运动副及其分类 (2)幻灯片.ppt

第1页，共44页，编辑于2022年，星期三 重点问题：重点问题：1、机构的组成原理及其具有确定运动的条件2、因何及如何绘制机构运动简图？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。第第2 2章章机构的结构分析第2页，共44页，编辑于2022年，星期三所有构件均在同一平面或在几所有构件均在同一平面或在几个相互平行的平面内运动个相互平行的平面内运动概述概述第第2 2章章机构机构平面机构平面机构空间机构空间机构机构的结构分析第3页，共44页，编辑于2022年，星期三一、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:构件自由度：相对于参考系构件所具有的独立运动的数目。相对于参考系构件所具有的独立运动的数目。一个作平面一个作平面运动的自由运动的自由构件有构件有3 3个自个自由度。由度。21 运动副及其分类机构的组成机构的组成（x,y,x,y,)第4页，共44页，编辑于2022年，星期三约束：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。由于约束是由机构中各构件的由于约束是由机构中各构件的相互接触引起的，相互接触引起的，接触方式不接触方式不同同约束不同约束不同。2、运动副定义: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。构件系统21 运动副及其分类机构的组成机构的组成第5页，共44页，编辑于2022年，星期三 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。21 运动副及其分类机构的组成机构的组成第6页，共44页，编辑于2022年，星期三运动副的分类按运动副元素接触情况的不同低副：运动副元素为面接触。21 运动副及其分类机构的组成机构的组成固定铰链转动副(1)转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。第7页，共44页，编辑于2022年，星期三21 运动副及其分类机构的组成机构的组成活动铰链转动副第8页，共44页，编辑于2022年，星期三21 运动副及其分类机构的组成机构的组成(2)(2)移动副：只允许两构件作相对移动。移动副：只允许两构件作相对移动。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。第9页，共44页，编辑于2022年，星期三 点接触点接触21 运动副及其分类机构的组成机构的组成高副：运动副元素为以点或线接触凸轮副凸轮副第10页，共44页，编辑于2022年，星期三 线接线接触触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。齿轮副齿轮副21 运动副及其分类机构的组成机构的组成第11页，共44页，编辑于2022年，星期三21 运动副及其分类机构的组成机构的组成空间运动副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。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。螺旋副螺旋副球面副球面副第12页，共44页，编辑于2022年，星期三运动链定义：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传统机械传统机械一般为闭链；一般为闭链；机器人和机械手机器人和机械手一般为开链。一般为开链。21 运动副及其分类机构的组成机构的组成第13页，共44页，编辑于2022年，星期三将运动链的某一构件固定，使之有确定运动。运动链机构。机架原动件从动件固定构件 按给定运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。21 运动副及其分类机构的组成机构的组成第14页，共44页，编辑于2022年，星期三机构运动有关（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。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22 平面机构运动简图第15页，共44页，编辑于2022年，星期三 运用国际规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定比例尺表示机构各构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。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）定义：定义：一、运动副的表示方法1、转动副（铰链）22 平面机构运动简图运动副的表示方法第16页，共44页，编辑于2022年，星期三 2、移动副22 平面机构运动简图运动副的表示方法两构件组成移动副，其导两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一路必须与相对移动方向一致。