運動副及其分類

1、§2－1 運動副及其分類,§2－2 平面機構(gòu)的運動簡圖,§2－3 平面機構(gòu)的自由度,§2－4 平面機構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類,,重點,第二章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,,,重點問題：,1、機構(gòu)的組成原理及其具有確定運動的條件,2、因何及如何繪制機構(gòu)運動簡圖？,機構(gòu)如何由構(gòu)件組成？ 如何使各構(gòu)件之間有相對運動并使之確定？,對分析現(xiàn)有機構(gòu)或設(shè)計新機構(gòu)至關(guān)重要。,,第2章,機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,所有構(gòu)件均在

2、同一平面或在幾個相互平行的平面內(nèi)運動,概述,第2章,,機構(gòu),平面機構(gòu),空間機構(gòu),√,機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,一、機構(gòu)的組成,1、構(gòu)件的自由度及約束條件,構(gòu)件的運動指構(gòu)件每一瞬時位置的變化。一自由構(gòu)件作平面運動，其位置由三個參變量確定:,構(gòu)件自由度：,相對于參考系構(gòu)件所具有的獨立運動的數(shù)目。,一個作平面運動的自由構(gòu)件有3個自由度。,§2－1 運動副及其分類,機構(gòu)的組成,（x,y,?),,約束：,對構(gòu)件的獨立運動所加的限制。構(gòu)件受一約束

3、，失去一個自由度。,機構(gòu)由構(gòu)件組成，構(gòu)件與構(gòu)件聯(lián)接，獨立運動受限，自由度減少，構(gòu)件間只能產(chǎn)生某些相對運動，而不再完全自由。,由于約束是由機構(gòu)中各構(gòu)件的相互接觸引起的，接觸方式不同?約束不同。,2、運動副,定義:,兩個構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運動的可動聯(lián)接。如軸承與軸頸、滑塊與導(dǎo)軌、齒輪與齒輪等。,,構(gòu)件系統(tǒng),§2－1 運動副及其分類,機構(gòu)的組成,運動副元素:,構(gòu)件直接接觸構(gòu)成的運動副表面。為點、線、面形式。,§

4、2－1 運動副及其分類,機構(gòu)的組成,運動副的分類,按運動副元素接觸情況的不同,?低副：運動副元素為面接觸。,§2－1 運動副及其分類,機構(gòu)的組成,固定鉸鏈轉(zhuǎn)動副,(1) 轉(zhuǎn)動副：只允許兩構(gòu)件作相對轉(zhuǎn)動，又稱作鉸鏈。,§2－1 運動副及其分類,機構(gòu)的組成,活動鉸鏈轉(zhuǎn)動副,§2－1 運動副及其分類,機構(gòu)的組成,(2) 移動副：只允許兩構(gòu)件作相對移動。,低副提供約束及自由度情況：引入2個約束，保留1個自

5、由度。,,點接觸,,§2－1 運動副及其分類,機構(gòu)的組成,◆高副：運動副元素為以點或線接觸,凸輪副,,﹏,,線接觸,高副提供約束及自由度情況：限制了沿公法線n-n 方向的相對移動，保留了沿接觸處切線t-t方向的相對移動和在平面內(nèi)的相對轉(zhuǎn)動。引入1個約束，保留2個自由度。,齒輪副,§2－1 運動副及其分類,機構(gòu)的組成,§2－1 運動副及其分類,機構(gòu)的組成,空間運動副,若兩構(gòu)件之間的相對運動均為空間運動

6、，則稱為空間運動副。,螺旋副,球面副,運動鏈,定義：兩個以上的構(gòu)件通過運動副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng),分類：按首末構(gòu)件是否相連,傳統(tǒng)機械一般為閉鏈；機器人和機械手一般為開鏈。,§2－1 運動副及其分類,機構(gòu)的組成,,將運動鏈的某一構(gòu)件固定，使之有確定運動。運動鏈?機構(gòu)。,機架,原動件,從動件,固定構(gòu)件,按給定運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件。,其余活動構(gòu)件，其活動取決于原動件的運動規(guī)律及機構(gòu)的組成情況。,§2－1 運動副及其分類,

7、機構(gòu)的組成,機構(gòu)運動?有關(guān)（?。? 原動件的運動規(guī)律 ? 運動副類型 ? 無關(guān)（舍）：?構(gòu)件外型 ?斷面尺寸 ?零件數(shù)及運動副的具體構(gòu)造。,問題簡

8、單化：機構(gòu)的簡明圖形,為了分析現(xiàn)有機構(gòu)、構(gòu)思新的機械運動方案、機構(gòu)的運動和動力分析,,,§2－2 平面機構(gòu)運動簡圖,,運用國際規(guī)定的簡單符號和線條代表運動副和構(gòu)件，并按一定比例尺表示機構(gòu)各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡圖。,注：機構(gòu)運動簡圖與實際機構(gòu)有相同的運動特征。,機構(gòu)示意圖：是用特定的構(gòu)件和運動副符號表示機構(gòu)的一種簡化示意圖，僅著重表示結(jié)構(gòu)特征。（不需按比例）,定義：,一、運動副的表示方法,1、轉(zhuǎn)動副（鉸鏈）,§2－

