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1、第8章 常用传动机构,本章导读,机器是人类经过长期生产实践创造出来的重要工具。利用机器进行生产可以减轻或代替体力劳动，大大提高劳动生产率和产品质量，便于对生产进行严格分工与科学管理，便于实现机械化和自动化生产。随着科学技术的发展，使用机器进行生产的水平已经成为衡量一个国家工业技术水平和现代化程度的重要标志之一。 机器在工作时，是靠其内部的各种机构和零部件来传递运动和动力的。机械传动时采用机械方式来传递运动和动力。在生产实际中，机械传动是一种最基本的传动方式。,本章要点,1.平面连杆机构功用、类型、工作原理及特点 2.凸轮机构功用、类型、工作原理、特点及应用 3.间歇运动机构的功用、类型及工作原
2、理,8.1 基本概念,8.1.1 零件、构件、部件 任何机器都是由许多零件组成的。所谓零件，是指机器中不可拆卸的每一个最基本的制造单元体。机械中的零件通常分为两类：一类是通用零件，它们在各种类型的机械中都可能用到，如螺栓、轴、齿轮、弹簧等；另一类是专用零件，只用于某些类型的机械中，如电动机中的转子、叠片、内燃机、蒸汽机中的曲轴、活塞等。 显然，构件和零件的区别就在于：构件是运动的单元，而零件是制造的单元。构件可能是由多个零件刚性连接而成，也可能是一个单独零件。,另外，构件和通常所说的部件（或组件）是有区别的。部件是指机器中由若干零件所组成的装配单元体，部件中的各零件之间不一定具有刚性连接。把一
3、台机器划分为若干个部件，其目的是有利于设计，制造，运输，安装和维修。 8.1.2 机器、机构、机械 图8-1所示的单缸内燃机是由活塞1、连杆2、曲轴3、气缸体4、凸轮5、推杆6、排气阀7、大齿轮8、小齿轮9等构件组成的。 机器具有以下三个特征：一是由多个构件组成；二是各构件间具有确定的相对运动，能够实现预期的机械运动；三是能够完成有效的机械功（如金属切削机床的切削加工）或进行能量转换（如内燃机把热能转换成机械能）。 具有机械前个特征的多构件组合体，称为机构。机构能实现一定规律的运动。,具有机械前个特征的多构件组合体，称为机构。机构能实现一定规律的运动。例如在图8-1中，由曲轴、连杆、活塞和汽缸
4、所组成的曲柄滑块机构可以把往复直线运动转变为连续转动；由大小齿轮和气缸体所组成的齿轮机构可以改变转速的大小和方向；由凸轮推杆和气缸体所组成的凸轮机构可以将连续转动变成有规律的往复运动。 机构和机器一般统称为机械。,1-活塞；2-连杆；3-曲轴； 4-气缸体；5-凸轮；6-推杆； 7-排气阀；8-大齿轮；9-小齿轮 图8-1 内燃机,机器的种类繁多，其结构和用途也各不相同。一部完整的机器就其基本组成来讲，一般有以下几个部分： （1）动力机部分,它是驱动整个机器完成预定功能的动力源。 （2）执行部分，它是机器中直接完成工作任务的组成部分。 （3）传动部分，它是机器中介于原动机和执行部分之间，用来完
5、成运动形式，运动和动力参数转换的组成部分。 在汽车的各基本部分中，发动机为动力部分，车轮为执行部分，离合器、变速器、传动轴和驱动桥等位传动部分，转向盘和转向系统、变速杆、制动及其踏板、离合器踏板及加速踏板等组成汽车的控制系统。,8.1.3 运动副 两个构件之间直接接触并且又能产生一定相对运动的联接形式称为运动副。运动副有多种分类方法（如表8-1所示）： 按照运动副的接触形式分类:面和面接触的运动副在接触部分的压强较低，为低副，而点线接触的运动副称为高副，高副比低副容易磨损。 按照相对运动的形式分类：构成运动副的两个构件之间的相对运动若是平面运动则为平面运动副，若为空间运动则称为空间运动副，两个
6、构件之间只做相对转动的运动副被称为转动副，两个构件之间只做相对移动的运动副称为移动副。 按照接触部分的几何形状分类：可以分为圆柱副、平面与平面副、球面副、螺旋副等。,表8-1 运动副的分类,8.2 平面连杆机构,平面连杆机构是由若干构件以低副(转动副和移动副)联接而成的机构，在生产过程中用来实现运动的变换和传递动力。因构件形状多呈杆状，并作平面运动，所以称为平面连杆机构。 平面连杆机构的主要优点是：能够进行多种运动形式的转换；构件一般由铰链低副连接，为面接触，压强低、磨损量少、便于润滑、使用寿命较长，而且构成运动副的表面为圆柱面或平面，制造方便；又由于这类机构容易实现常见的转动、移动及其转换，
7、所以获得广泛应用。 它的缺点是：由于低副中存在着间隙，机构将不可避免地产生运动误差，另外，平面连杆机构不易精确地实现复杂的运动规律。,在平面连杆机构中，铰链四杆机构为最基本形式，其他形式的四杆机构可以看作是在铰链四杆机构的基础上演化而成的。 一 铰链四杆机构的基本类型 铰链四杆机构是将4个构件以4个转动副(铰链)联接而成的平面机构。机构中与机架相联的构件称为连架杆，连架杆能绕机架作整周转动的称为曲柄，若只能绕机架在小于360的范围内作往复摆动的则称为摇杆，与连架杆相联的构件称为连杆。铰链四杆机构有三种类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 1. 曲柄摇杆机构 铰链四杆机构的两个连架杆，若
