机械原理构件约束运动副.ppt

第一章 构件、约束和运 动副1.2 构件及其分类F构件和零件是两个不同的概念：构件是运 动时的单元体，而零件是制造时的单元体 动画链接1 2构件是由一个或若干个零件组成这些零件之间没有任何的相对运动构件的类型 F按抗载能力分类： 刚性构件:在机构的运动过程中， 构件上任意两点之间的距离是保持不变 构件上任意两条直线所夹的角度也是保 持不变 弹性构件:构件有弹性变形拉曳件:主要承受拉力的构件 F按在机械传动中的功能分类：原动件：作用有驱动力或驱动力矩的活动构件，又称主 动件 从动件：在机构中除机架和原动件以外的其余构件则称 为从动件 构件分成机 架（或固定构件）活动构件原动件（主动件）从动件机 架：机架是指要被固定、而作为机构运动的参考 系的构件 动画链接1 2F按照其几何和运动特征进行分类：如齿轮、凸轮、摩擦轮、滑块、导槽、杆件等滑块、导槽、杆件 动画链接广义来讲，随着科学技术的不断发展，机构中的构件可以是有形的，也可以是无形的，只要它在传递运动和力或在 运动的导引的过程中能完成一些确定的运动任务，我们都可 以将其视为一个构件例如：液态介质或气态介质、可塑性 的颗粒状物质等等，只要这些物质能够充满所提供的空腔， 在运动的传递过程中起到了必不可少的作用，都可以看作为 压力构件；机械运动的计算机控制程序等也可以看作是一个 构件。

构件2xzy构件1O1.3 构件的运动约束 F1.3.1 构件之间的运动自由度与约束 自由度：一个构件相对另一个构件可能出现 的独立运动每一种独立的相对运动就是一 个运动的自由度空间两个自由构件之间有6个自由度动画链接平面机构的特点是机构中所有构件都在同一 个平面或相互平行的平面内运动xyO构件1构件 2ü 分别沿轴x、y的移动ü 绕垂直于xoy平面的轴的转动平面自由运动的构件有3个自由度动画链接约束: 使得机构的自由度减少的条件ü任意两个构件之间约束数目＝其自由度减少的数目一个光滑点接触的约束数目为 1一个光滑平面接触的约束数目为 3ü两个构件之间的约束数＋自由度数＝6 ü运动约束因构件之间相互接触而产生结论：构件之间的自由度与约束 ◆空间 N+S=6◆平面 N+S=3其中：N——自由度S——约束 可拆卸焊接烧锅的固定装置的设计固定件 B三棱锥形孔V形槽焊接烧锅 A支脚用点接触构造约束三棱锥形孔：约束所有的移动xzyV形槽：约束绕轴X和y转动不同的连接方式，产生相同的运动约束相对移动约束 不同的连接方式，产生相同的运动约束相对移动约束 1. 3. 2 约束力 ü约束力是通过约束与被约束物体之间的相互接触而产生ü约束是以约束力的方式对构件的运动产生影响ü约束力与接触面的物理性质和约束的结构形式有关光滑接触的约束力 1.3.3 构件运动约束的设计只有1个自由度约束设计就是确定出约束的具体结构。

用平面和曲面构造约束：利用轴和孔的圆柱面、圆环 断面构成的相对转动约束用平面和曲面构造约束：用四个平面构造的相对移动约束只有1个自由度约束中加入中间元件，改变接触处的摩擦状态钢球保持架滑动摩擦滚动摩擦滑动摩擦滚动摩擦2-9(b)2-9(c)1.4 运动副及其分类a)两个构件 b) 直接接触 c) 有相对运动运动副元素: 直接接触的部分（点、线、面）运动副：两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运 动的联接 & 三个条件，缺一不可1.4.1 运动副 作者：潘存云教授1.4.2 运动副的分类ü力闭合运动副ü形闭合运动副ü材料闭合运动副一、按运动副的闭合分类由外力作用来保持构件的接触，外力通常为弹簧力或 重力等 F力闭合运动副F形闭合运动副F材料闭合运动副由柔性材料所构成的运动副F平面运动副－平面运动(Plannar kinematic pair)平面运动副 －形成运动副的一个构件的运动副元素 上的各点相对另一构件运动副元素的对应点的运动 轨迹均为位于各平行平面内的平面曲线 F空间运动副－空间运动(Spatial kinematic pair )空间运动副 －形成运动副的一个构件的运动副元素上的各点相对另一构件运动副元素的对应点的运动轨迹分布于空间或是在空间排列着的诸平面内 。

二、 按相对运动范围分：F平面运动副转动副:相对运动轨迹为圆弧，相对运动只 是旋转运动 ，自由度为 1 移动副:相对运动轨迹为直线，相对运动只 是直线移动 ，自由度为 1 球面副F空间运动副球面副:自由度为3 螺旋副:相对运动轨迹为螺旋线，非独立转动+移动 ，自由度为1 圆柱副:独立的转动＋移动，自由度为2 螺旋副两者关联圆柱副三、按运动副接触形式分类 ü低副(lower pair)：面接触，应力低ü 高副(high pair)：点、线接触，应力高转动副移动副螺旋副球面副圆柱副高副：可使相联接的两构件间形成极其多样的相对运动 球面—平面副圆柱—平面副思考:XY移动高副（续）链接1 2运动副特 点：例：圆柱副（Ⅳ级）+圆柱-平面副Ⅴ级移动副低副：低副：制造容易，承载能力强，摩擦阻力大制造容易，承载能力强，摩擦阻力大平面副：两构件作平面运动转动副、移动副平面副：两构件作平面运动转动副、移动副 空间副：两构件间作非平面运动的运动副空间副：两构件间作非平面运动的运动副高副：高副：不能独立存在，制造困难，摩擦小不能独立存在，制造困难，摩擦小低级别运动副通过组合或加中间元件形成高级副。

低级别运动副通过组合或加中间元件形成高级副四、按引入的约束数分类I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副I 级副：球面—平面副II 级副:圆柱—平面副III级副: 球面副IV 级副:圆柱副转动副移动副V 级副螺旋副两者关联常用的运动副V V级副级副 ：： 转动副、转动副、 移动副、移动副、 螺旋副螺旋副ⅣⅣ级副：圆柱副级副：圆柱副 、、 环副环副ⅢⅢ级副：球面副级副：球面副ⅡⅡ级副：圆柱级副：圆柱- -平面副平面副 ⅠⅠ级副：球面级副：球面- -平面副。