运动副及其分类
机械设计基础平面机构的运动简图及自由度
归纳起来， 在下述场合中常出现虚约束：
（1） 运动轨迹重叠时， 如图2-16所示。
(2) 两构件同步在几处接触而构成多种移动副，且各移动副 旳导路相互平行时，其中只有一种起约束作用，其他都是虚约 束，如图2-15。
(3) 两构件同步在几处配合而构成几种回转副，且各回转副 轴线相互重叠时，这时只有一种回转副起约束作用，其他都是 虚约束。例如回转轴一般都有两个或两个以上同心轴承支持， 但计算时只取一种。
F=3n-2pL-pH=3×3-2×4-0=1
此成果与实际情况一致。
图2-15 机构中旳虚约束（两构件同步在几处接触
而构成多种移动副，且各移动副旳导路相互平行）
图2-16(a)、(b)所示为机车车轮联动装置和机构运动简图。图 中旳构件长度为lAB=lCD=lEF, lBC=lAD, lCE=lDF。该机构旳自 由度为
假如一种平面机构有N个构件，其中必有一种构件是机架( 固定件)，该构件受到三个约束而自由度自然为零。此时，机构 旳活动构件数为n＝N－1。显然，这些活动构件在未连接构成 运动副之前总共应具有3n个自由度。而当这些构件用运动副联 接起来构成机构之后，其自由度数即随之降低。若机构中共有 pL个低副和pH个高副，则这些运动副引入旳约束总数为 2pL+pH。 所以，用活动构件总旳自由度数减去运动副引入旳约 束总数就是机构旳自由度数。机构旳自由度用F表达，即:
件作为机架，运动链相对机架旳自由度必须不小于零，且 原动件数目等于运动链旳自由度数。
图2-12 刚性桁架
对于图2-12所示旳构件组合， 其自由度为
F 2n 2 pL pH 3 2 2 3 0 0
计算成果F＝0，阐明该构件组合中全部活动构件旳总自由度数 与运动副所引入旳约束总数相等，各构件间无任何相对运动旳 可能，它们与机架(固定件)构成了一种刚性桁架，因而也就不 称其为机构。但它在机构中，可作为一种构件处理。
1-1 运动副及其分类
B
1
2
E 4
C
3 D
F
F 3n 2Pl Ph 3 3 2 4 1
机构中的虚约束常发生在下列情况： 1、若两构件上的点，铰接前后运动轨迹相重合
则该联接将带入1个虚约束。
如：平行四边形机构、火车轮、椭圆仪等。
2、两构件在多处接触而构成性质相同的运动副 1）两构件在多处接触而构成移动副， 且移动方向彼此平行或重合，则只能算 一个移动副。 D
1.复合铰链 由两个以上构件在 同一处构成的重合转动 副称为复合铰链。
复合铰链
由m个构件在一处组 成轴线重合的转动副。实 ？ F=3 × 5-2 × 6=3 际上有（m-1）个转动副。
m ——构件数。
F=3×5-2×7=1 √
1.复合铰链
例题：计算机构自由度
如图所示F、B、D、C处是复合铰链
F=3×7-2×10=1
例；汽车、火车、轮船、飞机等
4）信息机器 用来获取或处理信息 例：摄象机、复印机、印刷机、打印机、绘图机等
机构
它是一个具有相对机械运动的构件系统，用来传递 与变换运动和动力装置。它是机器的重要组成部分。
机器与其它装置的主要区别是：
机器：是执行机械的装置，用来变换或传递能量， 物料和信息。机器由若干机构组成。
例：轴1与轴承2的配合 例：滑块1与导轨2的接触 例：两齿轮轮齿的啮 合
运动副元素： 圆柱面、圆孔面
运动副元素： 棱柱面、棱孔面
运动副元素： 两齿廓曲面
二、运动副的分类
两个构件在平面用运动副联结前共有六个独立的相对运动。 构件用运动副联结后，彼 此的相对运动受到某些约束。 约束：对独立运动的限制。
模块一 机械设计基础知识
02-1.2-运动副及运动简图
• 2） 两构件构成的运动副，其接触形式不 外乎点、线、面三种。按照接触的特点， 一般将运动副分为低副和高副两类。
（1）低副
• 两构件通过接触面构成的运动副称为低副。 • 根据他们之间的相对运动是转动或移动， 又可分为转动副和移动副。
a、转动副
