西南交大机械原理课件第1章构件、约束和运动副

对构件之间的物理连接所作的理想化的描述
就定义为运动副。
（P10）
运动副——两个构件直接接触组成的仍能产生
某些相对运动的连接。 （另一本书定义）
注意：三个条件缺一不可： a)两个构件，b)
直接接触，c) 有相对运动
运动副元素——形成运动副的构件之间相接触
的点、线、面
（P11）
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1.3.2.1 力闭合运动副、形闭合运动副及材料 闭合运动副 （P11 了解）
高副可使相联接的两构件 间形成极其多样的相对运动， 但也会在构件接触处产生很 大的接触应力。
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图1---13 高副
1.3.2.4 运动副的级 根据运动副所引入的约束数可以将运动副分为五级：引入一个约束的运动副为Ⅰ级副， 引入两个约束的运动副为Ⅱ级副，依次类推，还有Ⅲ级副、Ⅳ级副，最多为Ⅴ级副。
分析图示机器人机构构件和运动副组成
至少有三个活动构件、机架和三个移动副组成
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转动副和移动副的 自由度为1，而对于曲 线副来说，在接触点处， 当两构件之间的相对运 动为纯滚动时，运动副 的自由度为1；当两构 件之间的相对运动既有 滚动又有滑动时，运动 副的自由度为2。
凸轮机构
滚动轴承 也是转动副
图1---11 平面曲线副
（齿轮）
wk.baidu.com10
图1---8 万向轮
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❖ 空间运动副（P12）
1.3.2.2 平面运动副 和空间运动副
材料闭合运动副机构（等效）
❖ 平面运动副
如果形成运动副的一个构件的副元素的所有点相对另一构件的副元 素的对应点的运动轨迹均为在相互平行的平面内的平面曲线，则这样的 运动副为平面运动副。 （P11）
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常见的平面运动副有移动副、转动副和曲线副
转动副允许的相对 运动只是旋转运动；移 动副允许的相对运动只 是直线移动；如果对应 点相对运动轨迹为其他 平面曲线，则运动副为 曲线副。
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1.1.2构件的类型
（P7、8定义）
刚性构件、拉曳件等
机架、原动件和从动件 (以图2-1为例)
从动件还可以再分为传动构件、输出构件等。
❖ 1.2 构件的运动约束
y
空间两个自由构件
之间可以发生六个独立
的相对运动。平面两个
x
自由构件之间可以发生
三个独立的相对运动。 z
图1-2 两个空间自由构件的 独立相对运动
螺旋副
圆柱副
图1---6球铰链
螺旋副允许相对转动和沿着转动轴线方向的移动，这两
个相对运动不是独立的，所以，螺旋副有一个自由度；
圆柱副允许转动，并且允许独立于转动的沿着转动轴线
方向的移动，圆柱副有两个自由度。
（P11 ）
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1.3.2.3 低副和高副
由面接触形 成的运动副为 低副。
由点、线接触 而形成的运动副为 高副。
构件之间具有三个自由度。 (P8)
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可拆卸焊接烧锅的固定装置设计
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2. 2. 3 约束力
一般高副
齿轮副
转动副
图2---7 光滑接触的约束力
不计摩擦的光滑接触的约束力。刚性构件之间光滑支承
面对构件的约束力的作用点为接触点，其方向沿接触表面的
公法线，并指向受力物体。
（P9）
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1.3. 运动副及其分类
第1章 构件、约束和运动副
❖ 1.1 构件及其分类
❖ 1.1.1构件
❖
运动单元体
机械一般都是由许多机械零件组合而成的。 所谓零件，是制造、加工的单元体。
构件是运动时的单元体，而零件是制造时的 单元体。
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图2---1单缸内燃机的组成及组成连杆的零件
内燃机的缸体为机架，活塞为原动件，曲柄和连杆 均为从动件，驱动其他机械所需要的力和运动通过曲柄 得到，因此，曲柄为输出构件，而连杆为传动构件。
以后详讲）
y
x
1
z
P2
图1-3 两个构件点接触形成一个约束
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1.2.1构件之间的自由度与约束
自由度 N
约束 S
空间N+S=6 平面N+S=3
利用点、线、面接触构成各种运动约束
对于运动在同一平面XOY上的两个构件来说，其相对运
动则可以分解为三个独立的运动，即沿轴X、Y的移动和绕
垂直于XOY平面的轴的转动。因此，作平面运动的两个自由
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如果构件在某一方向上的运 动受到了限制，就会使得该方向 的运动不再可能，使得运动的自
由度减少。任何使得自由度 减少的限制被称为约束。
机构中，构件之间相互接触将产 生运动约束，约束的数目与它们 的接触状态有关。 约束使构件之
间的自由度减少。任意两个构 件之间约束数目等于其自 由度减少的数目。 （P7