《机械设计与应用 教学课件 ppt 作者 李敏 主编 项目4 常用机构的工作情况分析与设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计与应用 教学课件 ppt 作者 李敏 主编 项目4 常用机构的工作情况分析与设计（78页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机械设计与应用,项目4 常用机构的工作情况分析与设计,项目4 常用机构的工作情况分析与设计,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计 4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计 4.3 间歇运动机构的工作情况分析 4.4 拓展训练 4.5 实践中常见问题解析,项目4 常用机构的工作情况分析与设计,图4-1 牛头刨床的传动机构,项目4 常用机构的工作情况分析与设计,图4-2 内燃机配气机构,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,4.1.1 平面连杆机构的类型 1.四杆机构的基本形式,图4-3 铰链四杆机构,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,图4-4 曲柄摇杆机构的应用 a)雷达天线俯仰角调
2、整机构 b)脚踏砂轮机构,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,(1) 曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中，两连架杆中一个为曲柄另一个为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。 (2) 双曲柄机构 铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，称为双曲柄机构。,图4-5 双曲柄机构的应用 a)旋转式水泵 b)惯性筛机构,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,图4-6 平行双曲柄机构 a)正平行双曲柄机构 b)反平行双曲柄机构,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,图4-7 平行双曲柄机构及应用 a)机车驱动轮联动机构 b)机车驱动轮联动机构运动简图 c)摄影车座斗机构 d)车门启闭机构,4.1 平面
3、连杆机构的工作情况分析与设计,(3) 双摇杆机构 两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。,图4-8 双摇杆机构的应用 a)鹤式起重机 b)风扇摇头机构,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,2.铰链四杆机构的基本类型的判别 1) 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。 2) 连架杆或机架中必有一杆为最短杆。,3.平面四杆机构的演化 (1) 曲柄滑块机构 由图4-9a可知，在曲柄摇杆机构中，杆1为曲柄，杆3为摇杆。,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,图4-9 曲柄摇杆机构的演化,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,图4-10 曲柄滑块机构 a)对心曲柄滑块机
4、构 b)偏置曲柄滑块机构,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,图4-11 曲柄滑块机构的应用 a)内燃机活塞-连杆机构 b)自动送料装置,(2) 偏心轮机构 对于图4-10a所示对心曲柄滑块机构，由于曲柄较短，曲柄结构形式较难实现，,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,故常采用图4-12所示的偏心轮结构形式，其偏心圆盘的偏心距e即等于原曲柄长度。,图4-12 偏心轮机构,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,图4-13 导杆机构 a)转动导杆机构 b)摆动导杆机构,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,(3) 导杆机构 如果将图4-10a所示对心曲柄滑块机构的构件作为机架，
5、则曲柄滑块机构就演化为导杆机构，通常取杆作为原动件，杆4对滑块3的运动起导向作用，称为导杆，滑块3相对导杆滑动并一起绕A点转动。,图4-14 导杆机构的应用 a)插床主机构 b)刨床主运动机构,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,(4) 摇块机构 如果将图4-10a所示对心曲柄滑块机构的构件作为机架，则曲柄滑块机构就演化为如图4-15a所示的摇块机构。,图4-15 摇块机构及应用 a)摇块机构 b)自动货车翻斗机构,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,图4-16 定块机构及应用 a)定块机构 b)手摇抽水唧筒,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,(5) 定块机构 如果将图4-