• 若组成运动副的两构件之间只能绕同一轴作相对 转动，则该运动副称为转动副。如图2-1所示， 构件1相对于构件2只能绕垂直于XOY平面的轴 转动，而不能沿 X轴或Y轴移动。内燃机中的连 杆小头与活塞销、连杆大头与曲轴轴颈之间的联 接均为转动副。
例2-1 绘制图1-1所示单 缸四冲程内燃机的机构运 动简图。
• (解) 1）分析机构的组成及
运动情况，找出机架、原动 件和从动件。
• 2)根据各构件之间的相对 运动性质，确定运动副的 类型和数目 • 构件2和1、8和1 组成移 动副;构件10和9、 7和8组 成高副;构件2和5、5和 6(10)、6和1、9(7)和1之间 均组成转动副。
运动副约束： 运动副约束：把对独立运动所加的限制称为约束。 每加上一个约束，构件便失去一个自由度；加上 两个约束，构件便失去两个自由度。 约束的多少和约束的特点完全取决于运动副的型式。 移动副： 移动副：具有两个约束，组成运动副的两构件间只 能沿某一轴线方向作相对移动； 转动副： 转动副：具有两个约束，组成运动副的两构件间只 能绕同一轴线作相对转动； 高副： 高副：具有一个约束，两构件间以点或线接触组成 的运动副
转动副
移动副
线接触
点接触
圆柱副
球面与圆柱副
球面副
圆柱与平面副
螺旋副
3、运动副和构件的代表符号
• • • • • • 图2-4表示运动副和构件的代表符号。 图2-4a)表示由两个构件组成的转动副; 图2-4 b) 表示两个构件组成的移动副; 图2-4c)表示两个构件组成的高副; 图2-4d) 表示带有两个或三个运动副的构件; 图2-4e)表示画有阴影线的构件称为固定件或机 架。
机械原理运动副.
机构运动简图的绘制方法和步骤：
1.确定构件数目及原动件、输出构件； 2.根据各构件间的相对运动确定运动副的种类和数目； 3.选定比例尺，按规定符号绘制运动简图； 4.标明机架、原动件和作图比例尺；
机械原理
例1 颚式破碎机
§1-2、平面机构的运动简图
2
A B 1
3
4 C
D
机械原理
一、构件的自由度
§1-3、平面机构的自由度
面接触、相对转动或相对移动 低副
机械原理
§1-1、运动副及其特点： 点或线接触、沿接触点切线方向相对移动、绕接触点 的转动 高副
机械原理
运动副符号
§1-1、运动副及其分类
转动副
移动副
机械原理
1
1
§1-1、运动副及其分类
2
齿轮副
2
2
2
凸轮副
机械原理
参与形成两个运动副的构件
处理：排除。
2 1 4 3
2
1
5 4
3
F＝3n－2PL－PH ＝ 3 3 －2 4－0 ＝1
F＝3n－2PL－PH ＝ 3 4 －2 6－ 0 ＝0 F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 4 －0 ＝1
机械原理
虚约束常发生在下列情况
§1-3、平面机构的自由度
1、两构件在同一轴线上形成多个转动副。 2、两构件在同一导路或平行导路上形成多个移动副。
F ＝3n 2PL PH
例
F＝3n2PL PH ＝3 3 24 0 ＝ 1
F＝3n2PLPH ＝32 2 2 1 ＝ 1
机械原理
§1-3、平面机构的自由度
2.机构(运动链)具有确定相对运动的条件
工业设计机械基础第7章常用机构
M
B 3 O3
n = 3, Pl =4, Ph =0 F = 3×3 - 2×4 – 0 = 1
与实际相符
n = 3, Pl=4, Ph =0
F = 3×3 - 2×4 – 0 = 1
2）两构件形成多个具有相同作用的运动副。 (1)两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个 移动副起约束作用，其余为虚约束。
2
1
◆处理方法：计算中只计入一处高副。
F=3n-2Pl-Ph=3x2-2x2-1=1
3、机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。
◆处理方法：计算中应将对称部分除去不计。
图7-11 运动简图中构件的表示方法 a）二运动副构件示例 b）三运动副构件示例
