平面机构运动分析基础.pptx

平面机构运动分析基础平面机构运动分析基础3.1 3.1 3.1 3.1 平面机构的组成平面机构的组成平面机构的组成平面机构的组成一、构件一、构件一、构件一、构件从运动的观点分析，机构中的构件有以下三类：从运动的观点分析，机构中的构件有以下三类：从运动的观点分析，机构中的构件有以下三类：从运动的观点分析，机构中的构件有以下三类：(1)(1)固定件固定件固定件固定件 也称为机架用来支承机构中的活动构件也称为机架用来支承机构中的活动构件也称为机架用来支承机构中的活动构件也称为机架用来支承机构中的活动构件 (2)(2)原动件运动规律已知的活动构件，也称为主动件原动件运动规律已知的活动构件，也称为主动件原动件运动规律已知的活动构件，也称为主动件原动件运动规律已知的活动构件，也称为主动件 (3)(3)从动件从动件从动件从动件 随原动件的运动而运动的其余活动构件随原动件的运动而运动的其余活动构件随原动件的运动而运动的其余活动构件随原动件的运动而运动的其余活动构件 平平面面机机构构所所有有构构件件都都在在同同一一平平面面或或平平行行平平面面内内运运动动的机构；否则就是空间机构的机构；否则就是空间机构。2023/2/122023/2/122 2 2 2第1页/共58页二、构件的自由度和约束二、构件的自由度和约束二、构件的自由度和约束二、构件的自由度和约束 l l在在在在三三三三维维维维空空空空间间间间内内内内自自自自由由由由运运运运动动动动的的的的构构构构件件件件具具具具有有有有六六六六个个个个自自自自由度。由度。由度。由度。l l作作作作平平平平面面面面运运运运动动动动的的的的构构构构 件件件件(如如如如 图图图图 所所所所示示示示)则则则则 只只只只 有有有有 三三三三个个个个自自自自由由由由度度度度，这这这这三三三三个个个个自自自自由由由由度度度度可可可可以以以以用用用用三三三三个个个个独独独独立立立立的参数的参数的参数的参数x x、y y和角度和角度和角度和角度 表示。表示。表示。表示。构件的自由度构件所具有的独立运动构件所具有的独立运动。约束约束对构件的独立运动所加的限制对构件的独立运动所加的限制。2023/2/122023/2/123 3 3 3第2页/共58页自由度动画第3页/共58页三、平面运动副的概念及特征三、平面运动副的概念及特征三、平面运动副的概念及特征三、平面运动副的概念及特征 1.1.平面运动副平面运动副平面运动副平面运动副 运运运运动动动动副副副副是是是是使使使使两两两两构构构构件件件件直直直直接接接接接接接接触触触触并并并并能能能能产产产产生生生生一一一一定定定定相相相相对对对对运运运运动动动动的的的的联联联联接接接接。是是是是由由由由两两两两构构构构件件件件组组组组成成成成的的的的可可可可动动动动联联联联接接接接。运运运运动动动动副副副副是是是是约约约约束束束束运运运运动动动动的的的的，构构构构件件件件组组组组成运动副后，其独立运动受到约束，自由度便随之减少。成运动副后，其独立运动受到约束，自由度便随之减少。成运动副后，其独立运动受到约束，自由度便随之减少。成运动副后，其独立运动受到约束，自由度便随之减少。l l由由由由运运运运动动动动副副副副的的的的定定定定义义义义可可可可知知知知：构构构构成成成成机机机机构构构构的的的的两两两两个个个个基基基基本本本本要要要要素素素素是是是是构构构构件件件件和和和和运运运运动副。动副。动副。动副。2.2.2.2.运动副的基本特征运动副的基本特征运动副的基本特征运动副的基本特征具具具具有有有有一一一一定定定定的的的的接接接接触触触触形形形形式式式式，并并并并把把把把两两两两构构构构件件件件上上上上直直直直接接接接参参参参与与与与接接接接触触触触而而而而构构构构成成成成运运运运动动动动副副副副的的的的部部部部分分分分称为运动副元素；称为运动副元素；称为运动副元素；称为运动副元素；能产生一定形式的相对运动能产生一定形式的相对运动能产生一定形式的相对运动能产生一定形式的相对运动。3 3、运动副的分类、运动副的分类、运动副的分类、运动副的分类按运动副元素接触形式及约束条件可将运动副分为按运动副元素接触形式及约束条件可将运动副分为按运动副元素接触形式及约束条件可将运动副分为按运动副元素接触形式及约束条件可将运动副分为低副低副低副低副和和和和高副高副高副高副。