常用机械构造讲解

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1、2-1平面机构运动简图及其自由度 2-2平面连杆机构 2-3凸轮机构及间歇运动机构 第2章 常用机构 2-1平面机构运动简图及其自由度 运动副：构件和构件之间既要相互连接（接触）在一起 ，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接（接 触）就称为运动副。 运动副元素：两构件上直接参加接触构成运动副的部分。 2.1.1 运动副 2.1.2 自由度和运动副约束 自由度：把构件相对于参考系具有的独立运动参数的数目称为自由度 2-1平面机构运动简图及其自由度 按两构件接触情况，常分为低副、高副两大类。 1、低副 两构件以面接触而形成的运动副。 (1) 转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。 a)

2、固定铰链 2.1.2 自由度和运动副约束 2-1平面机构运动简图及其自由度 b)活动铰链转动副 2-1平面机构运动简图及其自由度 (2) 移动副：只允许两构件作相对移动。 移动副 2-1平面机构运动简图及其自由度 2.高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。 高副 2-1平面机构运动简图及其自由度 齿轮副 2-1平面机构运动简图及其自由度 二、空间运动副 若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。 螺旋副球面副 2-1平面机构运动简图及其自由度 2.1.2 平面机构的运动简图 一、 运动副及构件的表示方法 1.构件 构件均用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。 2. 转动副

3、构件组成转动副时，如下图表示。 图垂直于回转轴线时用图a表示； 图面不垂直于回转轴线时用图b表示。 表示转动副的圆圈，其圆心必须与回转轴线重合。 一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在 其内画上斜线。 2.1.2 平面机构的运动简图 3. 移动副 两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。 2.1.2 平面机构的运动简图 4. 平面高副 两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件接触处的曲 线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用 点划线划出其节圆。 2.1.2 平面机构的运动简图 二、 机械系统的运动简图设计的步骤 1）功能分析。确定机械系统的总功能

4、和进行功能分解。 2）绘制机械系统运动循环图。 3）执行（工作）机构选型。 4）绘制机械系统的运动方案图。 5）机构的尺度综合。 6）绘制机械系统运动简图。 2.1.2 平面机构的运动简图 例2-1 试绘制内燃机的机构运动简图 2.1.2 平面机构的运动简图 气缸体1 活塞2 进气阀3 排气阀4 连杆5 曲轴6 凸轮7 顶杆8 齿轮10 解：1）分析运动，确定构 件的类型和数量 2）确定运动副的类型和 数目 3）选择视图平面 4）选取比例尺，根据机 构运动尺寸，定出各运动副 间的相对位置 5）画出各运动副和机构 符号，并表示出各构件 2.1.2 平面机构的运动简图 2.1.3 平面机构的自由度

5、 1.实例分析 不能产生运动 给定构件1运动参数 = ( t ) 构件2、3的运动是确定的 一、 机械具有确定运动的条件 给定构件1运动参数 = ( t )，构 件2、3、4的运动是不确定的 再给定构件4运动参数 = ( t )， 构件2、3的运动是确定的 2.1.3 平面机构的自由度 2.结论 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目称机构的 自由度。 平面机构具有确定运动的条件：机构原动件个数应等于机构的自由 度数目。 原动件数自由度数，机构无确定运动 原动件数自由度数，机构在薄弱处损坏 2.1.3 平面机构的自由度 二、平面机构自由度计算 1.构件自由度 一个构件未用运动副与其它

6、构件连接之前，有三个自 由度。 当用运动副连接后，构件间的相对运动受到约束， 失去一些自由度。运动副不同，失去的自由度数目和保 留的自由度数目也不同。 2.1.3 平面机构的自由度 2.计算公式 n：机构中活动构件数； Pl ：机构中低副数； Ph ：机构中高副数； F ：机构的自由度数； F = 3n - 2Pl - Ph 3.计算实例 n = 3, Pl = 4, Ph = 0 F = 3n - 2Pl - Ph =33 - 2Pl - Ph =33 - 24 - 0 设 则 = 1 2.1.3 平面机构的自由度 v计算实例 n =5, Pl = 7, Ph = 0 F = 3n 2Pl

