机械原理 第一章 构件 约束 运动副

两者关联
球面副
球面副:自由度为3
螺旋副
圆柱副
螺旋副:相对运动轨迹为螺旋线，非独立转动+移动 ，自由度为1
圆柱副:独立的转动＋移动，自由度为2
三、按运动副接触形式分类 低副(lower pair)：面接触，应力低
高副(high pair)：点、线接触，应力高
转动副 移动副 螺旋副 球面副 圆柱副
y
构件 2
构件1
分别沿轴x、y的移动 绕垂直于xoy平面的轴的转动 x
O
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约束: 使得机构的自由度减少的条件
任意两个构件之间约束数目＝其自由度减少的数目 两个构件之间的约束数＋自由度数＝6 运动约束因构件之间相互接触而产生
一个光滑平面接触的约束数目为 3
一个光滑点接触的约束数目为 1
a)两个构件 b) 直接接触 c) 有相对运动
运动副元素: 直接接触的部分（点、线、面）
作者：潘存云教授
1.4.2
运动副的分类
一、按运动副的闭合分类
力闭合运动副
形闭合运动副
材料闭合运动副
力闭合运动副
由外力作用来保持构件的接触，外力通常为弹簧力或 重力等
形闭合运动副
材料闭合运动副
由柔性材料所构成的运动副
高副：可使相联接的两构件间形成极其多样的相对运动
球面—平面副
圆柱—平面副
思考:XY移动
高副（续）
链接1
2
运动副特点：
低副： 制造容易，承载能力强，摩擦阻力大。 平面副：两构件作平面运动。转动副、移动副 空间副：两构件间作非平面运动的运动副。 高副：不能独立存在，制造困难，摩擦小。 低级别运动副通过组合或加中间元件形成高级副。 例： 圆柱副（Ⅳ级）+圆柱-平面副 Ⅴ级移动副
结论：
构件之间的自由度与约束 ◆空间 N+S=6 ◆平面 N+S=3 其中：N——自由度 S——约束
可拆卸焊接烧锅的固定装置的设计 焊接烧锅 A 固定件 B
三棱锥形孔
支脚
V形槽
用点接触构造约束
三棱锥形孔：约束所有的移动
y z x
V形槽：约束绕轴X和y转动
相对移动约束
不同的连接方式，产生相同的运动约束
1.3 构件的运动约束
1.3.1 构件之间的运动自由度与约束
自由度：一个构件相对另一个构件可能出现 的独立运动。每一种独立的相对运动就是一 个运动的自由度。
y
构件2
O
构件1
x
动画链接
z 空间两个自由构件之间有6个自由度
平面机构的特点是机构中所有构件都在同一 个平面或相互平行的平面内运动。 平面自由运动的构件有3个自由度。
从动件
传动构件
从动件
输出构件
按照其几何和运动特征进行分类：
如齿轮、凸轮、摩擦轮、滑块、导槽、杆件等
滑块、导槽、杆件
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广义来讲，随着科学技术的不断发展，机构中的构件可 以是有形的，也可以是无形的，只要它在传递运动和力或在 运动的导引的过程中能完成一些确定的运动任务，我们都可 以将其视为一个构件。例如：液态介质或气态介质、可塑性 的颗粒状物质等等，只要这些物质能够充满所提供的空腔， 在运动的传递过程中起到了必不可少的作用，都可以看作为 压力构件；机械运动的计算机控制程序等也可以看作是一个 构件。
空间运动副 －形成运动副的一个构件的运动副元素 上的各点相对另一构件运动副元素的对应点的运动轨 迹分布于空间或是在空间排列着的诸平面内 。
平面运动副
转动副:相对运动轨迹为圆弧，相对运动只 是旋转运动 ，自由度为 1 移动副:相对运动轨迹为直线，相对运动只 是直线移动 ，自由度为 1
空间运动副
按在机械传动中的功能分类：
机 构件分成 活动构件 从动件 机 架：机架是指要被固定、而作为机构运动的参考 系的构件 。 原动件：作用有驱动力或驱动力矩的活动构件，又称主 动件。 从动件：在机构中除机架和原动件以外的其余构件则称 为从动件 。
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架（或固定构件） 原动件（主动件）
机架 原动件
四、按引入的约束数分类 I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副
I 级副：球面—平面副
II 级副:圆柱—平面副
III级副: 球面副
IV 级副:圆柱副
V 级副
两者关联
转动副
移动副
螺旋副
常用的运动副
V级副 ： 转动副、 移动副、 螺旋副
Ⅳ级副：圆柱副
、
环副
Ⅲ级副：球面副 Ⅱ级副：圆柱-平面副 Ⅰ级副：球面-平面副。
二、 按相对运动范围分： 平面运动副－平面运动(Plannar kinematic pair)
平面运动副 －形成运动副的一个构件的运动副元素 上的各点相对另一构件运动副元素的对应点的运动 轨迹均为位于各平行平面内的平面曲线 。
空间运动副－空间运动(Spatial kinematic pair )
只有1个自由度
用平面和曲面构造约束：用四个平面构造的相对移动约束
只有1个自由度
约束中加入中间元件，改变接触处的摩擦状态 滑动摩擦
滚动摩擦
钢球
滑动摩擦
保持架
滚动摩擦
2-9(b)
2-9(c)
1.4
1.4.1
运动副及其分类
运动副
运动副：两个构件直接接触组成的仍能产生某些相移动约束
不同的连接方式，产生相同的运动约束
1. 3. 2
约束力
约束是以约束力的方式对构件的运动产生影响
约束力是通过约束与被约束物体之间的相互接触而产生
约束力与接触面的物理性质和约束的结构形式有关
n
k
O
C
FR
FR
n
FR
光滑接触的约束力
1.3.3
构件运动约束的设计
约束设计就是确定出约束的具体结构。 用平面和曲面构造约束：利用轴和孔的圆柱面、圆环 断面构成的相对转动约束
2运动副的分类?力闭合运动副?形闭合运动副?材料闭合运动副?材料闭合运动副一按运动副的闭合分类由外力作用来保持构件的接触外力通常为弹簧力或重力等?力闭合运动副?形闭合运动副?材料闭合运动副由柔性材料所构成的运动副?平面运动副平面运动plannarkinematicpair平面运动副形成运动副的一个构件的运动副元素上的各点相对另一构件运动副元素的对应点的运动轨迹均为位于各平行平面内的平面曲线
第一章 构件、约束和运动副
1.2 构件及其分类
构件和零件是两个不同的概念：构件是运
动时的单元体，而零件是制造时的单元体。
构件是由一个或若干个零件组成。
这些零件之间没有任何的相对运动。
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构件的类型
按抗载能力分类：
刚性构件:在机构的运动过程中， 构件上任意两点之间的距离是保持不变 构件上任意两条直线所夹的角度也是保 持不变 弹性构件:构件有弹性变形 拉曳件:主要承受拉力的构件