9、2 平面機構(gòu)運動簡圖,,,運動副的表示方法,,2、移動副,§2－2 平面機構(gòu)運動簡圖,運動副的表示方法,兩構(gòu)件組成移動副，其導(dǎo)路必須與相對移動方向一致。,,3、高副,§2－2 平面機構(gòu)運動簡圖,運動副的表示方法,運動簡圖中應(yīng)畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓，對于凸輪、滾子，習(xí)慣劃出其全部輪廓；對于齒輪，常用點劃線劃出其節(jié)圓。,慣用畫法（GB4460-84機構(gòu)簡圖符號）,,二、構(gòu)件的表示方法,1、參與組成兩個運動副的構(gòu)

10、件,2、參與組成三個運動副的構(gòu)件,注：關(guān)于工程常用機構(gòu)運動簡圖符號國家已有規(guī)定。,§2－2 平面機構(gòu)運動簡圖,構(gòu)件的表示方法,,,,§2－2 平面機構(gòu)運動簡圖,實例,實例：,三、繪制機構(gòu)運動簡圖的方法,步驟：,1、分析機械的工作原理、組成及運動傳遞情況；確定其組成的各構(gòu)件。,2、確定運動副的類型和數(shù)目。,3、恰當選擇運動簡圖的視圖平面（投影面）。（一般選大多數(shù)構(gòu)件的運動平面）。,4、選取比例尺（?l），定出各運動

11、副的相對位置，開始繪制。,?l＝構(gòu)件的實際長度（m）／圖長（mm）如?l＝1／10，若構(gòu)件實長為2m，則圖長20mm,注意問題：,構(gòu)件要編號；運動副要有代號；原動件要用箭頭表示方向。,§2－2 平面機構(gòu)運動簡圖,繪制機構(gòu)運動簡圖的方法,§2－2 平面機構(gòu)運動簡圖,繪制機構(gòu)運動簡圖的方法,電動機,工作原理：,點擊觀看動畫,1、工作原理,1 —機架2 —曲軸（原動件）3 —動顎4 —肘板,2、運動副,,機

12、架1,,,,肘板4,動顎3,曲軸2,1與2?在A回轉(zhuǎn)副2和3 ?在B回轉(zhuǎn)副3與4?在C回轉(zhuǎn)副4與1?在D回轉(zhuǎn)副,A,B,C,3、選擇投影面,4、比例尺1：1,§2－2 平面機構(gòu)運動簡圖,繪制機構(gòu)運動簡圖的方法,D,,,,,,,A,B,C,D,1,2,3,4,,1、機構(gòu)自由度,§2－3 平面機構(gòu)的自由度,機構(gòu)中各構(gòu)件相對于機架所具有的獨立運動的數(shù)目。,,如何使組合起來的構(gòu)件產(chǎn)生運動并具有運動確定性？,,,1、

13、機構(gòu)的自由度2、機構(gòu)具有確定性運動的條件,定義：,計算公式,1）機構(gòu)的構(gòu)件總數(shù)K2）活動構(gòu)件數(shù)n=K－13）組成運動副前，機構(gòu)總自由度3n,組成運動副后，機構(gòu)的自由度：,F＝3n-2PL-Ph,計算顎式破碎機的自由度：,F＝3?3－2 ? 4＝1,§2－3 平面機構(gòu)的自由度,平面機構(gòu)自由度與組成機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目、運動副的數(shù)目及運動副的性質(zhì)有關(guān)。,,,,,,,A,B,C,D,1,2,3,4,,計算實例一,計算實例二,n =

14、5, PL = 7, PH= 0,F = 3n – 2PL– PH`,= 3×5 – 2×7 – 0,= 1,解：,§2－3 平面機構(gòu)的自由度,點擊觀看動畫,,2、機構(gòu)具有確定性運動的條件,機構(gòu)原動件的獨立運動是由外界給定的。如給出的原動件數(shù)不等于機構(gòu)的自由度，則會對機構(gòu)的運動產(chǎn)生影響。,§2－3 平面機構(gòu)的自由度,,§2－3 平面機構(gòu)的自由度,由上例及其它機構(gòu)分析：,機構(gòu)具有

15、確定性運動的條件：,§2－3 平面機構(gòu)的自由度,,F＞0且等于原動件的數(shù)目,3、計算平面機構(gòu)自由度時的注意事項,三個問題：,1、復(fù)合鉸鏈,定義：兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相連接。,§2－3 平面機構(gòu)的自由度,處理：三個構(gòu)件在同一軸線處，兩個轉(zhuǎn)動副。推理：m個構(gòu)件時，有m – 1個轉(zhuǎn)動副。,慣性篩機構(gòu),C處為復(fù)合鉸鏈,◆計算中注意觀察是否有復(fù)合鉸鏈，以免漏算轉(zhuǎn)動副數(shù)目，出現(xiàn)計算錯誤。,n = 5, PL =

