第2章平面机构的结构分析1.doc

第2章 平面机构的结构分析 2.1 基本概念 机器是由一个或多个机构组成的，而机构则是由构件和运动副组成的。 2.1.1构件 任何机械都是由许多零件组成的。零件是加工制造的基本单元体。有时，由于结构和工艺上的需要，往往把几个零件刚性地联接在一起来运动，也就是它们构成一个独立运动的单元体，这个单元体称为构件。构件可能是一个零件，也可能是若干个刚性联结在一起的零件组成的一个运动整体。 2.1.2自由度与约束 在平面内作自由运动的构件具有三个独立的相对运动；在空间作自由运动的构件具有六个独立的相对运动。构件的这种独立运动数目称为自由度。当两构件通过某种方式联接后，它们因直接接触而使某些独立运动受到限制，其自由度将减少。这种对独立运动的限制称为约束。构件的约束数目等于其减少的自由度数。 2.1.3 运动副 机构中的各个构件是以一定方式联接起来的，而且各构件间应有确定的相对运动。这种两构件直接接触，又能产生一定相对运动的联接称为运动副。构件之间的接触形式，可以是平面或圆柱面接触，如图2.1（a）、（b）所示；也可以是点或线接触，如图2.1（c）、（d）所示。这种组成运动副的点、线或面称为运动副元素。 2.1.4运动副类型 两构件组成运动副后，它们之间尚具有哪些相对运动，是由该运动副对这两构件的相对运动所加的限制条件来决定的。通常运动副可根据运动副的元素来分类。两构件间为面接触的运动副称为低副。根据组成低副的两构件之间相对运动性质，又可分为转动副和移动副。如图2.1（a）中所示，两构件间为圆柱面接触，它们之间的相对运动为转动，称转动副；如图2.1（b）所示，两构件间为平面接触，它们之间的相对运动为移动，称移动副。两构件间为点或线接触的运动副称高副，如图2.1（c）、（d）所示。在平面运动副中，低副存在两个约束，具有一个自由度；高副存在一个约束，具有两个自由度。 2.1.5运动链 若干个构件通过运动副的联接而构成的系统称为运动链。如果组成运动链中的每个构件上至少包含两个运动副，则必组成一个首末封闭的系统，该系统称为闭式运动链，或简称闭链，如图2.2所示。各种机械中，采用较多的为闭链。如果组成运动链中有的构件上只包含一个运动副，它们不能组成一个封闭系统，则称为开式链，或简称开链，如图2.3所示。 2.1.6机构 在运动链中，若把某一构件固定，该构件就成为机架。一般情况下，机械是安装在地面上，那么机架相对地面是固定不动的；如果机械是安装在汽车、轮船、飞机等运动物体上，那么机架相对于该运动物体是固定不动的。在机构中除机架外，如果给运动链中一个或几个构件以确定运动规律运动时，其余构件都能得到确定的相对运动。机构中，按已知运动规律运动的构件称为主动件，通常主动件也是驱动力作用的构件即原动件，其余活动构件称为从动件或从动件系统。具备机架、原动件和从动件系统的运动链便称为机构。 2.2 机构运动简图 2.2.1机构运动简图 为了便于对机构进行运动及动力分析，我们可以抛开与运动无关的构件和运动副的复杂结构形状，用简单的线条、滑块和运动副的规定符号来代表构件和运动副，按一定比例画出运 动副之间的相对位置，使其能准确表达机构运动特性的简单图形，这样的图形称为机构运动简图。如果仅以构件和运动副代号来表示机构而不按比例绘制，这种图形称为机构示意图。平面机构运动简图中构件和运动副的表示方法见表2.1。 2.2.2机构运动简图的画法 绘制一台机器的机构运动简图，往往需要反复实践，为便于掌握绘制机构运动简图的技巧，可参照下列方法和步骤进行。 1、启动机器，仔细观察机器的运动，观察其运动原理，认清机架、主动件和从动件。 2、从主动件开始，按着运动传递的顺序，仔细观察各相邻构件之间的相对运动性质，从而确定运动副的类型和数目。 3、合理选择视图平面，目的是为了通过机构运动简图把机构运动特征表达清楚。 表2.1 机构运动简图常用符号 名 称 符 号 名 称 符 号 轴、杆、连杆 等构件 棘轮机构 轴、杆的固定 支座（机架） 蜗杆传动 一个构件上有 两个转动副 一个构件上有 三个转动副 外啮合圆柱齿轮传动 两个运动构件 用转动副相联 内啮合圆柱齿轮传动 一个运动构件 一个固定构件 用转动副相联 内啮合圆柱齿轮传动 两个运动构件 用移动副相联 一个运动构件 一个固定构件 用移动副相联 齿轮齿条传动 在支架上的电机 圆锥齿轮传动 三角带传动 不完全齿轮机构 链传动 一般情况选多数构件所在平面作视图平面。对平面机构，需选择与各构件的运动平面相平行的平面作视图平