运动副及其分类

2 1运动副及其分类 2 2平面机构的运动简图 2 3平面机构的自由度 2 4平面机构的组成原理及结构分类 重点 第二章机构的结构分析 重点问题 1 机构的组成原理及其具有确定运动的条件 2 因何及如何绘制机构运动简图 机构如何由构件组成 如何使各构件之间有相对运动并使之确定 对分析现有机构或设计新机构至关重要 第2章 机构的结构分析 所有构件均在同一平面或在几个相互平行的平面内运动 概述 第2章 机构 平面机构 空间机构 机构的结构分析 一 机构的组成 1 构件的自由度及约束条件 构件的运动指构件每一瞬时位置的变化 一自由构件作平面运动 其位置由三个参变量确定 构件自由度 相对于参考系构件所具有的独立运动的数目 一个作平面运动的自由构件有3个自由度 2 1运动副及其分类 机构的组成 x y 约束 对构件的独立运动所加的限制 构件受一约束 失去一个自由度 机构由构件组成 构件与构件联接 独立运动受限 自由度减少 构件间只能产生某些相对运动 而不再完全自由 由于约束是由机构中各构件的相互接触引起的 接触方式不同 约束不同 2 运动副 定义 两个构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接 如轴承与轴颈 滑块与导轨 齿轮与齿轮等 构件系统 2 1运动副及其分类 机构的组成 运动副元素 构件直接接触构成的运动副表面 为点 线 面形式 2 1运动副及其分类 机构的组成 运动副的分类 按运动副元素接触情况的不同 低副 运动副元素为面接触 2 1运动副及其分类 机构的组成 固定铰链转动副 1 转动副 只允许两构件作相对转动 又称作铰链 2 1运动副及其分类 机构的组成 活动铰链转动副 2 1运动副及其分类 机构的组成 2 移动副 只允许两构件作相对移动 低副提供约束及自由度情况 引入2个约束 保留1个自由度 点接触 2 1运动副及其分类 机构的组成 高副 运动副元素为以点或线接触 凸轮副 线接触 高副提供约束及自由度情况 限制了沿公法线n n方向的相对移动 保留了沿接触处切线t t方向的相对移动和在平面内的相对转动 引入1个约束 保留2个自由度 齿轮副 2 1运动副及其分类 机构的组成 2 1运动副及其分类 机构的组成 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 运动链 定义 两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统 分类 按首末构件是否相连 传统机械一般为闭链 机器人和机械手一般为开链 2 1运动副及其分类 机构的组成 将运动链的某一构件固定 使之有确定运动 运动链 机构 机架 原动件 从动件 固定构件 按给定运动规律独立运动的构件 其余活动构件 其活动取决于原动件的运动规律及机构的组成情况 2 1运动副及其分类 机构的组成 机构运动 有关 取 原动件的运动规律 运动副类型 无关 舍 构件外型 断面尺寸 零件数及运动副的具体构造 问题简单化 机构的简明图形 为了分析现有机构 构思新的机械运动方案 机构的运动和动力分析 2 2平面机构运动简图 运用国际规定的简单符号和线条代表运动副和构件 并按一定比例尺表示机构各构件间相对运动关系的简图 注 机构运动简图与实际机构有相同的运动特征 机构示意图 是用特定的构件和运动副符号表示机构的一种简化示意图 仅着重表示结构特征 不需按比例 定义 一 运动副的表示方法 1 转动副 铰链 2 2平面机构运动简图 运动副的表示方法 2 移动副 2 2平面机构运动简图 运动副的表示方法 两构件组成移动副 其导路必须与相对移动方向一致 3 高副 2 2平面机构运动简图 运动副的表示方法 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 惯用画法 GB4460 84机构简图符号 二 构件的表示方法 1 参与组成两个运动副的构件 2 参与组成三个运动副的构件 注 关于工程常用机构运动简图符号国家已有规定 2 2平面机构运动简图 构件的表示方法 2 2平面机构运动简图 实例 实例 三 绘制机构运动简图的方法 步骤 1 分析机械的工作原理 组成及运动传递情况 确定其组成的各构件 2 确定运动副的类型和数目 3 恰当选择运动简图的视图平面 投影面 一般选大多数构件的运动平面 4 选取比例尺 l 定出各运动副的相对位置 开始绘制 l 构件的实际长度 m 图长 mm 如 l 1 10 若构件实长为2m 