机械组-李瑾-机械基础分析

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1、庄浪县职教中心,科 目：机械基础 教研组：机械教研组 题 目：常用机构 教 师：李 瑾,第六章 常用机构,6-1 机构的基本知识 机构是具有确定相对运动的构件的组合。所有构件都在同一平面内或平行平面内运动的机构称为平面机构，否则称为空间机构。常见的机构多为平面机构，本章仅讨论平面机构。 一、机构的基本概念 1.运动副 两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接，称为运动副。 2.自由度和运动副约束 一个作平面运动的自由构件有3个独立运动的可能性。构件所具有的这种独立运动的数目称为构件的自由度。一个作平面运动的自由构件有3个自由度。 当这些构件之间以一定的方式联接起来成为构件系统时，各个构件不再是

2、自由构件。两个相互接触的构件间只能作一定的相对运动，因此自由度减少。这种对构件独立运动所施加的限制称为运动副约束。 二、运动副的类型 按接触形式，运动副可分为低副和高副。,6-1 机构的基本知识,低副是两个构件通过面接触而构成的运动副。根据两个构件间的相对运动形式，低副又分为转动副和移动副。两个构件只能组成在一个平面内作相对转动的运动副，称为转动副（或铰链），如图6-1a所示。两个构件只能沿某一方向作相对移动的运动副，称为移动副，如图6-1b所示。 高副是通过点或线接触组成的运动副，如图6-2所示。 图6-1 图6-2 高副,6-2 平面连杆机构,一、铰链四杆机构 由转动副联接4个构件而形成的

3、机构，称为铰链四杆机构，如图6-3所示。图中固定不动的构件AD是机架；与机架相连的构件AB、CD称为连架杆；不与机架直接相连的构件BC称为连杆。连架杆中，能作整周回转的称为曲柄，只能作往复摆动的称为摇杆。 1.铰链四杆机构的类型 图6-3 根据两连架杆中曲柄(或摇杆)的数目，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 （1）曲柄摇杆机构。两连架杆中一为曲柄、一为摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构，如图6-4所示。曲柄摇杆机构的作用是将曲柄的回转运动转换成摇杆的往复摆动。如图6-5所示，汽车前窗刮雨器与搅拌机均为曲柄摇杆机构的应用。 图6-4曲柄摇杆机构 图6-5,6-2 平面连杆

4、机构,（2）双曲柄机构。两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构，如图6-6所示。如图6-7所示，惯性筛即为双曲柄机构的应用。双曲柄机构的从动曲柄为单向转动，所以没有急回特性。当主动曲柄匀速转动时，从动曲柄的瞬时角速度一般是变化的，这称为双曲柄机构的急转特性。 图6-6双曲柄机构 图6-7惯性筛 双曲柄机构中，当两曲柄长度相等，连杆与机架的长度也相等时，称为平行双曲柄机构（平行四边形机构）。机车车轮联动机构，就是平行双曲柄机构的具体应用。它能保证被联动的各轮与主动轮作相同的运动。此外，还有反平行四边形机构，如公共汽车车门启闭机构。,6-2 平面连杆机构,(3）双摇杆机构。两连架杆均为摇杆的

5、铰链四杆机构称为双摇杆机构，如图6-8所示。飞机起落结构（图6-9）就属于双摇杆机构。 图6-8双摇杆机构 图6-9飞机起落机构 图6-10铸造用的大型造型机箱翻盖机构 2.铰链四杆机构的应用 （1）可以实现连杆的几个位置，图6-10为铸造用的大型造型机箱翻盖机构。 （2）可以实现给定连杆上点的轨迹，如图6-11所示。 图6-11,6-2 平面连杆机构,（3）实现连架杆（摇杆）的给定运动规律，如图6-12所示。 图6-12 图6-13曲柄滑块机构 3.铰链四杆机构的曲柄存在条件 铰链四杆机构存在一个曲柄的条件是： (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)曲柄为最短杆。

6、铰链四杆机构存在曲柄的条件是： (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)机架或连架杆为最短杆。 二、铰链四杆机构的演变 1.曲柄滑块机构 图6-13b和图6-13c表明了曲柄滑块机构的两个极位。,6-2 平面连杆机构,2.偏心轮机构 图6-14b和图6-14c表明了偏心轮机构的两个极位。 图6-14偏心轮机构 3.导杆机构 （1）摆动导杆机构：如图6-15（应用：牛头刨床） （2）转动导杆机构：如图6-16 （3）移动导杆机构：如图6-17（应用：手摇唧筒机构） （4）摇块机构：如图6-18（应用：油泵、翻斗车） 图6-15摆动导杆机构 图6-16转动导杆机构 图6-1

