運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi)

1、§2－1 運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi),§2－2 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,§2－3 平面機(jī)構(gòu)的自由度,§2－4 平面機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類(lèi),,重點(diǎn),第二章 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,,,重點(diǎn)問(wèn)題：,1、機(jī)構(gòu)的組成原理及其具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,2、因何及如何繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖？,機(jī)構(gòu)如何由構(gòu)件組成？ 如何使各構(gòu)件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)并使之確定？,對(duì)分析現(xiàn)有機(jī)構(gòu)或設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)至關(guān)重要。,,第2章,機(jī)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(gè)相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng),概述,第2章,,機(jī)構(gòu),平面機(jī)構(gòu),空間機(jī)構(gòu),√,機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,一、機(jī)構(gòu)的組成,1、構(gòu)件的自由度及約束條件,構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)指構(gòu)件每一瞬時(shí)位置的變化。一自由構(gòu)件作平面運(yùn)動(dòng)，其位置由三個(gè)參變量確定:,構(gòu)件自由度：,相對(duì)于參考系構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。,一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件有3個(gè)自由度。,§2－1 運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi),機(jī)構(gòu)的組成,（x,y,?),,約束：,對(duì)構(gòu)件的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制。構(gòu)件受一約束

3、，失去一個(gè)自由度。,機(jī)構(gòu)由構(gòu)件組成，構(gòu)件與構(gòu)件聯(lián)接，獨(dú)立運(yùn)動(dòng)受限，自由度減少，構(gòu)件間只能產(chǎn)生某些相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而不再完全自由。,由于約束是由機(jī)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(yùn)動(dòng)副,定義:,兩個(gè)構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)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(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi),機(jī)構(gòu)的組成,運(yùn)動(dòng)副元素:,構(gòu)件直接接觸構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副表面。為點(diǎn)、線(xiàn)、面形式。,§

4、2－1 運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi),機(jī)構(gòu)的組成,運(yùn)動(dòng)副的分類(lèi),按運(yùn)動(dòng)副元素接觸情況的不同,?低副：運(yùn)動(dòng)副元素為面接觸。,§2－1 運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi),機(jī)構(gòu)的組成,固定鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副,(1) 轉(zhuǎn)動(dòng)副：只允許兩構(gòu)件作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，又稱(chēng)作鉸鏈。,§2－1 運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi),機(jī)構(gòu)的組成,活動(dòng)鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副,§2－1 運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi),機(jī)構(gòu)的組成,(2) 移動(dòng)副：只允許兩構(gòu)件作相對(duì)移動(dòng)。,低副提供約束及自由度情況：引入2個(gè)約束，保留1個(gè)自

5、由度。,,點(diǎn)接觸,,§2－1 運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi),機(jī)構(gòu)的組成,◆高副：運(yùn)動(dòng)副元素為以點(diǎn)或線(xiàn)接觸,凸輪副,,﹏,,線(xiàn)接觸,高副提供約束及自由度情況：限制了沿公法線(xiàn)n-n 方向的相對(duì)移動(dòng)，保留了沿接觸處切線(xiàn)t-t方向的相對(duì)移動(dòng)和在平面內(nèi)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。引入1個(gè)約束，保留2個(gè)自由度。,齒輪副,§2－1 運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi),機(jī)構(gòu)的組成,§2－1 運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi),機(jī)構(gòu)的組成,空間運(yùn)動(dòng)副,若兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)均為空間運(yùn)動(dòng)

6、，則稱(chēng)為空間運(yùn)動(dòng)副。,螺旋副,球面副,運(yùn)動(dòng)鏈,定義：兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng),分類(lèi)：按首末構(gòu)件是否相連,傳統(tǒng)機(jī)械一般為閉鏈；機(jī)器人和機(jī)械手一般為開(kāi)鏈。,§2－1 運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi),機(jī)構(gòu)的組成,,將運(yùn)動(dòng)鏈的某一構(gòu)件固定，使之有確定運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)鏈?機(jī)構(gòu)。,機(jī)架,原動(dòng)件,從動(dòng)件,固定構(gòu)件,按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。,其余活動(dòng)構(gòu)件，其活動(dòng)取決于原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及機(jī)構(gòu)的組成情況。,§2－1 運(yùn)動(dòng)副及其分類(lèi),

7、機(jī)構(gòu)的組成,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)?有關(guān)（?。? 原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 ? 運(yùn)動(dòng)副類(lèi)型 ? 無(wú)關(guān)（舍）：?構(gòu)件外型 ?斷面尺寸 ?零件數(shù)及運(yùn)動(dòng)副的具體構(gòu)造。,問(wèn)題簡(jiǎn)

