机械原理___运动副
机械原理——构件、约束、运动副
可以通过加入中间元件改善磨损状况 无摩擦的柔顺机构
2.3运动副及其分类 如果仅仅考虑构件之间接触所提供的 运动约束的类型，这种对构件之间的 物理连接所作的理想化的描述定义为 运动副。
2.3.2.1 力闭合运动副、形闭合运动副 及材料闭合运动副
力闭合运动副
第2章 构件、约束和运动副
机械运动 约束运动
接触 点\线\面
2.1 构件及其分类 2.1.1构件 运动单元体
2.1.2构件的类型 刚性构件，拉曳件 机架、原动件和从动件
2.2 构件的运动约束
空间自由运动的构件有6个自由度
平面自由运动的构件有3个自由度
y
y
x
z
x
构件接触形成约束，约束性质与接触方式相关
形闭合运动副
材料闭合运动副
2.3.2.2 平面运动副和空间运动副
常见的平面运动副有移动副、转动 副和曲线副
（a)
(b)(c)(d)源自空间运动副2.3.2.3 低副和高副
高副，构件之间为一个点或一条线接触 低副，构件之间为平面或圆柱面接触
2.3.2.4 运动副的级
根据运动副所引入的约束数可以将运动副分为五 级：引入一个约束的运动副为Ⅰ级副，引入两个约束 的运动副为Ⅱ级副，依次类推，还有Ⅲ级副、Ⅳ级副， 最多为Ⅴ级副。
分析图示机器人机构构件和运动副组成
至少有三个活动构 件、机架和三个移 动副组成
直角坐标机械手 柱坐标机械手 极坐标机械手
机构设计鉴赏
肘关节设计
y
x
z
j
Pi
j i
y
j
j
x
i
i
2.2.1构件之间的运动 自由度与约束数的关 系
《机械原理》基础知识点
《机械原理》基础知识点1构件：具有确定运动的单元体组成的，这些运动单元体称为构件零件：组成构件的制造单元体运动副：两构件直接接触的可动联接构件的自由度：构件的独立运动数目运动链：若干个构件通过运动副所构成的系统机架：固定的构件原动件：机构中做独立运动的构件从动件：机构中除原动件外其余的活动构件运动链→机构：将运动链中的一个构件固定，并且它的一个或几个构件作给定的独立运动时，其余构件便随之作确定的运动，这样运动链就成了机构2机构运动简图：表示机构中各构件间相对运动关系的简单图形。
机构运动简图必须与原机械具有完全相同的运动特性。
示意图：只为了表明机械的结构，不按比例来绘制简图3约束和自由度的关系：增加一个约束，构件就失去一个自由度4机构具有确定运动的条件：机构自由度等于机构的原动件数5瞬心：在任一瞬间，两构件的运动都可以看作是绕某一重合点的相对转动，该重合点称为他们的瞬心速度中心绝对瞬心：运动构件上瞬时绝对速度为零的点相对瞬心：两运动构件上瞬时绝对速度相等的重合点6摩擦力增大并不是运动副元素材料间摩擦因数发生了变化，而是运动副元素的几何结构形状发生变化所致。
7摩擦圆：对于一具体的轴颈，r和fv为定值，因此ρ为定值，以轴心O为圆心，ρ为半径做一圆，该圆成为摩擦圆。
8机械自锁：由于摩擦的存在，会出现无论施加多大的驱动力，都不能使机械沿驱动方向产生运动的现象。
自锁条件：η≤0 机械发生自锁9连杆机构（低副机构）：若干个构件通过低副联接所组成的机构10平面四杆机构基本形式：铰链四杆机构11曲柄：在两连杆中能做整周回转机构摇杆：只能在一定角度范围内摆动的构件周转副：将两构件能做360°相对转动的转动副摆动副：不能将两构件能做360°相对转动的转动副12铰链四杆机构的曲柄存在条件：1最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和 2连架杆和机架中有一杆是最短杆13最短杆为连杆时，该机构为双摇杆机构；最短杆为连架杆时，该机构为曲柄摇杆机构；最短杆为机架时，该机构为双曲柄机构；14有急回运动：θ≠0时，偏置曲柄滑块机构和导杆机构无急回运动：对心曲柄滑块机构和双摇杆机构15死点位置：压力角为90°，传动角为0°。
