运动副及其分类PPT
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第二章自由度及机构运动简图
F
=0
3.虚约束 对机构的运动实际不起作用的约束。
计算自由度时应去掉虚约束。
∵ FE＝AB ＝CD ，故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧。 增加的约束不起作用，应去掉构件4。
⑦已知：AB＝CD＝ B EF， 且AB ∥ CD 1 ∥D3 F
E 4
虚约束
解: 重新计算：n=3, PL=4, PH=0
F=3n － 2PL － PH =3×3 －2×4 =1 特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：
AB 、CD、EF三杆平行且相等。
出现虚约束的场合： 1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，
如平行四边形机构，火车轮、 椭圆仪等。
2.两构件构成多个移动副，且导路平行。
典型机构运动简图绘制：鳄式破碎机
绘制图示偏心泵的运动简图
3 2 1 4
偏心泵
第三节 平面机构的自由度
一、平面机构的自由度计算
1、自由度：保证机构具有确定运动时所必须给定的独立运 动参数称为机构的自由度。
单个自由构件的自由度为 F=3
2、约束：当两构件组成运动副后，某些相对运动受到限 制，对于相对运动所加的限制称为约束。
⑨计算图示包装机送纸机构的自由度。
分析：
活动构件数n：9
复合铰链: 2个低副 局部自由度: 2个 虚约束: 1处 去掉局部自由度和虚约束后：
E F5G
4
98 6
D 7I J 8 H
n = 6 PL = 7 PH = 3
F =3n － 2PL － PH =3×6 －2×7 －3 =1
B2 C3
1 A
低副数 PL = 5
1 θ1
4
高副数 PH = 0
F=3n － 2PL － PH = 3×4 － 2×5 = 2
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。
《机械设计基础》课件 第1章 平面机构的自由度和速度分析
机构运动简图和原机构具有相同的运动特性。
13
§1-2 平面机构运动简图
机构示意图 —— 不按比例绘制
三、机构运动简图的作用
是机构分析和设计的工具
四、机构中构件的分类
分为三类：
1）固定构件（机架）：用来支承活动构件的构件。在研究机构
中活动构件的运动时，常以固定构件作为参考坐标系；
2）原动件（主动件）：运动规律已知（外界输入）的构件；
61
3. 直动从动件凸轮机构
求构件2的速度？
62
课后作业：
5、7、9、11、13、15
63
1
1
1
2）移动副
17
§1-2 平面机构运动简图
3）高副：应画出接触处的曲线轮廓
18
§1-2 平面机构运动简图
六、机构运动简图中构件的表示方法
轴、杆
机架
永久连接
固定连接，如轴和齿轮
19
§1-2 平面机构运动简图
参与组成两转动副的构件
一个转动副+一个移动副的构件
参与组成三个转动副的构件
20
§1-2 平面机构运动简图
4
3
2
2
1
4
32
§1-3 平面机构的自由度★
平面机构自由度：
所有活动构件相对于机架所能具有的独立运动数目之和。
作用：
讨论机构具有确定运动的条件。
C
C
D
B
A
B
D
A
E
F
33
§1-3 平面机构的自由度★
一、平面机构自由度计算公式
1. 每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度
34
2. 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度
13
§1-2 平面机构运动简图
机构示意图 —— 不按比例绘制
三、机构运动简图的作用
是机构分析和设计的工具
四、机构中构件的分类
分为三类：
1）固定构件（机架）：用来支承活动构件的构件。在研究机构
中活动构件的运动时，常以固定构件作为参考坐标系；
2）原动件（主动件）：运动规律已知（外界输入）的构件；
61
3. 直动从动件凸轮机构
求构件2的速度？
62
课后作业：
5、7、9、11、13、15
63
1
1
1
2）移动副
17
§1-2 平面机构运动简图