2023/2/122023/2/125 5 5 5第4页/共58页l l运运运运动动动动副副副副按按按按其其其其所所所所能能能能产产产产生生生生相相相相对对对对运运运运动动动动形形形形式式式式分分分分为为为为转转转转动动动动副副副副、移移移移动动动动副副副副、螺螺螺螺旋旋旋旋副副副副和和和和球球球球面面面面副副副副等。等。等。等。l l如如如如果果果果构构构构成成成成运运运运动动动动副副副副的的的的两两两两构构构构件件件件间间间间相相相相对对对对运运运运动动动动是是是是平平平平面面面面运运运运动动动动，则则则则称称称称为为为为平平平平面面面面运运运运动动动动副副副副；如如如如果果果果构构构构成成成成运运运运动动动动副副副副的的的的两两两两构构构构件件件件间间间间相相相相对对对对运运运运动动动动是是是是空空空空间间间间运运运运动动动动，则则则则称称称称为为为为空空空空间间间间运运运运动动动动副副副副；如如如如图图图图5 5所示。所示。所示。所示。（1 1）.低低低低副副副副两两两两运运运运动动动动副副副副元元元元素素素素通通通通过过过过面面面面接接接接触所构成的运动副触所构成的运动副触所构成的运动副触所构成的运动副。l l转动副和移动副都属于低副。转动副和移动副都属于低副。转动副和移动副都属于低副。转动副和移动副都属于低副。转转转转动动动动副副副副两两两两构构构构件件件件间间间间只只只只能能能能作作作作相相相相对对对对转转转转动动动动的的的的低低低低副副副副称称称称为为为为转转转转动动动动副副副副或或或或铰铰铰铰链链链链。转转转转动动动动副副副副及及及及其其其其简简简简图图图图符符符符号号号号表表表表示示示示如如如如下下下下图图图图所所所所示示示示。如如如如果果果果转转转转动动动动副副副副中中中中的的的的一一一一个个个个构构构构件件件件为为为为固固固固定定定定构构构构件件件件，则则则则该该该该转转转转动动动动副副副副又又又又称称称称为为为为固固固固定定定定铰铰铰铰链链链链，否否否否则则则则称称称称为为为为活活活活动动动动铰链铰链铰链铰链。2023/2/122023/2/126 6 6 6第5页/共58页 运动副分类运动副分类运动副分类运动副分类 按接触形式分：1.1.低副：面接触的运动副。低副：面接触的运动副。低副：面接触的运动副。低副：面接触的运动副。（1 1）移动副：移动副：两构件间只能产生相对移动的运动副。（2）转动副：两构件间只能产生相对转动的运动副。一个低副引人两个约束，一个低副引人两个约束，一个低副引人两个约束，一个低副引人两个约束，即减少二个自由度。即减少二个自由度。即减少二个自由度。即减少二个自由度。第6页/共58页移动副动画(3D)第7页/共58页转动副动画(3D)第8页/共58页转动副动画(3D)第9页/共58页返回目录2023/2/122023/2/1211111111第10页/共58页转动副转动副(回转副回转副)2023/2/122023/2/1212121212第11页/共58页转动副的表示方法转动副的表示方法2023/2/122023/2/1213131313第12页/共58页 移动副移动副移动副移动副两构件间只能作相对移动的低副称为两构件间只能作相对移动的低副称为两构件间只能作相对移动的低副称为两构件间只能作相对移动的低副称为移动副移动副移动副移动副，移动副及其简图符号表示如，移动副及其简图符号表示如，移动副及其简图符号表示如，移动副及其简图符号表示如下图所示。下图所示。下图所示。下图所示。移动副移动副移动副的表示方法移动副的表示方法2023/2/122023/2/1214141414第13页/共58页（2 2）高副高副高副高副两运动副元素通过点两运动副元素通过点两运动副元素通过点两运动副元素通过点或线接触所构成的运动副。或线接触所构成的运动副。或线接触所构成的运动副。或线接触所构成的运动副。如图如图如图如图4 4所示。所示。所示。所示。用简图表示高副时，应将两用简图表示高副时，应将两用简图表示高副时，应将两用简图表示高副时，应将两构件接触处的几何形状绘出构件接触处的几何形状绘出构件接触处的几何形状绘出构件接触处的几何形状绘出(图图图图-4)-4)-4)-4)。对于对于对于对于齿轮与齿轮齿轮与齿轮齿轮与齿轮齿轮与齿轮啮合及齿轮与齿条啮合及齿轮与齿条啮合及齿轮与齿条啮合及齿轮与齿条啮合的高副，可按规定的简图表示。啮合的高副，可按规定的简图表示。啮合的高副，可按规定的简图表示。啮合的高副，可按规定的简图表示。