下载文档原格式
第三章 机构的结构理论本章介绍机构的组成理论，空间开链与空间闭链机构的自由度计算方法，平面机构的结构分析，运用图论讨论平面运动链的结构综合，介绍空间运动链的型综合，为机构类型的创新设计提供理论基础。
3-1机构的组成理论机构是表示机器组成情况和运动特征的数学模型。
机器中的运动部件转化为机构中的构 件，机器中各运动部件的可动连接转化为机构中的运动副。
这种表明机器组成和运动情况的 数学模型以机构运动简图的方式出现。
这样大大简化了机械的设计与分析的步骤，也促进了 机构学的迅猛发展。
机械种类繁多，结构复杂，特别是机械装置与电子装置、机械技术与液压技术、气动技术、传感技术、光电技术、控制技术的互相渗透结合，已形成机电一体化的高科技的系列化机械产品c 传统机械中的刚性运动部件有时可以被流体、弹性体、挠性体、磁场、电场等取代，所以，构件已不单纯为刚性体。
但本书的研究范围仍把构件局限在刚性体范畴之内。
无论科学技术如何发展，机械是水存的。
机械运动实现的主要手段仍以机械装置为主，所以，本书仍以刚性构件组成的机构为研究对象。
1．运动副的自由度如图3—1所示，一个构件在三维空间中有6个自由度，分别是绕3个坐标轴的转动和沿3个坐标轴的移动。
当用运动副把两构件连接时，构件的运动就会受到运动副的约束作用。
运动副的种类不同，所提供的约束数目不同。
如果运动副提供6个约束，则被连接的构件将失去可动性，连接件与被连接件成为一个刚体。
如果运动副提供0个约束，则被连接件仍保留运动的自由性，从而失去了连接作用。
因此运动副所能提供的最小约束为min 1C =，最大约束为max 5C =。
而运动副的自由度数为6减去运动副提供的约束数。
即 6f C =-式中 f 为运动副的自由度；c 为运动副提供的约束数。
运动副的自由度在1~ 5之间。
2．运动副的分类可以根据运动副提供的约束数日分类，也可以根据运动副的自由度数分类。
两种分类方法行有特色，本书按运动副的自由度分类。
第三节小车运行机构一、概述在岸边集装箱起重机上，实现集装箱或吊具吊梁作水平往复运动的机构总成称为小车运行系统。
包括运行小车总成，小车运行机构，小车钢丝绳卷绕和安全保护装置。
自行式的驱动机构布置在运行小车上，钢丝绳牵引式的驱动机构一般是布置在机器房内，有时也可将驱动机构布置在机器房下面的大梁内。
而运行小车则通过行走车轮，沿敷设在前、后大梁的轨道上运行来实现集装箱装卸作业。
对小车运行机构的要求：（1）运行小车上悬挂有司机室，司机可以在司机室内操作和控制起重机的各种作业动作。
（2）对于钢丝绳牵引式运行小车应设有机械式或液压式牵引钢丝绳张紧装置。
（3）驱动装置的减速器中的传动齿轮啮合的齿侧间隙要小，要求有较高的啮合精度，以减小运行过程中由于双向受力引起的冲击。
（4）小车运行系统还设置有各种安全保护装置和缓冲器，以保证运行小车在各种情况下都能安全可靠地工作。
（5）一般不设应急机构，近年来随着岸桥的外伸距加大，有的用户也提出要求装设应急机构。
二、运行小车的类型运行小车按其驱动型式和结构形式分类如下：（一）自行式运行小车1．小车的组成运行小车的驱动机构直接布置在小车架上。
一般采用交流变频电机驱动，经减速器减速后，直接传到车轮轴上来驱动车轮转动，从而实现小车的横移运动。
自行式运行小车包括驱动机构，车轮组、滑轮组、小车架、司机室、缓冲器、水平轮、锚定装置、顶升和防坠装置、安全限位装置，有的还包括小车分离装置等组成。
驱动机构则包括电机，联轴器、制动器、减速器、万向节传动轴等组成。
2．布置型式（1）板梁型自行式运行小车（图5-3-3.1）图5-3-3.1板梁型自行式运行小车1—液压缓冲器；2—小车架；3—小车滑轮组；4—小车分离装置；5—驱动机构；6—操纵室；7—小车车轮组（2）双箱梁自行式运行小车（图5-3-3.2）图5-3-3.2双箱梁自行式运行小车1—小车滑轮组；2—小车架；3—驱动机构；4—液压缓冲器；5—操纵室；6—钢丝绳托辊；7—小车车轮组；8—水平轮；9—限位安全装置（3）单箱梁自行式运行小车（图5-3-3.3）图5-3-3.3单箱梁自行式运行小车1—缓冲器；2—水平轮；3—驱动机构；4—起升滑轮组；5—安全限位装置；6—操纵室；7—小车架；8—小车车轮组（二）钢丝绳牵引式运行小车1．小车的组成牵引式运行小车包括驱动机构，钢丝绳缠绕系统，小车车轮组，小车起升滑轮组、小车架、司机室、缓冲器、水平轮、顶升和防坠装置、安全限位装置，有的还包括小车防摇分离装置。
