运动副及其分类
机械设计基础平面机构的运动简图及自由度
归纳起来， 在下述场合中常出现虚约束：
（1） 运动轨迹重叠时， 如图2-16所示。
(2) 两构件同步在几处接触而构成多种移动副，且各移动副 旳导路相互平行时，其中只有一种起约束作用，其他都是虚约 束，如图2-15。
(3) 两构件同步在几处配合而构成几种回转副，且各回转副 轴线相互重叠时，这时只有一种回转副起约束作用，其他都是 虚约束。例如回转轴一般都有两个或两个以上同心轴承支持， 但计算时只取一种。
F=3n-2pL-pH=3×3-2×4-0=1
此成果与实际情况一致。
图2-15 机构中旳虚约束（两构件同步在几处接触
而构成多种移动副，且各移动副旳导路相互平行）
图2-16(a)、(b)所示为机车车轮联动装置和机构运动简图。图 中旳构件长度为lAB=lCD=lEF, lBC=lAD, lCE=lDF。该机构旳自 由度为
假如一种平面机构有N个构件，其中必有一种构件是机架( 固定件)，该构件受到三个约束而自由度自然为零。此时，机构 旳活动构件数为n＝N－1。显然，这些活动构件在未连接构成 运动副之前总共应具有3n个自由度。而当这些构件用运动副联 接起来构成机构之后，其自由度数即随之降低。若机构中共有 pL个低副和pH个高副，则这些运动副引入旳约束总数为 2pL+pH。 所以，用活动构件总旳自由度数减去运动副引入旳约 束总数就是机构旳自由度数。机构旳自由度用F表达，即:
件作为机架，运动链相对机架旳自由度必须不小于零，且 原动件数目等于运动链旳自由度数。
图2-12 刚性桁架
对于图2-12所示旳构件组合， 其自由度为
F 2n 2 pL pH 3 2 2 3 0 0
计算成果F＝0，阐明该构件组合中全部活动构件旳总自由度数 与运动副所引入旳约束总数相等，各构件间无任何相对运动旳 可能，它们与机架(固定件)构成了一种刚性桁架，因而也就不 称其为机构。但它在机构中，可作为一种构件处理。
运动副及其分类
运动副及其分类一、什么是运动副？运动副是指将输入的运动和力矩转换为输出运动和力矩的机械构件，一般由构件、轴承、密封元件、驱动元件等部分组成。
运动副广泛应用于机械设备、自动化生产线、机器人运动系统等领域，是现代工业自动化和智能制造的基础。
二、运动副的分类按结构形式可分为：平面机构、立体连接机构、滑块机构、曲柄摇杆机构、齿轮机构、连杆机构、凸轮机构、链条机构、离合器及制动器、气动液压机构。
1. 平面机构平面机构一般由连杆、链条、凸轮等构件组成，是最基本的运动副之一。
平面机构广泛应用于加工机床、织布机床、高速操作设备等领域。
常见的平面机构有连杆机构、曲柄摇杆机构、滑块机构等，其中连杆机构最常见，一般由活塞齿轮、连杆和转动轴组成。
2. 立体连接机构立体连接机构是由三个或三个以上的构件组成，可以将输入运动和力矩转换为任意的输出运动和力矩。
常见的立体连接机构有球面机构、球面与曲柄连接等，是机器人运动系统和航天器设计中不可或缺的部分。
3. 滑块机构滑块机构一般由滑块、导轨和驱动部分组成，可将输入的运动转化为线性运动，是机床、自动化生产线、锻造机械等领域中非常重要的运动副。
常见的滑块机构有翼板机构、滑块摇杆机构、曲柄滑块机构等。
4. 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构一般由曲柄、连杆和摇杆组成，为机器人运动系统、汽车发动机等领域中广泛应用的运动副之一。
5. 齿轮机构齿轮机构是将输入的运动通过齿轮的啮合和转动进行传动和转换的运动副，广泛应用于机床、印刷设备、起重设备等领域中。
常见的齿轮机构有平齿轮和斜齿轮、齿轮副、行星齿轮副等，其中行星齿轮副常用于航空、航天和机器人的运动控制系统中。
6. 连杆机构连杆机构一般由连杆、转动轴和轴承等构件组成，可将一种转动运动转化为另一种转动运动或线性运动，是机床、铣床、锻造机械等领域中广泛应用的运动副之一。
7. 凸轮机构凸轮机构一般由凸轮、摇杆、轴承等构件组成，可以将输入的运动转化为线性或旋转运动，常用于窄幅生产线、高速运动设备等领域。
自由度及机构运动简图
经运动副相联后，构件自由度的变化：
y
y
2
y x
θ1 x R=2, F=1
12
x
S
R=2, F=1
1
2
R=1, F=2
运动副 自由度数 约束数
回转副
1 + 2 =3
移动副
1 + 2 =3
高副
2 + 1 =3
结论：构件自由度＝3－约束数＝自由构件的自由度数－约
束数
自由度及机构运动简图
6）两构件构成高副，两处接触，且法线重合。 如等宽凸轮
注意： 法线不重合时，变 成实际约束！
