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1、1 1第10章 常用机构概述u 8.1 平面运动副平面运动副u 8.2 平面机构的运动简图平面机构的运动简图u 8.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件u 思考与练习题思考与练习题2 2在机器中，通过运动副联接起来，用来传递运动和力的多个构件组成的系统称为机构。机构中各构件之间具有确定的相对运动。实际机构的形状很复杂，为了便于分析，通常用简单线条和符号来表示构件和运动副，绘制机构运动简图来表示实际机构。机构按其运动空间可分为：(1)平面机构：所有构件都在同一平面或相互平行的平面内运动。(2)空间机构：各构件不在同一平面或相互平行的平面内运动。3 38.2.2 构件的分类构件
2、的分类1.构件的分类构件的分类机构中的构件按其运动性质可分为3类：(1)机架:机架是机构中视作固定不动的构件，它用来支承其他可动构件。例如机床的床身是机架，它支承着轴、齿轮等活动构件。(2)原动件:已给定运动规律的活动构件，即直接接受或最先接受能源作用，有驱动力或力矩的构件。例如柴油机中的活塞。原动件的运动是外界输入的，因此又称为输入构件。在机构运动简图中，将原动件标上箭头表示。4 4(3)从动件:机构中随着原动件的运动而运动的可动构件，如柴油机中的连杆、曲轴、齿轮等都是从动件。当从动件输出运动或实现机构的功能时，便称其为执行件。5 58.1.1 运动副的概念运动副的概念1.构件的自由度构件的
3、自由度构件所具有的独立运动的数目，称为构件的自由度。如图8-1所示，在Oxy坐标系中，一个作平面运动的自由构件，其运动可以分解为沿x轴和y轴方向的移动及在Oxy平面内的转动等三个独立运动。由此可见，一个作平面运动的自由构件有三个自由度。这三个自由度可以用三个独立参数x、y和角度表示。8.1 平面运动副平面运动副6 6图8-1 构件的自由度7 72.运动副运动副机构的每个构件以一定的方式联接而且可以产生一定的相对运动。这种使两构件直接接触而又能产生一定形式的相对运动的联接称为运动副。运动副限制了两构件之间的某些独立运动，这种限制称为约束。轴与轴承的联接、液压缸的联接、齿轮之间的联接都属于运动副。
4、8 88.1.2 运动副的类型及其特点根据构件间接触形式的不同，平面运动副可分为低副和高副。1.低副低副两构件通过面接触组成的运动副称为低副。根据两构件间相对运动形式的不同，常见的平面低副有转动副和移动副两种。(1)转动副。转动副又称回转副或铰链，是指两构件间只能产生相对转动的运动副。转动副有如图8-2所示的固定铰链和如图8-3所示的活动铰链(中间铰链)。9 9图8-2 固定铰链10 10图8-3 活动铰链11 11(2)移动副。两构件间只能产生相对移动的运动副称为移动副，如图8-4所示。低副接触表面一般为平面和圆柱面，它制造容易，承载能力强，耐磨损。每个低副有两个约束，保留一个自由度。12
5、12图8-4 移动副13 132.高副高副两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。如图8-5所示的凸轮与推杆，如图8-6所示的轮齿与轮齿，它们分别在接触处构成高副。高副是点或线接触，因此承载能力差，容易磨损，同时由于高副的接触面多为曲面，因而制造比较困难。但是，高副接触部分的几何形状可有多种，因而能完成比较复杂的运动。每个高副有一个约束，保留两个自由度。14 14图8-5 凸轮与尖顶推杆的点接触15 15图8-6 轮齿之间的线接触16 168.2.1 平面机构运动简图的概念平面机构运动简图的概念在对现有机构进行运动分析或设计新机构时，为了使问题简化，撇开实际机构中与运动无关的因素，仅用简单的
6、线条和符号表示构件和运动副，并按一定的比例定出各运动副的相对位置。这种说明机构各构件间相对运动关系的简单图形称为机构的运动简图。8.2 平面机构的运动简图平面机构的运动简图17 17对机构运动简图的基本要求是：能清楚地表达机构的结构组成，能准确地反映与原机构完全相同的运动特性。有时只是为了表达机构的结构组成，也可以不严格按比例绘制简图，通常把这种简图称为机构示意图。18 182带有运动副元素构件的图示带有运动副元素构件的图示运动副以及带有运动副元素的构件的画法见表8-1。19 19表表8- -1 机构运动简图常用符号机构运动简图常用符号(摘自摘自GB446085)2020续表21 218.2.
