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1、机械常用机构 机械知识 无论是在生活中 还是在生产中 各种各样的机器设备都在为人们的生活和工作服务 例如 铲土机 缝纫机 电影放映机等 虽然机器的结构可能十分复杂 但其动作的传动都是由各种各样的基本结构完成的 缝纫机 铲土机 电影放映机 6 1平面连杆机构 6 2凸轮机构 6 3间歇运动机构 平面连杆机构是指组成机构的一些刚性构件在同一平面或相互平行平面内运动的机构 最常用的平面连杆机构是具有四个构件 包括机架 的机构 称为四杆机构 它不仅应用广泛 而且是其他多杆机构的基础 6 1平面连杆机构 连杆机构应用举例 缝纫机踏板的上下摆动是应用曲柄摇杆机构而转化为带轮转动的 平面连杆机构在机械传动中
2、应用极广 除了它的基本形式外 还有很多演化形式 例如 铰链 即转动副 的形式很多 机械设备中铰链的一般形式如图a b所示 在日常生活中 门和家具上用的合叶也是铰链连接的具体应用 知识准备 活动铰链 固定铰链 合叶 在机构简图中 小圆圈表示铰链 线段表示构件 带一组短斜线的线段或者两固定铰链间的假想连线表示机构中固定不动的构件 一 铰链四杆机构的组成 铰链四杆机构是由四个杆件通过铰链连接而成的传动机构 其基本结构如图a所示 图b为其机构简图 图b 图a 铰链四杆机构中各构件的名称 在铰链四杆机构中 固定不动的构件4称为机架 与机架直接相连的构件1 3称为连架杆 与机架不直接相连的构件2称为连杆
3、在连架杆中 能作整周转动的称为曲柄 不能作整周转动的称为摇杆 铰链四杆机构的四个构件中 必须有一个构件作为机架 而且只能有一个机架 机架数过多则机构会成为固定结构 不能运动 若没有机架 各构件相互间的运动将无确定的对应关系 则不能形成实用的机构 二 铰链四杆机构的基本形式 根据两连架杆中曲柄存在形式的不同 铰链四杆机构分为三种基本形式 1 曲柄摇杆机构2 双曲柄机构3 双摇杆机构 铰链四杆机构中 曲柄存在的杆长条件为 最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和 1 曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构的两连架杆中 若一个为曲柄 而另一个为摇杆 则称为曲柄摇杆机构 如图所示 机构满足曲柄存在的
4、杆长条件时 取最短杆的邻杆作机架 则形成曲柄摇杆机构 曲柄摇杆机构是铰链四杆机构的最基本形式 其他形式的铰链四杆机构都可由曲柄摇杆机构进行转化而得到 曲柄摇杆机构 曲柄AB为主动件且匀速转动 通过连杆BC带动摇杆CD往复摆动 摇杆延伸端实现剪板机上刃口的开合剪切动作 曲柄摇杆机构应用实例1 剪板机 剪板机 曲柄AB为主动件且匀速转动 通过连杆BC带动摇杆CD往复摆动 以实现雷达天线的俯仰动作 曲柄摇杆机构应用实例2 雷达天线俯仰摆动机构 雷达天线俯仰摆动机构 主动曲柄AB匀速转动 摇杆CD往复摆动 连杆BC的外伸端部E按预定曲线运动 从而完成搅拌动作 曲柄摇杆机构应用实例3 搅拌器 曲柄AB为
5、主动件且匀速转动 通过连杆BC带动摇杆CD往复摆动 摇杆外伸端实现刮窗动作 曲柄摇杆机构应用实例4 汽车窗刮水器 汽车窗刮水器 摇杆CD 相当于踏板 为主动件并往复摆动 通过连杆BC驱动从动曲柄AB作整周转动 曲柄摇杆机构应用实例5 缝纫机踏板机构 缝纫机踏板 1 急回特性若曲柄匀速转动 很明显曲柄转过角 1 180 比转过角 2 180 需要的时间要多 这说明摇杆往复摆动的平均速度不同 铰链四杆机构的这种特性称为摇杆的急回运动特性 曲柄摇杆机构运动特性分析 应用 在一些机械中 常利用摇杆的急回特性来缩短空回行程所用的时间 以提高工作效率 曲柄摇杆机构急回特性 2 止点位置摇杆处于C1D或C2
