第4章 常用机构概述Word下载.docx

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两个构件通过运动副联接以后，构件的相对运动会受到限制。

运动副对两构件间的相对运动所产生的限制称为约束。

引入约束的多少取决于运动副的形式。

1．转动副

图4—3（a）所示的运动副，限制了构件2沿

轴和y轴的移动，只允许其绕轴承相对转动，这种运动副称为转动副。

转动副引入了2个约束，保留了1个自由度。

2．移动副

图4—3（b）所示的运动副，构件之间只能沿

轴作相对移动，这种只沿1个方向相对移动的运动副称为移动副。

移动副也具有2个约束，保留了1个自由度。

‘

转动副和移动副都是面接触，统称为低副。

3．高副

如图4—3（c）（d）所示，在曲线构成的运动副中，构件2相对于构件1既可沿接触点处切线t-t方向移动，又可绕接触点A转动，运动副保留了2个自由度，引入了1个约束。

这种点接触或线接触的运动副称为高副。

（a）（b）（c）（d）

图4—3运动副的类型

4．1．3运动链和机构

两个或两个以上的构件以运动副联接而构成的

系统称为运动链。

首末相接的运动链称为闭链[图

4—4（b）]，否则称为开链[图4—4（a）]。

各构件间具

有确定相对运动的运动链就称为机构。

机构中输

入运动的构件称为原动件，其余活动的构件称为

从动件，固定不动的构件称为机架。

由此可见，（a）（b）

机构是由原动、从动件和机架三部分组成的。

图4—4运动链

4．2平面机构的运动简图

对机构进行分析时，实际构件的形状和结构往往较复杂，在研究机构的运动时，为了使

问题简化，可以撇开那些与运动无关的构件外形和运动副具体构造，仅用简单线条和符号来

表示构件和运动副，并按比例绘制出各运动副的位置。

这种表达机构各构件间相对运动关系

的简化图形，称为机构运动简图。

简图中一般应包括下列内容：

（1）构件数目。

（2）运动副的数目和类型。

（3）构件之间的联接关系。

（4）与运动变换相关的构件

尺寸参数。

（5）主动件及运动特性。

图图4—5无副构件的表示方法

4．2．1运动副及构件的表示方法（a）杆、轴类构件；

（b）固定构件；

（c）同一构件

1．构件

构件均用线段或小方块等来表示，画有短斜线的表示机架。

如图4—5所示。

2．转动副

两构件组成转动副时，其表示方法如图4—6所示。

图面垂直于回转轴线时，用图4—6

（a）表示；

图面不垂直于回转轴线时，用图4—6（b）表示。

表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。

一个构件具有多个转动副时，则应在两条线交接处涂黑，或在其内画上斜线，如图4—6（c）所示。

（a）（b）

（c）

图4—6转动副的表示方法