n2
A n1
n1 A’ n2
自由度及机构运动简图
W
n1
n2
A
A’
n1
n2
注意：各种出现虚约束的场合都是有条件的 ! 虚约束的作用： ①改善构件的受力情况，如多个行星轮。 ②增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。 ③使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。
自由度及机构运动简图
⑧计算图示大筛机构的自由度(见教材图2-13)。
复合铰链: 位置C ，2个低副 C 局部自由度 1个
B 虚约束 E’
n= 7 PL = 9 PH = 1
E’ E F
G
A
o
D
F=3n － 2PL － PH =3×7 －2×9 －1 =2
自由度及机构运动简图
⑨计算图示包装机送纸机构的自由度。 分析：
B2 C
E
解：n= 4， PL= 6， PH=0
1
4
3
F=3n － 2PL － PH
A
D
F
=3×4 －2×6
运动副及其分类
1.2 运动副的分类
运动副及其分类
1） 转动副
4） 球面副
1.2 运动副的分类
运动副及其分类
转动副
移动副
1.2 运动副的分类
运动副及其分类
螺旋副
球面副
1.2 运动副的分类
运动副及其分类
构件间以点或线接触形 成的运动副称为高副。 高副是点或线接触的运 动副。
1.2 运动副的分类
运动副及其分类
高副
静力学分析基础
运动副及其分类
• 掌握运动副的概念及分类。 • 能区分低副和高副。
2
运动副及其分类
门窗所用的合页 机床上的滚珠丝杠
3
1.1 运动副的概念
运动副及其分类
运动副：
两构件间直接接触且具有确定的相对运动 的连接称为运动副。
1.2 运动副的分类
运动副及其分类
构件间以面接触形成的 运动副称为低副。
1-1 运动副及其分类
B
1
2
E 4
C
3 D
F
F 3n 2Pl Ph 3 3 2 4 1
机构中的虚约束常发生在下列情况： 1、若两构件上的点，铰接前后运动轨迹相重合
则该联接将带入1个虚约束。
如：平行四边形机构、火车轮、椭圆仪等。
2、两构件在多处接触而构成性质相同的运动副 1）两构件在多处接触而构成移动副， 且移动方向彼此平行或重合，则只能算 一个移动副。 D
1.复合铰链 由两个以上构件在 同一处构成的重合转动 副称为复合铰链。
复合铰链
由m个构件在一处组 成轴线重合的转动副。实 ？ F=3 × 5-2 × 6=3 际上有（m-1）个转动副。
m ——构件数。
F=3×5-2×7=1 √
1.复合铰链
例题：计算机构自由度
如图所示F、B、D、C处是复合铰链
F=3×7-2×10=1
例；汽车、火车、轮船、飞机等
4）信息机器 用来获取或处理信息 例：摄象机、复印机、印刷机、打印机、绘图机等
机构
它是一个具有相对机械运动的构件系统，用来传递 与变换运动和动力装置。它是机器的重要组成部分。
机器与其它装置的主要区别是：
机器：是执行机械的装置，用来变换或传递能量， 物料和信息。机器由若干机构组成。
例：轴1与轴承2的配合 例：滑块1与导轨2的接触 例：两齿轮轮齿的啮 合
运动副元素： 圆柱面、圆孔面
运动副元素： 棱柱面、棱孔面
运动副元素： 两齿廓曲面
二、运动副的分类
两个构件在平面用运动副联结前共有六个独立的相对运动。 构件用运动副联结后，彼 此的相对运动受到某些约束。 约束：对独立运动的限制。
模块一 机械设计基础知识
02-1.2-运动副及运动简图
• 2） 两构件构成的运动副，其接触形式不 外乎点、线、面三种。按照接触的特点， 一般将运动副分为低副和高副两类。
（1）低副
• 两构件通过接触面构成的运动副称为低副。 • 根据他们之间的相对运动是转动或移动， 又可分为转动副和移动副。
a、转动副
• 若组成运动副的两构件之间只能绕同一轴作相对 转动，则该运动副称为转动副。如图2-1所示， 构件1相对于构件2只能绕垂直于XOY平面的轴 转动，而不能沿 X轴或Y轴移动。内燃机中的连 杆小头与活塞销、连杆大头与曲轴轴颈之间的联 接均为转动副。
例2-1 绘制图1-1所示单 缸四冲程内燃机的机构运 动简图。
• (解) 1）分析机构的组成及
运动情况，找出机架、原动 件和从动件。
• 2)根据各构件之间的相对 运动性质，确定运动副的 类型和数目 • 构件2和1、8和1 组成移 动副;构件10和9、 7和8组 成高副;构件2和5、5和 6(10)、6和1、9(7)和1之间 均组成转动副。