常用机构运动简图 国标GB/T 4460-1984 给出了典型机构的运动简图， 表7-1为摘自该国标的部分常用机构的运动简图。
2.转动副 构件组成转动副时，如下图表示。 图垂直于回转轴线用图a表示； 图不垂直于回转轴线时用图b表示。 表示转动副的圆圈，圆心须与回转轴线重合。 一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内 画上斜线。
F=3n-2Pl-Ph=3x3-2x4-0=1
◆处理方法：计算中只计入一 个移动副。
F=3n-2Pl-Ph=3x1-2x1=1
(2) 两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起 约束作用，其余为约束。
◆处理方法：计算中只计入一个转动副。
(3)两构件组成多处接触点公法线重合的高副，只考虑一处高副。
图7-5 液体搅拌机 1—机架 2—曲柄 3—连杆 4—摇杆
⑶从动件 机构中由原动件驱动的其他构件。 若从动件直接实现机构的功能，称为执行件；若从动件把运动输出本 机构，称为输出构件。 图7-5中连杆3、摇杆4都是从动件。
运动副及其分类【优质PPT】
连杆
C
曲柄
B
曲柄
A
D
机架
双曲柄机构
双曲柄机构
从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一 周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作 加速往复运动，提高了工作性能。
惯性筛工作机构
特例：平行双曲柄机构，其相对两杆平行且相等。
1、曲柄1为原动件，作等角速转动；从动件曲柄3也以相 同角速度转动。
任务一：找出下列三个机构中的机架、连架杆和连杆
图1
机架： 连架杆： 连杆：
45 60、90 85
图2
机架： 65 连架杆：80、100 连杆： 50
图3
机架：
90
连架杆： 100、120
连杆：
60
2、铰链四杆机构的形式
在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将铰链四杆机 构分为：
B 连杆
曲柄
H
1
C1 慢行程
e
1
C2
A
B2
2
B1
主动件：曲柄或滑块
C1、C2：曲柄与连杆两次共线时，滑块移动的两个极 限位置。曲柄滑块机构同样具有急回特性。
两个极限位置之间的距离，称为机构的行程H。
（2）对心式曲柄滑块机构的死点位置：
1
A
B1
B2
C2
C1
机构停在死点位置，不能起动。 解决办法：运转时，靠惯性冲过死点。
极限夹角计算公式： 180 Κ1
Κ1
连杆机构输出件具有急回特性的条件：
1）原动件作等角速整周转动； 2）输出件具有正、反行程的往复运动；
3）极位夹角 0。
压力角和传动角
C B
运动副及其分类
运动副及其分类内容简要:1.构件的自由度、约束与运动副自由度——是构件可能出现的独立运动。
任何一个构件在空间自由运动时皆有六个自由度。
它可表达为在直角坐标系内,沿着三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动。
而对于一个作平面运动的构件，则只有三个自由度。
约束——限制物体运动的其它物体称为约束。
运动副——使两构件直接接触而彼此又有1. 构件的自由度、约束与运动副自由度——是构件可能出现的独立运动。
任何一个构件在空间自由运动时皆有六个自由度。
它可表达为在直角坐标系内,沿着三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动。
而对于一个作平面运动的构件，则只有三个自由度。
约束——限制物体运动的其它物体称为约束。
运动副——使两构件直接接触而彼此又有一定的相对运动的联接。
2.运动副的分类根据组成运动副两构件之间的接触特性，运动副可分为：（1）低副有关运动副及其分类的内容,您还可以跳往:驾校一点通2013模拟考试c1两构件之间通过面接触形成的运动副称为低副。