2023/2/122023/2/1215151515第14页/共58页2023/2/122023/2/1216161616第15页/共58页高副动画第16页/共58页高副动画第17页/共58页2-2 2-2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图l l3.2 3.2 平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图平面机构运动简图一、机构运动简图一、机构运动简图一、机构运动简图一、机构运动简图1.1.机机机机构构构构运运运运动动动动简简简简图图图图根根根根据据据据机机机机构构构构的的的的运运运运动动动动尺尺尺尺寸寸寸寸，按按按按一一一一定定定定的的的的比比比比例例例例尺尺尺尺定定定定出出出出各各各各运运运运动动动动副副副副的的的的位位位位置置置置，再再再再用用用用规规规规定定定定的的的的运运运运动动动动副副副副代代代代表表表表符符符符号号号号和和和和简简简简单单单单的的的的线线线线条条条条或或或或几几几几何何何何图图图图形形形形表表表表示示示示机机机机构构构构各各各各构构构构件件件件间间间间相相相相对对对对运运运运动动动动关关关关系系系系的的的的一种简化图形一种简化图形一种简化图形一种简化图形。确定比例尺：确定比例尺：确定比例尺：确定比例尺：l l各运动副间的相对位置尺寸各运动副间的相对位置尺寸各运动副间的相对位置尺寸各运动副间的相对位置尺寸称为称为称为称为运动特征尺寸运动特征尺寸运动特征尺寸运动特征尺寸l l在在在在绘绘绘绘制制制制机机机机构构构构运运运运动动动动简简简简图图图图时时时时，运运运运动动动动特特特特征征征征尺尺尺尺寸寸寸寸应应应应准准准准确确确确地地地地表表表表示示示示出出出出来。来。来。来。2023/2/122023/2/1219191919第18页/共58页2.2.绘制机构运动简图的目的绘制机构运动简图的目的绘制机构运动简图的目的绘制机构运动简图的目的：l l机机机机构构构构运运运运动动动动简简简简图图图图与与与与真真真真实实实实机机机机构构构构具具具具有有有有完完完完全全全全相相相相同同同同的的的的运运运运动动动动特特特特性性性性，主主主主要要要要用用用用于于于于简简简简明明明明地地地地表表表表达达达达机机机机构构构构的的的的组组组组成成成成情情情情况况况况和和和和运运运运动动动动情情情情况况况况，进进进进行行行行运运运运动动动动分分分分析析析析，作作作作为为为为运运运运动动动动设设设设计计计计的的的的目目目目标标标标和和和和构构构构造造造造设设设设计计计计的的的的依依依依据据据据。也也也也可可可可对对对对机机机机构构构构进行力分析并作为专利性质的判据。进行力分析并作为专利性质的判据。进行力分析并作为专利性质的判据。进行力分析并作为专利性质的判据。3.3.机构运动简图中运动副的表示方法和构件的分类机构运动简图中运动副的表示方法和构件的分类机构运动简图中运动副的表示方法和构件的分类机构运动简图中运动副的表示方法和构件的分类（1 1）机构运动简图中运动副）机构运动简图中运动副）机构运动简图中运动副）机构运动简图中运动副(转动副转动副转动副转动副、移动副移动副移动副移动副)的表示方法如的表示方法如的表示方法如的表示方法如前面所述。前面所述。前面所述。前面所述。l l需要注意的是需要注意的是需要注意的是需要注意的是：移动副的导路必须与相对移动方向一致。：移动副的导路必须与相对移动方向一致。：移动副的导路必须与相对移动方向一致。：移动副的导路必须与相对移动方向一致。表示机架的构件需画上阴影线。表示机架的构件需画上阴影线。表示机架的构件需画上阴影线。表示机架的构件需画上阴影线。2023/2/122023/2/1220202020第19页/共58页（2 2 2 2）机构中构件的分类）机构中构件的分类）机构中构件的分类）机构中构件的分类固定构件固定构件固定构件固定构件(机架机架)；是用来支承活动构件的构件是用来支承活动构件的构件是用来支承活动构件的构件是用来支承活动构件的构件。原原原原动动动动件件件件(主主主主动动动动件件件件)：是是是是运运运运动动动动规规规规律律律律已已已已知知知知的的的的活活活活动动动动构构构构件件件件。它它它它的运动是由外界输入的，又称为的运动是由外界输入的，又称为的运动是由外界输入的，又称为的运动是由外界输入的，又称为输入构件输入构件输入构件输入构件。从从从从动动动动件件件件 ：是是是是机机机机构构构构中中中中随随随随着着着着原原原原动动动动件件件件的的的的运运运运动动动动而而而而运运运运动动动动的的的的其其其其余余余余活活活活动构件。