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1、第二章 常用机构,.平面四连杆机构形式及条件 .平面四杆机构的工作特性,（一）教学要求,.了解的组成；掌握运动副及机构运动简图 .熟悉平面四杆机构的基本类型、应用及平面四杆机构的演化。 .理解平面四杆机构的几个工作特性。,（二）教学的重点与难点,第二章 常用机构,.机械的组成,.机械 机械是能把能量转换成机械能，并利用机械能完成某些工作的装置,机 械,机器和机构的统称,一、机械,.机械的组成 机械是由原动机部分、传动装置部分、工作装置和控制部分组成。 动力部分是机器动力的来源。 工作部分是直接完成机器工作任务的部分。 传动装置是将动力部分的运动和动力传递给工作部分的中间环节。 控制部分:控制机
2、器的开动和停止,改变运动的速度和方向等等,二、机器、机构,机器的特征： 1.机器是由许多构件组成； 2.各构件之间有相对确定的运动； 3.机器能利用机械能来完成有效的功或实现不同形式能量之间的转化 机器的作用体现它的第三条基本特征上,机构 机构是实现传递机械运动和动力或改变机械运动形式的构件组合体。它只符合机器的前两个特征。,“美女机器人”,实例,三、零件和构件,零件是组成机器的最小制造单元，机器是由若干个不同的零件组装而成的。分为专用零件、通用零件。,构件是机器的运动单元，一般由若干个零件刚性联接而成，也可以是单一的零件。若从运动的角度来讲，可以认为机器是由若干个构件组装而成的。,例如：齿轮
3、、传动链、传动带、蜗杆、蜗轮、轴、联轴器、离合器、制动器、滚动轴承、滑动轴承、螺栓、键、花键、销；铆、焊、胶结构件；弹簧、机架、箱体等。,2. 运动副及机构运动简图,一、平面运动构件的自由度 自由度：构件具有独立运动的数目。 平面运动构件具有三个自由度，有三个独立运动。 约束：对独立运动的限制。,二、运动副 1、运动副：两构件间组成的可动联接（既保持直接接触，又能产生一定的相对运动）。 2、分类,空间运动副：螺旋副、球面副,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。,(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。,转动副,转动副,移动副,2. 运动副及机构运动简图
4、,高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。,齿轮副,凸轮副,2. 运动副及机构运动简图,空间运动副,螺旋副,球面副,2. 运动副及机构运动简图,三、机构运动简图的概念,用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副的相对位置，并能完全反映机构运动特征的简图。,四、绘制步骤 1、从原动件开始，按运动传递路线，分析各构件间的相对运动关系； 2、确定各运动副的类型、个数； 3、确定与运动有关的几何尺寸； 4、选择一个能充分表现各构件运动情况的视图。 5、选定恰当的长度比例尺,2. 运动副及机构运动简图,五、运动副的表示,转动副：,移动副：,平面高副：,2. 运动副及机构运动简图,例题1 绘制如图所示
5、的颚式破碎机主体机构的运动简图,2. 运动副及机构运动简图,六平面机构的自由度,1、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,作平面运动的自由构件有三个自由度。,2、机构自由度计算：机构相对于机架所具有的独立运动数目，称为机 构的自由度。 计算公式：F=3n-2PL-PH 其中：n：在一个机构中除机架以外的所有构件的数目。 PL：低副数 PH：高副数,3、机构具有确定运动的条件： 原动件数 F， 机构破坏 原动件数 F ，机构运动不确定 原动件数= F,2. 运动副及机构运动简图,4、平面机构自由度计算的注意事项,1）复合铰链,三个或三个以上构件在同一处构成共轴线转动副的