3）高副：应画出接触处的曲线轮廓
18
§1-2 平面机构运动简图
六、机构运动简图中构件的表示方法
轴、杆
机架
永久连接
固定连接，如轴和齿轮
19
§1-2 平面机构运动简图
参与组成两转动副的构件
一个转动副+一个移动副的构件
参与组成三个转动副的构件
20
§1-2 平面机构运动简图
4
3
2
2
1
4
32
§1-3 平面机构的自由度★
平面机构自由度：
所有活动构件相对于机架所能具有的独立运动数目之和。
作用：
讨论机构具有确定运动的条件。
C
C
D
B
A
B
D
A
E
F
33
§1-3 平面机构的自由度★
一、平面机构自由度计算公式
1. 每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度
34
2. 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度
第二章 平面机构的运动简图及其自由度
h
20
2.3平面机构的自由度及机构具有确定运动的条
件
n4
PL 5 PH 0
F 2
说明该机构中应当有两个 原动件，机构中各构件的 运动才是确定的。
静定桁架，F=0。
如果算得的自由度为负值，则称为
超静定桁架。
h
21
2.3平面机构的自由度及机构具有确定运动的条 件
1.机构自由度必须大于零，并且与原动件数相等时，机 构中各构件才有确定运动。
3个构件，2个回转副
m个构件，(m-1)个回转副
h
23
2.3平面机构的自由度及机构具有确定运动的条 件
n5
C处两个回转副，共6个回转副， 1个移动副
PL 7 PH 0
F3n2PL PH 352701
h
24
2.3平面机构的自由度及机构具有确定运动的条 件 2.局部自由度
机构中出现的与输出构件运动无关的自由度，称为局部自 由度（或多余自由度）。在计算机构自由度时，应将局部 自由度除去不计。
F3n2PLPH
机构的自由度就是机构中所有活动构件相对机架所能具 有的独立运动的数目。
h
17
2.3平面机构的自由度及机构具有确定运动的条 件
计算自由度：
n5
PL 6 PH 2
F3n2PLPH 3526121
h
18
2.3平面机构的自由度及机构具有确定运动的条 件
没有高副
F 3 n 2 P L P H 3 5 2 7 1
h
19
2.3平面机构的自由度及机构具有确定运动的条 件
二、机构具有确定运动的条件 机构的自由度数应等于原动件数。 如果机构的原动件数与机构的自由度数不等，则会导致 机构中薄弱部分损坏，或使机构中构件运动不确定。
机械原理第1章 构件、约束和运动副
y
x
P
j
i
j
i
z
y
关系 自由度 N 约束 S 空间N+S=6 平面N+S=3 利用点、线、面接触 构成各种运动约束。 可拆卸焊接烧锅的固定装置设计
各种常见机械约束
动画
动画
动画
动画
可以通过加入中间元件改善磨损状况 无摩擦的柔顺机构
约束的形式不同，但产生的运动约束的效果相同。
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。
分析机器人机构构件和运动副组成
动画 动画
动画
机构设计赏析
肘关节设计
第1章 构件、约束和运动副
机械运动
约束运动 接触
点 \线 \面
1.1 构件及其分类
1、构件
运动单元体
2、构件的类型 刚性构件，弹性构件、拉曳件 机架、原动件和从动件
1.2 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
1.3运动副及其分类 两个构件之间接触的点、线、面的组合称为副 元素。 两个具有某些类型的相对运动和自由度的副元 素连接的机械模型称为运动副。
力闭合运动副
形闭合运动副
材料闭合运动副
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
空间运动副
（a)
(b)
(c)
(d)
低副和高副
高副，两个构件之间接触的点、线、面 的组合为一个点或一条线 低副，两个构件之间接触的点、线、 面的组合为平面或圆柱面 运动副的级
x
P
j
i
j
i
z
y
关系 自由度 N 约束 S 空间N+S=6 平面N+S=3 利用点、线、面接触 构成各种运动约束。 可拆卸焊接烧锅的固定装置设计
各种常见机械约束
动画
动画
动画
动画
可以通过加入中间元件改善磨损状况 无摩擦的柔顺机构