致。第17页，共44页，编辑于2022年，星期三 3、高副22 平面机构运动简图运动副的表示方法 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）第18页，共44页，编辑于2022年，星期三二、构件的表示方法1、参与组成两个运动副的构件2、参与组成三个运动副的构件注：关于工程注：关于工程常用机构运动常用机构运动简图符号国家简图符号国家已有规定。已有规定。22 平面机构运动简图构件的表示方法第19页，共44页，编辑于2022年，星期三22 平面机构运动简图实例构件用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。构件用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。实例：第20页，共44页，编辑于2022年，星期三三、绘制机构运动简图的方法步骤：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）如l110，若构件实长为2m，则图长20mm注意问题：构件要编号；运动副要有代号；原动件要用箭头表示方向。22 平面机构运动简图绘制机构运动简图的方法第21页，共44页，编辑于2022年，星期三22 平面机构运动简图绘制机构运动简图的方法电动机电动机带传动带传动偏心轴转动偏心轴转动 动颚板摆动，与定动颚板摆动，与定颚板一起压碎物料颚板一起压碎物料工作原理：工作原理：颚式破碎机颚式破碎机第22页，共44页，编辑于2022年，星期三1、工作原理1 机架2 曲轴（原动件）3 动颚4 肘板2、运动副机架机架1 1肘板肘板4 4动颚动颚3 3曲轴曲轴2 21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A AB BC C3、选择投影面4、比例尺1：122 平面机构运动简图绘制机构运动简图的方法D DA AB BC CD D1 12 23 34 4第23页，共44页，编辑于2022年，星期三1、机构自由度23 平面机构的自由度机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目。如何使组合起来的如何使组合起来的构件产生运动并具构件产生运动并具有运动确定性？有运动确定性？1 1、机构的自由度、机构的自由度2 2、机构具有确定性、机构具有确定性运动的条件运动的条件定义：定义：第24页，共44页，编辑于2022年，星期三计算公式1 1）机构的构件总数）机构的构件总数K K2 2）活动构件数）活动构件数n=Kn=K1 13 3）组成运动副前，机构总自由度）组成运动副前，机构总自由度3n3n 组成运动副后，机构的自由度组成运动副后，机构的自由度：F F3n-2P3n-2PL L-P-Ph h 计算颚式破碎机的自由度：计算颚式破碎机的自由度：F F3 3 3 32 2 4 41 123 平面机构的自由度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。A AB BC CD D1 12 23 34 4v计算实例一计算实例一 第25页，共44页，编辑于2022年，星期三v计算实例二计算实例二 n=5,PL=7,PH=0 F=3n 2PL PH=35 27 0=1解：解：23 平面机构的自由度点击观看动画点击观看动画第26页，共44页，编辑于2022年，星期三 2、机构具有确定性运动的条件机构机构自由度自由度原动件原动件结论结论F3 3-2 4=11 F=原原动件数目动件数目 机构有机构有确定运动确定运动F3 3-2 4=12 F 原动原动件数目件数目 机构运机构运动不确定动不确定 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。由度，则会对机构的运动产生影响。23 平面机构的自由度第27页，共44页，编辑于2022年，星期三 F 3 4-2 5=21F 原动件原动件数目数目 机构运动机构运动不确定不确定F 3 2-2 3=00 F0 机构为机构为桁桁架结构架结构，不，不能运动能运动23 平面机构的自由度第28页，共44页，编辑于2022年，星期三由上例及其它机构分析：机构具有确定性运动的条件：机构具有确定性运动的条件：23 平面机构的自由度F F0 0且等于原动件的数目且等于原动件的数目第29页，共44页，编辑于2022年，星期三3、计算平面机构自由度时的注意事项三个问题：三个问题：1 1、复合铰链、复合铰链定义：两个以上的构件在同一处以转动副相连接。23 平面机构的自由度处理：处理：三个构件在同一轴线处，两个转动副。三个构件在同一轴线处，两个转动副。推理：推理：m个构件时，有个构件时，有m 1个转动副。个转动副。第30页，共44页，编辑于2022年，星期三惯性筛机构惯性筛机构C处为复合铰链处为复合铰链计计算算中中注注意意观观察察是是否否有有复复合合铰铰链链，以以免免漏漏算算转转动动副副数数目目，出出现现计计算算错误。错误。