《机械原理》课程教学资源（授课教案）2.3机构的结构分析

课程名称：《机械原理》第 3 讲次第二章机构的结构分析授课题目2-5平面机构的组成原理、结构分类及结构分析习题讲解本讲目的要求及重点难点：[目的要求】通过本讲课的学习，掌握机构的组成原理，会对简单机构进行结构分析[重点]杆组的概念和种类，机构的结构分析[难点]复杂机构的结构分析，自由度计算内容[本讲课程的引入]尽管机构于差万别，但是组成机构的杆组是有限的，对杆组的分析已经相当成熟，有现成的运动分析、力分析的子程序，我们研究机构的组成，用这些共性问题来解决个性问题，便于对任意平面机构进行运动分析，力分析等

课程名称：《机械原理》 第 3 讲次 授课题目 第二章 机构的结构分析 2-5 平面机构的组成原理、结构分类及结构分析 习题讲解 本讲目的要求及重点难点： 目的要求] 通过本讲课的学习，掌握机构的组成原理，会对简单机构进行结构分析 [重点] 杆组的概念和种类，机构的结构分析 [难点] 复杂机构的结构分析，自由度计算 内 容 [本讲课程的引入] 尽管机构千差万别，但是组成机构的杆组是有限的，对杆组的分析已经相当成熟，有现 成的运动分析、力分析的子程序，我们研究机构的组成，用这些共性问题来解决个性问 题，便于对任意平面机构进行运动分析，力分析等

[本讲课程的内容]2-5平面机构的组成原理、结构分类及结构分析一、平面机构的组成原理机构=机架+原动件+从动件系统机构有确定运动的条件是：F=原动件数而每个原动件只能提供一个独立运动。所以如果把原动件、机架拆下来后，余下的从动件系统的自由度应为零。基本杆组——把自由度为零且不可再拆的从动件系统称为基本杆组，简称杆组。平面机构的组成原理：任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次连接于原动件和机架上而构成的。二、平面机构的结构分析机构的结构分析只针对低副机构进行，对含有高副的机构，应先将其按一定原则进行高副低代（第四节内容）后进行结构分析。1：机构结构分析的任务：①把机构拆成原动件、机架和若干杆组②确定机构的级别一一机构中所含杆组的最高级别。2．结构分析的目的：了解机构的组成，便于进行运动分析，力分析等。3.杆组的形式和级别2设杆组中含有n个构件；p个低副，其自由度为：F=0=3n-2pi；则推出：n=专p（式中n，P,都为正整数)。即n只能是2的倍数，p,只能为3的倍数。有：n=2，4，6，8等；p,=3，6，9，12等

[本讲课程的内容] 2-5 平面机构的组成原理、结构分类及结构分析 一、平面机构的组成原理 机构=机架+原动件+从动件系统 机构有确定运动的条件是：F=原动件数 而每个原动件只能提供一个独立运动。所以如果把原动件、机架拆下来后，余下的从动件系统 的自由度应为零。 基本杆组——把自由度为零且不可再拆的从动件系统称为基本杆组，简称杆组。 平面机构的组成原理：任何机构都可以看作是由若干个基本杆组依次连接于原动件和机架上而构 成的。 二、平面机构的结构分析 机构的结构分析只针对低副机构进行，对含有高副的机构，应先将其按一定原则进行高副低代 （第四节内容）后进行结构分析。 1．机构结构分析的任务： ①把机构拆成原动件、机架和若干杆组 ②确定机构的级别——机构中所含杆组的最高级别。 2．结构分析的目的： 了解机构的组成，便于进行运动分析，力分析等。 3．杆组的形式和级别 设杆组中含有 ' n 个构件； ' l p 个低副，其自由度为： ' ' ' F = 0 = 3n − 2 pl ；则推出： ' ' 3 2 n = pl （式 中 ' n ， ' l p 都为正整数）。即 ' n 只能是 2 的倍数， ' l p 只能为 3 的倍数。有： ' n =2，4，6，8 等； ' l p =3， 6，9，12 等