6、D两极限位置时 连杆BC与曲柄AB两次共线 此时 摇杆经连杆施加给曲柄的力F1或F2必然通过铰链中心A 曲柄不能获得转矩 机构将趋于静止状态 机构所处的这种位置称为止点位置 曲柄摇杆机构的死点位置 应用 在机械传动中 通常利用从动件本身或飞轮的运动惯性来通过止点位置 例如 缝纫机踏板机构就是利用带轮的运动惯性来通过止点位置的 值得注意的是 机构的止点位置并不是指机构上某个具体的点 而是机构所处的一种状态位置 机构处于止点位置时 可能出现机构趋于静止不动或运动不确定的现象 对一般传动而言 机构的止点位置要设法加以克服 2 双曲柄机构 将曲柄摇杆机构中的最短杆固定为机架时 根据转动副运动的可逆性原
7、理 与机架相连的两连架杆均可作整周转动 即形成双曲柄机构 在铰链四杆机构中 若两个连架杆均为曲柄 则称为双曲柄机构 如图所示 常见的双曲柄机构形式有 1 两曲柄长度不同的不等长双曲柄机构 2 四个杆件形成平行四边形的平行双曲柄机构 3 相对的两杆件分别等长但互不平行的反向双曲柄机构 平行双曲柄机构 不等长双曲柄机构 反向双曲柄机构 四杆件构成不等长双曲柄机构 主动曲柄AB匀速转动 从动曲柄CD作变速转动并通过附加连杆CE带动筛子作变速往复直线运动 以使被筛物料获得较好的筛分效果 双曲柄机构应用实例1 惯性筛 惯性筛 利用平行双曲柄机构两曲柄的旋转方向和角速度均相同的特性 保证两天平盘始终保持水
8、平状态 双曲柄机构应用实例2 天平 天平 四杆件构成平行双曲柄机构 两曲柄的旋转方向和角速度均相同 牵动主动曲柄AB的延伸端E 可使连杆BC带动机械手平行升降移动 以便平稳码垛 双曲柄机构应用实例3 码垛机械手 曲柄AB为主动件且匀速转动 通过连杆BC带动摇杆CD往复摆动 摇杆延伸端实现剪板机上刃口的开合剪切动作 双曲柄机构应用实例4 汽车门启闭机构 汽车车门启闭机构 双曲柄机构的两连架杆都能作整周转动 无极限位置存在 因此双曲柄机构无止点位置 但对以长边为机架的平行双曲柄机构来说 在四杆共线时 可能因运动的不确定性而向反向双曲柄机构转化 为了避免这种现象的发生 可在从动件上附加惯性轮或添加附
9、加装置 如机车主动轮联动装置 增设了辅助曲柄EF 以避免机构发生运动不确定的现象 3 双摇杆机构 将曲柄摇杆机构中的最短杆的对杆固定为机架时 即形成双摇杆机构 若铰链四杆机构中 最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆的长度之和 不论以哪一杆为机架 均为双摇杆机构 双摇杆机构 两摇杆AB和CD往复摆动 连杆BC外伸端部E点的运动轨迹近似水平线 能使重物平稳移动 双摇杆机构应用实例1 起重吊车机构 当电动机输出轴蜗杆带动蜗轮 连杆AB转动时 两从动摇杆AD和BC被带动作往复摆动 从而实现电风扇的摇头动作 双摇杆机构应用实例2 电风扇摇头机构 主动摇杆AB通过连杆BC带动从动摇杆CD动作 实现起落架的
10、收放 图示状态 摇杆AB与连杆BC共线 机构处于止点位置 可防止起落架自行收回 双摇杆机构应用实例3 飞机起落架机构 手柄与连杆BC连为一体 扳动手柄可夹紧或松开工件 图示状态 连杆BC与摇杆CD共线 机构处于止点位置 可提高工件夹紧的可靠性 双摇杆机构应用实例4 夹紧机构 三 曲柄滑块机构及其演化形式 曲柄滑块机构是将曲柄摇杆机构中的摇杆转化为滑块而得来的一种演化形式 当曲柄AB匀速转动时 通过连杆BC带动滑块3在机架导轨上作往复直线运动 曲柄滑块机构的演化 内燃机应用曲柄滑块机构将活塞 相当于滑块 的往复直线运动转换为曲轴 相当于曲柄 的旋转运动 曲柄滑块机构应用实例1 内燃机气缸 内燃机
11、气缸 冲压机应用曲柄滑块机构将曲轴 相当于曲柄 的旋转运动转换为冲压头 相当于滑块 的往复直线运动 曲柄滑块机构应用实例2 冲压机 曲柄AB每转动一周 滑块C就从料槽中推出一个工件 曲柄滑块机构应用实例3 滚轮送料机 取曲柄滑块机构中的曲柄作机架 使原有连杆缩短成为新的曲柄 原导轨转化为摆动导杆 此时机架长大于曲柄长 曲柄滑块机构的演化形式 摆动导杆机构 摆动导杆机构 取曲柄滑块机构中的连杆作机架 原滑块转化为摇块 曲柄滑块机构的演化形式 摇块机构 曲柄摇块机构 以曲柄滑块机构中的滑块为机架 原导轨转化为移动导杆 曲柄滑块机构的演化形式 移动导杆机构 移动导杆机构 凸轮是具有控制从动件运动规律