根据它们之间的相对运动是转动还是移动，又可分为转动副和移动副。
（2）高副两构件之间通过点或线接触组成的运动副称为高副3.运动副符号4. 机构中构件的分类及组成(1)机架：机构中固定于参考系的构件称为机架。
它用来支承机构中的可动构件(机构中相对于机架运动的构件)。
并以它为参考坐标系，来研究其它可动构件的运动。
(2)主动件(原动件)：机构中作用有驱动力或力矩的构件，或运动规律已知的构件称为主动件或原动件。
它是机构中输入运动或动力的构件，故又称为输入构件。
(3)从动件：机构中除了主动件以外，随着主动件的运动而运动的其余可动构件皆称为从动件。
运动副种类
轴承
齿轮
滑块
运动副种类
2.运动副分类
运动副分为低副和高副面接触组成的运动副元素称为低副。
运动副种类
2.运动副分类 1）低副
（１）转动副
两构件作相对转动的连接方式
运动副种类
2.运动副分类 1）低副 （２）移动副
两构件作相对直线移动的连接方式。
运动副种类
2.运动副分类
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作者：张本升 email：79210583@
运动副种类
作者：张本升 单位：浙江工贸职业技术学院
所属学科：工科
专业：光机电应用技术
课程：激光设备机械设计基础 适用对象：光机电应用技术专业的学生
运动副种类
教学目标
掌握运动副有哪些种类
运动副种类
1.运动副的概念 １）运动副定义 两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接。
运动副种类
1.运动副的概念 ２）运动副元素 两构件相互接触的点、线和面称为运动副元素
2）高副
高副——两构件以点或线接触组成的运动副元素。
凸轮传动
齿轮传动
运动副种类
小结
1.运动副的定义 两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接。 2.运动副的分类 运动副分为低副和高副两类。
运动副种类
作业
填空题
１．两构件通过
接触形成的运动副称为低副。
２．低副分为 和移动副。
３．两构件通过点或
接触形成的运动副称为高副。
运动副及其分类
R=1
结论 平面低副引入2个约束 平面高副引入1个约束
3 .平面机构自由度计算公式
设：机构共有N个构件
• 活动构件数：n=N-1
•
低副数： PL
•
高副数： PH
未连接前总自由度： 3n
连接后引入的总约束数：2PL+PH
• 机构自由度F： F=3n-(2PL+PH)
二.机构具有确定运动的条件的自由度：
x
运动副的分类：高副 低副
1.低副 特点：面接触、 相对转动或相对移动
回转副（转动副） 移动副 回转副：组成运动副的两构件只能在一个平面内 转动。（铰链） 移动副：组成运动副的两构件只能沿某一轴线 相对移动。
c)
2 高副 两构件通过点或线接触组成的运动副
齿轮副
凸轮副
高副
运动链: 若干构件通过运动副联接而成的可动系统
概述
研究机构结构的目的： （1）探讨机构运动的可能性及其具有确定运
动的条件 （2）对复杂机构进行结构分析，以便较透彻
地了解机构的结构特点
平面机构——所有构件都在相互平行的平面内 运动的机构
§1 运动副及其分类
• 运动副: 两构件直接接触并能产生一定相对 运动的可动联接
• 接触形式: 点、线、面
y
o
2 5
(3-1)个铰链 3
要正确计算运动副数目
2 局自由度：
应去掉！
机构中会出现这样一类的自由度，它的存在与否
都不影响整个机构的运动规律。
3.虚约束
应去掉！
① 两个构件组成多个轴线重合的转动副或组成多个方向一致 的移动副时，只需考虑其中一处的约束，其余的均为虚约束。
• 目的：为了改善构件的受力情况
运动副及其分类
运动副及其分类
运动副及其分类
机构是由许多构件组成的。
机构中的每个构件都以一定的方式与另一些构件相互链接。
