《城市轨道交通机械基础》 课件 项目5 常用机构认知

项目5常用机构认知《城市轨道交通机械基础》

目录Content任务1 平面机构基础认知1任务2 平面连杆机构认知任务3 凸轮机构认知23

01任务1平面机构基础认知

任务1任务描述在轨道交通中，不论是列车设备还是车站设备，工程材料的应用都非常普遍。为保障轨道交通的正常运营，特别是在制造和维护过程中，我们必须了解和掌握有关工程材料的各种性能，为轨道交通的安全行车保驾护航。本任务主要了解轨道交通相关金属材料的力学性能。任务目标能举例说明运动副的应用特点；能绘制简单运动机构简图；能计算简单形式的平面机构自由度。任务学习一、运动副二、机构运动简图三、平面机构自由度

任务1组成平面机构的每个构件是以一定的方式与其他构件组成可动连接。两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接，称为运动副。运动副也是组成机构的主要要素，通常都是通过点、线、面接触来实现的。根据运动副接触形式不同，运动副可分为低副和高副。（一）低 副通过面接触而构成的运动副称为低副。根据构件之间的相对运动是转动还是移动，低副又可分为转动副、移动副和螺旋副（见下图）。图5-1 转动副图5-2 移动副图5-3 螺旋副一、运动副

任务1（二）高 副两构件以点或线接触构成的运动副称为高副。高副接触可分为滚动轮接触、凸轮接触和齿轮接触（见下图）。滚动轮接触 凸轮接触 齿轮接触低副的单位面积压力较小，较耐用，传力性能好，但摩擦损失大，效率低，不能传递较复杂的运动。高副能传递较复杂的运动，但其单位面积压力较大，两构件接触处容易磨损，制造和维修困难。

任务1机构的实际运动仅与机构中运动副的性质（低副或高副等）、运动副的数目及确定的相对位置（转动副中心、移动副的中心线、高副接触点的位置等）、构件的数目等有关，而与构件的外形、截面尺寸、组成构件的零件数目、运动副的具体构造等因素无关，因此可以按照一定的长度比例尺确定运动副的位置，并用特定的构件和运动副符号及线条绘制出图形，这种表示机构运动特征的简单图形称为机构运动简图。机构运动简图既保持了其实际机构的运动特征，又简明地表达了实际机构的运动情况。二、机构运动简图

任务1构件的表示方法如下图所示。构件的表示方法

任务1运动副表示方法如下图所示。运动副表示方法下面绘制单缸内燃机（见下图）的机构运动简图。单缸内燃机

任务1步骤如下：（1）单缸内燃机由连杆机构、齿轮机构和凸轮机构组成。气缸体1作为机架是固定件，活塞4是主动件，其余构件都是从动件。（2）各构件之间的连接方式，如活塞4与连杆3、连杆3与曲轴2、曲轴2与机架1、凸轮8与机架1之间均为相对转动构成转动副。活塞4与机架1、进排气阀推杆7与机架1之间为相对移动构成移动副。齿轮9与齿轮10、凸轮8与进排气阀推杆7顶端之间为线和点接触构成高副。12（3）先从主动件开始画出移动副的导路中心线，以曲轴与机架构成转动副的位置作为3 基准，然后根据构件上运动副之间的尺寸和各运动副的位置，按选定的比例尺，用构件和运动副的规定符号绘制出机构运动简图，如右图所示。单缸内燃机机构运动简图

任务1在实际生产生活中，机构要达到使用条件，机构运动必须确定，这就需要进行平面机构自由度的计算。机构的自由度必须大于零，则该机构除机架之外的其他构件才能够运动。如果机构的自由度计算等于零，所有构件就都不能运动。通常用具有一个独立运动的构件作为主动件，因此，机构具有确定运动的充分和必要条件为：构件系统的自由度必须大于零，且原动件的数目必须等于自由度数目。两构件组成运动副后，构件的独立运动就受到了限制，对于构件相对运动的这种限制作用称为约束。在平面机构中每个低副（转动副、移动副等）引入两个约束，使构件失去两个自由度，剩余一个自由度；而每个高副（齿轮副、凸轮副等）引入一个约束，使构件失去一个自由度，剩余两个自由度。三、平面机构自由度

任务1如果一个平面机构中包含有n个可动构件（机架为参考坐标系，相对固定而不计），未使用运动副连接之前，这些可动构件的自由度总数应为3n。当各构件用运动副连接起来之后，由于运动副引入约束使构件的自由度减少。若机构中有PL个低副和PH个高副，则所有运动副引入的约束数为2PL+PH。因此，机构自由度的计算应用可动构件的自由度总数减去约束的总数，则得平面机构自由度公式机构的自由度F=3n-2PL-PH【例5-1】试计算图5-10所示内燃机机构的自由度，并判断机构的运动是否确定。解：由分析可知内燃机机构共有5个可动构件，其中6个低副（其中有2个移动副、4个转动副），2个高副，即n=5，PL=6，PH=2。所以，该机构的自由度为F=3n-2PL-PH=3×5-2×6-2=1由于机构具有一个独立运动的构件，活塞4作原动件，原

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