约束的形式不同，但产生的运动约束的效果相同。
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。
分析机器人机构构件和运动副组成
动画 动画
动画
机构设计赏析
肘关节设计
第1章 构件、约束和运动副
机械运动
约束运动 接触
点 \线 \面
1.1 构件及其分类
1、构件
运动单元体
2、构件的类型 刚性构件，弹性构件、拉曳件 机架、原动件和从动件
1.2 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
1.3运动副及其分类 两个构件之间接触的点、线、面的组合称为副 元素。 两个具有某些类型的相对运动和自由度的副元 素连接的机械模型称为运动副。
力闭合运动副
形闭合运动副
材料闭合运动副
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
空间运动副
（a)
(b)
(c)
(d)
低副和高副
高副，两个构件之间接触的点、线、面 的组合为一个点或一条线 低副，两个构件之间接触的点、线、 面的组合为平面或圆柱面 运动副的级
1_第三章 平面机构的运动简图及自由度
图3-7 转动副符号
第二节 平面机构的运动简图
图3-8 移动副符号
第二节 平面机构的运动简图
图3-9 高副符号
第二节 平面机构的运动简图
图3-10 构件表示法
二、 机构运动简图的绘制 绘制机构运动简图的一般步骤如下： 1) 分析机构运动，找出机架、原动件与从动件。
第二节 平面机构的运动简图
2) 从原动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件之间 相对运动的性质，确定活动构件数目、运动副的类型和数 目。 3) 合理选择视图平面，应选择能较好表示运动关系的平面 为视图平面。 4)选择合适的比例尺，长度比例尺用μ表示，在机械设计 中规定如下： 5) 按比例定出各运动副之间的相对位置，用规定符号绘制 机构运动简图。
第二节 平面机构的运动简图
6) 各转动中心标以大写的英文字母，各构件标阿拉伯数字， 机构的原动件以箭头标明。
图3-11 抽水唧筒及其机构简图 1—手柄 2—杆件 3—活塞杆 4—抽水唧筒
第二节 平面机构的运动简图
图3-12 冲压装置 1—机架 2、3、4—构件
第二节 平面机构的运动简图
例3-1 试绘制图3-11a所示抽水唧筒的机构运动简图。 解 1) 分析机构运动，判别构件的类型和数目。 2) 分析各构件间运动副的类型和数目。 3) 选择视图平面。 4) 选择合适的比例尺。 5) 绘制抽水唧筒的机构运动简图。 例3-2 绘出图3-12a所示机构的运动简图。
第三节 平面机构的自由度
图3-18 导路重合的虚约束
第三节 转动副起作用，其余都是虚约束。
图3-19 两构件组成多个 转动副形成虚约束
第三节 平面机构的自由度
3) 两构件组成多个高副，且各高副接触点处公法线重合时， 只应考虑一处高副所引入的约束，其余的为虚约束，如图 3-20所示。
运动副
微课标题——运动副
盐城机电高等职业技术学校 朱健云
运动副
观察：构件1（火车车轮） 与（铁轨）之间的接触 和相对运动关系
在机构中，每个构件 都以一定的方式与其它构 件相接触，二者之间形成 一种可动的连接，从而使 两个相互接触的构件之间 的相对运动受到限制。两 个构件之间的这种可动连 接称为运动副。
运动副
二、选择代号填空（选择符合题意的一项，将其序号填写 在括号内。）
1．能够传递较复杂运动的运动副接触形式是______。 A．螺旋接触 B．凸轮接触 C．带与带轮接触 D．活塞与缸壁接触。 2．效率较低的运动副接触形式是______。 A．齿轮接触 B．凸轮接触 C．螺旋接触 D．滚动轮接触。 3．车轮在钢轨上滚动，车轮与钢轨形成的是______。 A．低副 B．高副 C．转动副 D．移动副
8．高副比低副的承载能力大。 （ ）
四、分析
1．分析图所示单缸内燃机中有哪几个运动副？
1 2
3 4 5
2 ．下图所示凸轮机构由构件支架、凸轮和从动杆组成。 试分析有几个运动副？它们各属于何种运动副？
思考与作业
思考题：
从日常生活和生产实践中，寻找几个高副和低副的应用实 例。
作业
运动副
两构件直接接触且又能产生一定形式的相对运动的 可动连接。
