机械设计基础第二章

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1、第2章平面机构运动简阁及自巾度计算机械是替代人类完成各项体力劳动甚至脑力劳动的执行者。在各种新型机械的设计初期，首先需要采用机械系统运动简图来对比各种运动方案及工作原理，-•边从中选出最佳的设计方案。然后再按照运动要求确定及其各组成构件的主要尺才，按照强度条件和工作情况确定机构个部分的详细结构尺寸。机械系统的运动简图设计是设计机械产品十分重要的内容，正确、合理地设计机械系统简阁，对于满足机械产品的功能要求，提岛性能和质量，降低制造成本和使用费用等是十分重要的。机械系统要完成比较复杂的运动，一般都需要将若干个机构根据机械系统的运动协调配合的要求组合起來，因此机械系统的运动简图也是机构系统的运动

2、简图。机械系统的运动简图是用规定的符号，绘出能准确表达机构各构件之间的相对运动关系及运动特征的简单图形。一般某机构可分为平而机构和空间机构。平而机构是指各运动构件均在同意平而或相互平行平面内运动的机构。空间机构是指虽有的机构不完全是相互平行的平面内运动的机构。本章将着重介绍机构的结构分析。第一节机构的组成构件任何机器都是由若干个零件组装而成的。构件是指组成机械的各个相对运动的单元。构件和零件的概念是有区别的。构件是机械中的运动单元体，零件则是机械中不IIJ拆分的制造单元体。构件可以是一个零件，也可以是由两个或两个以上的零件组成。如图2-1所示的内燃机中的连杆就是由单独加工的连杆体、轴套、连杆

3、头、轴瓦、螺杆、螺母等零件组成的，这些零件分别加工制造，但是当它们装配成连杆后则作为一个整体在发动机内部作往复运动相互之间并不产生相对运动，因此连杆可以看做一个构件。因此，从运动角度来看，任何机器都是许多独立运动单元组合而成的，这些独立运动中.元体称为构件。从加工制造角度来看，任何机器都是由许多独立制造中.元体组合而成的,这些独立制造单元体称为零件。通常，为了完成同一使命而在结构上组合在一起并协同工作的零件称为部件，如联轴器、减速器等。通常，单个构件在和其他构件相互连接之前，在空间范围内可以产生6个相互独立的运动，即沿X，Y.Z轴方向的3个移动以及绕X,Y.Z轴的3个转动，如图2-2(a)所

4、示。可以认为，一个构件在三维空间闪有6个自由度。很显然，对于二维空间内的构件，在与其他构件连接之前有3个0由度。如图2-2(b)所示，构件1具有3个相互独立的运动，即沿X轴、Y轴方向的两个移动以及绕垂直于运动平IMXOY轴线的一个转动，其他的运动形式都由这三种运动的叠加而成。2.运动副事实上，在任何机器或机构内，构件和构件之间是以一定的方式相互连接的，机构中各个构件之间必须有确定的相对运动。因此，构件的连接既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相对运动，这种直接接触的、可以产生相对运动的活动连接称为运动副。两构件上直接参与接触构成运动副的部分称为运动副元素。例如，内燃机中活塞与汽缸之间的连接

5、，它们既相互接触，同时又允许活塞在气缸内部往复移动，这种活动连接就是运动副。可见构成运动副需要具备两个要素:两构件间的直接接触和相对运动。如前所述，一个构件在平面内有3个自由度。显然，当构件与另一个构件形成运动副后，另一个构件会对该构件的运动形式附加一定的约朿，也就是原有构也就是原有构件将失去一定的自由度。显然，一个构件对原有构件产生的约束数和它们之间的接触情况有关。两个构件组成的运动副，就是通过点、线、面的直接接触而连接起来。根据两个构件的运动关系，可分为平面运动副和空间运动副，这里着重介绍平面运动副。平面运动副按照不同的接触情况，一般分为低副和高副两大类。1)低副平面机构屮的低副有转动副

6、和移动副两种。平面机构屮的低副有转动副和移动副两种。转动副:组成运动副的两构件只允许在某一个平面内作相对转动，这种运动副称为转动副，或称为铰链。如图2-3(a)所示，构件丨和2之间只能在两构件所形成的平面内绕轴发生相对转动，即只有1个自由度，而限制了另外两个方向的相对移动。也就是说，转动副提供2个约束而保留1个自由度。2)移动副:组成运动副的两构件只允许沿某一轴线相对移动，这种运动副称为移动副。如图2-3(b)所示，构件1和2之间只能沿着X-X轴向发生相对移动，即只有1个自由度，而限制了沿垂直于X轴方向的相对移动和另外一个相对转动。也就是说，同转动副一样，移动副也提供2个约束而保留1个自由度

7、。2)髙副两构件通过点或线接触而构成的运动副称为高副。如图2-4(a)所示的凸轮机构中，凸轮与尖端推杆之间为点接触。主动件凸轮和从动件推杆形成高副后，推杆在该视图平面内一方面可以绕A点旋转，另一方面还可以沿公切线tt平移，但两构件不能在保持接触的情况下沿着公法线nn发生相对移动。也就是说，凸轮副提供1个约束，而保留2个自巾度。如图2-4(b)所示的齿轮机构中，轮齿1和2之间为线接触。主动件轮齿1和从动件轮齿2