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1、2.1 运动副及其分类,一、运动副,1.运动副：两构件直接接触并能产生相对运动的联接，称为运动副。是可动连接。 例如：轴和轴承、活塞和气缸，啮合中的一对齿廓、滑块与导槽，均保持直接接触，并能产生一定的相对运动，因而它们都构成了运动副。,2.运动副元素：两构件直接接触而构成运动副的点、线、面部分。 例如：轴与轴承间构成运动副，轴的外圆柱面与轴承内孔为运动副元素。凸轮与滚子间构成运动副，凸轮与滚子接触部分为运动副元素。,运动副元素,运动副元素,二、自由度和约束：,1.自由度：构件所具有的这种独立运动的数目称为构件的自由度。 一个作平面运动的构件可以做沿轴x、轴y和绕垂直于xoy平面的轴的转动。这个
2、自由构件有三个独立运动的可能性。所以一个作平面运动的自由构件有三个自由度。,2.约束 但当这些构件之间以一定的方式联接起来成为构件系统时，各个构件不再是自由构件。两相互接触的构件间只能作一定的相对运动，自由度减少。 这种对构件独立运动所施加的限制称为约束。,3.自由度和约束的关系 运动副每引入一个约束，构件就失去一个自由度。,运动副既限制了两构件的某些相对运动，又允许构件间有一定的相对运动。,按两构件接触特性，常分为低副、高副两大类。,1、低副：两构件以面接触而形成的运动副。按运动特性可分为转动副和移动副,(1) 转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。,a)固定铰链,（一）、平面运动副,
3、二、 运动副分类,b)活动铰链转动副,固定铰链和活动铰链模型,(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。,移动副模型,结论:,两构件用低副联接，失去两个 自由度；压力小。,2.高副：两构件以点或线接触而构成的运动副。,凸轮副,齿轮副,高副模型,两构件用高副联接，失去一个自由度；压力大。,结论:,三、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,2.2 平面机构的运动简图,1、机构运动简图：用简单的线条和规定符号表示构件和运动副，并按一定的比例确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸，这种表明机构组成和各构件间真实运动关系的简单的图形。 和运动有关的：运动副的类
4、型、数目、相对位置、构件数目； 和运动无关的：构件外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体构造。,一、机构运动简图的概念,二、平面机构运动简图的绘制,（一）构件的表示方法 1.构件,构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。,2、机构示意图：只需表明机构运动传递情况和构造特征，不必按严格比例所画的图形,2.转动副,构件组成转动副时，如下图表示。 图垂直于回转轴线用图a表示； 图不垂直于回转轴线时用图b表示。 表示转动副的圆圈，圆心须与回转轴线重合。 一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。,3. 移动副,两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。
5、,4. 平面高副,两构件组成平面高副时，其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。,（二）绘机构运动简图的步骤,1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；,2）确定所有运动副的类型和数目；,3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；,4）确定比例尺：,5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画),注意：要明确三类构件,固定件（机架）：机架中只有一个为机架。 原动件：机构中有驱动力或已知运动规律的构件。 从动件：除原动件以外的所有活动构件。,例2-1 试绘制内燃机的机构运动简图,解：1）分析运动，确定构件的类型
6、和数量,2）确定运动副的类型和数目,3）选择视图平面,4）选取比例尺，根据机构运动尺寸，定出各运动副间的相对位置,5）画出各运动副和机构符号，并表示出各构件,内燃机工作原理,例2-2 试绘制颚式破碎机的机构运动简图,解：颚式破碎机的机构运动简图绘制步骤,一、平面机构自由度计算,1.构件自由度（复习）,一个自由的平面构件有三个自由度。,构件间,2.3 平面机构的自由度,2.自由度计算公式,n：机构中活动构件数，n=N-1; Pl ：机构中低副数；,Ph ：机构中高副数； F ：机构的自由度数；,则F = 3n - 2Pl - Ph,计算实例,n = 3, Pl = 4, Ph = 0,F = 3