3．移动副

两构件组成移动副的表示方法如图4—6所示，其导路必须与相对移动方向一致。

图4—7移动副的表示方法

4．平面高副

两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出该两构件接触处的曲线轮廓。

（1）齿轮机构

齿轮机构的主要构件是齿轮，常用点划线的圆表示齿轮的节圆。

图4—8所示的是各种不同位置轴线的齿轮机构（未画出其中的轴承）。

图

图4—8平面高副的表示方法

（a）外啮合圆柱齿轮机构；

（b）内啮合圆柱齿轮机构；

（c）齿轮一齿条机构；

（d）圆锥齿轮机构；

（e）蜗轮蜗杆机构

（2）凸轮机构

凸轮机构的主要构件是具有特定轮廓曲线的凸轮，常用粗实线画出其轮廓曲线。

图4—9所示的是盘形凸轮机构。

图4—9盘形凸轮机构

4．2．2绘制机构运动简图的步骤

（1）认真研究机构的结构及动作原理，分清固定件（机架），确定原动件。

（2）循着运动传递的路线，搞清各构件问相对运动的性质，确定运动副的种类。

（3）测量出运动副间的相对位置。

（4）选择视图平面和比例尺，用规定的符号和线条表示其构件和运动副，绘制机构运

动简图。

根据图纸的幅面及构件的实际长度，选择适当的比例尺

例4—1试绘制图4—10（a）所示的颚式破碎机的主体机构的运动简图。

解：

①构件分析

本机构中由轮5输入的运动，使固联在其上的偏心轴2绕机架1上的轴A转动，进而驱动动颚板3运动，最后带动肘板4绕机架l上的轴D摆动。

料块加在机架1和动颚板3之间，由作平面复杂运动的动颚板3将料块轧碎。

由此可知，该机构由机架1、偏心轴2、动颚板3和肘板4等共四个构件组成。

其中，偏心轴2为原动件，动颚板3和肘板4为从动件。

②运动副分析

偏心轴2绕机架1上的轴A转动，两者构成以A为中心的转动副；

动颚板3套在偏心轴2上转动，两者构成以B为中心的转动副；

动颚板3和肘板4构成以C为中心的转动副；

肘板4和机架l构成以D为中心的转动副。

整个机构共有四个转动副。

③测量运动尺寸

选择机架1上的点A为基准，测量运动副B、C和D的定位尺寸。

④选择视图平面

图4—10颚式破碎机的主体机构

（a）结构图（b）机构运动简图

1一机架；

2一偏心轴；

3—动颚板；

4一肘板；

5一轮

本机构中各构件的运动平面平行，选择与它们运动平面平行的平面作为绘制机构运动简图的投影面。

图示瞬时构件的位置能够清楚地表明各构件的运动关系，可按此瞬时各构件的位置来绘制机构运动简图。

⑤确定比例尺

根据图幅和测得的各运动副定位尺寸，确定合适的绘图比例尺地。

⑥绘制机构运动简图

在图上适当的位置画出转动副A，根据所选的比例尺和测得的各运动副的定位尺寸，用规定的符号依次画出转动副D、B、C和构件1、2、3、4，最后在构件2上画出表明主动件运动种类的箭头，如图4—8（b）所示。