相对于机架有确定的相对运动。动构件。相对于机架有确定的相对运动。动构件。相对于机架有确定的相对运动。动构件。相对于机架有确定的相对运动。l l任何机构都包含机架、原动件和从动件任何机构都包含机架、原动件和从动件任何机构都包含机架、原动件和从动件任何机构都包含机架、原动件和从动件3 3 3 3个部分。个部分。个部分。个部分。l l从从从从动动动动件件件件的的的的运运运运动动动动规规规规律律律律取取取取决决决决于于于于原原原原动动动动件件件件的的的的运运运运动动动动规规规规律律律律和和和和机机机机构构构构的的的的结结结结构构构构。当当当当机机机机构构构构的的的的结结结结构构构构确确确确定定定定之之之之后后后后，从从从从动动动动件件件件的的的的运运运运动动动动规规规规律律律律完完完完全取决于原动件的运动规律。全取决于原动件的运动规律。全取决于原动件的运动规律。全取决于原动件的运动规律。2023/2/122023/2/1221212121第20页/共58页4.4.机构运动简图中构件的表示方法机构运动简图中构件的表示方法机构运动简图中构件的表示方法机构运动简图中构件的表示方法l l机构中构件的相对运动是由运动副的类型及同一构件机构中构件的相对运动是由运动副的类型及同一构件机构中构件的相对运动是由运动副的类型及同一构件机构中构件的相对运动是由运动副的类型及同一构件上各运动副的相对位置决定的上各运动副的相对位置决定的上各运动副的相对位置决定的上各运动副的相对位置决定的。因此，在绘制机构运。因此，在绘制机构运。因此，在绘制机构运。因此，在绘制机构运动简图时，要表示参与构成不同类型的若干运动副的动简图时，要表示参与构成不同类型的若干运动副的动简图时，要表示参与构成不同类型的若干运动副的动简图时，要表示参与构成不同类型的若干运动副的构件，应按其运动副的类别，用规定的符号画在相应构件，应按其运动副的类别，用规定的符号画在相应构件，应按其运动副的类别，用规定的符号画在相应构件，应按其运动副的类别，用规定的符号画在相应的位置上，再用简单的线条将这些符号联成一体即可。的位置上，再用简单的线条将这些符号联成一体即可。的位置上，再用简单的线条将这些符号联成一体即可。的位置上，再用简单的线条将这些符号联成一体即可。右图所示为参与构成不同类型的两个运动副的构件的表示方法。2023/2/122023/2/1222222222第21页/共58页l l参与构成参与构成参与构成参与构成n n n n个运动副的构件，可以用个运动副的构件，可以用个运动副的构件，可以用个运动副的构件，可以用n n n n边形表示，并在相交边形表示，并在相交边形表示，并在相交边形表示，并在相交的部位涂上焊缝标记的部位涂上焊缝标记的部位涂上焊缝标记的部位涂上焊缝标记 或在几何图形中间画上剖面线。或在几何图形中间画上剖面线。或在几何图形中间画上剖面线。或在几何图形中间画上剖面线。下图所示为参与构成三个运动副的构件。2023/2/122023/2/1223232323第22页/共58页l l其它常用零部件的表示方法可参看国其它常用零部件的表示方法可参看国其它常用零部件的表示方法可参看国其它常用零部件的表示方法可参看国家标准家标准家标准家标准GB4460-84GB4460-84中中中中“机构运动简机构运动简机构运动简机构运动简图符号图符号图符号图符号”。l l5.5.绘制机构运动简图须遵守的原则绘制机构运动简图须遵守的原则绘制机构运动简图须遵守的原则绘制机构运动简图须遵守的原则l l（1 1）机构运动简图应与实际机械有完全相同的运动特机构运动简图应与实际机械有完全相同的运动特机构运动简图应与实际机械有完全相同的运动特机构运动简图应与实际机械有完全相同的运动特征；征；征；征；l l（2 2）凡是与机构各部分运动有关的要素都应该表示清楚，）凡是与机构各部分运动有关的要素都应该表示清楚，）凡是与机构各部分运动有关的要素都应该表示清楚，）凡是与机构各部分运动有关的要素都应该表示清楚，凡是与机构运动无关的要素都应该略去。凡是与机构运动无关的要素都应该略去。凡是与机构运动无关的要素都应该略去。凡是与机构运动无关的要素都应该略去。2023/2/122023/2/1224242424第23页/共58页6.6.