机械原理复习题答案
考试题型填空、选择、简答、计算、作图绪论和第一章1、机器和（机构）统称为机械；（构件）是机械的最小运动单元体。
2、（由两个构件直接接触而组成的可动的连接）称运动副。
3、两构件之间以点、线接触所组成的平面运动副，称为（高）副。
以面接触所组成的平面运动副称（低）副。
4、两个以上的构件同在一处以转动副相连接，构成了（复合铰链）。
机构中常出现一种与输出构件无关的自由度称（局部自由度）。
5、机构中按给定的已知运动规律独立运动的构件称为（原动件）。
6、（机构相对机架具有的独立运动的数目）称为机构的自由度。
7、机构具有确定性运动的条件是（机构自由度大于0,且等于原动件数）。
8、平面机构自由度计算的公式（F=3n-2P L-P H）。
9、（两构件的瞬时等速重合点）称为两构件的瞬心。
10、以转动副相连接的两构件的瞬心在（转动副的中心）；以移动副相连接的两构件间的瞬心位于（垂直于导路的无穷远处）。
以两构件以纯滚动的高副连接，瞬心在（在接触点）；当高副元素有相对滑动时，瞬心在（过接触点的公法线上）。
11、对不通过运动副直接相连的两构件间的瞬心位置，可用（三心定理）求出。
12、对含有N个构件的平面机构，其瞬心总数K=（N（N-1）/2）。
则含有7个活动构件的平面机构，其瞬心总数为（28）。
习题1：如图，已知DE=FG=HI，且相互平行；DF=EG，且相互平行；DH=EI，且相互平行。
计算机构自由度（若有复合铰链、局部自由度和虚约束，请指出）。
解：F=3n-2PL-PHn=8,Pl=11,PH=1F=1在D、E处存在复合铰链；滚子绕自身几何中心B的转动自由度为局部自由度；FG杆及其两端的转动副所引入的约束为虚约束。
计算如图所示的机构的自由度并判断该机构是否具有确定的相对运动。
F=3n－2P L－P H＝3×2－2×2－1 ＝1由于该机构原动件数目与自由度数目相等，所以该机构具有确定的相对运动。
习题2：如图，已知AD∥BE∥CF，并且AD=BE=CF；LN=MN=NO，构件1、2为齿轮，且齿轮2与凸轮固连。
机械原理运动副的画法
机械原理运动副的画法机械原理是研究机械运动和受力的学科，其中运动副作为机械装置的基本组成部分，是机械运动实现的基础。
在机械原理中，通过描述和分析运动副的特点和运动规律，可以揭示机械运动过程中的各种力和力矩变化情况，从而为机械设计和分析提供有效的方法和手段。
运动副是实现机械件相对运动的部件，可以分为平面运动副、空间运动副和虚拟运动副等多种类型。
不同类型的运动副具有不同的结构和工作原理，但它们都起到了实现运动的作用。
平面运动副是最常见的一种运动副，也是最简单的一种。
平面运动副的结构简单，通过连接节点或轴承等方式将两个连杆、齿轮等机构连接起来，实现相对平面运动。
平面运动副可以实现直线运动、回转运动和各种复杂的曲线运动。
对于平面运动副的画法，需要根据其结构和运动方式进行绘制。
首先要确定副的类型，例如直线副、回转副等。
然后，根据实际情况选择适当的比例和大小来绘制副的各个部分和连接方式。
在绘制过程中，要注意各个部件之间的几何关系，确保实际情况与绘制结果相符。
例如，对于直线副的画法，可以先确定副的位置和方向，然后绘制两个相互平行的轴线，表示两个相互连接的连杆或齿轮。
再根据实际情况选择适当的比例和大小，在两个轴线上标出两个节点或轴承的位置，表示连接部件。
最后，通过连接节点或轴承的方式将两个连杆或齿轮连接起来，表示副的运动方式。
空间运动副是指在三维空间中实现相对运动的副。
相比平面运动副，空间运动副的结构相对复杂，需要考虑三维几何关系和运动规律。
在绘制空间运动副时，需要确定副的类型和方向，并绘制相应的轴线和节点。
根据实际情况选择适当的比例和大小，绘制副的各个部件和连接方式。