7、Ph = 35 27 0 = 1 解： 2.1.3 平面机构的自由度 三、自由度计算时应注意的几种情况 1.复合铰链 2.局部自由度 3.虚约束 两个以上构件在同一轴线处用转动副连接，就形成了 复合铰链。 说说 明明 个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称 为局部自由度。 说说 明明 重复出现的，对机构运动不起独立限制作用的约束称 为虚约束。 说说 明明 4.虚约束常见情况及处理方法 说说 明明 5.虚约束对机构的影响 说说 明明 2.1.3 平面机构的自由度 三个构件在同一轴线处，两个转动副。 推理：m个构件时，有m 1个转动副。 2.1.3 平面机构的自由度 2.2平面连杆机构 只

8、用于速度较低的场合。 2.2.1平面连杆机构：用低副连接而成的平面机构。 2.2.2平面连杆机构的特点： 1、能实现多种运动形式。如：转动，摆动，移动，平面运动 2、运动副为低副： 面接触： 承载能力大；便于润滑。寿命长 几何形状简单便于加工，成本低。 3、缺点： 只能近似实现给定的运动规律； 设计复杂； 2.2.4设计方法： 1、图解法，2、解析法，3、图谱法，4实验法 2.2.3平面连杆机构设计的基本问题: 选型： 运动尺寸设计： 确定连杆机构的结构组成：构件数目，运动副类型、数目。 确定机构运动简图的参数： 转动副中心之间的距离； 移动 副位置尺寸 1、实现构件给定位置 2、实现已知运动

9、规律 3、实现已知运动轨迹 1.曲柄摇杆机构 两连架杆中一个为曲 柄，另一个为摇杆。 曲柄为主动件时， 可以实现由曲柄的整周 回转运动到摇杆往复摆 动的运动转换。 摇杆为主动件时， 则可以将摇杆的摆动转 换为曲柄的整周回转运 动。 应用举例： 牛头刨床工作台横向进给机构 缝纫机的踏板机构 2.2.5机构演变简介 缝纫机踏板机构 牛头刨床进给机构 缝纫机踏板 牛头刨床进给机构图 (a)局部结构图 ; (b)曲柄摇杆机构运动简图 1主动齿轮; 2从动齿轮; 3连杆; 4摇杆（棘爪）; 5棘轮; 6丝杠 ; 7机架 正平行四边形机构 蒸汽机车的车轮联动机构 2.双曲柄机构 两个连架杆都能作整周回转运

10、动 振动筛（也称为惯性筛） 在双曲柄机构中，如果 组成四边形的对边长度分别 相等，即 ，则根据曲柄相对位置的不 同，可得到正平行四边形机 构和反平行四边形机构。 反平行四边形机构 车门启闭机构 3.双摇杆机构 两连架杆均为摇杆 飞机起落架机构 起重机中重物平移机构 汽车前轮转向机构(等腰梯形机构) 1.曲柄滑块机构 一连架杆为曲柄，另一连架杆相对机架作往复移动而称为滑块 应用举例：内燃机、空气压缩机、冲床和缝纫机等。 对心式曲柄滑块机构 偏置式曲柄滑块机构 取曲柄滑块机构中的不同构件作为机架，可以得到以下 四种不同的机构。 2.导杆机构 v曲柄转动导杆机构 v曲柄摆动导杆机构 v摆动导杆滑块机

11、构（摇块机构） v移动导杆机构（定块机构） 应用 (a)曲柄滑块机构; (b)转动导杆机构; （c)摆动导杆滑块机构(摇块机构）; (d)移动导杆机构（定块机构） 导杆机构图2 曲柄摆动导杆机构 (a)曲柄摆动导杆机构; (b)电气开关 小型刨床机构 卡车车厢自动翻转卸料机构 手动抽水机 3.偏心轮机构 特点：容易加工； 工作时润滑条件和受力情况好； 可用于较重载荷的传动中。 应用举例：蒸汽机换气阀传动机构、冲压机传动机构等。 （a）等效曲柄滑块机构 （b）曲柄滑块机构 （c）等效曲柄摇杆机构 （d) 曲柄摇杆机构 一、曲柄存在条件 二、急回特性和行程速比系数 三、压力角和传动角 四、死点位置