绘制机构运动简图的方法及步骤绘制机构运动简图的方法及步骤通通通通过过过过观观观观察察察察和和和和分分分分析析析析机机机机构构构构的的的的结结结结构构构构组组组组成成成成和和和和运运运运动动动动传传传传递递递递情情情情况况况况，首首首首先先先先认认认认清清清清机机机机构构构构的的的的机机机机架架架架、原原原原动动动动件件件件，按按按按传传传传动动动动路路路路线线线线逐逐逐逐个个个个分分分分清清清清各各各各从从从从动动动动件件件件，并并并并依依依依次次次次标标标标上上上上数数数数字字字字编编编编号号号号；然然然然后后后后循循循循着着着着传传传传动动动动路路路路线线线线仔仔仔仔细细细细分分分分析析析析各各各各构构构构件件件件之之之之间间间间的的的的相相相相对对对对运运运运动动动动性性性性质质质质，各各各各构构构构件件件件间间间间形形形形成成成成的的的的运运运运动动动动副副副副类类类类别别别别和和和和数数数数目目目目，并并并并对对对对各各各各运运运运动动动动副副副副标标标标上上上上字字字字母母母母：A A，B B，C C，；并并并并测测测测出出出出每每每每个个个个构构构构件件件件上上上上各各各各运动副之间的运动特性尺寸。运动副之间的运动特性尺寸。运动副之间的运动特性尺寸。运动副之间的运动特性尺寸。恰恰恰恰当当当当地地地地选选选选择择择择投投投投影影影影面面面面。选选选选择择择择时时时时应应应应以以以以能能能能简简简简单单单单、清清清清楚楚楚楚地地地地把把把把机机机机构构构构的的的的运运运运动动动动情情情情况况况况表表表表示示示示出出出出来来来来为为为为原原原原则则则则。一一一一般般般般选选选选取取取取与与与与构构构构件件件件运运运运动动动动平平平平面面面面相相相相平平平平行行行行的的的的平平平平面面面面作作作作为为为为投影面。投影面。投影面。投影面。2023/2/122023/2/1225252525第24页/共58页把把把把原原原原动动动动件件件件固固固固定定定定在在在在某某某某一一一一位位位位置置置置，选选选选取取取取适适适适当当当当的的的的比比比比例例例例尺尺尺尺。根根根根据据据据各各各各构构构构件件件件的的的的运运运运动动动动特特特特征征征征尺尺尺尺寸寸寸寸，定定定定出出出出各各各各运运运运动动动动副副副副的的的的相相相相互互互互位位位位置置置置：转转转转动动动动副副副副中中中中心心心心位位位位置置置置、移移移移动动动动副导路方位、高副的轮廓形状等。副导路方位、高副的轮廓形状等。副导路方位、高副的轮廓形状等。副导路方位、高副的轮廓形状等。用规定的符号画出运动副，并用用规定的符号画出运动副，并用用规定的符号画出运动副，并用用规定的符号画出运动副，并用简单的线条或几何图形联接起来，简单的线条或几何图形联接起来，简单的线条或几何图形联接起来，简单的线条或几何图形联接起来，标出构件号数字及运动副的代号标出构件号数字及运动副的代号标出构件号数字及运动副的代号标出构件号数字及运动副的代号字母，以及原动件的转向箭头，字母，以及原动件的转向箭头，字母，以及原动件的转向箭头，字母，以及原动件的转向箭头，并且注明绘图时的尺寸比例尺或并且注明绘图时的尺寸比例尺或并且注明绘图时的尺寸比例尺或并且注明绘图时的尺寸比例尺或在图纸上列表说明各构件的运动在图纸上列表说明各构件的运动在图纸上列表说明各构件的运动在图纸上列表说明各构件的运动特征尺寸，即得机构运动简图。特征尺寸，即得机构运动简图。特征尺寸，即得机构运动简图。特征尺寸，即得机构运动简图。2023/2/122023/2/1226262626第25页/共58页l l例例例例3.13.13.13.1 绘制如绘制如绘制如绘制如图图图图 (a)(a)所示的颚式所示的颚式所示的颚式所示的颚式破碎机主体机构的运动简图。破碎机主体机构的运动简图。破碎机主体机构的运动简图。破碎机主体机构的运动简图。l l解：解：解：解：（1 1）分析机构的组成及运动情况）分析机构的组成及运动情况）分析机构的组成及运动情况）分析机构的组成及运动情况(2)(2)确定运动副的类型及数量确定运动副的类型及数量确定运动副的类型及数量确定运动副的类型及数量(3)(3)选选选选定定定定投投投投影影影影面面面面和和和和比比比比例例例例尺尺尺尺，定定定定出出出出各各各各运运运运动动动动副副副副的的的的相相相相对对对对位位位位置置置置，绘绘绘绘制制制制出出出出机机机机构构构构运运运运动简图如动简图如动简图如动简图如图图图图 (b)(b)所示。所示。所示。所示。