机构设计学机构设计学.doc

第三章 物人关系机构设计学 §3.1 平面机构的结构分析 无论机器还是机构，它们的各部分之间必须有确定的相对运动。设计新机构时，必须首先判断所设计的机构能否运动；如果能运动，还须判断在什么条件下才会有确定的运动。因此，研究机构运动的可能性及具有确定运动的条件是机构结构分析的内容之—。 实际机构中的构件形状一般比较复杂，但构件的外形和结构并不影响机构的运动。为了便于研究机构的运动，可以撇开与运动无关的尺寸，只根据与运动有关的尺寸，用简单的线条和符号，绘制机构运动简图。这是机构结构分析的内容之二。 §3.1.1 运动副及机构 一、运动副的概念 机构是由许多构件以一定的方式联接而成的。构件间的联接不是固定联接，而是能产生一定相对运动的联接。这种使两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接称为运动副。例如轴颈与轴承的联接、活塞与气缸的联接、相啮合的两齿轮的轮齿间的联接等都构成运动副。 两构件组成运动副后，其独立运动将受到某些限制，通常将运动副对构件独立运动的限制称为约束。 两构件上直接参与接触而构成运动副的部分称为运动副元素。例如轴颈与轴承的外圆柱面与内圆柱面、参与接触的齿廓曲面都是运动副元素。 二、运动副的分类及其符号 按构成运动副的两构件之间的相对运动为平面运动或空间运动，将运动副分为平面运动 副和空间运动副。因本书只研究平面机构，所以只重点介绍平面运动副。 两构件组成的运动副，其接触形式不外乎点、线和面，按照接触形式，可将运动副分为低副和高副两类。 1．低副 两构件通过面接触组成的运动副称为低副。平面低副有转动副和移动副两种。 （1） 转动副：若组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动，这种运动副称为转动副（也可称为铰链）。如图1—1所示，轴承1与轴颈2的内、外圆柱面接触，构成转动副。它限制了轴颈2沿x方向和y方向的移动，只允许轴颈2绕垂直于xoy平面的轴转动。故转动副的约束数为2。 转动副可用图1—2所示的符号表示。图a表示转动副的轴线与纸面垂直且位于小圆的中 心；图b表示转动副的轴线位于纸面内。图中带有剖面线的构件为固定构件。 （2） 移动副：若组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动，这种运动副称为移动副。如图1—3所示，滑块2与导杆1以平面接触，构成移动副。它限制了滑块2沿y方向的移动和在xoy平面内的转动，故其约束数也为2。 移动副可用图1—4所示的符号表示。 2．平面高副 两构件通过点或线接触构成的运动副，称为高副。如图1—5所示，凸轮1与从动件 2（图a）之间为点接触；齿轮l与2的啮合齿廓（图b）间为线接触，它们分别构成高副。 在凸轮高副中，从动件2沿接触点法线nn方向的相对移动被约束掉，只能沿接触点切线tt方向相对移动和绕A点相对转动。齿轮高副也可作相同分析。故平面高副的约束数为1。 平面高副可用接触处的轮廓曲线表示（图1—5），对于齿轮与齿轮啮合及齿轮与齿条啮合的高副，可按规定符号表示（如图l—6），即用一对节圆、节圆与节线表示。 其他常用零部件的表示方法可参看GB4460—84“机构运动简图符号”。 除上述平面运动副外，常见的空间运动副有螺旋副（图1—7a）和球面副（图1—7b）。 三、运动链与机构 1．运动链 若干构件通过运动副联接而构成的系统称为运动链。如运动链的各构件构成了首末相联的封闭系统，则称为闭式运动链（如图l—8a）；如运动链的构件末构成封闭系统，则称为开式运动链（图1—8b）。在各种机械中，一般采用闭式运动链。 2．机构 在运动链中，如果将某一构件固定而成为机架，使另一个或几个构件按给定的运动规律运动（这种构件称为原动件），而其余构件都能随之作确定的相对运动（这种构件称为从动件），则这种运动链称为机构。 在图1—9所示的机构中，标有箭头的构件1为原动件，标有剖面线的构件4为机架，其余构件为从动件。 §3.1.2 平面机构的运动简图 一、机构运动简图和示意图的概念 在对现有机构进行分析或设计新机构时，都需要运用既能表示机构的运动情况，绘制时 又简单方便的图形。而影响机构运动的因素有：1）原动件的运动规律；2）机构中运动副的类型、数目和相对位置等。至于构件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的结构等对机构的运动均无影响。所以，只要根据机构的运动尺寸（确定各运动副相对位置的尺 寸），按一定的比例尺定出各运动副的位置，并用特定构件和运动副的代表符号及简单的线条 绘制出的、表示机构运动特征的简单图形称为机构运动简图。 机构运动简图与原机械具有完全相同的运动特性，因而可根据该图对机构进行运动分析 和力分析。 有时只为表明机构的结构状况，也可不严格按比例绘制简图，通常把这种简图称为机构 示意图。 二、构件的表示方法 在机构运动简图中，表示参