在绘制过程中，要注意三维几何关系的表示，确保绘制结果与实际情况相符。
虚拟运动副是指在机械装置中表现出来的一种不直接参与计算和分析的运动副。
虚拟运动副通常在计算和分析过程中作为辅助副使用，用于简化和优化计算过程。
在绘制虚拟运动副时，一般可以简化表示，只需表示其位置和方向即可。
机械原理第一章构件约束运动副
2 空间副
指的是构件约束运动副在三维空间中进行约 束运动的一种形式。
构件约束运动副的特点
1 刚性
构件约束运动副具有一定的刚性，能够保持约束的稳定性。
2 全向约束
构件约束运动副能够限制构件在多个方向上的运动。
构件约束运动副的应用
机械装置
构件约束运动副广泛应用于各种机械装置中，如汽车发动机、工业机器人等。
构件约束运动副的设计
设计原则
构件约束运动副的设计应考虑运动要求、力学性能以及生产工艺等因素。约束运动副能够提高机械装置的稳定性和运动精度。
2 缺点
构件约束运动副可能增加装置的成本和复杂度。
构件约束运动副的发展前景
1 应用领域扩大
随着科技的进步，构件约束运动副在机械工程领域的应用将会更加广泛。
机械原理第一章构件约束 运动副
构件约束运动副是机械工程中一种重要的机构，用于实现机械装置的约束运 动功能。本章将介绍其定义、分类以及应用。
构件约束运动副的定义
1 定义
构件约束运动副指的是用于限制构件在给定条件下运动自由度的一种装置。
构件约束运动副的分类
1 平面副
指的是构件约束运动副在平面内进行约束运 动的一种形式。
机械原理——精选推荐
机械原理2-1 何谓构件？何谓运动副及运动副元素？如何分类の？（1）构件：机械中每个独⽴运动の单元体。
（2）运动副：由两构件直接接触⽽组成の可动连接。
运动副元素：两构件上能够参加接触⽽构成运动副の表⾯。
（3）分类⽅法：1、根据约束の数⽬分类为Ⅰ级副、Ⅱ级副、Ⅲ级副、Ⅳ级副、Ⅴ级副。
2、根据两构件の接触形式：分为低副、⾼副。
3、根据两构件の相对运动形式可分为：转动副、移动副、螺旋副、球⾯副等。
4、也可分为：平⾯运动副和空间运动副。
2-2 机构の运动简图有何⽤处？他能表⽰出原机构哪些⽅⾯の特征？答：1、机构运动简图可以表⽰机构の组成和运动传递情况，可进⾏运动分析，⽽且也可⽤来进⾏动⼒分析。
2、运动简图：可以正确の表达出机构の组成构件和构件间の连接运动副，即机构の组成形式。
2-3 机构具有确定运动の条件是什么?当机构の原动件数少于或多于机构の⾃由度时，机构の运动将发⽣什么情况？答：1、⾃由度与原动杆の数⽬相等。
2、当少时：机构の运动将不确定。
当多时：将导致机构中最薄弱の环节损坏。
3、少の我们称之为⽋驱机构：它遵循最⼩阻⼒定律，所以⼈们制造了很多⽋驱机构或装置，并增加机构の灵活性和⾃适性。
多の称之为冗驱机构：若各部分原动件の运动彼此协调，则各原动件将同⼼协⼒来驱动从动件，从⽽增⼤了传动の可靠性，减⼩尺⼨和重量，并利⽤克服机构处于某可异位形时受到の障碍。
2-6 在图2-20所⽰の机构中，在铰链C、B、D处，被连接の两构件上连接点の轨迹都是重合の，那么能说该机构有三个虚约束吗?为什么?答：不能，因为在铰链C、B、D中任何⼀处，被连接の两构件上连接点の轨迹重合是由于其他两处の作⽤，所以只能算⼀处。
2-8 为何要对平⾯⾼副机构进⾏“⾼副低代"?“⾼副低代”应满⾜の条件是什么?答：1、为使平⾯低副机构结构分析和运动分析の⽅法适⽤于所有平⾯机构，便于对含有⾼副の平⾯机构进⾏研究，要进⾏“⾼副低代”。
2、“⾼副低代”の条件：（1）代替前后机构の⾃由度不变。
机械原理教案06运动副中总反力的确定
图4-1内 容4-2 运动副中总反力的确定为什么要研究运动副中的摩擦力？组成运动副的两构件间一定有相对运动，各构件在运动副中就有相互作用力，所以运动副中存在摩擦力。