6、铰链，我们称为复合铰链。,惯性筛的机构运动简图,若有m个构件组成复合铰链，则复合铰链处的转动副数应为 （m1）个,2. 运动副及机构运动简图,2）局部自由度,与机构运动无关的构件独立运动称为局部自由度。,对于含有局部自由度的机构在计算自由度时，不考虑局部自由度 （如图2）,实际结构中采用局部自由度是为了减小摩擦力，“除去”指计算中不计入，并非实际拆除,1,2,2. 运动副及机构运动简图,3）虚约束,（1）不同构件上两点间的距离保持恒定 （2）两构件构成多个移动副且导路互相平行 （3）两构件构成多个转动副且轴线互相重合 （4）在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链来传递运动,2. 运动副及机
7、构运动简图,2.3平面四连杆机构,平面连杆机构是由若干个构件通过低副（转动副和移动副）联接而成的机构，又称为平面低副机构。,由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构，称为平面四杆机构。它是平面连杆机构中最常见的形式，也是组成多杆机构的基础。,如果所有低副均为转动副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构。它是平面四杆机构中最基本的形式，其他形式的四杆机构都是在它的基础上演化而成的。连杆机构中的构件称为杆。,平面连杆机构的优点,平面连杆机构的缺点,一.四杆机构的基本形式,二.四杆机构的基本形式,平面四杆机构的基本型式是铰链四杆机构，如图所示，其中AD杆为机架，与机架相连的AB杆和CD杆称为连架杆，与机架
8、相对的BC杆称为连杆。,其中能作整周回转运动的连架杆称为曲柄； 只能在一定范围内摆动的连架杆称为摇杆。,1、曲柄摇杆机构,应用：颚式破碎机机构、搅面机、卫星天线、缝纫机踏板机构、脚踏砂轮机机构等。,根据连架杆有无曲柄，可分为三种基本形式,两连架杆中一个为曲柄，一个为摇杆的四杆机构，称为曲柄摇杆机构。,曲柄摇杆机构应用实例（一）,颚式破碎机机构动画展示,曲柄摇杆机构应用实例（二）,搅面机机构动画展示,曲柄摇杆机构应用实例（三）,雷达天线俯仰角调整机构,曲柄摇杆机构应用实例（四）,缝纫机脚踏板机构,脚踏砂轮机机构,两连杆架均为曲柄的四杆机构称为双曲柄机构。,应用：,惯性筛、插床机构,2.双曲柄机构
9、,惯性筛,双曲柄机构应用实例（一）,双曲柄机构应用实例（二）,插床机构,双曲柄机构中，若相对的两杆长度分别相等，称为平行双曲柄机构。当两曲柄转向相同时，它们的角速度时时相等, 连杆也始终与机架平行，四根杆形成一平行四边形，故又称平行四边形机构。,机车车轮联动机构,平行四边形机构的应用实例,两连杆架均为摇杆的四杆机构称为双摇杆机构。,1、港口起重机 2、飞机起落架 3、电风扇的摇头机构,应用：,3.双摇杆机构,双摇杆机构应用实例（一）,港口起重机动画展示,飞机起落架动画展示,风扇摇头机构,双摇杆机构应用实例（三）,平面四杆机构有曲柄的条件,1.铰链四杆机构有曲柄的条件,三.平面四杆机构的基本特性
10、,adbc acbd abcd,由三角形两边之和大于第三边原理得,将以上三式两两相加, 整理得,由此得铰链四杆机构曲柄存在的条件：,最短构件条件,构件的长度和条件,此两构件中必有一构件为运动链中最短构件。,最短构件与最长构件的长度之和小于或等于其它两构件长度之和。,ab,ad,ac,1）取最短构件AB的邻边构件AD(或BC)为机架， AB-曲柄，CD-摇杆,1、若LAB+LBC LAD+LCD,铰链四杆机构如图，AB为最短构件, BC为最长构件,曲柄摇杆机构,2）取最短构件AB为机架，BC-曲柄，AD-曲柄,双曲柄机构,3）取最短构件的对边构件CD为机架，BC-摇杆，AD-摇杆,双摇杆机构,2
11、、若LAB+LBC LAD+LCD,则不论取哪一个构件为机架，都只能得到双摇杆机构。,L1+L2 L3+L4,L1+L2 L3+L4,结论：,（1）在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论取哪一个构件为机架，都只能得到双摇杆机构。,（2）在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和时：,取最短构件为机架,双曲柄机构,取最短构件任一相邻构件为机架,曲柄摇杆机构,取最短构件对面的构件为机架,双摇杆机构,2.曲柄滑块机构有曲柄的条件：, AC1E：b-ae,e=0, ba, AC2E：a+be,即曲柄滑块机构有曲柄的条件:,ba+e,.急回