8、單化：機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)明圖形,為了分析現(xiàn)有機(jī)構(gòu)、構(gòu)思新的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析,,,§2－2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,,運(yùn)用國(guó)際規(guī)定的簡(jiǎn)單符號(hào)和線(xiàn)條代表運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件，并按一定比例尺表示機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)圖。,注：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖與實(shí)際機(jī)構(gòu)有相同的運(yùn)動(dòng)特征。,機(jī)構(gòu)示意圖：是用特定的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副符號(hào)表示機(jī)構(gòu)的一種簡(jiǎn)化示意圖，僅著重表示結(jié)構(gòu)特征。（不需按比例）,定義：,一、運(yùn)動(dòng)副的表示方法,1、轉(zhuǎn)動(dòng)副（鉸鏈）,§2－

9、2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,,,運(yùn)動(dòng)副的表示方法,,2、移動(dòng)副,§2－2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,運(yùn)動(dòng)副的表示方法,兩構(gòu)件組成移動(dòng)副，其導(dǎo)路必須與相對(duì)移動(dòng)方向一致。,,3、高副,§2－2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,運(yùn)動(dòng)副的表示方法,運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中應(yīng)畫(huà)出兩構(gòu)件接觸處的曲線(xiàn)輪廓，對(duì)于凸輪、滾子，習(xí)慣劃出其全部輪廓；對(duì)于齒輪，常用點(diǎn)劃線(xiàn)劃出其節(jié)圓。,慣用畫(huà)法（GB4460-84機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖符號(hào)）,,二、構(gòu)件的表示方法,1、參與組成兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)

10、件,2、參與組成三個(gè)運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件,注：關(guān)于工程常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)國(guó)家已有規(guī)定。,§2－2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,構(gòu)件的表示方法,,,,§2－2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,實(shí)例,實(shí)例：,三、繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的方法,步驟：,1、分析機(jī)械的工作原理、組成及運(yùn)動(dòng)傳遞情況；確定其組成的各構(gòu)件。,2、確定運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型和數(shù)目。,3、恰當(dāng)選擇運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的視圖平面（投影面）。（一般選大多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面）。,4、選取比例尺（?l），定出各運(yùn)動(dòng)

11、副的相對(duì)位置，開(kāi)始繪制。,?l＝構(gòu)件的實(shí)際長(zhǎng)度（m）／圖長(zhǎng)（mm）如?l＝1／10，若構(gòu)件實(shí)長(zhǎng)為2m，則圖長(zhǎng)20mm,注意問(wèn)題：,構(gòu)件要編號(hào)；運(yùn)動(dòng)副要有代號(hào)；原動(dòng)件要用箭頭表示方向。,§2－2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的方法,§2－2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的方法,電動(dòng)機(jī),工作原理：,點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà),1、工作原理,1 —機(jī)架2 —曲軸（原動(dòng)件）3 —?jiǎng)宇€4 —肘板,2、運(yùn)動(dòng)副,,機(jī)

12、架1,,,,肘板4,動(dòng)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(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的方法,D,,,,,,,A,B,C,D,1,2,3,4,,1、機(jī)構(gòu)自由度,§2－3 平面機(jī)構(gòu)的自由度,機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件相對(duì)于機(jī)架所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。,,如何使組合起來(lái)的構(gòu)件產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)并具有運(yùn)動(dòng)確定性？,,,1、

13、機(jī)構(gòu)的自由度2、機(jī)構(gòu)具有確定性運(yùn)動(dòng)的條件,定義：,計(jì)算公式,1）機(jī)構(gòu)的構(gòu)件總數(shù)K2）活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=K－13）組成運(yùn)動(dòng)副前，機(jī)構(gòu)總自由度3n,組成運(yùn)動(dòng)副后，機(jī)構(gòu)的自由度：,F＝3n-2PL-Ph,計(jì)算顎式破碎機(jī)的自由度：,F＝3?3－2 ? 4＝1,§2－3 平面機(jī)構(gòu)的自由度,平面機(jī)構(gòu)自由度與組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目、運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目及運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)有關(guān)。,,,,,,,A,B,C,D,1,2,3,4,,計(jì)算實(shí)例一,計(jì)算實(shí)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(jī)構(gòu)的自由度,點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà),,2、機(jī)構(gòu)具有確定性運(yùn)動(dòng)的條件,機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)是由外界給定的。如給出的原動(dòng)件數(shù)不等于機(jī)構(gòu)的自由度，則會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響。,§2－3 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,§2－3 平面機(jī)構(gòu)的自由度,由上例及其它機(jī)構(gòu)分析：,機(jī)構(gòu)具有

15、確定性運(yùn)動(dòng)的條件：,§2－3 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,F＞0且等于原動(dòng)件的數(shù)目,3、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)的注意事項(xiàng),三個(gè)問(wèn)題：,1、復(fù)合鉸鏈,定義：兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接。,§2－3 平面機(jī)構(gòu)的自由度,處理：三個(gè)構(gòu)件在同一軸線(xiàn)處，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。推理：m個(gè)構(gòu)件時(shí)，有m – 1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。,慣性篩機(jī)構(gòu),C處為復(fù)合鉸鏈,◆計(jì)算中注意觀察是否有復(fù)合鉸鏈，以免漏算轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)目，出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤。,n = 5, PL =