一般说来，运动副中的摩擦力是一种有害阻力，它可以降低机器的效率，使运动副元素受到磨损，削弱零件的强度，降低机器的运转精度等，因此对传动往往不利。
这是摩擦有害的一面。
因此，要设法减小摩擦。
在日常生活和工程中，摩擦有时却发挥着不可或缺的有益作用。
例如，带传动、机械的制动以及钢材的轧制等都是利用摩擦的典型例证。
因此为了限制和利用摩擦，都必须对运动副中的摩擦加以研究。
由于滚动摩擦一般远小于滑动摩擦，所以我们只研究滑动干摩擦，不研究流体摩擦。
一、 移动副中的摩擦重点讨论平面移动副和槽面移动副中的摩擦。
这也是研究螺旋副摩擦的基础。
1、 平面接触移动副中的摩擦如图4-2a 所示移动副。
已知滑块1所受铅垂载荷为G （包括重力），水平驱动力F 。
试分析构件2给1的总反力。
2给1的总反力21R F ，是平面2给滑块1的法向反力21N F 与摩擦力2121f N F fF fG ==的合力。
设总反力21R F 与21N F 之间的夹角为ϕ。
根据几何关系，有f arctan =ϕ式中，f ——摩擦系数；ϕ——摩擦角。
图4-2结论：移动副中的总反力21R F 与法向反力21N F 偏斜一摩擦角ϕ，偏斜方向与12v 的方向相反，即与摩擦力21f F 的方向相同。
也可以说，21R F 的方向与12v 的方向成（90ϕ︒+）角。
内 容【例4-1】 如图4-3所示，滑块1置于一倾斜角为α的斜面2上，G 为作用在滑块1上的铅垂载荷（包括滑块自重），求：（1）使滑块沿斜面等速上升（正行程）时水平向右的驱动力F （2）滑块沿斜面匀速下滑（反行程）时水平向右的工作阻力F '。
解：（1）.正行程受力图4-3解：确定总反力21R F ，它与12V 成90ϕ︒+； 因等速上升，滑块1满足力平衡矢量方程21R F + G + F = 0大小 ？ 已知 ？方向 如图 铅垂 水平画力多边形如图4-3a 右图所示，故得所需的水平驱动力()ϕα+=tan G F2. 反行程受力在G 的作用下，滑块1要加速下滑，此时G 为驱动力，水平向右的力F '为维持滑块匀速下滑所需的工作阻力。
机械基础知识常用题库100道及答案
机械基础知识常用题库100道及答案一、机械原理1. 机器中运动的单元是（）。
A. 零件B. 构件C. 机构D. 部件答案：B。
解析：构件是机器中运动的单元。
2. 平面机构中，两构件通过面接触而构成的运动副称为（）。
A. 低副B. 高副C. 移动副D. 转动副答案：A。
解析：两构件通过面接触而构成的运动副为低副。
3. 平面机构中，两构件通过点或线接触而构成的运动副称为（）。
A. 低副B. 高副C. 移动副D. 转动副答案：B。
解析：两构件通过点或线接触而构成的运动副为高副。
4. 铰链四杆机构中，最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时，若取最短杆为机架，则机构为（）。
A. 双曲柄机构B. 曲柄摇杆机构C. 双摇杆机构D. 不确定答案：A。
解析：满足上述条件且取最短杆为机架时为双曲柄机构。
5. 凸轮机构中，凸轮与从动件的接触形式为（）。
A. 高副B. 低副C. 移动副D. 转动副答案：A。
解析：凸轮机构中凸轮与从动件通过点或线接触，为高副。
二、机械设计6. 机械零件设计中，强度准则是指零件中的应力不得超过（）。
A. 许用应力B. 极限应力C. 屈服应力D. 强度极限答案：A。
解析：强度准则要求零件中的应力不得超过许用应力。
7. 在带传动中，带所受的最大应力发生在（）。
A. 紧边进入小带轮处B. 紧边离开小带轮处C. 松边进入大带轮处D. 松边离开大带轮处答案：A。
解析：带传动中最大应力发生在紧边进入小带轮处。
8. 链传动中，链节数最好取为（）。
A. 偶数B. 奇数C. 质数D. 任意数答案：A。
