任务2.1 平面机构组成的分析

《机械分析与设计基础》

情境2

典型机械平面机构的结构分析任务2.1平面机构组成的分析1.任务条件

本任务的学习载体是单缸内燃机，如图1-1-6所示。2.任务要求

分析图1-1-6所示的单缸内燃机的组成和工作原理，指出其运动副。【下达任务】图1-1-6单缸内燃机

【能力目标】1.学会分析运动副及其特点。2.学会分析机构的组成。4

知识导航2.1.1联接、约束与限制（1）自由体和非自由体

一种是可以在空间作任意运动的物体，称为自由体；另一种是受到其它物体的限制，沿着某些方向不能运动的物体，称为非自由体。（2）联接

联接是将两个或两个以上的物体接合在一起的组合结构。机构中任一个构件，总是以一定方式与其他构件相互接触并组成活动联接，例如轴和轴承构成活动联接。（3）约束与限制

两构件联接后，各个构件不再是自由构件，构件间只能作一定的相对运动，构件间的相对运动就受到限制，运动自由随之减少。这种对构件独立运动所施加的限制，称为约束。引入：几个概念一、柔性约束

绳索、链条、皮带等属于柔性（柔索）约束。柔索的约束反力作用于接触点，方向沿柔索的中心线而背离物体，为拉力。如图所示。

FTAFTBABAB二、光滑接触面约束

当物体接触面上的摩擦力可以忽略时，即可看作光滑接触面，这时两个物体可以脱离开，也可以沿光滑面相对滑动，但沿接触面法线且指向接触面的位移受到限制。光滑接触面约束反力作用于接触点，沿接触面的公法线且指向物体，为压力。如图所示。A公法线G

FNAAG

公切线公切线三、光滑铰链约束

工程上常用销钉来联接构件或零件，这类约束只限制相对移动不限制转动，且忽略销钉与构件间的磨擦，这种约束称为光滑铰链约束。根据被联接构件的形状、位置和作用，光滑铰链约束又分为中间铰链、固定铰支座、活动铰支座和球铰链支座等工程实例简化模型A结构简图约束反力

1.中间铰链支座

若两个构件用销钉联接起来，这种约束称为铰链约束，简称铰联接或中间铰，其约束反力作用在垂直于销钉轴线平面内，通过销钉中心，方向不定。为计算方便，铰链约束的约束反力常用过铰链中心两个大小未知的正交分力Fcx，Fcy来表示如图所示。两个分力的指向可以假设。

2.固定铰支座

将结构物或构件用销钉与地面或机座连接就构成了固定铰支座。固定铰支座的约束与铰链约束完全相同。固定铰链约束实际上也是光滑接触面约束，只有一个约束反力，但是约束反力的方位不能确定，所以，就用它的两个分立来表示，一般把这两个力画在相互垂直的方向。AAAAAFAyFAxF

简约符号与约束反力

3.活动铰支座约束

在固定铰支座和支承面间装有辊轴，就构成了辊轴支座，又称活动铰支座。这种约束只能限制物体沿支承面法线方向运动，而不能限制物体沿支承面移动和相对于销钉轴线转动。所以其约束反力垂直于支承面，过销钉中心指向可假设。如图。结构简图工程实例活动铰支座简图和约束反力的表示4.球铰链支座

物体的一端为球形，置于固定的球窝支座内，即构成了球铰链支座，简称球铰，如图（a）所示。球铰链支座是一种空间约束，它限制物体沿空间任何方向移动，但物体可以绕其球形端的球心任意转动。因不计摩擦，故球铰链支座的约束力用三个正交的分力表示，如图（b）和图（c）所示。四、固定端约束

将构件的一端插入一固定物体（如墙）中，就构成了固定端约束。在连接处具有较大的刚性，被约束的物体在该处被完全固定，即不允许相对移动也不可转动。固定端的约束反力，一般用两个正交分力和一个约束反力偶来代替，如图所示。AAFAxmAFAy

固定端约束案例：

工程上有很多典型的例子，机械中车床卡盘上的工件，被夹持后就形成了固定端约束的形式，如图。

正爪安装工件2.1.2构件的联接方式-运动副一、运动副的概念两构件直接接触而又能产生一定形式的相对运动的联接。二、运动副分类1.根据两构件之间的相对运动分类为：

平面运动副和空间运动副。①

平面运动副：组成运动副两构件间作相对平面运动，如转动副、移动副、凸轮副、齿轮副。球面副螺旋副②

空间运动副：组成运动副两构件间作相对空间运动。如螺旋副，球面副。2.根据运动副的接触形式分类为：

运动副归为两类：高副和低副①高副：

两构件通过点或线的接触而构成的运动副。转动副(也称为铰链)：两构件之间的相对运动为转动的低副

移动副：两构件之间的相对运动为移动的低副②低副：两构件通过面接触而构成的运动副。优点1优点2优点3缺点

低副是面接触，压强低，磨损量小低副的接触表面是圆柱面或平面，故制造方便，容易获得较高的精度

容易实现常见的转动、移动及其转换

低副中存在的间隙不易消除，会引起运动误差，从而降低传动的精度和效率低副的优点和缺点1.转动副的表示构件组成转动副时，如下图表示：图垂直于回转轴线用图a表示。图不垂直于回转轴线时用图b表示。表示转动副的圆圈，圆心须与回转轴线重合。一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。三、运动副和构件的表示

2.移动副的表示两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。3.高副的表示（必须画出接触处的曲线轮廓）齿轮副不完全齿轮副凸轮副球面副

2.1.3平面机构的组成机架：与参考系固结相对不动的构件。例如各种机床的床身是机架。在机构简图中，将机架打上斜线表示。除其余的构件均相对于机架而运动。主动件（原动件）：给定独立运动参数的构件。即直接接受能源或最先接受能源作用有驱动力或力矩的构件。例如柴油机中的活塞。它的运动是外界输入的，因此又称为输入构件。在机构简图中，将原动件标上箭头表示。从动件：原动件带动而随之运动的构件。如柴油机中的连杆、曲轴、齿轮等都是从动件。当从动件输出运动或实现机构的功能时，便称其为执行构件