运动副
运动副的分类
根据运动副中两构件的接触形式不同，运动 副可分为低副和高副。 低副：两构件之间作面接触 运动副 高副：两构件之间作点或线的接触
转动副
两构件接触处只允许做相对转动
低副
移动副
两构件接触处只允许做相对移动
螺旋副
两构件只能沿轴线做相对螺旋运动
低副机构与高副机构
低副机构——机构中所有运动副均为低副的机构。
盐城机电高等职业技术学校 朱健云
运动副
观察：构件1（火车车轮） 与（铁轨）之间的接触 和相对运动关系
在机构中，每个构件 都以一定的方式与其它构 件相接触，二者之间形成 一种可动的连接，从而使 两个相互接触的构件之间 的相对运动受到限制。两 个构件之间的这种可动连 接称为运动副。
运动副
二、选择代号填空（选择符合题意的一项，将其序号填写 在括号内。）
1．能够传递较复杂运动的运动副接触形式是______。 A．螺旋接触 B．凸轮接触 C．带与带轮接触 D．活塞与缸壁接触。 2．效率较低的运动副接触形式是______。 A．齿轮接触 B．凸轮接触 C．螺旋接触 D．滚动轮接触。 3．车轮在钢轨上滚动，车轮与钢轨形成的是______。 A．低副 B．高副 C．转动副 D．移动副
8．高副比低副的承载能力大。 （ ）
四、分析
1．分析图所示单缸内燃机中有哪几个运动副？
1 2
3 4 5
2 ．下图所示凸轮机构由构件支架、凸轮和从动杆组成。 试分析有几个运动副？它们各属于何种运动副？
思考与作业
思考题：
从日常生活和生产实践中，寻找几个高副和低副的应用实 例。
作业
运动副
两构件直接接触且又能产生一定形式的相对运动的 可动连接。
运动副
运动副的分类
根据运动副中两构件的接触形式不同，运动 副可分为低副和高副。 低副：两构件之间作面接触 运动副 高副：两构件之间作点或线的接触
转动副
两构件接触处只允许做相对转动
低副
移动副
两构件接触处只允许做相对移动
螺旋副
两构件只能沿轴线做相对螺旋运动
低副机构与高副机构
低副机构——机构中所有运动副均为低副的机构。
机械原理课件-自由度计算
1-2 平面机构自由度
一.平面机构自由度计算公式 1.平面机构自由度定义--平面机构相 对于机架所具有的独立运动的个数。 2.计算公式 1) 约束--对构件间运动的限制 2) 运动副与约束的关系 图1- C
1
2
构件1，2作平面运动
1
2
将构件2固定在o-xy坐标系中
y 1
o x 2
观察构件1的运动
C
2
A 1 F
D
平行四边形机构
3 B 5 4 E
C
2
A 1 F
D
平行四边形机构
3 B 5 4 E
C
2
F=? F=33-(2 3+1)=2 ???
滚子与廓线间纯滚动以减小摩擦。 滚子转动否是否影响机构整体运动？
可见，滚子转动否与机构 整体运动无关。
这种与机构整体运动无关的自由度 称为局部自由度。
计算机构自由度时应去掉。相当 于将滚子与推杆固结。
F=33-(2 3+1)=2 ???
y
2
x 1 z
y
2
x 1 z
y
2
x 1 z
y
2
x 1 z 构件2相对构件1有六个自由度。
y
2
x 1 z 若将其限制为平面运动，则构件2 只能在O-XY坐标系中运动。
y
2
o 1
x
y
2
o 1
x
限制为平面运动，即加入三个公共约束。 可见，加入一个约束即减少一个自由度。
y
2
o 1
x
若两构件以转动副相连，则沿x,y方向受到 约束，仅剩下沿z轴转动一个自由度。
F=32-(2 2+1)=1 !!!
平面机构运动副和运动简图
构件的表示方法
可以组成两个运动副的构件
构件的表示方法
可以组成三个运动副的构件
运动副的表示方法:
(1)a、b、c是由两个构件组成转动副的表示方法。用圆圈表示转动 副．其圆心代表相对转动轴线。
(2)d、e、f是两构件组成移动副的表示方法，移动副的导路 必须与相对移动方向一致。图中画阴影线的构件表示机架。 (3)两构件组成高副时，在简图中应当画出两构件接触处的 曲线轮廓．
见版图/仿真动画
曲柄、连杆、齿扇、 齿条活塞、机架。 曲柄为原动件， 其余为从动件， 当曲柄匀速转动时， 活塞在汽缸中往复移 动。
2、自卸货车
见版图/仿真动画（连杆/演化/摇块）
3、抽水机构
见版图/仿真动画（连杆/演化/摇块）
习题2-3
4、偏心轮机构
见版图/仿真动画（连杆/演化/摇块）
机构运动简图/颚式破碎机
2 B
A
1
3 D
C
4 注意!