解析：链节数取偶数可避免使用过渡链节，使链条受力均匀。
9. 齿轮传动中，标准直齿圆柱齿轮的压力角为（）。
A. 15°B. 20°C. 25°D. 30°答案：B。
解析：标准直齿圆柱齿轮的压力角为20°。
10. 蜗杆传动中，蜗杆的头数一般为（）。
A. 1、2、4B. 1、2、3C. 1、3、4D. 2、3、4答案：B。
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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
2. 移动副 约束数 S = 2
§1-3、平面机构的自由度
3. 齿轮副
n
4. 凸轮副
n
n
n
约束数 S = 1 平面低副约束数 S = 2 平面高副约束数 S = 1
机械原理
三、平面机构的自由度 1.机构自由度的计算公式 机构的自由度
§1-3、平面机构的自由度
F= 3活动构件数-2低副数 -1高副数 计算公式
§1-1、运动副及其分类
参与形成三个转动副的构件
机械原理
§1-2、平面机构的运动简图
机构运动简图 表示机构运动特征的一种工程用图
与运动有关的因素：
构件数目 运动副数目及类型 运动副之间的相对位置
表达方式：
用简单线条表示构件 规定符号代表运动副 按比例定出运动副的相对位置
机械原理
§1-2、平面机构的运动简图
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
有一个机架 自由度大于零（F>0） 原动件数 =自由度数
机械原理
3、同一构件和两个转动副去连接两构件上距离始终不变的两 个动点。
4、用一构件和两个转动副去联接两构件上距离始终不变的一 个动点和一个固定点。 5、原动件与输出构件之间采用多组完全相同的运动链。
机械原理
例
复 局 虚
§1-3、平面机构的自由度
F＝3n－2PL－PH ＝3 8 －2 10－1 ＝2
3.自由度计算时的注意事项：
1）复合铰链
§1-3、平面机构的自由度
k个构件(k3)在同一处构成共轴线的转动副。
2 3
5
处理：K个构件同时在一处以转动副相联，它必然
构成（K-1）个转动副。
机械原理
例
2 3 1 5
§1-3、平面机构的自由度
复
6
4
F ＝ 3n－2PL－PH ＝ 3 5 －2 6 － 0 ＝ 3 F ＝ 3n－2PL－PH ＝ 3 5 －2 7－ 0 ＝ 1
机械原理 第一章 平面机构
第一节、运动副及其分类
第二节、平面机构的运动简图 第三节、平面机构的自由度
机械原理
一、构件 —— 运动的单元.
§1-1、运动副及其分类
二、运动副 —— 两个构件直接接触且具有确定相对运 动的联接。
运动副元素——两构件相互接触的点、线、面。
平面运动副分类:
转动副 特点：
移动副
机械原理
§1-3、平面机构的自由度
2)、局部自由度 不影响机构输出运动的自由度，称为局部度。
处理：排除。
例
F＝3n－2PL－PH ＝3 3 －2 3 1 － ＝2
F＝3n－2PL－PH ＝3 2 －2 2 1 －
＝1
机械原理
§1-3、平面机构的自由度
3)、虚约束 不产生实际约束效果的重复约束。
自由度构件所具独立运动的个数（确定构件位置所需 独立坐标数）。 一个完全自由的平面运动构件具有三个自由度。
y
y
x
x
机械原理
二、运动副的约束 约束— 限制 约束条件 — 约束数
§1-3、平面机构的自由度
运动副的形成引入了约束，使构件失去运动自由度。
1. 转动副
y0 x0
约束数 S = 2
机械原理
面接触、相对转动或相对移动 低副
机械原理
§1-1、运动副及其分类
齿轮副
凸轮副
螺旋副
球面副
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