精密机械结构设计.doc

1.1机构的结构分析 任何机器和仪器一般均由许多部分组成，如机械结构部分、电路及控制部分、光学部分等。简单的机器和仪器不一定包含上述所有部分，但机械结构部分是必不可少的。在机械结构中，有一部分在工作中要实现某种确定的运动（如移动、转动或者更为复杂的运动），从而实现某些功能。例如，车床的主轴带动被加工零件转动，刀尖沿主轴轴线方向移动，从而完成车削加工。具有运动部分的机械结构一般都是由机构组成。机构性能的好坏决定了机器或仪器的性能。因此，对机构进行分析是进行机械结构设计的基础。 1.1.1机构的组成 1. 零件 零件是单独加工制造的实体，是构成机械结构的最小单元。螺钉、螺母、单个齿轮等都是零件。 2. 构件 把若干个零件刚性地连接在一起，彼此不做任何相对运动，作为一个刚性整体进行工作，这种刚性组合体称为构件。 3. 运动副 两个构件直接接触组成的可动连接称为运动副。例如，轴与轴承的连接，活塞与汽缸的连接等都构成运动副。两构件组成的运动副不外乎通过点、线、面的接触来实现。按照接触特性，通常把运动副分为低副和高副两类。 1） 低副 两构件通过面接触组成的运动副称为低副。平面机构中的低副有回转副和移动副两种。若组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动，这种运动副称为回转副，或称铰链，如图11所示。若组成运动副的两个构件只能沿某一轴线相对移动，这种运动副称为移动副，如图12所示。 图11回转副 1、2—构件 图12移动副 1、2—构件 2） 高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。图13(a)中的车轮1与钢轨 2，图13(b)中的凸轮1与从动件2，图13(c)中的轮齿1与轮齿2分别在接触处A组成高副。平面高副二构件间的相对运动是由沿接触处切线tt方面的相对移动和在平面内的相对转动组成。 图13平面高副举例 4. 机构 由若干构件和运动副组成，各构件之间具有确定的相对运动关系的组合体称为机构。机构是机械结构中需要实现某种确定运动的部分。图14所示的活塞泵就是由连杆机构和齿轮齿条机构组成的。 1.1.2平面机构的运动简图 所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机构。平面机构中， 实际构件的外形和结构往往很复杂，在研究机构运动时，为了使问题简化，有必要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，并按比例定出各运动副的位置。这种说明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。 机构运动简图中的常用符号见表11。 表11机构运动简图中的常用符号 名称符号名称符号 活动 构件 固定 构件 回转副 移动副 球面副 螺旋副 零件与 轴连接 齿轮传动 圆柱 齿轮 锥齿轮 齿轮 齿条 蜗轮 与圆 柱蜗 杆 凸轮与 从动件 槽轮 传动 轴承 向心 轴承 推力 轴承 向心 推力 轴承 机构中的构件可分为三类： (1) 固定件(机架)，是用来支承活动构件的构件。研究机构中活动构件的运 动时，常以固定件作为参考坐标系。 (2) 原动件，是运动规律已知的活动构件。它的运动是由外界输入的，故又称输入构件。 (3) 从动件，是机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件。其中输出 机构预期运动的从动件称为输出构件，其他从动件则起传递运动的作用。 任何一个机构中，必有一个构件被相对地看作固定件。在活动构件中必须有一个或几个原动件，其余的都是从动件。 下面举例说明机构运动简图的绘制方法。 例11绘制图14（a）所示活塞泵的机构运动简图。 图14活塞泵及其机构运动简图 解活塞泵由曲柄1、连杆2、齿扇3、齿条活塞4和机架5共五个构件所组成。曲柄1是原动件，2、3、4为从动件。当原动作1回转时，活塞在汽缸中往复运动。 各构件之间的连接如下： 构件1和5，2和1，3和2，3和5之间为相对转动，分别构成转动副A、B、C、D。构件3的轮齿与构件4的轮齿构成平面高副E。构件4与构件5之间为相对移动，构成移动副F。 选取适当比例，按图14(a)中的尺寸，用构件和运动副的规定符号，从主动件开始，按运动传递顺序，画出机构运动简图，如图14(b)所示。 1.1.3平面机构的自由度 任何一个机构工作时，在原动件的驱动下各个从动件都按一定规律运动，但并不是随意拼凑的构件组合都能具有确定运动而成为机构。下面讨论机构自由度和机构具有确定运动的条件。 1. 平面机构自由度计算公式 在平面机构中，各构件只做平面运动。一个做平面运动的自由构件具有三个自由度，即沿x轴和y轴的移动，以及在xOy平面内的转动。当两个构件组成运动副之后，它们的相对运动就受到约束，自由度数目随之减少。在平面机构中，每个低副引入两个约束，保留一个自由度。如转动副约束了两个构件的相对移动，保留两构件间的相对转动。每个高副引入一个约束，保留两个