7、3 平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制机构运动简图绘制步骤如下:(1)确定机构中构件的数目及类型，分析机构的组成和运动。从原动件开始按传动路线逐个分出各运动单元(构件)，确定机构的构件数目，进而确定原动件、执行构件、机架及各从动件，并依次将各构件标上数字编号。(2)确定运动副的类型和数目。从原动件开始，仍按传动路线，根据直接接触的两构件的联接方式和相对运动情况，确定运动副的种类和数目，并标注上相应的字母代号。2222(3)选择视图平面及机构瞬时作图位置。在绘制机构运动简图时，一般将与各个构件运动平面平行的平面作为视图平面，且要确定机构的瞬时绘图位置，因为机构在运动时是无法绘制其运动简
8、图的。(4)选择比例尺，绘制机构运动简图。根据机构实际尺寸及图纸大小，以能够清晰表达机构运动为目的，选择适当比例尺。比例尺为mm/mm) 或m/mm(图示长度实验长度l2323测量出运动副之间的距离和移动副导路的位置尺寸或高度，即测量机构的运动尺寸；按比例在图纸上定出各运动副之间的相对位置，如转动副的中心、移动副导路的方位、平面高副的轮廓(组成高副的两构件在该瞬时接触点的曲率中心位置及曲率半径大小)等，并用规定的符号画出运动副；将位于同一构件的运动副用简单的线条联接，机架打上斜线表示，原动件上标注表达运动方向的箭头，并标注绘图比例l和机构的实际运动尺寸，完成机构运动简图。2424下面通过举例说
9、明机构运动简图的绘制步骤。例例8-1 试绘制如图8-7(a)所示颚式破碎机的机构示意图。解解 (1)确定机构中构件的数目及类型。颚式破碎机由机架1、偏心轴2、动颚3、肘板4共四个构件组成。偏心轴是原动件，动颚和肘板是从动件。当带轮和偏心轴绕轴线A作转动时，驱使动颚3作平面运动，从而将矿石粉碎。2525图8-7 颚式破碎机2626(2)确定运动副的类型和数目。偏心轴2与机架1组成转动副A，动颚3与偏心轴2组成转动副B，肘板4与动颚3组成转动副C，肘板4与机架1组成转动副D。整个机构有四个转动副。(3)选择视图平面及机构瞬时作图位置。选择与各个构件运动平面相平行的平面作为视图平面，并以如图8-7(
10、a)所示位置为机构的作图位置。(4)绘制机构示意图。选定适当比例尺，用规定的符号画出运动副，将同一构件上的运动副用简单的线条联接，绘出机构示意图，2727构件是通过运动副联接而成的系统，是否具有确定的相对运动，必须通过检验才能确认。以下主要讨论用计算法检验机构是否具有确定相对运动。8.3 机构具有确定相对运动的条件机构具有确定相对运动的条件28288.3.1 平面机构自由度计算公式平面机构自由度计算公式一个作平面运动的自由构件具有3个自由度。当两个构件通过运动副联接时，它们的相对运动受到约束。每个低副有两个约束，引入一个低副则限制两个自由度；每个高副有一个约束，引入一个高副则限制一个自由度。若
11、有n个作平面运动的可动构件，在没通过运动副联接之前，共有3n个自由度；若机构中有PL个低副，PH个高副，则机构中引入的总约束为2PLPH，所剩下的就是机构自由度F。F3n2PLPH(8-1)2929 机构具有确定运动的条件是：机构自由度F等于原动件数W，由于机构原动件的运动是由外界给定的，因此W0。该条件可用下式表达：WF3n2PLPH0。3030例例8-2 计算如图8-8所示唧筒机构的自由度。解解 在唧筒机构中，有三个活动构件，n3；包含三个转动副，一个移动副，PL4；没有高副。代入式(8-1)得F3n2PLPH332401该机构的构件1为主动件，满足WF10，故该机构具有确定的相对运动。3
12、1 31 图8-8 唧筒机构32328.3.2 计算平面机构自由度时，特殊情况的处理计算平面机构自由度时，特殊情况的处理机构中有几种特殊情况必须经过处理后，才能应用式(8-1)计算机构的自由度。1.复合铰链复合铰链两个以上的构件同时在同一处形成的转动副，称为复合铰链。如图8-9(a)所示会被误认为是一个转动副，若观察另外一个视图(b)，则可以看出这三个构件在此处形成两个转动副。在计算自由度时，复合铰链所代表的转动副个数应是在此处汇交构件的个数减去1。3333图8-9 复合铰链3434例例8-3 计算如图8-10所示机构的自由度，并检验该机构是否具有确定相对运动。解解 此机构共有可动构件n5，在
13、C处2、3、4构件共同形成转动副，此处转动的个数为2。PL7(A、B、D、C复合铰链，E处有转动副和移动副)、PH0和原动件数W1，由式(8-1)得F3n2PLPH352701且满足WF10故该机构具有确定的相对运动。3535图8-10 例8-3图36362.局部自由度局部自由度机构中常出现一种不影响整个机构运动的、局部的独立运动，称为局部自由度。在计算自由度时应将局部自由度去除。如图8-11所示机构中，滚子的转与不转，转快与慢转都不会影响整个机构的运动。局部自由度虽然不影响整个机构的运动，但滚子可以使接触处的滑动摩擦变为滚动摩擦，减少磨损。3737图8-11 滚子凸轮机构38383.虚约束虚
14、约束与别的约束起着相同作用的约束，称为虚约束。它对机构的运动不起任何限制作用，在计算自由度时应当除去不计。3939图8-12 虚约束4040平面机构中常出现的虚约束有：(1)两个构件之间组成多个导路平行的移动副，其中只有一个移动副起约束作用，其余都是虚约束。(2)两个构件之间组成多个轴线重合的转动副，其中只有一个转动副起作用，其余都是虚约束。(3)机构中起相同作用的对称部分是虚约束。虚约束虽然对运动不起作用，但能改善机构受力情况和增加刚度。因此实际中常有虚约束存在，如图8-12所示。41 41 8-1 什么是平面机构？8-2 什么是运动副？运动副在机构中起何作用？平面低副与平面高副有何区别？8-3 机构中的构件可分为哪些种类？试举例说明。8-4 什么是机构运动简图？如何绘制机构运动简图？8-5 试绘制如图8-13所示各机构的机构示意图。思考与练习题思考与练习题4242图8-1343438-6 试绘制如图8-14所示各机构的运动简图(运动尺寸由图上量取)。8-7 计算如图8-15所示机构的自由度。4444图8-144545图8-15