`第三章平面连杆机构机构中的运动副全为低副，称机构为连杆机构。
根据机构中构件的相对运动情况，连杆机构可分为平面连杆机构、空间连杆机构和球面连杆机构。
本章讨论平面连杆机构。
根据平面连杆机构自由度的不同，又可将其分为单自由度、两自由度和三自由度平面连杆机构。
根据运动链的结构型式，可分为开式链和闭式链机构，本章讨论闭式链机构，开式链机构将在第8章中介绍。
对于闭式链机构，一般将机构中含有五个以上构件的平面连杆机构统称为平面多杆机构。
本章主要讨论单自由度平面四连杆机构，简要介绍平面多杆机构。
第一节平面四连杆机构的类型一、平面四连杆运动链表3-1 平面四连杆运动链类型平面四连杆机构是由四个构件通过四个低副构成的闭式链机构。
四个构件和四个低副只有一种基本闭式运动链型式。
四个低副可以是转动副也可以是移动副，组合后有表3-1所示的六种型式。
为叙述方便，用R表示转动副，P表示移动副，每种运动链可用运动链中运动副的类型和排列顺序来表示，如RRRR型等。
在RRRR、RRRP、RRPP和RPRP四种运动链中，只要指定某一构件为机架，就可得到自由度为1的平面四连杆机构。
将RRRR型机构称为平面铰链四杆机构，RRRP型机构称为含有一个移动副的平面四连杆机构，RRPP和RPRP型机构称为含有两个移动副的平面四连杆机构。
在RPPP和PPPP运动链中，运动链的公共约束为4，即4族机构，此时构成的机构的自由度为2，本书中不讨论。
在表3-1的第二列中，已列出了每种运动链可以取作为机架的特征构件的类型，第三列中列出了取不同运动副特征构件为机架得到的相应机构的名称。
如RRRR型运动链，取作为机架的构件运动副特征只有一种，即含有两个转动副的构件；对RRRP型运动链，取作机架的构件的运动副特征有两种可能性，即含有两个转动副的构件和含有一个转动副一个移动副的构件。
二、 平面铰链四杆机构图3-1 平面铰链四杆机构对表3-1中的平面铰链四杆运动链，取任一构件为机架，可得到如图3-1所示平面铰链四杆机构。
第三章配气机构§3-1凸轮机构凸轮机构的分类：按凸轮形状分：1）盘形凸轮2）移动凸轮3）圆柱凸轮按从动件型式分：1）尖底从动件；2）滚子从动件；3）平底从动件按维持高副接触分（锁合）；1）力锁合→弹簧力、重力等2）几何锁合：等径凸轮；等宽凸轮凸轮机构的优点：结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。
缺点：1）点、线接触易磨损；2）凸轮轮廓加工困难；3）行程不大§3-2配气机构的作用是按照发动机每一缸内所进行的工作循环和发火顺序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜可染混合气（汽油机）或空气（柴油机）得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排除。
新鲜空气或可染混合气被吸入气缸越多，则发动机可能发出的功率越大，新鲜混合气或空气充满气缸的程度，用充气效率来表示。
充气效率=在进气行程中实际进入气缸的新鲜空气或可染混合气的质量/充满气缸工作容积的质量。
充气效率越高，表明进入气缸内的新鲜空气或可染混合气质量越多，燃烧混合气可能发出的热量越大，发动机的功率越大。
对一定容积的发动机而言，V一定，质量与进气终了的T和P有关，进气的T和P越低，进气质量越大，充气效率越高。
但由于进气系统对气体造成阻力使进气终了时的气缸内压力下降，有因为上一轮循环中残余的高温废气，使进气终了气体温度升高，实际进入气体的质量总小于在一般张态下的充满气缸气体的质量。
也就是说，充气效率总小于1。
一般为0.8~0.9。
一、配气机构的分类配气机构可以从不同角度分类。
按气门的布置型式，主要有气门顶置式和气门侧置式；按凸轮轴的布置位置，可分为凸轮轴下置式，凸轮轴中置式；和凸轮轴上置式；按曲轴和凸轮轴的传动方式，可分为齿轮传动式和链条传动式和齿带传动式。
按每气缸气门数目，有二气门式、四气门式等。
1．气门的分布型式气门顶置式配气机构应用最广泛，其进气门和排气门都倒挂在气缸上。