12、的曲线轮廓的构件 含有凸轮的机构称为凸轮机构 在自动化机械中 要使机构按较复杂的预定规律完成某一工作循环 通常采用凸轮机构 6 2凸轮机构 凸轮机构应用举例 多缸内燃机配气机构工作时 匀速回转的凸轮1迫使气门3往复移动 以使气口开启或关闭 通过多个凸轮的协调动作 控制着各个气缸按预定规律完成进气和排气的工作循环 1 凸轮机构的组成凸轮机构主要由凸轮3 从动件2和固定机架1三个构件组成 从动件靠重力或弹簧力与凸轮紧密接触 凸轮转动时 从动件作往复移动 一 凸轮机构的组成和特点 凸轮机构示意 2 凸轮机构的特点 凸轮机构的基本特点是能使从动件获得较复杂且准确的预期运动规律 但凸轮轮廓与从动件的接触
13、面积小 所以接触处压强大 易磨损 因而不能承受很大的负荷 凸轮是一个具有特定曲线轮廓的构件 轮廓精度要求高时需用数控机床进行加工 二 凸轮机构的分类和应用 1 凸轮机构的分类凸轮机构的种类很多 通常按凸轮形状和从动件的端部结构分类 靠模板4 相当于移动凸轮 固定在车床床身上 车削加工时 工件旋转 刀架3带动车刀2 从动件 沿工件轴向移动 由靠模板曲线轮廓控制车刀相对于工件的径向进给 车刀按预定规律动作 从而车削出具有曲面轮廓的工件 凸轮机构应用实例1 靠模车削机构 靠模车削机构 在圆柱表面开出曲线凹槽的圆柱凸轮1转动时 凹槽的侧面推动摆杆2端部的滚子 使摆杆绕固定铰链C的回转中心摆动 摆杆另一
14、端的扇形齿轮与刀架底部的齿条相啮合 使刀架实现进刀和退刀动作 凸轮机构应用实例2 自动进刀机构 自动车床走刀机构 三 从动件常用的运动规律 凸轮的轮廓形状取决于从动件的运动规律 而从动件的运动规律是指从动件在运动时 其位移s 速度v和加速度a随时间t变化的规律 凸轮机构工作过程 由于一般凸轮为匀速转动 其转角 与时间t成正比 所以从动件的运动规律通常表示为从动件的运动参数随凸轮转角 变化的规律 凸轮机构从动件的运动规律有很多种 常用的运动规律有等速运动规律和等加速等减速运动规律 1 等速运动规律 等速运动规律是指从动件在上升过程和下降过程中其速度保持不变的运动规律 等速运动规律 从动件等速运动
15、规律的特点 在从动件运动的起始点 转折点和终止点都有速度的突变 使加速度趋于无限大 因此会引起强烈的惯性冲击 这种冲击对凸轮机构的工作影响很大 所以等速运动规律一般只适用于低速或从动件质量较小的场合 2 等加速等减速运动规律 从动件在上升行程的前半段按等加速上升 后半段按等减速继续上升至最大行程 回程时 前半段按等加速下降 后半段按等减速继续下降至初始位置 等加速等减速运动规律 等加速等减速运动规律的特点 在一个运动循环中 从动件的运动速度逐步增大又逐步减小 避免了运动速度的突变 但在从动件运动的起始点 转折点和终止点仍存在着加速度的有限突变 还会有一定的惯性冲击 所以这种运动规律适用于凸轮为
16、中 低速转动 从动件质量不大的场合 6 3间歇运动机构 间歇运动机构是指主动件作连续运动而从动件作间歇运动的机构 这种机构多用于机械的进给 送料等装置 棘轮机构和槽轮机构都属于间歇运动机构 一 棘轮机构 棘轮机构是间歇机构的一种形式 它将主动件的连续运动转换为从动件的间歇运动 棘轮机构的特点是 结构简单 制造方便 棘轮的转角可在一定范围内调节 但工作时易产生冲击和噪声 适用于低速 转角不大和传动平稳性要求不高的场合 1 棘轮机构的工作原理 棘轮机构通常由曲柄摇杆机构来驱动 棘轮用键与传动轴相连接 摇杆空套在棘轮轴上 当摇杆逆时针摆动时 铰接在摇杆上的棘爪2插入棘轮的齿槽内 推动棘轮同向转过一定角度 当摇杆顺时针摆动时 棘爪2从棘轮的齿背上滑过 棘轮静止不动 止回棘爪6起阻止棘轮回转作用 这样 摇杆连续往复摆动 棘轮则间歇地作单方向转动 齿式棘轮机构 2 棘轮机构的常见类型 棘轮机构有外啮合式棘轮机构和内啮合式棘轮机构两种 内啮合式棘轮机构 外啮合式棘轮机构 常用的外齿棘轮机构有 单动式棘轮机构 双动式棘轮机构 可变向棘轮机构和摩擦式棘轮机构 1 单动式棘轮机构 该机构的特点是摇杆往复摆
