机械原理 第1章 机构组成原理及机构结构分析

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1、第1章机构组成原理及机构结构分析●1.1机构的组成●1.1.1构件与自由度●1.1.2运动副与约束●1.1.3运动链与机构●8.2离合器简介●8.2.1常用离合器●8.2.2离合器的选择●小结●1.1机构的组成1.1.1构件与自由度机构是由许多相对运动的单元体所组成，其运动单元体称为构件(或简称杆)。一个构件可以是一个零件，也可以是由多个零件装配而成的刚性整体。例如图1.1(a)所示的连杆是内燃机(图0.1(a))中的一个构件，它由连杆体1、连杆盖2、轴瓦3、4和5、螺栓6、螺母7、开口销8等零件刚性连接构成，如图1.1(b)所示。由此可见，构件和零件是两个不同

2、的概念，构件是运动单元，而零件是制造单元。在本课程中，将构件作为研究的基本单元。自由运动的构件在物理和力学中被称作自由刚体，作平面运动的自由构件具有三个独立运动，如图1.2所示，自由构件可随A点沿x轴、y轴方向移动和绕A点转动。它在平面上的位置可用x、y、三个独立的参数来描述。(a)构件(b)零件图1.1内燃机连杆把构件具有的每一个独立运动称为构件的自由度。显然，一个作平面运动的构件有三个自由度。空间运动的自由构件有六个自由度，即沿着轴x、y、方向的移动和绕着这三个轴的转动。机构中固结于定坐标参考系的构件称为机架，如图0.1(a)所示内燃机的汽缸体1。图1.2构

3、件作平面运动时的自由度●1.1.2运动副与约束机构是由构件以一定方式连接而成的，其中每个构件至少与另一个构件相连接，这种连接既使两构件直接接触，又使两构件能产生一定的相对运动。把两构件直接接触而形成的可动连接称为运动副。例如，在图0.1所示的内燃机中，汽缸体1与活塞2的连接、连杆3与曲轴4的连接、凸轮6与顶杆5的连接以及齿轮4'与齿轮6'的啮合都构成了运动副。构成运动副的两个构件间的接触主要有点、线、面三种形式，两个构件上参与接触而构成运动副的点、线、面部分称为运动副元素。运动副有多种不同的分类方法，常见的分类方法有以下几种。(1)按运动副的接触形式及几何形状分

4、类。根据组成运动副的两构件在接触部分的几何形状及承受载荷情况，面与面相接触的运动副在承受载荷方面与点、线相接触的运动副相比，其接触部分的压强较低，故面接触的运动副称为低副，而点、线接触的运动副称为高副。高副比低副易磨损。在平面机构中常见的运动副有低副和高副之分，低副又分为转动副和移动副。构成转动副的两构件通过圆柱面保持接触，其模型如图1.3(a)所示，构件之间只能在xOy平面内绕O轴作相对转动，这种运动副称为转动副，也称回转副或铰链副。转动副可用图1.3(b)所示的符号表示。构成移动副的两构件之间是柱面接触，其模型如图1.4(a)所示，构件之间只能作相对直线移动

5、。这种运动副称为移动副，也称棱柱副。移动副可用图1.4(b)所示的符号表示。(a)模型(b)符号图1.3转动副构成高副的两构件之间是点或线接触，如图1.5所示的凸轮副，凸轮与推杆的接触是点接触，如图1.6所示的齿轮副，轮齿的接触是线接触，两构件之间都能沿接触点公切线方向作相对移动及绕接触点作相对转动。(a)模型(b)符号图1.4移动副图1.5凸轮副图1.6齿轮副(2)按相对运动的形式分类。当构成运动副的两构件之间的相对运动为平面运动时，称为平面运动副，常见的有转动副、移动副、平面高副。当构成运动副的两构件的相对运动是空间运动时，称为空间运动副，常见的有球面高副、

6、球面低副、球销副、柱面高副、螺旋副。(3)按运动副引入的约束数分类。引入一个约束的运动副称为Ⅰ级副，引入两个约束的运动副称为Ⅱ级副，依次类推，最多为Ⅴ级副。由于运动副为两构件的活动连接，对每个构件的约束数最多为5，最少约束数为1。自由度与约束数之总和应等于6。在平面机构中，高副的约束数为1，低副的约束数为2。●1.1.3运动链与机构两个或两个以上的构件用运动副连接构成的构件系统称为运动链。运动链可分为闭式链和开式链两种。各构件用运动副首尾连接构成封闭环路的运动链称为闭式链，简称闭链，如图1.7(a)所示；反之，各构件用运动副首尾连接构成不封闭环路的运动链称为开式

7、链，简称开链，如图1.7(b)所示。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1.7、图1.8所示。一般机械中多数采用平面闭式链，开式链多用于工业机器人等机械中。(a)闭式链(b)开式链图1.7平面运动链图1.8空间运动链在运动链中，若将某一构件加以固定，而让另一个(或几个)构件按给定运动规律相对于该固定构件运动，而其余各构件都能得到确定的相对运动，则此运动链称为机构。机构中固定不动的构件称为机架，有驱动力作用并按给定运动规律独立运动的构件称为原动件(或主动件)，而其余随主动件运动的可动构件称为从

8、动件。机构中所有构件都只