运动副在生产、生活中的运用

摘　要：组成机器的构件之间具有确定的相对运动，这种确定的相对运动必须依靠各种形式的运动副来保证。不同的运动副具有不同的特点。同一种运动形式可以是不同的运动副。用高副代替低副，可以大大提高机械设备的传动精度和工作效率。

关键词：运动副；自由度；液体

机器是由许多构件组合而成的，各构件之间具有确定的相对运动，这种确定的相对运动保证机器按照预定的要求完成各种工作任务。那么，构件之间的相对运动是靠什么来保证的呢？

一、什么是运动副

一个物体，如果不受任何限制，它在空间有6个自由度，它的运动是杂乱无章的。即使在平面内，仍有3个自由度。要使物体的运动是确定的，则该物体只能有1个自由度。

可见，要使物体能按照预定的要求运动，必须给它加以各种形式的限制，这种限制就是运动副。所谓运动副，就是使两构件直接接触而又能产生一定的相对运动的连接。由于机器的用途广泛，构件之间的运动复杂多变，所以运动副也有各种类型。

二、运动副的类型

运动副是构件之间的一种动连接。它的种类与物体之间的接触形式有关。物体的接触形式有点、线、面三种。我们把点和线的接触形式称为高副，面接触形式称为低副。低副根据构件的运动形式不同又可分为移动副、转动副和螺旋副三种。低副因其接触面积大，所以承载能力大，单位面积上的负荷小。但因其摩擦为滑动摩擦，所以摩擦损失大，效率低。高副按接触形式不同，通常分为滚动轮接触、凸轮接触和齿轮接触三种。高副接触面积小，摩擦小，效率高。因其运动灵活，所以可实现复杂的运动，但因接触面积小，单位面积上压力大，接触处极易磨损。

机器中构件之间正是因为有了各种运动副，才使得各部分之间运动有序，配合协调，按照既定的要求完成各种工作任务。例如，车床的床鞍与导轨之间组成移动副。这样，床鞍就可以在导轨上有规律地移动，满足车削的要求；滑动轴承中轴与轴套之间则组成了转动副，这样轴就可以高速转动，满足传递运动的要求；螺旋千斤顶则利用螺旋副顶起重物；火车在铁轨上的行进，就是滚动轮接触的高副；凸轮机构中，凸轮与从动件的接触属于高副；各种齿轮之间的啮合传动也是典型的高副等。在我们的日常生活中，运动副也随处可见。例如，饮料瓶盖的旋紧、旋开就是螺旋副的具体应用，抽屉的打开和关闭是移动副的应用，房门的开、关是铰链中的转动副在起作用。

三、运动副在生产、生活中的运用

随着科技的不断发展，现代加工制造技术对机器运动的要求越来越高，尤其在机器运动的准确性和运动效率方面则提出了更高的要求。机器运动的准确性越高，加工出来的产品精度越高，质量越好，而提高效率则可节约能源，这是能源日益紧缺的今天人类所面临的共同课题。传统的机器设备虽然能满足普通零部件的生产和加工，却不能跟上时代的要求，更不能满足消费者挑剔的眼光和对高质量产品的需求。如何才能制造出更加先进的机器设备呢？我们可以从运动副的角度着手。

相同的运动副，传递运动的准确性和效率可能会有很大差异。接触物体表面的平面度、粗糙度和情况都是影响传动的主要因素。物体的摩擦系数大，摩擦损失就越大，效率越低。油液的可大大降低摩擦因素，减少摩擦和磨损。滑动轴承中采用液体或半液体可有效提高轴承传动效率。采用了液体，轴颈与轴套被油膜隔开，避免了金属之间的直接接触，摩擦发生在金属与液体之间，摩擦系数降低到0.008左右，传动情况有了很大改善。机器的各个传动部分都可以通过采用良好的方式来改善传动条件，从而提高效率。