12、特性,曲柄摇杆机构中，曲柄AB为主动件，作匀速回转运动，摇杆CD为从动件作往复摆动。,C1D，C2D摇杆的两个极限位置,摆角,极位夹角：摇杆在两极限位置时，曲柄两位置间所夹的锐角称为极位夹角。,极位夹角,当曲柄AB1位置顺时针转到AB2，摇杆由左极限位置C1D摆到右极限位置C2D，设经历的时间为t1,C点的平均速度,曲柄再由AB2位置回到AB1位置时,摇杆自C2D摆回到C1D，设经历的时间为t2，,C点的平均速度,t1t2,所以v2v1。,v1=C1C2/t1,v2=C2C1/t2,摇杆摆回速度比摆去速度快的性质，称急回特性。,行程速度变化系数,铰链四杆机构有无急回运动特性取决于该机构有无极位
13、夹角,偏置曲柄滑块机构,机构有急回特性,0,摆动导杆机构,机构有急回特性,0, =0无急回特征 0有急回特征 0有急回特征,结论：,牛头刨床机构,急回特性的应用,4.死点位置,曲柄摇杆机构, 当CD为原动件时, 在曲柄与连杆共线的位置出现传动角等于0的情况, 这时无论连杆BC对曲柄AB的作用力有多大, 都不能使曲柄转动。机构的这种位置称为死点位置。,四杆机构中有无死点位置, 取决于从动件是否与连杆共线。,对曲柄摇杆机构而言，当曲柄为原动件时，摇杆与连杆无共线位置，不出现死点。当摇杆为原动件时，曲柄与连杆共线位置的位置为死点位置。,死点位置的判断,对于传动机构，设计时必须考虑机构顺利通过死点位置
14、的问题，如利用构件的惯性作用，使机构通过死点。工程上有时也利用死点位置提高机构工作的可靠性。,缝纫机踏板机构,缝纫机就是借助带轮的惯性使机构通过死点位置。,飞机起落架,当机轮着陆时，BC杆和CD杆共线，机构处于死点位置，即使轮子上受到很大的力， 构件BC也不会使CD杆转动(起落架不会折回)，使飞机着陆可靠。,飞机起落架动画展示,钻床工件夹紧装置（动画展示）,当工件被夹紧后, 机构处于死点位置, 无论工件的反力多大, 夹具也不会自行松脱。,2.4 平面四杆机构的演化,在平面连杆机构中，除了上述三种形式的铰链四杆机构之外，在实际机器中还广泛采用其他形式的四杆机构。这些四杆机构可认为是通过改变某些构
15、件的形状、改变构件的相对长度、改变某些运动副的尺寸、或者选择不同的构件作为机架等方法，由四杆机构的基本型式演化而成的。,1.扩大转动副，使转动副变成移动副,2）偏置曲柄滑块机构,1）对心曲柄滑块机构,曲柄滑块机构,对心曲柄滑块机构,曲柄滑块机构应用实例（一）,小型刨床机构,冲压机构,曲柄滑块机构应用实例（二）,曲柄滑块机构的演化,通过改变运动副的尺寸，对心曲柄滑块机构可以演化成偏心轮机构。,a、曲柄摇杆机构 b、双曲柄机构 c、曲柄摇杆机构 d、双摇杆机构,2.通过选用不同构件为机架而演化成的四杆机构,（1）在铰链四杆机构中：,.通过选用不同构件为机架而演化成的四杆机构,当构件2做整周转动时，
16、导杆4也做整周回转，该机构称为转动导杆机构；当构件2做整周转动时，导杆只能往复摆动，称为摆动导杆机构。,（1）取构件1为机架，可得到导杆机构。,曲柄滑块机构中：,转动导杆机构,摆动导杆机构,简易刨床的主运动机构,转动导杆机构的应用,牛头刨床的主运动机构,摆动导杆机构的应用,曲柄摇块机构,当曲柄滑块机构中取构件2为机架时，可转化为曲柄摇块机构。,（2）摇块机构,曲柄滑块机构,自卸卡车翻斗机构,曲柄摇块机构应用,当曲柄滑块机构中取滑块3为机架时，即可转化为移动导杆机构。,（3）移动导杆机构,应用： 手动压水机,移动导杆机构,曲柄滑块机构,手动压水机构,移动导杆机构应用,2.5 凸轮机构和棘轮机构,棘轮机构-主动件的连续往复摆动转换为棘 轮的单向间歇运动,制动爪,主动件 摇杆,驱动棘爪,棘轮,弹簧,齿式内棘轮机构,一、齿式棘轮机构,单动式,齿式外棘轮机构,总目录,本章,上页,下页,双动式,结构简单