2023/2/122023/2/1227272727第26页/共58页2023/2/122023/2/1228282828第27页/共58页例：鄂式破碎机机构例：鄂式破碎机机构例：鄂式破碎机机构例：鄂式破碎机机构运动运动运动运动简图简图简图简图1342、5ABCDABCDn2023/2/122023/2/12292929293D3D动画动画第28页/共58页例例例例3.2 3.2 偏心轮结构的机构运动简图绘制偏心轮结构的机构运动简图绘制偏心轮结构的机构运动简图绘制偏心轮结构的机构运动简图绘制2023/2/122023/2/1230303030第29页/共58页例例例例3.33.3偏心轮油泵机构（课堂练习）偏心轮油泵机构（课堂练习）偏心轮油泵机构（课堂练习）偏心轮油泵机构（课堂练习）2023/2/122023/2/1231313131第30页/共58页3.3 3.3 平面机构的自由度平面机构的自由度 一、平面机构自由度计算公式一、平面机构自由度计算公式l l机构的自由度机构的自由度机构的自由度机构的自由度指机构所具有的独立运动数目。指机构所具有的独立运动数目。指机构所具有的独立运动数目。指机构所具有的独立运动数目。l l作作作作平平平平面面面面运运运运动动动动的的的的自自自自由由由由构构构构件件件件有有有有三三三三个个个个自自自自由由由由度度度度。当当当当两两两两构构构构件件件件组组组组成成成成运运运运动动动动副副副副后后后后，它它它它们们们们的的的的相相相相对对对对运运运运动动动动就就就就受受受受到到到到限限限限制制制制（约约约约束），自由度随之减少。束），自由度随之减少。束），自由度随之减少。束），自由度随之减少。l l运运运运动动动动副副副副的的的的作作作作用用用用是是是是约约约约束束束束构构构构件件件件间间间间的的的的某某某某些些些些运运运运动动动动，而而而而保保保保留留留留另另另另外外外外一一一一些些些些运运运运动动动动。一一一一个个个个运运运运动动动动副副副副至至至至少少少少引引引引入入入入一一一一个个个个约约约约束束束束，也至少保留一个自由度。也至少保留一个自由度。也至少保留一个自由度。也至少保留一个自由度。2023/2/122023/2/1232323232第31页/共58页l l不不不不同同同同类类类类型型型型的的的的运运运运动动动动副副副副引引引引入入入入的的的的约约约约束束束束不不不不同同同同，保保保保留留留留的的的的自由度也不同自由度也不同自由度也不同自由度也不同。l l平平平平面面面面运运运运动动动动的的的的一一一一个个个个转转转转动动动动副副副副或或或或一一一一个个个个移移移移动动动动副副副副引引引引入入入入两两两两个约束，保留一个自由度。个约束，保留一个自由度。个约束，保留一个自由度。个约束，保留一个自由度。l l一一一一个个个个平平平平面面面面高高高高副副副副引引引引入入入入一一一一个个个个约约约约束束束束，保保保保留留留留两两两两个个个个自自自自由由由由度。度。度。度。l l综上所述，平面机构中，综上所述，平面机构中，综上所述，平面机构中，综上所述，平面机构中，每个低副引入两个每个低副引入两个每个低副引入两个每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度；每个高副引约束，使构件失去两个自由度；每个高副引约束，使构件失去两个自由度；每个高副引约束，使构件失去两个自由度；每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。入一个约束，使构件失去一个自由度。入一个约束，使构件失去一个自由度。入一个约束，使构件失去一个自由度。2023/2/122023/2/1233333333第32页/共58页平面机构自由度计算公式平面机构自由度计算公式平面机构自由度计算公式平面机构自由度计算公式l l在在在在机机机机构构构构中中中中，若若若若共共共共有有有有K K K K个个个个构构构构件件件件，除除除除去去去去机机机机架架架架外外外外，其其其其活活活活动动动动构构构构件件件件数数数数为为为为n=K-n=K-n=K-n=K-1 1 1 1。