则图长20mm 注意问题 构件要编号 运动副要有代号 原动件要用箭头表示方向 2 2平面机构运动简图 绘制机构运动简图的方法 2 2平面机构运动简图 绘制机构运动简图的方法 电动机 工作原理 点击观看动画 1 工作原理 1 机架2 曲轴 原动件 3 动颚4 肘板 2 运动副 机架1 肘板4 动颚3 曲轴2 1与2 在A回转副2和3 在B回转副3与4 在C回转副4与1 在D回转副 A B C 3 选择投影面 4 比例尺1 1 2 2平面机构运动简图 绘制机构运动简图的方法 D A B C D 1 2 3 4 1 机构自由度 2 3平面机构的自由度 机构中各构件相对于机架所具有的独立运动的数目 如何使组合起来的构件产生运动并具有运动确定性 1 机构的自由度2 机构具有确定性运动的条件 定义 计算公式 1 机构的构件总数K2 活动构件数n K 13 组成运动副前 机构总自由度3n 组成运动副后 机构的自由度 F 3n 2PL Ph 计算颚式破碎机的自由度 F 3 3 2 4 1 2 3平面机构的自由度 平面机构自由度与组成机构的构件数目 运动副的数目及运动副的性质有关 A B C D 1 2 3 4 计算实例一 计算实例二 n 5 PL 7 PH 0 F 3n 2PL PH 3 5 2 7 0 1 解 2 3平面机构的自由度 点击观看动画 2 机构具有确定性运动的条件 机构原动件的独立运动是由外界给定的 如给出的原动件数不等于机构的自由度 则会对机构的运动产生影响 2 3平面机构的自由度 2 3平面机构的自由度 由上例及其它机构分析 机构具有确定性运动的条件 2 3平面机构的自由度 F 0且等于原动件的数目 3 计算平面机构自由度时的注意事项 三个问题 1 复合铰链 定义 两个以上的构件在同一处以转动副相连接 2 3平面机构的自由度 处理 三个构件在同一轴线处 两个转动副 推理 m个构件时 有m 1个转动副 惯性筛机构 C处为复合铰链 计算中注意观察是否有复合铰链 以免漏算转动副数目 出现计算错误 n 5 PL 7 PH 0 3 5 2 7 0 1 F 3n 2PL PH 2 3平面机构的自由度 F 3n 2PL PH 试计算直线机构的自由度 3 7 2 10 1 2 3平面机构的自由度 2 局部自由度 定义 不影响其它构件相对运动的自由度 只与局部运动有关 F 3 3 2 3 1 2 F 3 2 2 2 1 1 在计算机构自由度时 可预先排除 2 3平面机构的自由度 3 虚约束 定义 对机构运动实际上不起约束作用的约束 是构件几何尺寸满足某些特殊要求的产物 三种情况的虚约束 F 3 3 2 4 1 F 3 4 2 6 0 1 机构运动时 如果两构件上两点间的距离始终保持不变 将此两点用构件和运动副联接 则会带进虚约束 2 3平面机构的自由度 2 3平面机构的自由度 2 两构件组成多个移动副或回转副 其导路平行或回转轴线重合 F 3 2 2 2 1 1 3 机构中对传递运动不起独立作用的对称部分 F 3 3 2 3 2 1 虚约束对机构运动虽然不起作用 但可以增加构件的刚性 改进受力 减少磨损 因而在机构中经常出现 2 3平面机构的自由度 综合例题 大筛机构的自由度 F 3n 2Pl PH 3 7 2 9 1 2 原动件数 机构有确定的运动 2 3平面机构的自由度 总结 构件 机架原动件从动件 运动副 高副低副 转动副移动副 平面机构 自由度计算 平面机构运动简图 1 F 3n 2Pl Ph 2 注意事项 复合铰链局部自由度虚约束 具有确定运动的条件 F 0 原动件数 2 3平面机构的自由度 2 4平面机构的组成原理及结构分类 对机构去机架及原动件 F 0的从动件系统 拆成更简单的构件组 F 0 拆成不能再拆的F 0的构件组 基本杆组 阿苏尔杆组 任何机构都是由若干基本杆组依次联接于机架和原动件上构成的 1 机构组成 A 设计新机构 绘制运动简图时选机架 将原动件联接在机架上 将基本杆组依次联接于机架和原动件上 B 分析已有机构时分解为机架 原动件及若干基本杆组 2 机构分类 据基本杆组的构件中含运动副的数目分 设基本杆组中F 3n 2Pl 0 Ph采用高副低代 n 2 3Pl Pl 3 6 9 n 2 4 6 2 4平面机构的组成原理及结构分类 最简单组合 Pl 3 n 2两杆三副 级组 工程中大部分机构由 级杆组组成 2 4平面机构的组成原理及结构分类 Pl 6 n 4如含有运动副最多的构件为三副杆 则称为 级组 机构的分类 平面机构的级别按机构中含有级别最高的基本杆组来命名 A 机构中杆组