机械运动简图的构件和运动副设计及优化

设计新机械或革新现有机械时，为便于分析研究，常需把复杂的机械采用一些简单的线条和规定的符号将其传动系统、传动机构间的相互联系、运动特性表示出来，表示这些内容的图称为机械运动简图或机动示意图[见图1-1（b）、图1-2（b）]。从运动简图中可以清晰地看出，原动机的运动和动力通过哪些机构、采用何种方式，使机器工作部分实现怎样的运动；根据运动简图再配上某些参数便可进行机器传动方案比较、运动分析和受力分析，并为机械系统设计、主要传动件工作能力计算、机件（构件和零件之统称）结构具体化和绘制装配图提供条件。

机械的运动特性与构件的数目、运动副的类型和数目，以及运动副之间的相对位置（如回转副中心、移动副某点移动方位线等）有关。机构、构件和运动副是组成机器并直接影响机器运动特性的要素。这些要素必须在运动简图中确切而清楚地表示出来，而那些与运动特性无关的因素（如组成构件的零件数目、实际截面的形状和尺寸、运动副的具体构造）则应略去，无须在运动简图中表达。绘制运动简图实际就是用一些运动副、构件以及常用机构简单的代表符号（参见表1-1）按传动系统的布局顺序绘制出来，这样便能清晰地反映与原机械相同的运动特性和传递关系。根据实际机械绘制其运动简图时，首先应进行仔细观察和分析，分清各种机构，判别固定构件（通常是机架）与运动构件（运动构件中由外力直接驱动，其运动规律由外界确定的构件称为主动构件，其余的运动构件称为从动构件），数出运动构件的数目，并根据构件间相对运动性质确定其运动副的类型。其次，测量各个构件上与运动有关的尺寸——运动尺寸（如确定运动副相对位置和滚滑副接触面形状的尺寸）。然后根据这些运动尺寸选择适当的长度比例尺（μl＝实际长度/图示长度，单位为m/mm 或mm/mm）和视图平面（通常为构件的运动平面），用规定的或惯用的机构、构件和运动副的代表符号绘制简图。一般先画固定构件及其上的运动副，接着画出与固定构件相联的主动构件（位置可任意选定），以后再按运动和力的传递关系顺序画出所有从动构件及相联的运动副以完成机械运动简图。最后，还应仔细检查运动构件的数目、运动副的类型和数目及其相对位置与联接关系等有无错误，否则将不能正确反映实际机械的真实运动。

表1-1　运动简图中的常用符号

以一定的比例尺绘制运动简图，便于用图解法在图上对机构进行运动和力的分析。工程上还广泛应用不按严格的比例绘制的运动简图，通常称为机动示意图。在机动示意图上只是定性地表达出机械中各构件之间的运动和力的传递关系，但绘制却较方便。

下面通过几个例子，对绘制运动简图再作些具体说明。

图1-4　偏心轮滑块机构

例1-1　图1-4（a）所示为一偏心轮滑块机构，图1-4（b）为其运动简图，作图步骤如下：

（1）认清机架及运动构件数目并标上编号，确定主动构件。

1—机架，2—偏心轮，3—连杆，4—滑块，确定偏心轮2为主动构件。(www.xing528.com)

（2）根据相联两构件相对运动的性质，确定运动副的类型。

图1-4（a）中，1-2属回转副；2-3联接部分的实际结构是连杆3 的一端圆环的内圆柱面套在偏心轮2 的外圆柱面上，连杆3对偏心轮2之间的相对运动为绕圆心A 的转动，所以也是回转副（运动副的实际构造可有各式各样，应抓住两构件可能的相对运动性质来正确判断运动副的类别）；同理，3-4也属回转副；而4-1则为移动副。

（3）确定回转副的转动中心所在位置和移动副某点移动方位线，选择构件的运动平面，并用代表符号和线条按比例画出运动简图。

1-2回转副中心在O 点；2-3回转副中心在A 点；3-4回转副中心在B 点；4-1移动副上B 点移动方位线m-m 方向水平，该线偏离固定中心O 的距离为e。画图时先画机架1及其上的回转副中心O（固定点），按偏距e作水平线即为机架1上移动副B 点移动方位线m-m（固定线），按主动构件2上两回转副中心O、A 距离及其某一瞬时位置定出A 点，联O、A 得构件2；以A 为圆心，构件3 两回转副中心A、B 距离为半径作弧与线m-m 之交点即为B 点，联A、B 得构件3；最后以代表符号画出构件4及与机架1的移动副，即得图1-4（b）所示运动简图。

例1-2　图1-5（a）所示为一凸轮机构，主动构件凸轮2与机架1组成回转副A，从动杆3 分别与凸轮2、机架1 组成滚滑副B与移动副C。对照例1-1作图步骤绘制出图1-5（b）所示运动简图。需要指出的是：对滚滑副应按比例作出组成滚滑副的接触部分形状；画机动示意图时，只要大致画出廓线形状就可以了。

图1-5　凸轮机构

例1-3　如图1-2（a）所示一加热炉运送机，电动机到工作部分整个传动系统采用的机构及其运动传递情况，在第一节中已阐述，其机架、各运动机件以及运动副的数目、类型、位置都不难分析，对照上述步骤，可作出如图1-2（b）所示之运动简图（机动示意图）。需要指出的是：蜗杆和蜗轮以及一对齿轮都是构成滚滑副，但它们都已有惯用的代表符号（表1-1），绘制运动简图时无须表示出其齿廓形状。