1、第2章 仪表机构设计基础,2.1 基本概念,2.2 机构运动简图2.3平面机构的自由度及机构具有确 定运动的条件,2.1.1有关机构的概念 2.1.1.1机器、机构和机械 （1）机器 人类在生产实践中创造的具有各种用途的设备，用来代替或节省人力畜力以完成各种体力工作并提高劳动生产率。机器具有以下共同特征：是人为的实体组合； 各实体组合之间依次构成可动联接，并能实现确定的相对运动； 在工作时能实现能量转换或做有效的机械功。,2.1 基本概念,2.1.1有关机构的概念 2.1.1.1机器、机构和机械 （2）机构 是具有确定相对运动的人为实体组合。,2.1 基本概念,包括： 连杆机构 凸轮机构 齿轮
2、机构 螺旋机构等；平面机构 空间机构,2.1.1有关机构的概念 2.1.1.1机器、机构和机械 （3）机械 一般情况下，在不强调 研究对象的运动关系和结构关系时，把机构和机器统称为机械。,2.1 基本概念,2.1.1.2构件、零件、元件及其关系 （1）构件 机构中，所提到的实体就是组成机构的运动单元，即构件。构件按其运动特性可分为固定构件（或机架）、原动件和从动件三大类。原动件和从动件又统称活动构件；与机构相连的构件又称为连架件。,2.1.1.2构件、零件、元件及其关系 （2）零件 机器中不但要考虑实体的运动，更要注意实体的功能实现，即尺寸与结构如何，才能传递所需能量、容易加工制造和方便装配维
3、修。把组成机器的制造单元称为零件。分为标准件（通用件），非标准件（专用件）。部件：实现某一特定功能任务 的部分。,2.1.1.2构件、零件、元件及其关系 （3）元件 机器中有些依靠其本身物理、化学或生物特性工作的特殊零件或部件，常称作元件或器件。弹性元件，电子元件，电气元件。,构件与零件的关系 一个构件可以由一个零件构成，也可以由若干个零件刚性联接而成。构件只需位置尺寸即可完整描述，而零件还需结构形状尺寸才能确定。零件是加工的单元。从运动的观点来看，每一个由若干个零件组成的刚性 系统和一个单独的零件是没有什么区别的，所以把若干个 零件组成的刚性系统称为构件。有时也称为“杆”。一个不与其他任何零
4、件刚性联接的的零件是最简单的 构件。,2.1.2运动副及其分类两个构件之间总是存在着某种状态的接触。这种接触 或是点，线，或是面。在空气支承，磁悬浮支承中，可能不发生接触，但两 构件间的这种关系，并不构成刚性系统。将两个构件直接接触并能产生某种相对运动的联系称 为运动副。,2.1.2运动副及其分类两构件组成的运动副根据其构件作平面相对运动还是空间相对运动不同，通常可分为平面运动副和空间运动副。,2.1.2运动副及其分类 2.1.2.1 平面副平面运动副可以分为两类：低副和高副 （1）低副 两构件，通过面接触（可以是平面或曲面）所构成的运动副。低副分为两种：回转副 两构件之间的相对运动是转动的运
5、动副称为回转副；移动副 两构件之间的相对运动是移动的运动副称为移动副；,2.1.2运动副及其分类 （2）高副 两构件，通过点或线的接触所构成的运动副。,2.1.2.1 空间副凡是允许两构件作空间相对运动的运动副称为空间运动副，有螺旋副和球面副。,图a所示是轴尖与止推轴垫组成的运动副，它是点接触，所以构成了高副。图b所示是一对齿轮的轮齿组成的运动副。图c，d 分别表示滑块与导 轨，轴颈与轴承组 成的运动副，他们 都是面接触，故都 构成低副,两构件之间的相对运动是移动的运动副称为移动副；两构件之间的相对运动是转动的运动副称为回转副；两构件之间的相对运动是螺旋运动的运动副称为螺旋副。,2.2 运动简
6、图在设计新的机器或仪器仪表时，或者对现有的 机构进行分析研究时，都要首先做出能够表明其中 机构运动情况的简图机构运动简图只研究一个机构理论上的运动情况，那么它的 构件的结构形式，材质，各零件的加工精度都可以 不考虑，也不用考虑运动副的具体结构机构示意图；结构简图。,2.2 运动简图机构的运动情况只与主动件的运动规律和该机 构中各运动副的性质（是高，低副或移动副，转动副）及各运动副之间的相对位置有关就可以用由运动副的代表符号和确定运动副位 置关系的简单线条所构成的图形来表示机器和仪器 仪表的运动情况。,气动遥控板仪表，图a是装配图，图b是机构运动简图,简易冲床,由于它舍去了结构的形状，联接，定位