高副的各种机构同样需要良好的。发动机是汽车等机动车的核心部件，它主要由齿轮传动组成，机油就是它的油。为了保证发动机良好的工作性能，必须经常更换机油。更换机油是保护发动机的最好方法。可见，在传动中起了十分重要的作用。在日常生活中，我们经常会有这样的经历：房门使用久了，开、关时就会发出刺耳的噪声。这时，在门轴铰链中加点油，噪声没了，开、关也灵活了；衣服上的拉链难拉上的时候，在拉链上涂上蜡，就可以解决问题了。这些都是的作用。

但是，不能从根本上改变低副本身的缺陷。如果在不改变运动形式的前提下，构件之间的运动副可以由高副来代替低副，这样可以大大提高运动的灵敏度和运动效率。在实际的生活和生产中就有这方面的例子。

轴承是支撑轴并能使轴保持较高的旋转精度的重要零部件。滑动轴承虽然具有径向尺寸小，抗冲击能力强，安装方便，噪声小等优点，但轴颈与轴套之间组成低副（转动副），是滑动摩擦，效率低，轴套易磨损，这些特点使它的应用受到一定的限制。而滚动轴承很好地克服了这些缺点。滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。工作时，内圈固定在轴颈上并随轴一起转动，外圈固定在箱体的孔中并保持静止，滚动体在内外圈之间滚动。滚动体有球形，圆柱形等，它们与内外圈滚道之间以点或线接触。所以，滚动轴承用滚动摩擦代替了滑动摩擦，用高副代替了低副（转动副），大大提高了传动的灵敏性和传动效率。虽然运动副发生了根本性改变，但是运动的基本形式却没有发生变化，滚动轴承的应用范围大大超过了滑动轴承的应用。

螺旋副的应用在某些场合是不可缺少的。如机床上刀架的移动就是依靠丝杠和螺母之间的螺旋传动来实现的。为了提高传动的灵敏性和传动效率，人们发明了滚珠螺旋传动。滚珠螺旋传动装置由滚珠、螺杆、螺母和滚珠循环装置四部分组成，滚珠螺旋传动中的丝杠和螺母不再直接接触，而是通过滚珠来过渡。这样，运动就发生在丝杠、滚珠和螺母之间。滚珠是球形的，它与丝杠和螺母以点的形式接触。所以，它用高副代替了低副（螺旋副），克服了螺旋传动摩擦大、效率低的缺点。当然，由于滚珠螺旋传动结构复杂、制造要求高、制造成本高，目前还只是用于数控机床和一些精密仪器中。

传统的抽屉和门窗的移动属于低副的应用。在使用过程中我们发现，时间久了，门窗易变形，开、关就比较困难。而现在许多移门在门顶或门底采用了滚轮和导轨，使得门开关方便轻松，经久耐用。滚轮与导轨之间以线的形式接触，形成了高副。这样，低副（移动副）就被高副取代。抽屉也是如此，使用起来方便了许多。

从以上的例子中我们发现，在某些场合，高副可以取代低副，以克服低副的缺陷，改善传动条件。这是一种新的发明创造，也是一种发展趋势。运动副的改变只是提高了运动的精度和机器设备的工作效率，而从结构、加工制造工艺、经济性等方面来看，却比原来复杂和昂贵得多。所以，高副并不能完全取代低副，低副依然有广泛的应用空间。在具体应用时，采用哪种方式，应综合考虑多方面的因素。

当今世界，科技日新月异。机械制造业作为一个国家的基础行业，决定着国民经济的发展程度。我国的机械制造业虽然发展很快，但尚不发达，还需要国人不断努力。作为职业教育工作者，在平时的工作中，只有勤思考，多总结，多实践，才会有新的发现。在教学过程中，我们应注重学生思维能力的开发与培养，通过生动的实例启发学生的创新意识，为社会输送更多高素质的劳动者。

作者简介：沈耀平，男，江阴市商业中等专业学校一级教师，主要研究方向是机电专业教学。

（作者单位　江阴商业中等专业学校）