4．3平面机构的自由度

4．3．1机构具有确定运动的条件

运动链和机构都是由构件和运动副组成的系统，机构要实现预期的运动，必须使其运动

具有可能性和确定性。

如图2—9所示，由3个构件通过3个转动副联接而成的系统就没有

运动的可能性。

又如图2—10所示的五杆系统，若取构件l作为原动件，当给定妒t时，构

件2，3，4既可以处在实线位置，也可以处在虚线或其他位置，因此，其从动件的运动是不

确定的；

如果给定构件1，4的位置参数9，和妒。

，则其余构件的位置就都可以被确定下来。

再如图2—1l所示的曲柄滑块机构，当给定构件1的位置时，一其他构件的位置也被相应确定下来。

图4—11桁架图4—12五杆铰链机构图4—13曲柄滑块机构

由此可见，无相对运动的构件组合或无规则乱动的运动链都不能实现预期的运动变换。

将运动链中的一个构件固定为机架，当运动链中一个或几个原动件位置确定时，其余从动件

的位置也随之确定，这种运动链便成为机构，且机构具有确定的相对运动。

那么究竟取一个

还是取几个构件做原动件，这取决于机构的自由度。

机构的自由度就是机构具有独立运动参数的数目。

因此，、当机构的原动件数等于自由度数时，机构就具有确定的相对运动。

4．3．2平面机构自由度的计算

设一个平面运动链包含N个构件，其中1个构件为机架，则有n=N

1个活动构件，另外设有PL个低副和PH个高副。

由于1个活动构件有3个自由度，1个低副引进2个约束，1个高副引进1个约束，因此该运动链的自由度，即机构的自由度F应为

F=3n

2PL

PH（4—1）

用式（4—1）计算图2—9所示运动链的自由度，则F=3×

2—2×

3=0，因此该运动链各构件间无相对运动。

计算图2—10所示运动链的自由度，则F=3×

4—2×

5=2，因此它需要2个原动件才能具有确定的相对运动。

按同样的方法计算出图2—11所示机构的自由度F=1，因此它只需要1个原动件便具有确定的相对运动。

4．3．3计算机构自由度的注意事项

应用式（4—1）计算机构的自由度时，必须注意以下几个问题。

1．复合铰链

3个以上的构件共用同一转动轴线所构成的转动副称为复合铰链。

如图4—12所示，构

件1，2，3在同一处构成转动副，而从左视图可见，该机构包含2个转动副。

显然，如有m

个构件汇集在一处，应有m

1个转动副。

例4—2计算图4—13所示机构的自由度。

图4—14复合铰链图4—15

解：

此机构B，C，D，E四处都是由3个构件组成的复合铰链，各具有2个转动副，所以对于这个机构可得：

n=7，PL=10，PH=0，由式（4—1）得

F=3×

7

2×

10

0=1

2．局部自由度

机构中常出现一种与机构的主要运动无关的自由度，称为局部自由度。

如图4—14所示的凸轮机构中，滚子绕本身轴线的转动不影响其他构件的运动，

该转动的自由度即为局部自由度。

计算时，先把滚子看成与从动件连成一体[图4—14（b）]，消除局部自由度后，再计算该机构的自由度。

3．虚约束

对运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。

在计算自由度时应先去除虚约束。

虚约束常在下列情况下发生：

图4—16局部自由度

（1）如果两相联接构件在联接点上的运动轨迹相重合，则该运动副引入的约束为虚约束。

如图4—15（b）所示，平行四边形机构中，连杆3作平动。

；

如果盯平行并等于AB及CD，则杆5上E点的轨迹与杆3上E点的轨迹重合，因此，EF杆带进了虚约束，计算时先将其简化成图4—15（a）所示的形式。

如果不满足上述几何条件，则EF杆带进的约束为有效约束，如图4—15（c）所示，此时该机构的自由度等于0。

（a）（b）（c）

图4—17虚约束1

（2）机构运动时，如果两构件上两点间的距离始终保持不变，将此两点用构件和运动副联接，则会带进虚约束，如图4—16所示。

（3）如果两个构件组成多个移动方向一致的移动副（图4—17），或两个构件组成多个轴线重合的转动副（图4—18）时，只需考虑其中一处的约束，其余各处带进的约束均为虚约束。

图4—18虚约束2图4—19虚约束3图4—20虚约束4

（4）机构中对运动不起作用的对称部分引入的约束为虚约束。

如图4—19所示的差动

轮系，只需要1个齿轮2便可传递运动。

为了提高

承载能力并使机构受力均匀，图中采用了3个完全相

同的行星轮对称布置。

这里每增加1个行星轮（包括

两个高副和一个低鬲奶，便引进1个虚约束。

虚约束虽不影响机构的运动，但能增加机构的

刚性，改善其受力状况，因而广泛采用。

但是虚约

束对机构的几何条件要求较高，因此对机构的加工

和装配精度提出了较高的要求。

图4—21差动轮系

本章小结

1．机构的组成：

运动副的概念、类型。

2．平面机构运动简图：

构件及运动副的表示方法。

3．平面机构自由度计算公式：

F=3n

PH；

使用该公式时的注意事项有：

复合铰链、局部自由度和虚约束。

4．机构具有确定运动的条件：

F≥0，且F=原动件数目。

※※思考与练※※

4—1机构具有确定运动的条件是什么?

4—2在计算机构的自由度时，要注意哪些事项?

4—3机构运动简图有什么作用?

如何绘制机构运动简图?

4—4计算图4—22所示各机构的自由度，并说明欲使其具有确定运动需要有几个原动件。

（a）（b）（c）

图4—22

4—5绘制图4—23所示各机构的运动简图，并计算其自由度。

图4—23

4—6计算图4—24所示机构的自由度，并判断该机构的运动是否确定。

（图中绘有箭

头的构件为原动件）

（d）（e）（f）

（g）

（h）

（i）（j）（k）