内容常见的杆组为：n=2；p,=3由2个构件和3个低副构成的基本杆组称为Ⅱ级杆组，它最简单，应用广泛。其基本形式如下：>a)b)d)o-4杆6副的IⅢ级杆组或IV杆组，若其中含有一个三副构件时，为n=4,p,=6IⅢI级杆组；当其中含有一个可动的平行四边形时，为IV级杆组，如图2-24所示为常见的ⅢI级杆组。6)图2-24【注意]虽然ⅢI级杆组和IV杆组的构件数和低副数都为ⅡI级杆组的2倍，但IⅢI级杆组和IV杆组却不能拆分成两个IⅡI级杆组。4、结构分析的方法：1）除去局部自由度和虚约束，分清原动件（有高副先低代）2）从离原动件最远的部分开始试拆杆组，一般先拆I级杆组，如不能拆，再拆Ⅲ级杆组，直到剩下原动件和机架为止。拆除的原则是：杆组的增减不应改变机构的自由度，即拆除杆组后，剩余部分仍能组成完整的机构

内 容 常见的杆组为： ' n =2； ' l p =3 由 2 个构件和 3 个低副构成的基本杆组称为 II 级杆组，它最简单，应用广泛。 其基本形式如下： ' n =4， ' l p =6——4 杆 6 副的Ⅲ级杆组或Ⅳ杆组，若其中含有一个三副构件时，为 Ⅲ级杆组；当其中含有一个可动的平行四边形时，为Ⅳ级杆组，如图 2-24 所示为常见 的Ⅲ级杆组。 图 2-24 [注意] 虽然Ⅲ级杆组和Ⅳ杆组的构件数和低副数都为Ⅱ级杆组的 2 倍，但Ⅲ级杆组 和Ⅳ杆组却不能拆分成两个Ⅱ级杆组。 4、结构分析的方法： 1）除去局部自由度和虚约束，分清原动件（有高副先低代） 2）从离原动件最远的部分开始试拆杆组，一般先拆Ⅱ级杆组，如不能拆，再拆Ⅲ 级杆组，直到剩下原动件和机架为止。 拆除的原则是：杆组的增减不应改变机构的自由度，即拆除杆组后，剩余部分仍 能组成完整的机构

内容习题课、填充题及简答题1）平面运动副的最大约束数为，最小约束数为约2）平面机构中若引入一高副将带入个约束，而引入一个低副将带入一个束。3）机构具有确定运动的条件是什么？4）何谓复合铰链、局部自由度和虚约束？5）杆组具有什么特点?如何确定机构的级别？选择不同的原动件对机构级别有无影响？二、计算下图所示机构的自由度，若含有复合铰链、局部自由度、虚约束等特殊情况时必须一指出。iAWA22WAVAb)本讲小结本讲课主要讲了：（1）机构的组成原理（2）杆组的定义和常见形式（3）机构结构分析的任务和方法（4）进一步巩固了机构自由度计算[本讲课程的作业]2-7，2-8

内 容 习题课 一、填充题及简答题 1）平面运动副的最大约束数为 ，最小约束数为 。 2）平面机构中若引入一高副将带入 个约束，而引入一个低副将带入 个 约 束。 3）机构具有确定运动的条件是什么？ 4）何谓复合铰链、局部自由度和虚约束？ 5）杆组具有什么特点?如何确定机构的级别？选择不同的原动件对机构级别有无影响？ 二、计算下图所示机构的自由度，若含有复合铰链、局部自由度、虚约束等特殊情况时必须 一一指出。 [本讲小结] 本讲课主要讲了：（1）机构的组成原理 （2）杆组的定义和常见形式 （3）机构结构分析的任务和方法 （4）进一步巩固了机构自由度计算 [本讲课程的作业] 2-7，2-8