第1章平面机构的结构分析

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1、第1章平面机构的结构分析本章主要介绍了机构的组成，机构运动简图的绘制方法，如何将实际机构或机构的结构图绘制成机构运动简图。介绍了运动链成为机构的条件，平面机构自由度的计算方法，如何准确识别机构中存在的复合较链、局部自由度和虚约束，并作出正确处理。同时又介绍了机构的组成原理，高副低代方法，如何判断杆组、杆组的级别和机构的级别，如何根据机构组成原理，用基本杆组、原动件和机架去创新构思新机构的方法，又如何根据II级、III级机构分解为机架、原动件和若干种基本杆组的方法。1.1概述机构是一个构件系统，为了传递

2、运动和动力，机构中各构件之间应具有确定的相对运动。但任意拼凑的构件系统不一定能发牛相对运动；即使能够运动，也不一定具有确定的相对的运动。讨论机构满足什么条件构件间才具有确定的相对运动，对于分析现有机构或设计新机构都是很重要的。实际机构的外型和结构都很复杂，为了便于分析研究，在工程实际屮，通常都用简单的线条和符号绘制的机构运动简图来表示实际机械。工程技术人员应当熟悉机构运动简图的绘制方法。所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机构，否则称为空间机构。目前工程中常见的机构大多属于平而机构。1.2机

3、构的组成1.2.1运动副及其分类一个作平面运动的自由构件具有三个独立运动。如图1.1所示，在0◎坐标系中，构件S可随其上任一点A沿x轴、y轴方向移动和绕A点转动。这种相对于参考系构件所具有的独立运动称为构件的自由度。所以一个作平面运动的自由构件有三个自由度。机构是由许多构件组成的。机构中的每个构件都以一定的方式与另一些构件相互联接。这种联接不是固定联接，而是能具有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的相对运动的联接称为运动副。例如轴与轴承的联接、活塞与气缸的联接、传动齿轮的两个轮齿间的

4、联接等都是运动副。构件组成运动副后，其独立运动受到约束，自由度便随Z减少。两构件组成的运动副，不外乎通过点、线或面的接触来实现。按照接触特性,通常把运动副分为低副和高副两类。O图1.1平面运动刚体的自由度图1.2转动副1.低副两构件通过面接触组成的运动副称为低副。平面机构屮的低副有转动副和移动副两种。1）转动副如图1・2所示。2）移动副o两构件之间只作相对转动的运动副称为转动副，或称为较链,两构件之间只作相对移动的运动副称为移动副，如图1.3所图1.3移动副2.高副<•）⑹图1.4平面高副举例两

5、构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。图1.4a中的车轮与钢轨、图1.4b中的凸轮与从动件、图1.4c中的轮齿1与轮齿2分别在接触处A组成高副。组成平面高副二构件间的相对运动是沿着接触处切线t—t方向的相对移动和绕接触处A相对转动。除上述平而运动副之外，机械中还经常见到如图1.5a所示的球而副和图1.5b所示的螺旋副。这些运动副两构件间的相对运动是空间运动，故属于空间运动副。(a)图1.5球面运动副与螺旋副为了便于绘制机构运动简图，运动副常常用简单的符号来表示（已制定有国家标准，见GB/T4460—

6、1984）O表1.1所列即为常用运动副的代表符号（图屮画有阴影线的构件代表固定构件）。平面高副（IV级）卞、（IV级）运动副名称运动副符号两运动构件构成的运动副两构件Z—为固定吋的运动副空间运动副点接触高副与线接触高副（I级）'1（II级）'z臺1&心（I级）（D级）圆柱副（IV级）（IV级）球面副及球销副（ni级）'（IV级）'dad（III级）（IV级）螺旋副2[L22——2/

7、12（V级）1.2.2运动链构件通过运动副联接而构成的相对可动的系统称为运动链。如组成运动链的各构件构成了首末封闭的系统

8、，如图l・6a、b所示，则称其为闭式运动链，或简称闭链。如组成运动链的构件未构成首末封闭的系统，如图1.6c>d所示，贝ij称其为开式运动链，或简称开链。在机械中一般采用闭链，开链多用于机械手等中。此外，根据运动链中各构件间的相对运动为平面运动还是空间运动，也可以把运动链分为平面运动链和空间运动链两类，分别如图1.6和图1.7。(a)(b)(c)(d)图1.6平而运动链(a)(b)图1.7空间运动链1.2.3机构在运动链中，如果将其某一构件加以固定而成为机架，且各构件之间有确定的相对运动，则该运动链便

9、成为机构。机构屮的其余构件均相对于机架而运动，一般情况下，机架相对于地面是固定不动的，但若机械是安装在车、船、飞机等上时，那么机架相对于地面可能是运动的。机构中按给定的已知运动规律独立运动的构件称为原动件；而其余活动构件则称为从动件。从动件的运动规律决定于原动件的运动规律和机构的结构和构件的尺寸。根据组成机构的各构件Z间的相对运动为平面运动或空间运动，机构可分为平面机构和空间机构两类。其中平面机构应用最广泛。1.3机构运动简图实际构件的外形和结构往往很复