7、n - 2Pl - Ph,=33 - 24 - 0,= 1,1）四杆机构：,n=3 PL=4 PH=0,F=3n-2PL-PH=33-24-0=1,2）五杆机构：,n=4 PL=5 PH=0,F=3n-2PL-PH=34-25-0=2,3）凸轮机构：,n=2 PL=2 PH=1,F=3n-2PL-PH=1,3.常见机构的自由度计算,要使所设计的运动链成为机构，组成运动链的各构件之间必须具有确定的相对运动。不能产生运动或作无规则运动的运动链均不能成为机构。 如图(a)所示的平面三构件运动链，其自由度,。,表明该运动链中各构件间已无相对运动，只构成了一个刚性桁架，因而不能成为机构。,4）刚性桁架,
8、图(b)所示的平面四构件运动链，其自由度,，,表明该运动链由于约束过多，已成为超静定桁架了，也不能成为机构。,5）超静定桁架,计算实例,n =5, Pl = 7, Ph = 0,F = 3n 2Pl Ph,= 35 27 0,= 1,解：,二、自由度计算时应注意的几种情况,1.复合铰链,两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了复合铰链。,惯性筛机构,C处为复合铰链,n = 5, Pl = 7, Ph = 0,= 35 -27 0 = 1,F = 3n - 2Pl Ph,三个构件在同一轴线处，两个转动副。 推理：m个构件时，有m1个转动副。,典型例子：滚子的转动自由度并不影响整个机构的运动
9、，属局部自由度。,计入局部自由度时 n = 3, Pl = 3, Ph = 1 F =33 - 2- 1 = 2 与实际不符,2.局部自由度,个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为局部自由度。,除去局部自由度，把滚子和从动件看作一个构件。,处理方法：,注意：实际结构上为减小摩擦采用局部自由度，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除。,n = 2, Pl = 2, Ph = 1, F = 32 - 22 1 = 1,与实际相符,n = 4, Pl =6, Ph = 0,与实际不符,F=34-260=0,在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约
10、束。,3.虚约束,虚约束常见情况及处理,1）两构件上联接点的运动轨迹互相重合，将产生虚约束。,n = 3, Pl =4, Ph =0 F = 33 - 24 0 = 1,与实际相符,n = 3, Pl =4, Ph =0 F = 33 - 24 0 = 1,2）两构件形成多个具有相同作用的运动副。,处理方法：计算中只计入一 个移动副。,(1)两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。,F=3n-2PL-PH=3x3-2x4=1,F=3n-2PL-PH=3x1-2x1=1,(2) 两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为约束。
11、,处理方法：计算中只计入一个转动副。,(3)两构件组成多处接触点公法线重合的高副，只考虑一处高副。,处理方法：计算中只计入一处高副。,F=3n-2PL-PH=3x2-2x2-1=1,处理方法：计算中应将对称部分除去不计。,3、机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。,F=3n-2PL-PH=3x3-2x3-2=1,虚约束对机构的影响,虚约束是在一些特定的几何条件下引入的，如“平行”、“重合”、“距离不变”等。如果几何条件不满足，虚约束会转化为有效约束。,机构中引入虚约束是为了受力均衡，增大刚度等，同时也提高了对制造和装配精度的要求。,注意：机构中虚约束是实际存在的，计算中所谓“除去不
12、计”是从运动观点分析做的假想处理，并非实际拆除。,例题：计算筛料机构的自由度,F=3n-2PL-PH=3x7-2x9-2=2,三、平面机构具有确定相对运动的条件,四杆机构，F=1,1个原动件，运动可确定。,从动件位置不确定。,四杆机构，F=2,1个原动件，运动不确定。,原动件数=F0，运动确定,原动件数F，运动不确定,原动件数F，机构破坏,结论：,平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由度数目，W=F0。,原动件数自由度数，机构无确定运动,原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏,例题：图示为一简易冲床的设计图。试分析设计方案是否合理。如不合理，则绘出修改后的机构运动简图。,练习：,1.画出机构的运动简图。,2.求机构的自由度，并判断机构是否 有确定运动。,作业：,P23 2-4 2-5 2-7 2-8,