12、 2.2.6平面四杆机构的一些基本特性 在 中 在 中 整理得 将式、中的三个不等 式两两相加，化简后得 曲柄存在条件： 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和； 连架杆与机架中必有一杆为最短杆。 你会判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构么？ 一、曲柄存在条件 双摇杆机构 曲柄摇杆机构 双摇杆机构 双曲柄机构 以最短杆相邻杆为机架 以与最短杆相对的杆为机架 以最短杆为机架 NY 判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构 取不同构件为机架时的铰链四杆机构型式 (a)构件4为机架; (b)构件2为机架; (c)构件1为机架; (d)构件3为机架 二、急回特性和行程速比系数 摇杆的摆角

13、C1DC2 ；极位夹角 工作行程 回程 曲柄等速转动时， 摇杆往复摆动的平均速 度不相同，这种运动称 为曲柄摇杆机构的急回 运动。曲柄摇杆机构的 急回运动程度可以用 2 和 的比值 来衡量 ， 称为行程速比系数。 ， ，急回程 度。= 0时， =1 时，机构无急回运动 。 传动角 压力角的余角。 三、压力角和传动角 压力角 从动件受力点（C点）的受力方向与 受力点的速度方向之间所夹的锐角。 压力角越小，传动角越大，机构 传力性能越好。设计时应使 在ABD和BCD中，分别有 式中， 。 联立求解得 与 如何确定铰链四杆机构的最小传动角 ？ 当 时， =（对顶角关系）； 当 时， = -（互为补角

14、关系）。 由此可见，要判断 min位置前，首先应判断min、max位置。 可分以下三种情况讨论： 时， min=min ； 时， min= -max ； 机构中和两种情况共存时，可先计算当 时 的 1min=min ，然后再计算当 时的 = -max 。 则 minmin 1min , 2min。 结论： min 可能发生在主动曲柄与机架两次共线（AB，AB） 的位置之一处，即 处。 进一步分析与 的关系 四、死点位置 1死点的概念 在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，当连杆与从动曲柄共线时 ，机构的传动角 ，此时主动件CD 通过连杆作用于从动曲柄AB上的 力恰好通过其回转中心，所以出现了不能

15、使构件AB转动的顶死现象，机 构的这种位置称为死点位置或死点。 2死点的缺陷 对于传动机构，存在死点位置是一个缺陷，常采用下列措施使机构 顺利通过死点位置： 利用系统的惯性；利用特殊机构。 3死点的利用 在工程中也常常应用死点位置实现工作要求。如快速夹具、 飞机起落架等。 利用惯性 利用机构 错位排列 具 夹 速 快 2.2.7平面四杆机构的设计 主要任务 根据给定的运动条件，用图解法、解析法或实验法 确定机构的运动尺寸。 按给定的位置或运动规律要求设计四杆机构； 按给定的轨迹要求设计四杆机构。 一、按给定的行程速比系数设计四杆机构 二、按给定的连杆位置设计四杆机构 三、按给定的两连架杆对应位置设计四杆机构 四、按给定的运动轨迹设计四杆机构 连杆曲线 图谱法 一、按给定的行程速比系数设计四杆机构 1曲柄摇杆机构 2曲柄滑块机构 3导杆机构 已知条件：行程速比系数K、摇杆的长度 CD和摇杆的摆角 （1）计算极位夹角 （2）取适当的比例尺l = CD/CD(m/mm)，并由 CD 和 作出两极限位置C1D、C2D; （3）过C2点作C1C2N90的射线C2N，然后再过C1点作C2C1的垂线C1N 交C2N于P; （4）以C2P为直径作圆，圆心为O，则A点必在此圆上; （5