机械系统及运动简图

在机构运 动简图中， 运动副的表 示方法如表 2-1所示
构件的 表示方 法如表 2-3所示
由于机构运动简图具有和原机械相 同的运动特性，所以机构运动简图不仅 可以简明地表示一台复杂机器的传动原 理，还可以根据它进行机构的位移、速 度、加速度等运动和受力分析。 有时只要求定性地表达各构件的相 互关系，而不需要借助机构运动简图作 机构的运动分析，则在绘制简图时可以 不按比例绘制，这种简图称为机构示意 图。
1．运动副 我们已经看到，在机构中每一构件都以一定 方式与其它构件相互联接，这种使两构件直接 接触的可动联接称为运动副。如图2-2
图2-2
如图中轴与轴承、滑块与导轨、轮齿与轮齿等都构 成运动副。而两构件直接接触构成运动副的部分称为运 动副元素。 为保证两构件恒处于接触状态，运动副应是结构封 闭或力封闭。至于组成运动副后，两构件能产生哪些相 对运动，与该运动副性质或该运动副所引入的约束有关
图1-2
b.按两构件的接触情况分类：凡两构件以 点或线接触构成的运动副称为高副，如图 所示。
平面高副
凸轮高副
齿轮高副
凡两构件以面接触构成的运动副称为 低副，如图所示。
移动副 副
螺旋低副
转动副
球面低副
c.按两构件的相对运动分类：可分为转动 副（铰链）、移动副、螺旋副和球面副
移动副 副
螺旋低副
转动副
图 2-2
2．运动副分类 由理论力学知识可以知道，作平面运 动的构件可有三个独立运动，既x、y轴方 向的移动和绕z轴的转动。而作空间运动 的构件有六个独立运动，即三个方向的移 动和三个转动。在本课程中，我们把构件 的独立运动数目称为构件的自由度。这样， 我们可以得到结论：平面运动的构件有 三个自由度，空间运动的构件有六个自 由度。
因此，我们可以说机构是由机架、 原动件和从动件组成的传递机械运动和 力的构件系统。 同样，可以根据各构件的运动平面 是否平行将机构分为平面机构和空间机 构。 在各种机器中，平面机构的应用特 别广泛，所以本章我们主要介绍平面机 构。
第二节 机构运动简图
任何一个机构都是有若干构件组成， 这些构件可以分为三类：原动件、机架 （即固定件）、从动件。将机构中作用有 驱动力或力矩的构件称为原动件，有时也 可以把运动规律已知的构架称为原动件； 机构中固结于参考系的构件称为机架，机 构中除了原动件和机架以外的构件通称为 从动件。
图2－1
所以，构件可以由一个或多个零件组 成，是由若干个零件相互固结在一起的运动 单元体。
从机构运动学的观点来看，构件是机构 的基本组成单元，而机构则可以看作是 由若干个构件组合而成的构件组合体。 在本学科中，一般认为构件是刚体 或柔勒体（如皮带、钢丝绳等），而不 是液体或气体。
2．运动副及其分类
我们也可以根据各构件的运动平面 相互平行与否分为平面运动链和空间运 动链。 将运动链中的一个构件固定，并且 它的一个或几个运动构件作给定的独立 运动，其余构件随之作确定的运动，这 样运动链就成为机构。其中固定的构件 称为机架；作独立运动的构件称为原动 件（原动件上应标出运动箭头），而其 余的活动构件则称为从动件。
第一章
机械系统及运动简图
1．教学目标 1．了解机构的组成，搞清运动副、运动链、 约束和自由度的概念； 2．能绘制常用平面机构的运动简图； 3．能计算平面机构的自由度； 4．平面机构具有确定运动的条件。 2．教学重点和难点 1）机构的运动简图的绘制 2）平面机构的自由度的计算。 3）机构自由度计算中有关虚约束的识别及处 理。 3．讲授方法：多媒体
第一节 机构的组成
1．构件和零件 我们曾经说过，机构是由具有 确定运动的单元体组成的，是用于 传递运动和力或改变运动形式的机 械传动系统，这些运动单元体称为 构件。而组成构件的制造单元体称 为零件。
如图2-1所示。 其中内燃机的 曲轴4为一个构 件，连杆3也是 一个构件。但 曲轴只有一个 零件，而连杆 则包括多个零 件，其各个零 件之间没有相 对运动，在机 构运动过程中 是一个整体。
球面低副
d.按运动状态分类：可以分为平 面运动副和空间运动副，凡是两 构件运动平面相互平行的运动副 称为平面运动副，而运动平面不 互相平行的称为空间运动副。如 前图中的螺旋副和球面副。
由于构成运动副的 两构件之间的相对 运动仅与运动副元 素的几何形状及接 触情况有关，所以 各种运动副常用规 定的简单符号来表 示，这些符号国家 已经制订有标准， 我们教材上的表就 是其中的一部分。
3．运动链与机构
前面介绍了构件和运动副的概念， 下面我们给出运动链和机构的概念。 若干个构件通过运动副所构成的 相对可动的构件系统称为运动链。可 以分为两大类：如果运动链构成首末 封闭的系统，
图2-5
如图中的a、b，我们称其为闭式运动 链；如果运动链未构成首末封闭的系统，如 图中的c、d，我们称其为开式运动链。在各 种机械中，一般都采用闭链。
在任何一个机构中，必须有一个、也必须 只能有一个构件作机架；在可动构件中必须有 一个或几个构件为原动件。
我们在研究分析现有机械和设计新机械时， 一般是先不考虑那些与运动无关的因素，如构 件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目以 及运动副的具体结构，仅仅用简单的线条和符 号来代表构件和运动副，并按一定比例确定各 运动副的相对位置。这种表示机构中各构件间 相对运动关系的简单图形称为机构运动简图。
常用机构示 意图符号见 表2-2，机构 运动简图表 示法可以参 考GB4460-84
要特别注意：虽说我们提倡创新 精神和创造性，但是在绘制机构 运动简图时，符号一定要采用上 面所示的符号，这些符号都是行 业内通用的、大家都认识的符号， 不能想当然的来画，不能随意 “创造”。
当一个构件与另一个构件组成 运动副以后，由于构件间的直接接 触，使构件的某些独立运动受到限 制，构件的自由度便随之减少。这 种对构件独立运动的限制称为约束。 十分明显，作平面运动或空间运动 的构件其约束不能超过2个或5个，约束是不同 的，按不同的分类方法有以下几种： a.按引进的约束数目分类：引进一个约束的运动 副称为Ⅰ级副，引进两个约束的运动副称为Ⅱ级 副，依次我们有Ⅲ级副、Ⅳ级副、Ⅴ级副。