16、 7, PH = 0,= 3×5 -2×7 – 0 = 1,F = 3n - 2PL– PH,§2－3 平面機構(gòu)的自由度,,,F＝3n-(2PL+PH),試計算直線機構(gòu)的自由度。,,,,,=3?7-2?10=1,§2－3 平面機構(gòu)的自由度,2、 局部自由度,定義：不影響其它構(gòu)件相對運動的自由度，只與局部運動有關(guān)。,F＝3??3－2?3 －1＝2（?）,F＝3??2－2?2

17、 －1＝1（?）,在計算機構(gòu)自由度時，可預(yù)先排除。,§2－3 平面機構(gòu)的自由度,3、虛約束,定義：對機構(gòu)運動實際上不起約束作用的約束，是構(gòu)件幾何尺寸滿足某些特殊要求的產(chǎn)物。,三種情況的虛約束,F＝3??3－2?4 ＝1（?）,F＝3??4－2?6 ＝0（?）,（1）機構(gòu)運動時，如果兩構(gòu)件上兩點間的距離始終保持不變，將此兩點用構(gòu)件和運動副聯(lián)接，則會帶進虛約束。,§2－3

18、平面機構(gòu)的自由度,,§2－3 平面機構(gòu)的自由度,2）兩構(gòu)件組成多個移動副或回轉(zhuǎn)副，其導(dǎo)路平行或回轉(zhuǎn)軸線重合。,F＝3??2－2?2 －1＝1（ ? ）,,3）機構(gòu)中對傳遞運動不起獨立作用的對稱部分。,F＝3??3－2?3 －2＝1（?）,虛約束對機構(gòu)運動雖然不起作用，但可以增加構(gòu)件的剛性，改進受力，減少磨損，因而在機構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)。,§2－3 平面機構(gòu)的自由度,綜合例題,大篩機構(gòu)的自由度,F＝ 3n

19、-2Pl-PH =3?7-2?9-1 =2=原動件數(shù),機構(gòu)有確定的運動。,,§2－3 平面機構(gòu)的自由度,總結(jié),構(gòu)件,機架原動件從動件,,運動副,高副低副,轉(zhuǎn)動副移動副,,,,,平面機構(gòu),自由度計算,平面機構(gòu)運動簡圖,1、 F＝3n-2Pl-Ph,2、注意事項,復(fù)合鉸鏈局部自由度虛約束,,,具有確定運動的條件,F＞0＝原動件數(shù),,,,§2－3 平面機構(gòu)的自由度,,§2－4 平面機

20、構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類,對機構(gòu)去機架及原動件,,F=0的從動件系統(tǒng),,拆成更簡單的構(gòu)件組（F=0）,,拆成不能再拆的F=0的構(gòu)件組,,基本桿組（阿蘇爾桿組）,任何機構(gòu)都是由若干基本桿組依次聯(lián)接于機架和原動件上構(gòu)成的。,1）機構(gòu)組成,A:設(shè)計新機構(gòu),繪制運動簡圖時 選機架——將原動件聯(lián)接在機架上——將基本桿組依次聯(lián)接于機架和原動件上。B：分析已有機構(gòu)時 分解為機架、原動件及若干基本桿組。,2）機構(gòu)分類,據(jù)基本桿組的

21、構(gòu)件中含運動副的數(shù)目分：,設(shè)基本桿組中 F=3n-2Pl=0 (Ph采用高副低代）,n=2/3Pl,,Pl=3，6，9……,,n=2，4，6,§2－4 平面機構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類,最簡單組合：Pl=3,n=2 兩桿三副,Ⅱ級組,工程中大部分機構(gòu)由Ⅱ級桿組組成。,§2－4 平面機構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類,,Pl=6,n=4 如含有運動副最多的構(gòu)件為三副桿，則稱為Ⅲ級組。,機構(gòu)的

22、分類： 平面機構(gòu)的級別按機構(gòu)中含有級別最高的基本桿組來命名。,A：機構(gòu)中桿組均為Ⅱ級組——Ⅱ級機構(gòu)；B：機構(gòu)中既含Ⅱ級組又含Ⅲ 級組——Ⅲ級機構(gòu)。,§2－4 平面機構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類,§2－4 平面機構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類,2、介紹桿組法進行運動分析,由機構(gòu)的組成原理，任何機構(gòu)都可看作由若干基本桿組依次聯(lián)接于機架和原動件上而成。,最常見的基本桿組為Ⅱ級組，有三種形式：,§2－4 平面機構(gòu)的組成