n=5,PL=7,PH=0=35-27 0=1F=3n-2PL PH23 平面机构的自由度第31页，共44页，编辑于2022年，星期三 F3n-(2PL+PH)试计算直线机构的自由度。试计算直线机构的自由度。=37-210=123 平面机构的自由度第32页，共44页，编辑于2022年，星期三2 2、局部自由度局部自由度定义：不影响其它构件相对运动的自由度，只与局部运动有关。F F3 3 3 32 2 3 3 1 12 2（）F F3 3 2 22 2 2 2 1 11 1（）在计算机构在计算机构自由度时，可自由度时，可预先排除。预先排除。23 平面机构的自由度第33页，共44页，编辑于2022年，星期三3 3、虚约束、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。三种情况的虚约束三种情况的虚约束F F3 3 3 32 2 4 4 1 1（）F F3 3 4 42 2 6 6 0 0（）（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。23 平面机构的自由度第34页，共44页，编辑于2022年，星期三23 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 F3 3 2 22 2 2 2 1 11 1（）第35页，共44页，编辑于2022年，星期三 3 3）机构中对传递运动不起独立作用的对称部分。）机构中对传递运动不起独立作用的对称部分。F F3 3 3 32 2 3 3 2 21 1（）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。23 平面机构的自由度第36页，共44页，编辑于2022年，星期三综合例题综合例题大筛机构大筛机构的自由度的自由度F 3n-2Pl-PH =3 7-2 9-1 =2=原动件数原动件数机构有确定的运动。机构有确定的运动。23 平面机构的自由度第37页，共44页，编辑于2022年，星期三总结总结构件构件机架机架原动件原动件从动件从动件运动副运动副高副高副低副低副转动副转动副移动副移动副平面机构平面机构自由度计算自由度计算平面机构平面机构运动简图运动简图1 1、F F3n-2P3n-2Pl l-P-Ph h2 2、注意事项、注意事项复合铰链复合铰链局部自由度局部自由度虚约束虚约束具有确定运动的条件具有确定运动的条件F F0 0原动件数原动件数23 平面机构的自由度第38页，共44页，编辑于2022年，星期三24 平面机构的组成原理及结构分类对机构去机架及原动件对机构去机架及原动件F=0F=0的从动件系统的从动件系统拆成更简单的构件组拆成更简单的构件组（F=0F=0）拆成不能再拆的拆成不能再拆的F=0F=0的构件组的构件组基本杆组基本杆组（阿苏尔杆组）（阿苏尔杆组）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。上构成的。1）机构组成第39页，共44页，编辑于2022年，星期三A:A:设计新机构设计新机构,绘制运动简图时绘制运动简图时 选机架选机架将原动件联接在机架上将原动件联接在机架上将基本杆组依次联将基本杆组依次联接于机架和原动件上。接于机架和原动件上。B B：分析已有机构时：分析已有机构时 分解为机架、原动件及若干基本杆组。分解为机架、原动件及若干基本杆组。2 2）机构分类）机构分类据基本杆组的构件中含运动副的数目分：据基本杆组的构件中含运动副的数目分：设基本杆组中设基本杆组中 F=3 F=3n n-2-2P Pl l=0 (P=0 (Ph h采用高副低代）采用高副低代）n=2/3n=2/3P Pl lP Pl l=3=3，6 6，9 9 n=2n=2，4 4，6 624 平面机构的组成原理及结构分类第40页，共44页，编辑于2022年，星期三最简单组合：最简单组合：P Pl l=3,=3,n n=2 =2 两杆三副两杆三副级组级组工程中大部分机工程中大部分机构由构由级杆组级杆组组成。组成。24 平面机构的组成原理及结构分类第41页，共44页，编辑于2022年，星期三P Pl l=6,=6,n n=4 =4 如含有运动副最多的构件为三副杆，则如含有运动副最多的构件为三副杆，则称为称为级组。级组。机构的分类：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。来命名。A A：机构中杆组均为：机构中杆组均为级组级组级机构；级机构；B B：机构中既含：机构中既含级组又含级组又含 级组级组级机构级机构。24 平面机构的组成原理及结构分类第42页，共44页，编辑于2022年，星期三24 平面机构的组成原理及结构分类第43页，共44页，编辑于2022年，星期三2 2、介绍杆组法进行运动分析、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。依次联接于机架和原动件上而成。最常见的基本杆组为最常见的基本杆组为级组级组，有，有三三种形式：种形式：24 平面机构的组成原理及结构分类第44页，共44页，编辑于2022年，星期三