插入flash
内燃机机构运动简图
作业
Hale Waihona Puke 2-52、绘制图示偏心轮油泵的运动 简图
3
2 1 4
偏心泵
习题2-5d
2-5b手动冲床
连杆/演化/多杆机构
空间运动副－两构件的相对运动为空间运动。
球面副
球销副
螺旋副
见仿真动画
本节主要应解决的问题：
如何用简单线条和符号绘制的机构运动简图来表示实际机械 ？
2.2 平面机构运动简图
机构运动简图:
实际构件的外形和结构往往很复杂，为使问题 简化，用简单线条和符号来表示构件和运动副，按 比例定出各运动副的位置。这种说明机构各构件间 相对运动关系的简化图形．称为~。
机械设计基础课件01平面机构及自由度
约 束：是对独立运动所加的限制。每加上一个约束，构 件便失去一个自由度。
一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动数。如图 所示，在Oxy坐标系中，构件S可随其上任一点A沿x轴、y轴 方向移动和绕A点转动。即一个作平面运动的自由构件具有 三：在机构中由两构件直接接触形成的一种可动联接。 运动副对构件产生约束，约束的多少和特点取决于运动副 型式。 运动副分类： • 按照接触的特性，分为低副和高副。面接触的运动副称
（4）对称结构：在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链 来传递运动时，只有一组起独立传递运动的作用，则其余各组引 入的约束为虚约束。如图1-16所示轮系中有2个行星轮，计算自由 度时只需考虑一个。
虚约束虽不影响机构的运动，但却可以增加构件的刚性，改善 其受力状况，因而在结构设计中被广泛使用。必须指出，只有在 特定的几何条件下才能构成虚约束，如果加工误差太大，满足不 了这些特定的几何条件，虚约束就会成为实际约束，从而使机构 失去运动的可能性。
1.3.1 平面机构的自由度
机构的自由度: 机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目 称为机构的自由度。
一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。因此，平面机构 中的每个活动构件，在未用运动副联结之前，都有三个自由度。 • 每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度； • 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。
移动副：是使构件的一个相对移动和相对转动受到约束， 而只有一个方向独立相对移动自由度的运动副。也称为棱 柱副。如汽缸与活塞、滑块与导轨等，如右图所示。
2 高副（平面高副）
平面高副：构件间沿公法线方向的移动受到约束，但可以 沿接触点切线的方向独立移动，还可以同时绕点独立转动， 是具有一个约束而相对自由度等于２的平面运动副。如齿 轮副、凸轮副等，如图所示。
一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动数。如图 所示，在Oxy坐标系中，构件S可随其上任一点A沿x轴、y轴 方向移动和绕A点转动。即一个作平面运动的自由构件具有 三：在机构中由两构件直接接触形成的一种可动联接。 运动副对构件产生约束，约束的多少和特点取决于运动副 型式。 运动副分类： • 按照接触的特性，分为低副和高副。面接触的运动副称
（4）对称结构：在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链 来传递运动时，只有一组起独立传递运动的作用，则其余各组引 入的约束为虚约束。如图1-16所示轮系中有2个行星轮，计算自由 度时只需考虑一个。
虚约束虽不影响机构的运动，但却可以增加构件的刚性，改善 其受力状况，因而在结构设计中被广泛使用。必须指出，只有在 特定的几何条件下才能构成虚约束，如果加工误差太大，满足不 了这些特定的几何条件，虚约束就会成为实际约束，从而使机构 失去运动的可能性。
1.3.1 平面机构的自由度
机构的自由度: 机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目 称为机构的自由度。
一个作平面运动的自由构件具有三个自由度。因此，平面机构 中的每个活动构件，在未用运动副联结之前，都有三个自由度。 • 每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度； • 每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。
移动副：是使构件的一个相对移动和相对转动受到约束， 而只有一个方向独立相对移动自由度的运动副。也称为棱 柱副。如汽缸与活塞、滑块与导轨等，如右图所示。
2 高副（平面高副）
平面高副：构件间沿公法线方向的移动受到约束，但可以 沿接触点切线的方向独立移动，还可以同时绕点独立转动， 是具有一个约束而相对自由度等于２的平面运动副。如齿 轮副、凸轮副等，如图所示。