16、 7, PH = 0,= 3×5 -2×7 – 0 = 1,F = 3n - 2PL– PH,§2－3 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,,F＝3n-(2PL+PH),試計(jì)算直線(xiàn)機(jī)構(gòu)的自由度。,,,,,=3?7-2?10=1,§2－3 平面機(jī)構(gòu)的自由度,2、 局部自由度,定義：不影響其它構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的自由度，只與局部運(yùn)動(dòng)有關(guān)。,F＝3??3－2?3 －1＝2（?）,F＝3??2－2?2

17、 －1＝1（?）,在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，可預(yù)先排除。,§2－3 平面機(jī)構(gòu)的自由度,3、虛約束,定義：對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)際上不起約束作用的約束，是構(gòu)件幾何尺寸滿(mǎn)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(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果兩構(gòu)件上兩點(diǎn)間的距離始終保持不變，將此兩點(diǎn)用構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接，則會(huì)帶進(jìn)虛約束。,§2－3

18、平面機(jī)構(gòu)的自由度,,§2－3 平面機(jī)構(gòu)的自由度,2）兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副或回轉(zhuǎn)副，其導(dǎo)路平行或回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)重合。,F＝3??2－2?2 －1＝1（ ? ）,,3）機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對(duì)稱(chēng)部分。,F＝3??3－2?3 －2＝1（?）,虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)雖然不起作用，但可以增加構(gòu)件的剛性，改進(jìn)受力，減少磨損，因而在機(jī)構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)。,§2－3 平面機(jī)構(gòu)的自由度,綜合例題,大篩機(jī)構(gòu)的自由度,F＝ 3n

19、-2Pl-PH =3?7-2?9-1 =2=原動(dòng)件數(shù),機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。,,§2－3 平面機(jī)構(gòu)的自由度,總結(jié),構(gòu)件,機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件,,運(yùn)動(dòng)副,高副低副,轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副,,,,,平面機(jī)構(gòu),自由度計(jì)算,平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,1、 F＝3n-2Pl-Ph,2、注意事項(xiàng),復(fù)合鉸鏈局部自由度虛約束,,,具有確定運(yùn)動(dòng)的條件,F＞0＝原動(dòng)件數(shù),,,,§2－3 平面機(jī)構(gòu)的自由度,,§2－4 平面機(jī)

20、構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類(lèi),對(duì)機(jī)構(gòu)去機(jī)架及原動(dòng)件,,F=0的從動(dòng)件系統(tǒng),,拆成更簡(jiǎn)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(jī)構(gòu)都是由若干基本桿組依次聯(lián)接于機(jī)架和原動(dòng)件上構(gòu)成的。,1）機(jī)構(gòu)組成,A:設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu),繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖時(shí) 選機(jī)架——將原動(dòng)件聯(lián)接在機(jī)架上——將基本桿組依次聯(lián)接于機(jī)架和原動(dòng)件上。B：分析已有機(jī)構(gòu)時(shí) 分解為機(jī)架、原動(dòng)件及若干基本桿組。,2）機(jī)構(gòu)分類(lèi),據(jù)基本桿組的

21、構(gòu)件中含運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類(lèi),最簡(jiǎn)單組合：Pl=3,n=2 兩桿三副,Ⅱ級(jí)組,工程中大部分機(jī)構(gòu)由Ⅱ級(jí)桿組組成。,§2－4 平面機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類(lèi),,Pl=6,n=4 如含有運(yùn)動(dòng)副最多的構(gòu)件為三副桿，則稱(chēng)為Ⅲ級(jí)組。,機(jī)構(gòu)的

22、分類(lèi)： 平面機(jī)構(gòu)的級(jí)別按機(jī)構(gòu)中含有級(jí)別最高的基本桿組來(lái)命名。,A：機(jī)構(gòu)中桿組均為Ⅱ級(jí)組——Ⅱ級(jí)機(jī)構(gòu)；B：機(jī)構(gòu)中既含Ⅱ級(jí)組又含Ⅲ 級(jí)組——Ⅲ級(jí)機(jī)構(gòu)。,§2－4 平面機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類(lèi),§2－4 平面機(jī)構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分類(lèi),2、介紹桿組法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析,由機(jī)構(gòu)的組成原理，任何機(jī)構(gòu)都可看作由若干基本桿組依次聯(lián)接于機(jī)架和原動(dòng)件上而成。,最常見(jiàn)的基本桿組為Ⅱ級(jí)組，有三種形式：,§2－4 平面機(jī)構(gòu)的組成