7、7移动导杆机构 图6-18摇块机构,6-2 平面连杆机构,三、平面四杆机构的基本特性 1.急回特性 摇杆来回摆动的摆角相同，但其往复运动快慢不相同的特性称为急回特性。图6-19所示为一曲柄摇杆机构，设曲柄AB为原动件，在其转动一周的过程中，有两次与连杆共线，这时，摇杆CD分别位于两极限位置C1D和C2D。曲柄摇杆机构所处的这两个位置，称为极位。曲柄与连杆两次共线位置之间所夹的锐角，称为极限夹角。 当曲柄由位置AB1顺时针转到位置AB2时，曲柄转角1=180+，这时，摇杆由C1D摆到C2D，摇杆摆角为；而当曲柄顺时针再转2=180-时，摇杆由C2D摆到C1D，摆角仍为。虽然摇杆的摆角相同，但对应

8、曲柄转角不同（12）；当曲柄匀速转动时，对应的时间也不等（t1t2）。令摇杆自C1D摆至C2D为工作行程，这时铰链C的v1=c1c2/t1；摆杆自C2D摆至C1D为空行程，这时C点的平均速度是v2=c1c2/t2，即v1v2。曲柄摇杆机构的急回特性用行程速比系数K来表示，即摇杆回程的平均速度与工作行程的速度之比。K反映了机构急回运动特性的相对强度，K值越大，机构急回运动特性越明显。 图6-19 2.传动角和压力角（如图6-20所示） 压力角指在不计运动副中摩擦和构件质量的情况下，机构从动件受力方向和受力点速度方向间所夹的锐角。传动角为压力角的余角，指的是锐角。,6-2平面连杆机构,图6-20

9、图6-21曲柄摇杆机构的死点 图6-22夹紧机构 为了保证四杆机构的传力性能，一般要求四杆机构运动过程中的最小传动角不小于许用值，即min。当曲柄为主动件时，min只可能发生在曲柄与机架共线的位置。 3.死点 当摇杆为主动件，且从动曲柄与连杆成一直线时机构处于死点位置，如图6-21所示。在平面四杆机构中，只要有作往复运动的构件，就有死点位置问题。,6-3 凸轮机构,凸轮机构：是一种高副机构。广泛应用于各种机械，尤其是自动机械中。,凸轮机构的组成 凸轮机构的应用 凸轮机构的分类,6.1 凸轮机构的应用和分类,凸轮机构的组成,凸轮机构的应用和分类,1-凸轮 2-气阀 3-内燃机壳体,如图所示为内燃

10、机中的配气凸轮机构。内燃机在燃烧过程中，驱动凸轮轴及其上的凸轮转动，并通过凸轮的曲线轮廓推动气阀2按特定的规律往复移动，从而达到控制燃烧室中进、排气的功能。,凸轮机构的应用和分类,1-圆柱凸轮 2-摆杆 3-滚子,如图所示为自动机床中的进刀凸轮机构。 当圆柱凸轮绕其轴线转动时，通过其沟槽与摆杆一端的滚子接触，并推动摆杆绕固定轴按特定的规律作往复摆动，同时通过摆杆另一端的扇形齿轮驱动刀架实现进刀或退刀运动。,凸轮机构的应用和分类,凸轮 从动件 机架,高副机构,凸轮：具有特定曲线轮廓或沟槽的构件，通常在 机构运动中作主动件。,从动件：与凸轮接触并被直接推动的构件。,机架：支撑凸轮和从动件的构件。,

11、凸轮机构的应用,凸轮机构的应用和分类,自动送料凸轮 1-圆柱凸轮 2-直动从动件 3-毛坯,1、实现预期的位置要求,这种自动送料凸轮机构，能够完成输送毛坯到达预期位置的功能，但对毛坯在移动过程中的运动没有特殊的要求,凸轮机构的应用和分类,绕线机凸轮 1-凸轮 2-摆动从动件 3-线轴,2、实现预期的运动规律要求,这种凸轮在运动中能推动摆动从动件2实现均匀缠绕线绳的运动学要求。,凸轮机构的应用和分类,3、实现运动和动力特性要求,这种凸轮机构能够实现气阀的运动学要求，并且具有良好的动力学特性。,1-凸轮 2-气阀 3-内燃机壳体,盘形凸轮：结构简单，易于加工。应用最为广泛 移动凸轮：可视为盘形凸轮

