞬時加速度完全相同。
即乙個高副用二個低副和乙個活動構件來替代。
在平面機構中進行高副低代時，為了使得在代替前後機構的自由度、瞬時速度和瞬時加速度都保持不變，只要用乙個虛擬構件通過兩個低副分別聯在高副兩元素接觸點的曲率中心處即可。
幾種常見情況：
例題：練習題：1.（西南交通大學2023年）
4. 圖示為凸輪與連桿的組合機構。要求：計算機構自由度； 若有復合鉸鏈、區域性自由度或虛約束，請直接在圖上指出其相應位置； 說明該機構的確定運動條件
6.填空
（1） 平面運動副的最大約束數為＿＿，最小約束數為＿＿，引入乙個約束的運動副為＿＿，引入兩個約束的運動副有＿＿。
（2） 機構具有確定相對運動條件是＿＿；根據機構的組成原理，任何機構都可以看成是由＿＿、＿＿和＿＿組成。兩構件通過面接觸而構成的運動副為＿＿，它引入＿＿個約束；通過點、線接觸而構成的運動副稱為＿＿，它引入＿＿個約束。
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