第二章平面机构的结构分析

P
按相对运动形式分类： 移动副
按接触形式分类：
低副
按引入的约束数目分类：五级副
按接触形式分类： 高副 按引入的约束数目分类：四级副 按相对运动形式分类：齿轮副 （平面运动副）
运动副的封闭
保持运动副元素之间的接触称为运动副的封闭。
● 几何封闭(Geometric closure) ● 力封闭(Forced closure)
研究目的之三：研究机构的组成原理。
§2-2 机构的组成
1. 构件(Link) 定义：机构中每个独立的运动单元体。 零件(part)----单独加工的制造单元体。
构件
零件1 零件2 零件3
由三个零件组成的构件
内燃机中连杆
螺母 垫片 弹簧 垫圈
摩擦环
螺栓 连杆盖 连杆体
曲轴
构件：机构中每个独立的运动单元体。
★ 运动副元素以点或线接触的运动副称为高副
(Higher pair) 。
结构特点
球面高副Sphere pair(I) 柱面高副Cylinder-plane pair (II)
齿轮副(IV)
凸轮副(IV)
★ 运动副元素以面接触的运动副称为低副(Lower pair) 。
球面低副Spherical pair (III)
特点：一个构件，可以是一个零件，也可以是由若干 个不同零件组装起来的刚性体。 从运动角度看：任何机构都是由若干个构件组合而成。
2. 运动副(Joint，Kinematical Pair)
定义：两个构件之间直接接触所形成的可动联接
特点： (１) 运动副是一种联接； (２) 运动副由两个构件组成； (３) 组成运动副的两个构件之 间有相对运动。
移动副Prismatic pair (V)
回转副 Revolute paBiblioteka Baidur
(V)
根据组成运动副两个构件的相对运动形式分类 ★ 空间运动副
球销副 Sphere-pin pair (IV)
螺旋副 Helical pair (V)
★ 平面运动副 A. 低副
B. 高副
移动副
凸轮副
转动副 齿轮副
R
按接触部分的几何形状分类：转动副 按接触形式分类： 低副 按引入的约束数目分类：五级副 按相对运动形式分类：平面运动副
运动副元素(Pair element)：两构件上能够参加接触而构 成运动副的部分（点、线、面） 。
运动副元素
自由度 (Degree of freedom)：构件所具有的独立运动的数目 ，或确定构件位置所需的独立变量的数目。
一个完全独立的刚体在空间直 角坐标系下的自由度为sx，sy，
sz，x，y，z ，即自由度数 f
第二章 平面机构的结构分析
Chap.2 Structure Analysis of Mechanism
Contents:
Basic Concept(基本概念) Determining Degree of Freedom(自由度) How does a kinematic chains transform into a mechanism? (运动链) Kinematic Diagram of Mechanism (机构运动简图) Principle of Mechanism Constitution (机构组成原理)
弹簧力封闭
几何封闭
3.运动链(Kinematical Chain) 两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统
开式运动链
闭式运动链
运动链的类型：
闭式运动链(闭式链)
平面运动链
特点：每个构件均与两个构
件形成运动副
开式运动链(开式链)
特点：至少有一个构件只与一
个构件形成运动副
闭式运动链 简单运动链
根据运动副所引入的约束数分类
表2-1 常用运动副及其简图
名
图形
称
球 面 高 副
简图符号
副级 自由度 名 称
圆
柱
I
5套
筒
副
图形
简图符号
柱 面 高 副
转
II
4动
副
副级 自由度
IV
2
V
1
球 面 低 副
移
III
3动
副
V
1
球
螺
销
IV
2旋
副
副
V
1
根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类
构件的不同接触形式 点接触(Point contact) 线接触(Line contact)
6。
y y
sy
x
z
szO空间运动sx刚体的
x
z
自由度
平面运动刚体的自由度为
sx，sy，z，即自由度为
f 3。
y
sy
z
(x , y)
O
x
sx
平面运动刚体的自
由度
约束(Constraint):运动副对构件间的相对运动自由度 所施加的限制。
观察图示两构件组成的圆柱副 (Cylindric pair)
两构件保留的相对运动
§2-1简介
平面机构(Planar mechanism):机构中所有构件均在一个或几个 平行平面上运动。
2
2
3
1
3
1
4
4
Ⅰ ⅡⅢ
另有空间机构概念。 (Spatial mechanism)
Ⅰ
Ⅱ
研究目的之一：机构运动的可能性及具有确定运动的条件。
2 1
3
2
2
3
3
1
1
4
4
5
研究目的之二：绘制机构 运动简图。
简单运动链
特点：每个构件最多与两个构 件形成运动副
复杂运动链
特点：至少有一个构件与两个 以上构件形成运动副
开式运动链 复杂运动链
平面运动链 空间运动链
空间运动链
开式运动链广泛应用于机械手 和机器人中。
4. 机构(Mechanism)
2
3 1
4 运动链
2
3
1
4
固定一个构件
满足条件
其余构件运动 是否确定？
sz和z，即自由度数 f 2。
两构件之间受限制的相对运动
sx，sy ，x和y，即约束数 s 4。
y
sz
z
O x
z
运动副的分类 机构中运动副的类型决定着机构的运动形式。
1.根据运动副所引入的约束数分类 2.根据组成运动副的两个运动副元素的接触情况分类 3.根据组成运动副两个构件的相对运动形式分类
特点 具有较多的自由度，易于构件的 自动调整，保持静定特性。 接触应力大，易变形、易磨损、 承载能力低。 制造比较困难。 适用场合 结构简单，运动精度要求较高， 受力较小。
点接触，f 5 线接触，f 4
面接触(Area contact) 特点 相当于多点接触，承载能力较高，应用广泛。 运动副的自由度一般较低，其接触状况对尺寸、形 状及相对位置误差十分敏感，实际接触及受力状况难以 准确确定，需要较高的制造精度。 保证运动副可靠工作的措施 ● 提高表面硬度 ● 正确选用材料 ● 添加润滑剂 ● 加入中间体,将滑动摩擦改为滚动摩擦