12、的回转轴心处于无穷远处时演化而成的 圆柱凸轮：空间凸轮机构,盘形凸轮 移动凸轮 圆柱凸轮,凸轮机构的分类,凸轮机构的应用和分类,1、按凸轮的形状分类,2、按从动件的形状分类,尖顶从动件,尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。但尖端处极易磨损，只适用于低速场合。,凸轮机构的应用和分类,滚子从动件,凸轮与从动件之间为滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，可用于传递较大的动力。,凸轮机构的应用和分类,平底从动件,从动件与凸轮之间易形成油膜，润滑状况好，受力平稳，传动效率高，常用于高速场合。但与之相配合的凸轮轮廓须全部外凸。,凸轮机构的应用和分类,对心直动从动件 偏置直动从动件,凸

13、轮机构的应用和分类,从动件作往复移动，其运动轨迹为一段直线,3、按从动件的运动形式分类,直动从动件,从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段圆弧。,凸轮机构的应用和分类,摆动从动件,6-4 间歇运动机构,一、间歇运动机构实例 二、棘轮机构 三、槽轮机构,实例1 灌装冷霜的多工位自动机,实例2 电影放映机,盖盒盖 贴锡纸 灌霜,一、间歇运动机构实例,二、棘轮机构,棘轮机构是一种应用历史很久的间歇运动机构。 在中牛头刨床的进给传动系统中，我们已见过它的应用。,组成和特点 类型 应用,（一）棘轮机构的组成和特点 组成 摇杆 1 主动构件，作往复摆动运动 棘轮 3 单向的间歇运动 驱动棘爪 2 止动棘爪 4

14、 弹簧 5,（二）棘轮机构的类型,齿式棘轮机构 摩擦式棘轮机构,克服了齿式棘轮机构冲击和噪声大的缺点, 可实现棘轮转动角度的无级调节, 运动精度较差。,外啮合 内啮合 结构紧凑，外形尺寸小。,内啮合齿式棘轮机构,摩擦式棘轮机构,外啮合,内啮合,当需要使棘轮得到不同方向的转动时，棘轮的齿可作成矩形，而棘爪作成可翻转的。,（三）棘轮机构应用范围的扩展 棘轮机构除了可实现间歇送进、分度运动以外，还可作为制动器和超越离合器使用。,制动器 发生事故时，止动棘爪突然伸出，可防止卷筒逆转。,单向离合器可看作是一个内接式摩擦棘轮机构。 星轮 1 主动件 套筒 2 从动件 滚柱 4,超越离合器,星轮 1 逆时针

15、回转时，滚柱 4 带动套筒一同回转。 星轮 1 顺时针回转时，套筒停止不动。 套筒只随星轮逆时针方向回转，从这个意义上说，它是一个单向离合器。,它也可以成为一个超越离合器： 当套筒从另一条传动路线得到一个更快的逆时针回转速度时，星轮相对于套筒成了顺时针回转，楔形空间中的摩擦不再起作用，套筒可以超越星轮以高速转动。超越离合器在机床中有所应用，它使正常切削的运动链和快速运动的运动链可并行不悖地起作用。,（四）. 棘轮的齿形 棘轮单向回转 非对称梯形 三角形 (载荷较小时使用),棘轮齿形和其它尺寸的计算可参阅机械设计的有关手册。,棘轮双向回转： 矩形,三、槽轮机构,槽轮机构是一种应用很广泛的间歇运动机构。,组成和特点 类型,外槽轮机构 分度数 n4,槽轮机构的组成和特点,拨盘 1 主动构件，作连续回转运动。 圆柱销 A 安装于拨盘上。 槽轮 2 从动构件，有径向槽、锁止弧。,实例 灌装冷霜的多工位自动机 n6,实例 电影放映机 n4,曲线槽的槽轮机构,不等臂长的多销槽轮机构,可以改变分度过程的运动规律，使之更为平稳,槽轮一周中可实现几个运动和停歇时间均不相同的运动要求。,槽轮机构的组成和特点,空间槽轮机构: 传递相交轴间的运动,完,