运动副约束： 运动副约束：把对独立运动所加的限制称为约束。 每加上一个约束，构件便失去一个自由度；加上 两个约束，构件便失去两个自由度。 约束的多少和约束的特点完全取决于运动副的型式。 移动副： 移动副：具有两个约束，组成运动副的两构件间只 能沿某一轴线方向作相对移动； 转动副： 转动副：具有两个约束，组成运动副的两构件间只 能绕同一轴线作相对转动； 高副： 高副：具有一个约束，两构件间以点或线接触组成 的运动副
转动副
移动副
线接触
点接触
圆柱副
球面与圆柱副
球面副
圆柱与平面副
螺旋副
3、运动副和构件的代表符号
• • • • • • 图2-4表示运动副和构件的代表符号。 图2-4a)表示由两个构件组成的转动副; 图2-4 b) 表示两个构件组成的移动副; 图2-4c)表示两个构件组成的高副; 图2-4d) 表示带有两个或三个运动副的构件; 图2-4e)表示画有阴影线的构件称为固定件或机 架。
运动副及其分类
运动副及其分类
运动副及其分类
机构是由许多构件组成的。
机构中的每个构件都以一定的方式与另一些构件相互链接。
这种链接不是固定链接，而是具有一定能够相对运动的链接。
这种使两构件直接接触并能产生一定的相对运动的链接称为运动副。
例如轴与轴承的链接、活塞与汽缸的链接、传动齿轮的两个轮齿间的链接称为运动副。
构件组成运动副，不外乎通过点、线或面的基础来实现。
按照接触特性，通常把运动副分为低副和高副两类。
1.低副
两构件通过面接触组成的运动副称为低副。
平面机构中的低副有转动低副和移动副两种。
a转动副两构件之间只做相对转动的运动副称为转动副，或者称为铰链。
b移动副两构件之间只作相对移动的运动副称为移动副。
2.高副
两构件通过点或者线接触组成的运动副称为高副。
组成平民高副两构件见的相对运动是沿着接触处切线方向的相对移动和线接触处相对运动。
除上述平民运动副之外，机械中还经常剪刀球面副和螺旋副。
这些运动副两构件间的相对运动是空间运动，故属于空间运动副。
机械原理运动副.
机构运动简图的绘制方法和步骤：
1.确定构件数目及原动件、输出构件； 2.根据各构件间的相对运动确定运动副的种类和数目； 3.选定比例尺，按规定符号绘制运动简图； 4.标明机架、原动件和作图比例尺；
机械原理
例1 颚式破碎机
§1-2、平面机构的运动简图
2
A B 1
3
4 C
D
机械原理
一、构件的自由度
§1-3、平面机构的自由度
面接触、相对转动或相对移动 低副
机械原理
§1-1、运动副及其特点： 点或线接触、沿接触点切线方向相对移动、绕接触点 的转动 高副
机械原理
运动副符号
§1-1、运动副及其分类
转动副
移动副
机械原理
1
1
§1-1、运动副及其分类
2
齿轮副
2
2
2
凸轮副
机械原理
参与形成两个运动副的构件
处理：排除。
2 1 4 3
2
1
5 4
3
F＝3n－2PL－PH ＝ 3 3 －2 4－0 ＝1
F＝3n－2PL－PH ＝ 3 4 －2 6－ 0 ＝0 F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 4 －0 ＝1
机械原理
虚约束常发生在下列情况
§1-3、平面机构的自由度
1、两构件在同一轴线上形成多个转动副。 2、两构件在同一导路或平行导路上形成多个移动副。
F ＝3n 2PL PH
例
F＝3n2PL PH ＝3 3 24 0 ＝ 1
F＝3n2PLPH ＝32 2 2 1 ＝ 1
机械原理
§1-3、平面机构的自由度
2.机构(运动链)具有确定相对运动的条件
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运动副及其分类
机构是由许多构件组成的。
机构中的每个构件都以一定的方式与另一些构件相互链接。
这种链接不是固定链接，而是具有一定能够相对运动的链接。
这种使两构件直接接触并能产生一定的相对运动的链接称为运动副。
例如轴与轴承的链接、活塞与汽缸的链接、传动齿轮的两个轮齿间的链接称为运动副。
构件组成运动副，不外乎通过点、线或面的基础来实现。
按照接触特性，通常把运动副分为低副和高副两类。
1.低副
两构件通过面接触组成的运动副称为低副。
平面机构中的低副有转动低副和移动副两种。
a转动副两构件之间只做相对转动的运动副称为转动副，或者称为铰链。
b移动副两构件之间只作相对移动的运动副称为移动副。
2.高副
两构件通过点或者线接触组成的运动副称为高副。
组成平民高副两构件见的相对运动是沿着接触处切线方向的相对移动和线接触处相对运动。
除上述平民运动副之外，机械中还经常剪刀球面副和螺
旋副。
这些运动副两构件间的相对运动是空间运动，故属于空间运动副。