自由度(原理)

(一个约束 2个自由度)
例如：滚动副、凸轮副、齿轮副等。
x
y
x
y
所示的高副只约束了沿接触处公法线n-n方向的移动。
②低副－面接触的运动副，应力低 。 (2个约束 1个自由度)
例如：转动副（回转副）、移动副 。
2
1
按运动空间分: ★平面运动副:构成运动副的两
构件之间的相对运动为平面运动的 运动副;
三个条件，缺一不可
y
2
O x
1
(a)
2 1 (b)
(a) 固定铰链
转动副 (铰链) (b) 活动铰链
y
O 12
x
移动副
转动副
移动副
螺旋副
(2) 运动副元素－构成运动副的点、线、面.
例如：滚动副（点）、齿轮齿廓（点线）、滑动轴 承（面）等。
3）自由度：构件含有独立运动的数目。
4）约束：对独立运动的限制。
n
3×n
2 × PL
1 × Ph
(低副数) (高副数)
计算公式： F=3n－(2PL +Ph )= 3n －2PL － Ph
①计算曲柄滑块机构的自由度。
解：活动构件数n= 3 低副数PL= 4 高副数PH= 0
★空间运动副:构成运动副的两 构件之间的相对运动为空间运动。
球面高副
柱面高副
球销副
圆柱套筒副
球面低副 转动副
移动副
螺旋副
转动副、移动副实例
齿轮副实例
3. 运动链
运动链－多个构件用运动副联接而构成的系统。 闭式链 、开式链
工业 机器人
4. 机构
定义：具有确定运动的运动链称为机构 。 机架－固定构件，如机床床身、车辆底盘、飞机机身。
22
1
1
2
1 2 1
2
2
1
1
2
1 2 1
22
22
1
1
1
1
2
2
1 2 1
1 2
1
平 面
2
高 副
1
2
螺
旋
1
空副 2
间
1
运
动球 副面
1
副
球 销
2
副
2 1
2 1
1
2
2 1
2 1
1 2
1 2
1 2
2 1
在 机 架 上 的 电 机
齿 轮 齿 条 传 动
圆
带
锥
传
齿
动
轮
传
动
链 传 动
外啮 合圆 柱齿 轮传 动
圆柱 蜗杆 蜗轮 传动
凸 轮 传 动
内啮
棘
合圆
轮
柱齿
机
轮传
构
动
常用机器实例
带式运输机用传动装置
注意事项:
画构件时应撇开构件的实际外形， 而只考虑运动副的性质。
工业 机器人
▲
原动件-----1 从动件----2 , 3 机架----- 4
2、 绘制步骤 1) 分清构件:找出机架和原动件，分清各个构件，标上数字。
2) 对机构进行分类
不同的机构都有各自的特点，把各种机构按结构加以分类，建立运 动分析和动力分析的一般方法。
3)绘制机构运动简图
为运动分析和动力分析作准备。
2 机构的组成
1) 构件 －组成机构的运动单元 .
零件－制造单元
2)运动副 (1)定义－两个构件直接接触又能产生某些相对运动的联 接。 a)两个构件、b) 直接接触、c) 有相对运动
原（主）动件－按给定运动规律运动的构件。 从动件－其余可动构件。
机构的组成： 机构＝机架＋原动件＋从动件
1个
1个或几个
若干
原动件-1 从动件-2 , 3
机架-4
二 机构运动简图的绘制
机构运动简图: 说明机构中各构件之间相对运动关系的简单图形。
机构示意图－不按比例绘制的简图
1、构件和运动副的表示方法 1）一般构件的表示方法
F=3
θ (x , y)
x
y
y
y
x
2
θ1 x
12
x
S
1
2
R=2, F=1 运动副 回转副 移动副
高副
R=2, F=1
R=1, F=2
自由度数
约束数
1（θ） + 2（x，y） =3
1（x） + 2（y，θ）=3
2（x,θ） + 1（y） =3
结论：一个构件自由度＝3－约束数
活动构件数 构件总自由度 低副约束数 高副约束数
D4
5
A 1 B
3 2
E
冲床动画
6
例2: 绘制图示偏心泵的运动简图
3 2 1 4
偏心泵 动画
牛头刨床的主运动机构利用了摆动导杆机构, 。 牛头刨床的主运动机构
1－2 机构自由度的计算
一、平面机构自由度计算公式
定义：保证机构具有确定运动时所 y 必须给定的独立运动参数称为机构 的自由度。
单个做平面运动的构件的自由度为 3
作空间运动的构件有六个自由度，即：沿X、Y、Z轴的移动和绕 X、Y、Z轴的转动。
作平面运动的构件有三个自由度，即：沿X轴方向移动、沿Y方向的移动、
绕Z轴转动。
构件这种沿X轴方向移动、沿Y方向的移动、绕Z轴转动称为构件 的自由度。
作平面运动的构件有三个自由度，
y
M
O
x
平面运动构件的自由度
5) 运动副分类： ①高副－点、线接触的运动副，应力高 。
2） 确定副型:确定各个运动副的类型，标上字母。
3） 选面定位:合理地选择投影面；
4） 连线构件:用直线或曲线将同一构件上各个运动副元
素连接起来代表构件；
5）标原注比，写明实长:在原动件上用箭头标明运动方
向，在图旁注明比例尺μl,,写明有关尺寸的实际长度。
顺口溜：先两头，后中间， 从头至尾走一遍， 数数构件是多少， 再看它们怎相联。
杆、轴构件 固定构件
同一构件
2）运动副的表示方法 转动副的表示方法
2
2
2
1
1
1
(a)
(b)
(c)
移动副的表示方法
1
2 1
2 (a)
1 2
1 2
(b)
21 1
2
(c)
两副构件 三副构件
运动副 名称
常用运动副的符号 运动副符号
两运动构件构成的运动副 两构件之一为固定时的运动副
转 动 平副 面 运 动 副移 动 副
第1章 平面机构的结构分析
1－1 机构组成及运动简图的绘制 1－2 平面机构自由度计算 1－3 机构组成原理和结构分析
1－1 机构组成及运动简图的绘制 一 机构组的条件
目的是弄清机构包含哪几个部分?各部分如何相联才能保证具有确定 的相对运动？这对于设计新的机构显得尤其重要。
齿轮
齿轮机构
凸轮、推杆
凸轮机构
内燃机的机构运动简图
◆ 画机构运动简图的方法
例题三、图示为一冲床。绕固定中心A转动的菱形盘1为 原动件，与滑块2在B点铰接，滑块2推动拨叉3绕固定轴 C转动，拨叉3与圆盘4为同一构件，当圆盘4转动时，通 过连杆5使冲头6实现冲压运动。试绘制其机构运动简图。
分析： 绘制简图： C
3、机构运动简图表达的内容：
1）构件数目 2）运动副的类型和数目 3）运动尺寸 4）机构类型
例1：绘制破碎机的机构运动简图。
例2 活塞泵 运动副？
内燃机
1 箱体 2 活塞 3 连 杆 4 曲轴 5、6 齿轮 7 凸轮 8 推杆
连杆机构 齿轮机构 凸轮机构
内燃机
箱体+
活塞、连杆、曲轴
连杆机构