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机构基本概念及设计要求

在机械原理课程中，我们已经学过了平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等机构的设计。但这些内容都是分散的，并没有切一般都给定了某些条件的命题设计，如一直两岸的几个位置设计一平面铰接四连杆机构，或者给定一已知的运动规律设计一凸轮等等。而实际上这只是抽象成命题后的机构设计，它是机构实际过程中的一部分而非整个设计过程。

机构研究是机构学中一个最基本的问题，它不仅有助于对现在的机构进行分析和综合，而且有助于新机构的设计、创新和发明起着指导性的作用。

一、基本概念

1、构件

构件是组成机构的基本运动单元。它可以是一个零件，也可以是若干个刚性的连接在一起的零件组成。

2、运动副

当幼机构组成的机构时，需要以一定的方式把各个构件彼此连接起来，而且每个构件至少必须与另一个构件相连。这种连接不是刚性的，应该保证彼此连接的两个构件之间能产生某种相对运动。

这种有两个构件组成的可运动的连接称为运动副。两个构件上参加接触而构成运动副的表面称为运动副元素。每个远东妇有两个运动副元素组成。它们分别位于不同的构件上。

按照运动副的接触形式分类:面和面接触的运动副在接触部分的压强较低，被称为低副，而点或线接触的运动副称为高副，高副比低副容易磨损。

低副一般有转动副，移动副，螺旋副，高副有车轮与钢轨，凸轮与从动件，齿轮传动等。

按照相对运动的形式分类。构成运动副的两个构件之间的相对运动若是平面运动则为平面运动副，若为空间运动则称为空间运动副，两个构件之间只做相对转动的运动副被称为转动副，两个构件之间只做相对移动的运动副称为移动副。

按照运动副引入的约束分类。引入一个约束的运动副称为一级副、引入两个约束的运动副称为二级副，还有三级，四级，五级副。

按照接触部分的几何形状分类。可以分为圆柱副、平面与平面副、球面副、螺旋副等。

机构中所有的运动副均为低副，称为低副机构；机构中至少有一个运动副是高副，称为高副机构。

为了书写和作图方便，用代号和简图代表运动副，见表1。

表1

3、运动链

把两个以上的构件通过运动副的联接而构成的相对可动的系统称为运动链。如运动链的各构件构成了首末封闭的系统,则称其为闭式运动链或简称闭链;如运动链的构件未构成首末封闭的系统,则称其为开式运动链,或简称开链。在运动链中，如果每一个构件都在同一个平面或者相互平行的内运动，则成为平面运动链；否则成为空间运动链，如图1所示。

4、机构

在运动链中，如果以某一构件作为参考，当某些机构按给定的运动规律运动时，其余所有的构件都有确定的相对运动，那么，这个运动练就成为了机构。机构中作为参考系的构件成为机架，按给定运动规律运动的构建成为原动件，其余称为从动件。

图1

二、机械结构的设计

机械结构的设计就是将抽象的工作原理变成技术样图的过程。在此过程中还要兼顾各种技术、经济和社会要求，并且尽可能地设计出多的可能性方案。在设计过程中要统筹兼顾各个方面，即机械结构设计有很多限制。例如发动机，它不仅要满足将化学能转化成机械能的功能要求，而且还要满足下列诸多要求：较少的制造使用费用、高的效率、较低的噪声、较低的有害物质排放、长的使用寿命、高的可靠性、小的体积、低的自重、便于制造、便于安装、便于检查、便于维护与修理、便于废品回收、便于资源的可再生等。

正是对上述这些要求的满足程度上决定了该机器的性能和市场竞争力。这就对机械结构的设计提出了以下几点要求。

1、和市场有关的要求

市场要求是最高要求，是机械结构设计、产品开发的最终归宿。结构设计者首先要弄清所设计的产品是为什么样的市场准备的，不同市场要求不同。技术现况、竞争对手状况和市场需求是市场要求的重点。

2、和环境有关的要求

这一要求包括两个方面：其一是产品对环境的影响，其二是环境对产品的干扰。技术产品在生产、使用、报废的全过程应对环境不产生负担和损害。产品对环境的影响有：噪声、发射、振动、有害物质排放等。而技术产品遭受的干扰可能为物理、化学或生物式的。

3、和社会有关的要求

技术产品是为了满足人类社会的要求而开发产生的，因此，他不能和社会的其他要求相违背。这些要求通常以规范、标准、规定、法律、专利等形式加以确定。产品设计时要注意这些方面的要求和限制。

4、和生产有关的要求

技术要求要开发、加工、储藏、运输、销售，这一系列过程有很多要求必须在设计过程中考虑到。生产要求包含：开发要求、加工要求、装配要求、检测要求、储存和运输要求、使用要求、保养要求、回收要求、报废要求。

5、和故障有关的要求

这一要求指在设计阶段，应采取适当的防范措施，避免一些消极因素的产生，至少应尽量避免这些消极因素的影响。消极因素例如：摩擦、磨损、内应力、材料疲劳、老化、腐蚀、发热和热膨胀、蠕变、子振和共振、自重等。这里的关键是在设计阶段要能准确认识到可能发生的故障及原因，因此，了解