机构的结构设计

三、运动副的封闭方法 封闭方法：保持运动副元素之间接触的方法。 1.几何封闭 2.力封闭
四、 运动链、机构及简图
（一） 运动链与结构简图 1.运动链：两个以上构件用运动副联接而成的系统。 2.运动链结构简图：用规定的运动副符号和简单的几 何图形表示的运动链图形。 3.结构简图表示的3要素： ●运动副的类型与数目； ●构件数目； ●连接关系。
第一章 机构的结构设计 第一节 机构的结构及简图 一、 构件与自由度 （一）构件的定义：独立运动单元（刚体）。 （二）构件的自由度 ●自由度的定义：独立运动参数的个数。
●构件自由度数目 平面运动构件：3个自由度。 空间运动构件：6个自由度。
y0 y
sy o
o0
sx x
x0
y0
x x
sz
z
z
sx o sy
（五）机构运动简图 1.机构运动简图 用规定符号和简单几何图形表示的机构图形。
画构件时应忽略构件的实际外形，只考虑构件 尺寸(即运动副之间的尺寸)和运动副的类型。
（五）机构运动简图 2.机构运动简图表达 1）运动副类型与数目； 2）构件数目； 3）各构件之间的连接关系； 4）构件尺寸。 3.作用 1 ）表示机构的结构类型和尺寸。 2 ）作为运动分析和动力分析的依据。
闭链
开链
4.常见运动副的规定符号: 国标GB4460－84
5.构件的表示方法──简单线条或几何图形
（二）运动链的分类
1.闭式运动链(闭链)：运动链是封闭图形。 术语：N元素杆——含N个运动副的构件。 闭链没有一元素杆。
2.开式运动链(开链)：运动链是开放图形。 开链至少有1个一元素杆。
闭链
开链
o0
y y y0
x0
二、运动副与约束
(一）运动副与约束的概念
●运动副：两个构件直接接触组成的可动联接。
●约束:对运动所加的限制。
sy
●运动副作用:提供约束。
sx
例如：球面副
sz
提供3个约束：sx 、sy、sz； 保留3个自由度：x 、 y、 z。
球面副
（二）运动副元素 构件上参与接触的几何元素。
2
3
2
3
1
1
若有 m 个构件, 则有 m－1 个转动副。
【例教师1-2】 重新计算火车轮机构的自由度。
D3 B
F
2
4
5
6
1
A
7
E
C
G
【解】
n = 6 PL = 89 PH = 0 F = 3n - 2PL - PH
= 3×6 - 2×89 - 0
= 20
（二）虚约束(消极约束) 对机构的运动不起独立限制作用的重复约束。 计算自由度时要去除掉。
3.按提供的约束数： 1级副、2级副、3级副、4级副、5级副。
4.按运动副元素： 圆柱副、球面副、球销副、螺旋副 球面与平面副、球面与圆柱副、圆柱与平面副。
5.平面运动副的分类 提示：1个平面运动构件有3个自由度。
（1）平面低副：转动副、移动副，空间5级副。 1个平面低副引入2个约束。
（2）平面高副：例如齿轮副、凸轮副，空间4级副。 1个平面高副引入1个约束。
CD
E
2)绘制图示偏心泵的运动简图。
3 2 1 4
偏心泵
第二节 运动链的自由度计算(重点)
知识回顾 1个平面运动构件有( 3 )个自由度。 1个高副引入( 1 ) 个约束。 1个低副(转动副移动副)引入( 2 )个约束。
2
1
1
2
21
设：有 n 个活动构件，PL个低副，PH个高副，则 一、 平面机构自由度的计算公式
F = 3n - 2PL - PH
【引例】
F = 3×3 －2×4 = 1
2 1
3
F=1
1
2
3
4
4
【例1-1】计算铰链五杆机构的自由度。
【解】 n = 4 PL = 5 F = 3n - 2PL - PH
PH = 0
= 3×4 - 2×5 - 0
2
3
=2
F=2
1
4
5
结论：F>0，运动链可动。
1
2
（三）运动副的构成关系 设：f为运动副保留的自由度；
s为运动副提供的约束； 则：空间运动副：s+f=6；
平面运动副：s+f=3。
（四）约束反力 运动副提供的约束与约束反力一一对应。
（五）运动副设计
sy Fy
Fz sz
sx FX
球面副
（六）运动副的分类 1.按接触形式：高副： 点、线接触。 低副： 面接触接触。 2.按相对运动形式： 平面副：保留的相对运动为平面运动。 空间副：保留的相对运动为空间运动。 转动副：只保留的1个相对转动自由度。 移动副：只保留的1个相对移动自由度。
3 F =0：静定桁架
1
2
4
3
F = -1：超静定桁架
y
B
2
C
3
1
F=1
1
D
A 4
3
x
F=1运动链给定1个原动件: 运动确定。
F=1运动链给定2个原动件: 损坏构件。
F=2机构给定1个原动件: 运动不确定。 F=2机构给定2个原动件: 运动确定。
二、机构具有确定运动的条件
C
2
3
原动件数=F>0 B 1
（三）运动链的自由度
1.运动确定：各构件相对于运动链中某个构件具有 确定的位置和姿态（简称位姿）。 2.运动链的自由度：运动链（运动确定时）独立运 动参数的数目。
y
B
2 3
1
1
D
A
4
F=1的闭链
C x
y
B
1
1
A
C 2
2
4
F=3的开链
3
3 D
x
（四） 运动链成为机构的2个条件 1.选定某一构件为机架； 2.选定1个或几个构件为原动件，使运动确定。 术语 机架─相对固定的构件。 原动件─运动规律已知的构件。 从动件─其余可动构件。 输出构件─运动、动力输出的构件。 连架杆─与机架相联的构件。
●机构示意图：不按比例绘制的简图；
●机构运动简图：按精确比例绘制的简图。
4.常用机构运动简图符号
在
机
齿
架
轮
上
齿
的
条
电
传
机
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
Baidu Nhomakorabea
轮
柱齿
机
轮传
构
动
4. 机构运动简图的绘制举例 1）颚式破碎机
A
G
B
F
D3 B
F
2
4
5
6
1
A
7
E
C
G
（二）虚约束(消极约束) 对机构的运动不起独立限制作用的重复约束。 计算自由度时要去除掉。
1 F = 2
D
4 4
A
5E
【例教师1-2】 计算火车轮机构的自由度。
D3 B
F
2
4
5
6
1
A
7
E
C
G
【解】
n = 6 PL = 8 F = 3n - 2PL - PH
= 3×6 - 2×8 - 0
PH = 0
=2
三、虚约束、局部自由度及复合铰链
（一）复合铰链(简称复铰)
二个以上构件(含机架)在同一轴线上构成 的多个转动副，称为复合铰链。