第2章 平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

2.1 機構(gòu)的組成

機器的重要特征是執(zhí)行機械運動，工程中把機器中執(zhí)行機械運動的裝置稱為機構(gòu)。機器是由各種機構(gòu)所組成的系統(tǒng)，如內(nèi)燃機就包含曲柄滑塊機構(gòu)、控制閥門啟閉的凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)等。

1．運動副

1）運動副的定義

機構(gòu)是傳遞運動和動力的構(gòu)件系統(tǒng)，由若干個構(gòu)件通過一定連接方式組成，且各構(gòu)件之間具有確定的相對運動。機構(gòu)中兩構(gòu)件之間直接接觸并能作一定相對運動的可動連接稱為運動副。圖2.1所示滑塊1與導軌2的連接、圖2.2所示軸1與軸承2的連接、圖2.3所示兩輪齒的嚙合、圖2.4所示凸輪1與從動件2接觸等均為運動副。兩構(gòu)件上參與構(gòu)成運動副的接觸表面稱為運動副元素，如圖2.1中的平面、圖2.2的圓柱面和圓柱孔面、圖2.3所示的齒廓曲面、圖2.4所示的凸輪曲面分別是它們的運動副元素。

2）運動副的分類

運動副的分類方法有許多，常見的分類方法有以下幾種。

（1）根據(jù)組成運動副兩構(gòu)件間的相對運動空間形式分類

兩構(gòu)件之間的相對運動為平面運動的稱為平面運動副。兩構(gòu)件之間的相對運動為空間運動的稱為空間運動副。應用最多的是平面運動副，它有轉(zhuǎn)動副、移動副（統(tǒng)稱為低副）和平面高副三種形式。兩構(gòu)件之間只作相對轉(zhuǎn)動的稱為轉(zhuǎn)動副。兩構(gòu)件之間只作相對移動的稱為移動副。

（2）根據(jù)運動副所引入的約束數(shù)分類

構(gòu)件所具有的獨立運動的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度。兩個構(gòu)件構(gòu)成運動副后，構(gòu)件的某些獨立運動受到限制，這種限制稱為約束，即運動副對構(gòu)件的獨立運動所加的限制。運動副每引入一個約束，構(gòu)件就失去一個自由度。引入1個約束的運動副稱為Ⅰ級副，引入2個約束的運動副稱為Ⅱ級副，引入3個約束的運動副稱為Ⅲ級副，引入4個約束的運動副稱為Ⅳ級副，引入5個約束的運動副稱為Ⅴ級副，如表2.1所示。

（3）根據(jù)構(gòu)成運動副的兩構(gòu)件的接觸情況分類

在平面運動副中，面接觸的運動副稱為低副；點接觸或線接觸的運動副稱為高副。

①低副

根據(jù)兩構(gòu)件間的相對運動形式，低副又分為移動副和轉(zhuǎn)動副這兩類。若兩構(gòu)件間的相對運動為直線運動，稱為移動副，如圖2.1所示；若兩構(gòu)件間的相對運動為轉(zhuǎn)動，稱為轉(zhuǎn)動副，如圖2.2所示。低副接觸處的壓強小，承載能力大，耐磨損，壽命長，且因其形狀簡單，容易制造。

②高副

如圖2.3所示，兩齒輪輪齒嚙合處構(gòu)成齒輪高副。如圖2.4所示，凸輪1與尖頂推桿從動件2構(gòu)成凸輪高副。高副接觸處壓強大，易磨損，壽命短，形狀復雜，制造難。

2．運動鏈

若干個構(gòu)件通過運動副連接組成的構(gòu)件系統(tǒng)稱為運動鏈。如果運動鏈中的各構(gòu)件構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng)，則稱為閉式鏈，如圖2.5（a）、（b）所示，否則稱為開式鏈，如圖2.5（c）、（d）、（e）所示。在一般機械中，大多采用閉式鏈，開式鏈多用在機器人等機械中。

根據(jù)運動鏈中各構(gòu)件的相對運動是平面運動還是空間運動，運動鏈分為平面運動鏈和空間運動鏈等兩類。

3．機構(gòu)

將閉式運動鏈中的一個構(gòu)件固定為參考系，并使構(gòu)件間具有確定的相對運動，則這種運動鏈就成為機構(gòu)。機構(gòu)中作參考系的構(gòu)件稱為機架，機架相對地面可以是固定的，也可以是運動的（如在汽車、飛機等中的機構(gòu)）。機構(gòu)中按給定的已知運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件稱為主動件（原動件），其余隨主動件運動的構(gòu)件稱為從動件。如果組成機構(gòu)的各構(gòu)件的相對運動在同一平面內(nèi)或在相互平行的平面內(nèi)，則稱為平面機構(gòu)；如果組成機構(gòu)的各構(gòu)件的相對運動不在同一平面內(nèi)或不在相互平行的平面內(nèi)，則稱為空間機構(gòu)。