这种链接不是固定链接，而是具有一定能够相对运动的链接。
这种使两构件直接接触并能产生一定的相对运动的链接称为运动副。
例如轴与轴承的链接、活塞与汽缸的链接、传动齿轮的两个轮齿间的链接称为运动副。
构件组成运动副，不外乎通过点、线或面的基础来实现。
按照接触特性，通常把运动副分为低副和高副两类。
1.低副
两构件通过面接触组成的运动副称为低副。
平面机构中的低副有转动低副和移动副两种。
a转动副两构件之间只做相对转动的运动副称为转动副，或者称为铰链。
b移动副两构件之间只作相对移动的运动副称为移动副。
2.高副
两构件通过点或者线接触组成的运动副称为高副。
组成平民高副两构件见的相对运动是沿着接触处切线方向的相对移动和线接触处相对运动。
除上述平民运动副之外，机械中还经常剪刀球面副和螺旋副。
这些运动副两构件间的相对运动是空间运动，故属于空间运动副。
运动副及其分类
运动副及其分类一、什么是运动副？运动副是指将输入的运动和力矩转换为输出运动和力矩的机械构件，一般由构件、轴承、密封元件、驱动元件等部分组成。
运动副广泛应用于机械设备、自动化生产线、机器人运动系统等领域，是现代工业自动化和智能制造的基础。
二、运动副的分类按结构形式可分为：平面机构、立体连接机构、滑块机构、曲柄摇杆机构、齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、链条机构、离合器及制动器、气动液压机构。
1. 平面机构平面机构一般由连杆、链条、凸轮等构件组成，是最基本的运动副之一。
平面机构广泛应用于加工机床、织布机床、高速操作设备等领域。
常见的平面机构有连杆机构、曲柄摇杆机构、滑块机构等，其中连杆机构最常见，一般由活塞齿轮、连杆和转动轴组成。
2. 立体连接机构立体连接机构是由三个或三个以上的构件组成，可以将输入运动和力矩转换为任意的输出运动和力矩。
常见的立体连接机构有球面机构、球面与曲柄连接等，是机器人运动系统和航天器设计中不可或缺的部分。
3. 滑块机构滑块机构一般由滑块、导轨和驱动部分组成，可将输入的运动转化为线性运动，是机床、自动化生产线、锻造机械等领域中非常重要的运动副。
常见的滑块机构有翼板机构、滑块摇杆机构、曲柄滑块机构等。
4. 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构一般由曲柄、连杆和摇杆组成，为机器人运动系统、汽车发动机等领域中广泛应用的运动副之一。
5. 齿轮机构齿轮机构是将输入的运动通过齿轮的啮合和转动进行传动和转换的运动副，广泛应用于机床、印刷设备、起重设备等领域中。
常见的齿轮机构有平齿轮和斜齿轮、齿轮副、行星齿轮副等，其中行星齿轮副常用于航空、航天和机器人的运动控制系统中。
6. 连杆机构连杆机构一般由连杆、转动轴和轴承等构件组成，可将一种转动运动转化为另一种转动运动或线性运动，是机床、铣床、锻造机械等领域中广泛应用的运动副之一。
7. 凸轮机构凸轮机构一般由凸轮、摇杆、轴承等构件组成，可以将输入的运动转化为线性或旋转运动，常用于窄幅生产线、高速运动设备等领域。
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1.2 运动副的分类
运动副及其分类
1） 转动副
4） 球面副
1.2 运动副的分类
运动副及其分类
转动副
移动副
1.2 运动副的分类
运动副及其分类
螺旋副
球面副
1.2 运动副的分类
运动副及其分类
构件间以点或线接触形 成的运动副称为高副。 高副是点或线接触的运 动副。
1.2 运动副的分类
运动副及其分类
高副
静力学分析基础
运动副及其分类
• 掌握运动副的概念及分类。 • 能区分低副和高副。
2
运动副及其分类
门窗所用的合页 机床上的滚珠丝杠
3
1.1 运动副的概念
运动副及其分类
运动副：
两构件间直接接触且具有确定的相对运动 的连接称为运动副。
1.2 运动副的分类
运动副及其分类
构件间以面接触形成的 运动副称为低副。