6、10a所示对心曲柄滑块机构的滑块作为机架，则曲柄滑块机构就演化为如图4-16a所示的定块机构。 4.1.2 平面四杆机构的工作特性 1.急回特性,图4-17 曲柄摇杆机构的急回特性,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,图4-18 偏置式曲柄滑块机构极位夹角,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,图4-19 摆动导杆机构极位夹角,2.平面四杆机构的传力特性,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,(1) 压力角 如图4-20所示的铰链四杆机构中，如果不计摩擦力、重力和惯性力，以曲柄为原动件，摇杆为从动件，则通过二力杆作用于从动件上的驱动力沿方
7、向。 (2) 传动角 在具体应用中，为度量方便，通常用连杆和从动件所夹的锐角来判断机构的传力性能，称为传动角，传动角是压力角的余角。 (3) 死点位置 如图4-21所示的曲柄摇杆机构中，当摇杆CD为主动件，则当机构处于图示的两个位置，即连杆与曲柄两共线位置，此时压力角=90、传动角=0，这时主动件CD通过连杆作用于从动件AB上的力恰好通过其回转中心，有效驱动力矩为零，所以构件AB将不能转动，机构处于停顿状态，机构的这种位置称为死点位置。,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,图4-20 连杆机构的压力角和传动角,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,图4-21 曲柄摇杆机构的死点位置,
8、4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,图4-22 死点位置的利用 a)折叠椅 b)夹紧机构,4.1.3 平面四杆机构的设计,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,平面四杆机构运动设计主要是根据机构的工作要求和给定的运动条件，确定机构运动简图尺寸参数。 1) 实现给定从动件的运动规律，例如要求满足给定的行程速度变化系数以实现预期的急回特性或实现连杆的几个预期的位置要求。 2) 实现给定的运动轨迹，如要求连杆上的某点具有特定的运动轨迹，例如起重机中吊钩的轨迹即为一水平直线。 1.按给定的行程速度变化系数K设计四杆机构,图4-23 按急回特性要求设计四杆机构,4.1 平面连杆机构的工作情况分
9、析与设计,1) 计算极位夹角： 2) 选择适当的比例尺l，任选转动副D的位置，绘出摇杆的两个极限位置C1D和C2D，如图4-23所示。 3) 连接C1、C2两点，作C1C2O=C2C1O=90-，得交点O；以O为圆心，OC1为半径作辅助圆m，该圆周上任一点所对应的弦C1C2的圆周角均为。 4) 因极限位置处于曲柄与连杆共线位置，故有AC1=BC-AB、AC2=BC+AB，由此可求得 2.按连杆的预定位置设计四杆机构 (1) 按给定的连杆三个位置设计四杆机构 设计条件：铰链四杆机构中连杆的长度lBC及三个预定位置B1C1、B2C2、B3C3，要求确定四杆机构的其余构件尺寸。,4.1 平面连杆机构
10、的工作情况分析与设计,图4-24 按连杆的三个预定 位置设计四杆机构,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,1) 选择适当的比例尺l，绘出连杆三个预定位置B1C1、B2C2、B3C3。 2) 求转动副中心A、D。 3) 连接AB1、C1D和AD，则AB1C1D即为所求的铰链四杆机构。 (2) 按给定的连杆两个位置设计四杆机构 设计条件：铰链四杆机构中连杆的长度lBC及两个预定位置B1C1、B2C2，要求确定四杆机构的其余构件尺寸。,图4-25 炉门启闭机构,4.1 平面连杆机构的工作情况分析与设计,图4-26 翻台机构,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,4.2.1 凸轮机构的应用和分类
11、 1.凸轮机构的组成,图4-27 凸轮机构 a)平面凸轮机构 b)空间凸轮机构 1凸轮 2从动件 3机架,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,2.凸轮机构的应用 (1) 应用实例一 图4-28所示为内燃机的配气机构。 (2) 应用实例二 图4-29所示为自动车床上控制进刀的凸轮机构。 (3) 应用实例三 图4-30所示为缝纫机拉线机构。 (4) 应用实例四 图4-31所示为录音机卷带机构装置中的凸轮机构。,图4-28 内燃机的配气机构,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,图4-29 自动车床中的凸轮机构,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,图4-30 缝纫机拉线机构,4.2 凸轮机构的工