7、，调整 等方面的实际构造，只突出了机构的运动情况，故 能清楚地看出组成仪表传动系统的各个环节，以及 运动传递的路线绘制机构运动简图，首先要确定主动部分或显 示，执行部分，然后沿着运动传递路线把主动部 分，执行、显示部分之间的传动弄请楚,正确地选择投影面，也是绘制机构运动简图的 一个关键，一般可以选择机构中大多数构件的运动 平面为投影面，对齿轮机构也可以选择齿轮轴所在 的平面为投影面选好投影面后，便可选择适当的比例尺，定出 运动副之间的相对位置，最后一运动副代表符号画 出运动比例，机构运动简图即可画出由于许多机构的构件在运动简图上都可以以 “杆”的形式（即以直线线段）出现，所以这类机构 常常称为
8、“杆机构”,图中的曲柄滑块机构和四连杆机构都 是杆机构,2.2.1 绘制机构运动简图的原则 要保证机构运动简图的正确，必须注意以下几点： 简图上的构件数要与实际机构的构件数相等。 各构件间的运动副性质，数量及相对位置与实际机构一致。 简图上的主动件和机架与实际机构一致。,2.2.2 绘制机构运动简图的方法和步骤 （1）弄清楚机构的组成情况 按运动传递的顺序观察机构各部分的运动情况，找出运动件、从动件、机架，从而确定构件数目、运动副的数目和类型。 （2）测定与机构运动有关尺寸 测定各转动副之间的中心距，即构件长度尺寸；轴线固定的转动副及移动副导路中心线的位置尺寸；高副的轮廓形状等。 （3）正确选
9、择投影平面 为了能够清楚的表明各个构件之间的相对运动关系，一般可以选择与机构中大多数构件的 运动平面平行的平面为投影面。 （4）选定比例尺 选用合实的比例尺，按国标GB4460-84规定的符号（见表2-1）画出机构运动简图。,2.2.3机构运动简图举例,仔细分析减压阀的工作运动机理，绘制其运动简图,构件的自由度 机构中的构件在组成机构之前都是自由构件。构件可能出现的独立运动称为构件的自由度。一个作平面运动的自由构件有三个自由度。 一个作空间运动的自由构件有六个自由度。,2.3 平面机构的自由度及机构具有确定运动的条件,运动副的自由度 两构件组成运动副后，他们各自的运动都受到了一定 的约束，从而
10、使他们之间只能实现某些性质的相对运动， 而另一些性质的相对运动则被消除。,如果要消除某一构件的某些自由度，就必须给此构件 以某种形式的约束约束条件与被约束条件就组成了运动副所以，运动 副可以消除构件的自由度图所示的四种运动副，如只考虑在图示平面内 的运动。图a所示的运动副消 除了一个移动自由度。 图b所示的运动副也 消除了一个移动自由度。图c所示的运动副消 除了一个移动自由度和一 个转动自由度。图d所示的运动副消 除了两个移动自由度。,低副：引入两个约束，保留一个自由度。,高副：引入一个约束，保留两个自由度。,机构是由构件组成的，由于独立的构件在平面内具有 三个自由度，因而，若机构由m个构件组
11、成，这些构件自 未通过运动副联接起来以前，应有m个自由度，即有m 个独立的运动但由于机构的构件是由运动副联接在一起的，并且有 一个构件作为机架而固定不动，这样，除了机架的自由度 为零以外，其余构件的自由度也会相应地减少平面机构的自由度是指此机构具有独立运动的数量， 其计算方法为： 若机构由m个构件组成，其中一个构件为机架，则机构 的活动构件数nm-1,若机构中有i个低副，h个高副，则他们带来的约束数为（ih）个，即将构件的自由度减少了（ih）所以，机构实际剩的自由度可按公式进行：Fn（ih）这就是平面机构自由度的计算公式,2.3.2 机构具有确定运动的条件分析图中所示的三种机构，分别计算各个机构的自由度,2.3.2 机构具有确定运动的条件 ）n，i，hFx(2x3+0)=0 ）n，i，hFx(2x4+0)=1 ）n，i，hFx(2x4+0)=2图a中机构的自由度为零，因为它实际上是一个刚体，称为静定桁架。,