显显显显然然然然，这这这这些些些些活活活活动动动动构构构构件件件件在在在在未未未未组组组组成成成成运运运运动动动动副副副副之之之之前前前前，其其其其自自自自由由由由度度度度总总总总数数数数为为为为3 3 3 3n n n n，当当当当它它它它们们们们用用用用P P P PL L L L个个个个低低低低副副副副和和和和P P P PH H H H个个个个高高高高副副副副联联联联接接接接组组组组成成成成机机机机构构构构后后后后，因因因因为为为为每每每每个个个个低低低低副副副副引引引引入入入入两两两两个个个个约约约约束束束束，每每每每个个个个高高高高副副副副引引引引入入入入一一一一个个个个约约约约束束束束，所所所所以以以以，总总总总共共共共引引引引入入入入(2(2(2(2P P P PL L L L+P P P PH H H H)个个个个约约约约束束束束。故故故故整整整整个个个个机机机机构构构构的的的的自自自自由由由由度度度度应应应应为为为为活活活活动动动动构构构构件件件件的的的的自自自自由由由由度度度度总总总总数数数数与与与与全全全全部部部部运运运运动动动动副副副副引入的约束总数之差引入的约束总数之差引入的约束总数之差引入的约束总数之差，用用用用F F F F 表示，即表示，即表示，即表示，即 F=F=F=F=3 3 3 3n-n-n-n-2 2 2 2P P P PL L L L-P-P-P-PH H H H (3-1)(3-1)(3-1)(3-1)l l由上式可知：由上式可知：由上式可知：由上式可知：机构自由度机构自由度机构自由度机构自由度F F F F取决于活动构件的件数与运取决于活动构件的件数与运取决于活动构件的件数与运取决于活动构件的件数与运动副的性质（高副或低副）和个数。动副的性质（高副或低副）和个数。动副的性质（高副或低副）和个数。动副的性质（高副或低副）和个数。2023/2/122023/2/1234343434第33页/共58页二、机构具有确定运动的条件二、机构具有确定运动的条件二、机构具有确定运动的条件二、机构具有确定运动的条件l l机构的自由度也是机构相对机架所具有的独立运动的数机构的自由度也是机构相对机架所具有的独立运动的数机构的自由度也是机构相对机架所具有的独立运动的数机构的自由度也是机构相对机架所具有的独立运动的数目目目目。l l在机构中，当机构的结构确定之后，从动件的运动规律在机构中，当机构的结构确定之后，从动件的运动规律在机构中，当机构的结构确定之后，从动件的运动规律在机构中，当机构的结构确定之后，从动件的运动规律完全取决于原动件的运动规律。通常一个原动件只能给完全取决于原动件的运动规律。通常一个原动件只能给完全取决于原动件的运动规律。通常一个原动件只能给完全取决于原动件的运动规律。通常一个原动件只能给定一种独立运动规律，那么在一个机构中，应该给定几定一种独立运动规律，那么在一个机构中，应该给定几定一种独立运动规律，那么在一个机构中，应该给定几定一种独立运动规律，那么在一个机构中，应该给定几个原动件，才能使其具有确定运动？个原动件，才能使其具有确定运动？个原动件，才能使其具有确定运动？个原动件，才能使其具有确定运动？l l如如如如图图图图a a所示为五构件运动链。其自由度为：所示为五构件运动链。其自由度为：所示为五构件运动链。其自由度为：所示为五构件运动链。其自由度为：F=F=3 3n n2 2P PL LP PH H=34=3425250=20=2l l若给定一个原动件若给定一个原动件若给定一个原动件若给定一个原动件(构件构件构件构件1)1)的角位移规律为的角位移规律为的角位移规律为的角位移规律为 1 1=1 1(t)(t)，此，此，此，此时构件时构件时构件时构件2 2、3 3、4 4的运动并不能确定。的运动并不能确定。的运动并不能确定。的运动并不能确定。l l说明说明当原动件数少于机构的自由度时，其运动是不确定当原动件数少于机构的自由度时，其运动是不确定当原动件数少于机构的自由度时，其运动是不确定当原动件数少于机构的自由度时，其运动是不确定的。的。的。的。2023/2/122023/2/1235353535第34页/共58页2023/2/122023/2/12363636365 5构件动画构件动画4 4构件动画构件动画第35页/共58页l l又如又如又如又如图图图图b b所示四构件机构，其自由度为：所示四构件机构，其自由度为：所示四构件机构，其自由度为：所示四构件机构，其自由度为：F=3nF=3n2P2PL LP PH H=33=3324240=10=1l l设构件设构件设构件设构件1 1为原动件，为原动件，为原动件，为原动件，1 1为其独立转动的参变量，那为其独立转动的参变量，那为其独立转动的参变量，那为其独立转动的参变量，那么每给定一个的值么每给定一个的值么每给定一个的值么每给定一个的值 1 1 ，构件，构件，构件，构件2 2、3 3便随之有一个确便随之有一个确便随之有一个确便随之有一个确定的相对位置。