12、作情况分析与设计,图4-31 录音机卷带机构,3.凸轮机构的分类,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,(1) 按凸轮形状分类 1) 盘形凸轮。 2) 圆柱凸轮。 3) 移动凸轮。,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,表4-1 凸轮机构的主要类型及运动简图,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,(2) 按从动件结构形式分类 1) 尖顶从动件。 2) 滚子从动件。 3) 平底从动件。,图4-32 从动件的结构形式 a)尖顶从动件 b)滚子从动件 c)平底从动件,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,(3) 按从动件运动形式分类 从动件均可作往复直线运动和往复摆动，前者称为直动从动件，后者称为摆
13、动从动件。,图4-33 等宽凸轮机构 和等径凸轮机构 a)等宽凸轮机构 b)等径凸轮机构,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,(4) 按直动从动件相对于凸轮的位置分类 直动从动件的导路中心线通过凸轮的回转中心时，称为对心从动件，如图4-32a所示；否则为偏置从动件，如图4-32b所示。 (5) 按凸轮与从动件的锁合方式分类 凸轮机构工作时，必须保证凸轮轮廓与从动件始终保持接触，这种作用称为锁合。 1) 力锁合。 2) 形锁合。 4.2.2 从动件的常用运动规律和选择 1.凸轮机构的工作过程,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,图4-34 盘形凸轮机构工作过程和位移曲线,2.从动件常用的运动
14、规律,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,(1) 等速运动规律 从动件推程或回程的运动速度为定值的运动规律，称为等速运动规律。,图4-35 等速运动规律线图,(2) 等加速等减速运动规律 从动件在一个行程h中，前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动，这种运动规律称为等加速等减速运动规律。,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,图4-36 等加速等减速运动规律线图,(3) 简谐运动规律(余弦加速度运动规律) 简谐运动规律，,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,是指当一质点在圆周上作匀速运动时，它在该圆直径上投影所形成的运动规律。,图4-37 余弦加速度运动规律线图,4.2 凸轮机构的工作
15、情况分析与设计,4.2.3 凸轮轮廓曲线的设计 1.凸轮轮廓设计的基本原理和一般设计步骤,图4-38 反转法原理,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,2.尖顶对心直动从动件盘形凸轮廓线设计 1) 选取适当的比例尺l、，作出从动件的位移线图。 2) 按与位移线图相同的比例尺，以rb为半径作基圆。 3) 在基圆上，自OA0开始，沿“-”方向依此量取推程角120，远停程角30，回程角60，近停程角150，并将推程角、回程角分成与位移线图对应的若干等份，得A1，A2，A3，各点，连接OA1，OA2，OA3，各径向线并延长，便得从动件导路在反转过程中的一系列位置线。 4) 沿各位置线自基圆向外量取A1
16、B1=11，A2B2=22，A3B3=33，由此得尖顶从动件反转过程中的一系列位置B1，B2，B3，。,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,5) 将A0，B1，B2，B3，连接成光滑的曲线，即得到所设计的凸轮轮廓曲线。,图4-39 尖顶对心直动从动件盘形凸轮轮廓,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,3.滚子对心直动从动件盘形凸轮廓线设计 1) 将滚子中心看做尖顶从动件的尖顶，按设计尖顶从动件凸轮轮廓的方法作出滚子中心相对于凸轮的运动轨迹曲线，称为凸轮的理论轮廓曲线。 2) 以理论轮廓曲线上的点为圆心，以滚子半径rT为半径作一系列滚子圆(取与基圆相同的长度比例尺)，再作这些圆的内包络线，则得到凸轮的实际轮廓曲线。 4.尖顶偏置式直动从动件盘形凸轮廓线设计,4Z40.TIF,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,4Z41.TIF,1) 按前述方法将基圆按推程角、远停程角、回程角、近停程角进,4.2 凸轮机构的工作情况分析与设计,行等分，过基圆上各分点C1，C2，C3，作偏距圆的切线。
