第4章常用机构概述

第4章常用机构概述

学习目标

了解机构的组成；

理解运动副的概念与分类；

了解常用平面机构运动简图的绘制方法；

掌握平面机构自由度的计算及机构具有确定运动的条件。

4．1机构的组成

4．1．1 运动副

使两个构件直接接触并产生一定相对运动的联接，称为运动副。

在图4—1中，轴承中的滚动体与内、外圈的滚道[图4—1(a)]，啮合中的一对齿廓[图4—1(b)]，滑块与导槽[图4—1(c)]，均保持直接接触，并能产生一定的相对运动，因而它们都构成了运动副。

根据运动副各构件之间的相对运动是平面运动还是空间运动，可将运动副分成平面运动副和空间运动副。所有构件都只能在相互平行的平面上运动的机构称为平面机构。本书仅就平面运动副和平面机构进行讨论。

4．1．2自由度和运动副约束

一个空间自由构件，具有6个独立运动的参数，即沿3个坐标轴的移动和绕3个坐标轴的转动。而对于一个作平面运动的构件而言，仅有3个独立运动的参数，即沿x轴、Y轴的

83

移动和绕x oy平面上任意点的转动，可用3个独立的参数x，y， (图4—2)来描述。人们把构件具有的独立运动参数的数目称为构件的自由度。

图4—1运动副图4—2平面运动构件的自由度

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x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x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，

85

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。

87

根据图纸的幅面及构件的实际长度，选择适当的比例尺L μ

L μ=

构件的实际长度

构件的图示长度

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