运动副及其分类

2、因何及如何绘制机构运动简图？
第2章 机构的结构分析
概述
机构
√ 平面机构 所有构件均在同一平面或在 几个相互平行的平面内运动
空间机构
§2－1 运动副及其分类
机构的组成
一、机构的组成
1、构件的自由度及约束条件
构件的运动指构件每一瞬时位置的 变化。一自由构件作平面运动，其位 置由三个参变量确定:
（x,y,)
组成运动副后，机构的自由度：
F＝3n-2PL-Ph
பைடு நூலகம்
pL 低副数（2约束）
Ph
高副数（1约束）
❖计算实例一
计算颚式破碎机的自由度：
F＝33－2 4＝1
平面机构自由度与组 成机构的构件数目、 运动副的数目及运动 副的性质有关。
2
B
A
3
1
C
4
D
§2－3 平面机构的自由度
❖计算实例二
解： n =5, PL = 7, PH= 0 F = 3n – 2PL– PH` = 3×5 – 2×7 – 0 =1
三个问题： 1、复合铰链 定义：两个以上的构件在同 一处以转动副相连接。
处理：
三个构件在同一轴线处，两个转动副。 推理：m个构件时，有m – 1个转动副。
§2－3 平面机构的自由度
C处为复合铰链
n = 5, PL = 7, PH = 0 F = 3n - 2PL– PH
= 3×5 -2×7 – 0 = 1
曲轴2
BA
机架1
动颚3 D
C
肘板4
2
B
A
3
1
C
4
D
§2－3 平面机构的自由度
如何使组合起 来的构件产生 运动并具有运 动确定性？
1、机构自由度
1、机构的自由度
2、机构具有确定 性运动的条件
定义：
机构中各构件相对于机架所具有的独 立运动的数目。
§2－3 平面机构的自由度
计算公式
1）机构的构件总数K 2）活动构件数n=K－1 3）组成运动副前，机构总自由度3n
§2－1 运动副及其分类
机构的组成
将运动链的某一构件固定，使之有确定运动。运动链机构。
机架