说明该机构具有确定的相对运动。定的相对位置。说明该机构具有确定的相对运动。定的相对位置。说明该机构具有确定的相对运动。定的相对位置。说明该机构具有确定的相对运动。若在该机构中同时给定构件若在该机构中同时给定构件若在该机构中同时给定构件若在该机构中同时给定构件1 1和构件和构件和构件和构件3 3作为原动件，作为原动件，作为原动件，作为原动件，这时构件这时构件这时构件这时构件2 2势必既要处于由原动件势必既要处于由原动件势必既要处于由原动件势必既要处于由原动件1 1的参变量的参变量的参变量的参变量 1 1所所所所决定的位置，又要随构件决定的位置，又要随构件决定的位置，又要随构件决定的位置，又要随构件3 3的独立运动规律而运动，的独立运动规律而运动，的独立运动规律而运动，的独立运动规律而运动，显然是不可能的。显然是不可能的。显然是不可能的。显然是不可能的。l l说明：当原动件数多于机构的自由度时，机构的运说明：当原动件数多于机构的自由度时，机构的运说明：当原动件数多于机构的自由度时，机构的运说明：当原动件数多于机构的自由度时，机构的运动难以确定。动难以确定。动难以确定。动难以确定。2023/2/122023/2/1237373737第36页/共58页l l桁桁架架在在机机构构分分析析中中作作为为一一个个构构件件(结结构体构体)来对待。来对待。l l综上所述可知，综上所述可知，机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件是是：机构的自由度机构的自由度机构的自由度机构的自由度F0F0F0F0且等于原动件数。且等于原动件数。且等于原动件数。且等于原动件数。如图所示静定的桁架（图a）和超静定的桁架（图b），自由度分别为0和1，即各构件之间不可能运动。2023/2/122023/2/1238383838第37页/共58页l l由由由由两两两两个个个个以以以以上上上上的的的的构构构构件件件件在在在在同同同同一一一一处处处处以以以以转转转转动动动动副副副副相相相相联联联联而而而而成成成成的的的的铰铰铰铰链链链链称称称称为为为为复复复复合合合合铰铰铰铰链链链链。如如如如图图图图所所所所示示示示 。l l由由由由K K K K个个个个构构构构件件件件以以以以复复复复合合合合铰铰铰铰链链链链相相相相联联联联接接接接时时时时构构构构成成成成的的的的转转转转动动动动副副副副数数数数为为为为(K K K K-1)-1)-1)-1)个个个个。计计计计算算算算自自自自由由由由度度度度时时时时要要要要特别注意特别注意特别注意特别注意“复合铰链复合铰链复合铰链复合铰链”。三、计算平面机构自由度时应注意的问题三、计算平面机构自由度时应注意的问题1.复合铰链复合铰链图a所示的机构的自由度计算为：n=5、PL=7(PL6)、PH=0，则F=3n2PLPH=35270=1。复合铰链复合铰链2023/2/122023/2/1239393939第38页/共58页l l不影响机构中其它构件相对运不影响机构中其它构件相对运不影响机构中其它构件相对运不影响机构中其它构件相对运动的自由度动的自由度动的自由度动的自由度称为称为称为称为局部自由度局部自由度局部自由度局部自由度。如右图所示如右图所示如右图所示如右图所示 。l l在计算机构的自由度时，局部在计算机构的自由度时，局部在计算机构的自由度时，局部在计算机构的自由度时，局部自由度不应计入自由度不应计入自由度不应计入自由度不应计入。l l图图图图a a所示的凸轮机构中，自由所示的凸轮机构中，自由所示的凸轮机构中，自由所示的凸轮机构中，自由度计算为：度计算为：度计算为：度计算为：n=2、PL=2(PL 3)、PH=1，则 F=3n2PLPH=32221=1。局部自由度局部自由度.局部自由局部自由度度2023/2/122023/2/12404040403D3D动画动画第39页/共58页l l一般在高副接触处，若有滚子存在，一般在高副接触处，若有滚子存在，一般在高副接触处，若有滚子存在，一般在高副接触处，若有滚子存在，则则则则滚子绕自身轴线转动的自由度属滚子绕自身轴线转动的自由度属滚子绕自身轴线转动的自由度属滚子绕自身轴线转动的自由度属于局部自由度，于局部自由度，于局部自由度，于局部自由度，采用滚子结构的目采用滚子结构的目采用滚子结构的目采用滚子结构的目的在于将高副间的滑动摩擦转换为的在于将高副间的滑动摩擦转换为的