固定构件
机构

原动件
按给定运
从动件
动规律独立运 动的构件。
其余活动构件，其活 动取决于原动件的运动规 律及机构的组成情况。
§2－2 平面机构运动简图
问题简单化：机构的简明图形
为了分析现有机构、 构思新的机械运动方 案、机构的运动和动 力分析
一、运动副的表示方法
1、转动副（铰链）
机构示意图：是 用特定的构件和 运动副符号表示 机构的一种简化 示意图，仅着重 表示结构特征。 （不需按比例）
§2－2 平面机构运动简图
2、移动副
运动副的表示方法
两构件组成移动副， 其导路必须与相对移 动方向一致。
§2－2 平面机构运动简图 运动副的表示方法
F＝34－26 ＝0（）
F＝33－24 ＝1（）
§2－3 平面机构的自由度
2）两构件组成多个移动副或回转副，其导路平行或回转 轴线重合。
F＝32－22 －1＝1（ ）
§2－3 平面机构的自由度
3）机构中对传递运动不起独立作用的对称部分。
F＝33－23 －2＝1（）
§2－4 平面机构的组成原理及结构分类 Pl=6,n=4 如含有运动副最多的构件为三副杆，
则称为Ⅲ级组。
机构的分类： 平面机构的级别按机构中含有级别最高的基本杆组
来命名。 A：机构中杆组均为Ⅱ级组——Ⅱ级机构； B：机构中既含Ⅱ级组又含Ⅲ 级组——Ⅲ级机构。
§2－4 平面机构的组成原理及结构分类
F＝33－23 －1＝2（）
在计算机构 自由度时，可 预先排除。
§2－3 平面机构的自由度
3、虚约束
三种情况的虚约束
定义：对机构运动实际上不起约束作 用的约束，是构件几何尺寸满足某些 特殊要求的产物。
（1）机构运动时，如果两构件上两点间的距离始终保持不 变，将此两点用构件和运动副联接，则会带进虚约束。
一个作平面 运动的自由 构件有3个 自由度。
构件自由度： 相对于参考系构件所具有的独立运动的数目。
§2－1 运动副及其分类
约束： 对构件的独立运动所加的限制。构件受一约 束，失去一个自由度。
机构的组成
机构由构件组成， 构件与构件联接，独 立运动受限，自由度 减少，构件间只能产 生某些相对运动，而 不再完全自由。
2、运动副
定义:
由于约束是由机构中各构件 的相互接触引起的，接触方 式不同约束不同。
两个构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联 接。如轴承与轴颈、滑块与导轨、齿轮与齿轮等。
机构要 素构 运件 动副
构件系统
§2－1 运动副及其分类
机构的组成
运动副元素: 构件直接接触构成的运动副表面。为点、线、面形式。
虚约束对机构运动 虽然不起作用，但可 以增加构件的刚性， 改进受力，减少磨损， 因而在机构中经常出 现。
§2－3 平面机构的自由度
综合例题
大筛机构 的自由度
F＝ 3n-2Pl-PH =37-29-1 =2=原动件数
机构有确定的运动。
§2－3 平面机构的自由度
总结
机架 构件 原动件
从动件
机构运
动不确定
§2－3 平面机构的自由度
F＝ 34-2
1
5 =2
F＞ 原动件 数目
机构运 动不确定
F＝ 32-2 3 =0
F＝0
机构为 0 桁架结构，
不能运动
§2－3 平面机构的自由度
由上例及其它机构分析：
机构具有确定性运动的条件：
F＞0且等于原动件的数目
§2－3 平面机构的自由度
3、计算平面机构自由度时的注意事项
第二章 机构的结构分析
§2－1 运动副及其分类
§2－2 平面机构的运动简图 §2－3 平面机构的自由度
重点
§2－4 平面机构的组成原理及结构分类
第2章 机构的结构分析
重点问题：
1、机构的组成原理及其具有确定运动的条件
机构如何 由构件组成？
如何使各 构件之间有相 对运动并使之 确定？
对分析现有机构或设计新 机构至关重要。
3、高副
运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子， 习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。
惯用画法（GB4460-84机构简图符号）
§2－2 平面机构运动简图 二、构件的表示方法
1、参与组成两个运动副的构件
构件的表示方法
2、参与组成三个运动副的构件
注：关于工 程常用机构 运动简图符 号国家已有 规定。
线 接 触
齿轮副
§2－1 运动副及其分类
机构的组成
空间运动副
若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。
螺旋副
球面副
§2－1 运动副及其分类
机构的组成
运动链
定义：两个以上的构件通过运动副联接 而构成的系统
分类：按首末构件是否相连 闭 链
开 链
传统机械一般为闭链；机器人和机械手一般为开链。
机构的组成
低副提供约束及自由度情况： 引入2个约束，保留1个自由度。
§2－1 运动副及其分类
◆高副：运动副元素为以﹏点或线接触
机构的组成
点接触
凸轮副
§2－1 运动副及其分类
机构的组成
高副提供约束及自由度情况：
限制了沿公法线n-n 方向的相 对移动，保留了沿接触处切线 t-t方向的相对移动和在平面 内的相对转动。引入1个约束， 保留2个自由度。
§2－4 平面机构的组成原理及结构分类
2、介绍杆组法进行运动分析 由机构的组成原理，任何机构都可看作由若干基 本杆组依次联接于机架和原动件上而成。 最常见的基本杆组为Ⅱ级组，有三种形式：
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§2－3 平面机构的自由度
2、机构具有确定性运动的条件
机构原动件的独立运动是由外界给定的。如给出的原动件数不等于机构 的自由度，则会对机构的运动产生影响。
机构
自由度 原动件 结论
F＝33-2 4=1
F= 原 1 动件数目
机构有
确定运动
F＜ 原
F＝33-2 4 2 动件数目
=1
§2－2 平面机构运动简图
实例
实例：
构件用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。
§2－2 平面机构运动简图 绘制机构运动简图的方法
三、绘制机构运动简图的方法
步骤：
1、分析机械的工作原理、组成及运动传递情况；确定其 组成的各构件。
2、确定运动副的类型和数目。
3、恰当选择运动简图的视图平面（投影面）。（一般选大
机构运动有关（取）：
原动件的运动规律 运动副类型
无关（舍）：
构件外型 断面尺寸 零件数及运动副的具体构造。
§2－2 平面机构运动简图 运动副的表示方法
定义：动副运和用构件国，际并规按定一的定简比单例符尺号表和示线机条构代各表构运 件间相对运动关系的简图。
注：机构运动简图与实际机构有相同的运动特征。
§2－1 运动副及其分类
机构的组成
运动副的分类
低副
按运动副元素接触情况的不同 高副
低副：运动副元素为面接触。
(1) 转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。
固定铰链转动副
§2－1 运动副及其分类
机构的组成
活动铰链转动副
§2－1 运动副及其分类
(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。
电动机
带传动
偏心轴转动
动颚板摆动，与定 颚板一起压碎物料
颚式破碎机
§2－2 平面机构运动简图 绘制机构运动简图的方法
1、工作原理
1 —机架 2 —曲轴（原动件） 3 —动颚 4 —肘板
2、运动副
1与2在A回转副 2和3 在B回转副 3与4在C回转副 4与1在D回转副
3、选择投影面
4、比例尺1：1
惯性筛机构
◆计算中注意观察是否有复合铰链，以免漏算转动副数目，出现 计算错误。
§2－3 平面机构的自由度
试计算直线机构的自由度。 F＝3n-(2PL+PH) =37-210=1
§2－3 平面机构的自由度
2、 局部自由度
定义：不影响其它构件相对运动 的自由度，只与局部运动有关。
F＝32－22 －1＝1（）
多数构件的运动平面）。
4、选取比例尺（l），定出各运动副的相对位置，开始绘
制。
l＝构件的实际长度（m）／图长（mm）
注意问题： 如l＝1／10，若构件实长为2m，则图长20mm
构件要编号； 运动副要有代号； 原动件要用箭头表示方向。
§2－2 平面机构运动简图 绘制机构运动简图的方法
工作原理：
高副
运动副

低副
转动副 移动副
自由度计算 平面机构
平面机构 运动简图
12、、注F意＝事3n项-2P l-复局虚Ph合部约铰自束链由度
具有确定运动的条件 F＞0＝原动件数
§2－4 平面机构的组成原理及结构分类
1）机构组成
对机构去机架及原动件 F=0的从动件系统
分解为机架、原动件及若干基本杆组。
2）机构分类 据基本杆组的构件中含运动副的数目分：
设基本杆组中
F=3n-2Pl=0 (Ph采用高副低代）
n=2/3
Pl
Pl=3，6， 9…… n=2，4，
§2－4 平面机构的组成原理及结构分类
最简单组合：
Pl=3,n=2
两杆三副
Ⅱ级组
工程中大部分 机构由Ⅱ级杆 组组成。
基本杆组 （阿苏尔杆组）
拆成更简单的构件组 （F=0）
拆成不能再拆的 F=0的构件组
任何机构都是由若干基本杆组依次联接于机架和原 动件上构成的。
§2－4 平面机构的组成原理及结构分类
A:设计新机构,绘制运动简图时
选机架——将原动件联接在机架上——将基本杆 组依次联接于机架和原动件上。
B：分析已有机构时