8、一杆为曲柄，另一杆为摇杆，则此机构称为曲柄摇杆机构，如图8-2所示。,图8-2曲柄摇杆机构 图8-3 雷达天线机构,曲柄摇杆机构的运动特点：在曲柄摇杆机构中，当曲柄1为主动件时，可将曲柄的整周连续转动变为摇杆3的往复摆动。当摇杆为主动件时，可将摇杆3的往复运动变成曲柄1的整周连续转动。图8-3所示的雷达天线机构即为曲柄摇杆机构。 另外，曲柄摇杆机构还具有以下两个特点:,(1)具有急回特性。如图8-4所示,(2)存在死点位置。如图8-4所示,图 8-4 急回特性,2. 双曲柄机构 铰链四杆机构的两个连架杆都是曲柄，则称为双曲柄机构，如图8-5所示。,图8-5 双曲柄机构 图8-6 惯性筛构,在双
9、曲柄机构中，两曲柄可分别为主动件。其运动特点是：主动曲柄等速回转一周时，从动曲柄变速回转一周；从动曲柄的角速度在一周中有时小于主动曲柄的角速度，有时大于主动曲柄的角速度。如图所示的惯性筛就是利用了双曲柄机构的运动特点，使筛子作急回运动，图8-6中1、2、3、4构成双曲柄机构，运动件曲柄1匀速转动，从动曲柄3作周期性变速会装运动，通过连杆5使筛子在往复运动中具有必要的加速度，从而使筛中的物料因惯性而进行分筛处理。,图8-7 平行双曲柄机构 图8-8 反向双曲柄机构,若两曲柄等长，连杆与机架也等长，则该机构又称为平行四边形机构或平行双曲柄机构。根据曲柄相对位置的不同，可得到平行双曲柄机构（如图8-
10、7所示）和反向双曲柄机构（如图8-8所示）。前者两曲柄的回转方向相同，且角速度时时相等；而后者两曲柄的回转方向相反，且角速度不等。由于平行双曲柄机构具有等传动比的特点，故在传动机械中常用。 3. 双摇杆机构 两个连架杆均为摇杆的机构，则称为双摇杆机构，如图8-9所示的汽车前轮转向系统即为双摇杆机构。,图8-9 汽车前轮转向系统,二铰链四杆机构的类型判别 铰链四杆机构有曲柄存在的条件是： （1）最短杆与最长杆的长度之和小于等于其余两杆的长度之和； （2）在机架和连架杆当中必有一杆是最短杆。 铰链四杆机构的类型一般判定方法: 1、若最短杆与最长杆的长度之和小于等于其余两杆的长度之和，则 （1）当取
11、最短杆的邻边为机架时，该机构称为曲柄摇杆机构； （2）当取最短杆为机架时，该机构称为双曲柄机构； （3）当取最短杆的对边为机架时，该机构称为双摇杆机构。 2、若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆的长度之和，则不论取哪一构件为机架，均无曲柄存在，该机构是双摇杆机构。,三 铰链四杆机构的演化机构 1. 曲柄滑块机构 曲柄滑块机构如图8-10所示，一个连架杆相对于机架作往复直线移动而成为滑块。其中一个转动副成为移动副。,a.对心曲柄滑块机构 b. 偏置曲柄滑块机构 c.偏心轮的曲柄滑块机构,图8-10 曲柄滑块机构,在曲柄滑块机构中，若曲柄为主动件，当滑块作往复直线运动时，可通过连杆带动滑块作往复
12、直线运动；反之，若滑块为主动件，当滑块作往复直线运动时，又可通过连杆带动曲柄作整周连续转动。,2. 导杆机构 导杆机构是在改变曲柄滑块机构的固定件而演变来的，如图8-11所示 。,图8-11 曲柄导杆机构,3.曲柄摇块机构 如图8-12所示，杆件1的长度小于机架2，能绕机架2作整圆周转动，杆件4与滑块3组成移动副，滑块3与机架2组成转动副，滑块3只能作定轴转动，所以称为曲柄摇块机构。,图8-12 曲柄摇块机构,4. 移动导杆机构 如图8-13所示的四连杆机构中，杆件1的长度小于杆件2。这种机构一般以杆件1为主动构件，杆件2绕C点摆动，导杆3相对滑块4作往复移动，滑块4为机架，称定块，故称为固定
13、滑块机构或移动导杆机构。,图8-13 移动导杆机构,8.3 凸轮机构,图8-14 凸轮机构分类,8.3.1 凸轮机构的应用和特点 凸轮机构是机械中常用的机构之一，在机械式自动化和自动控制装置中用得最多。凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。凸轮机构之所以得到如此广泛的应用，主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、紧凑。,图8-15 内燃机气门控制机构,图8-16凸轮自动送料机构,图8-15 为一内燃机配气机构。凸轮是一个具有径向变化的盘形构件。凸轮匀速转动时，通过凸轮的轮廓使气门做有规律的往复直线运动，从而使气门按预期运动规律打开或关闭。图8-16是用在自动机
14、上的送料机构，当圆柱形齿轮1转动时，通过凹槽中的滚子，驱使从动件2做往复移动。 8.3.2 凸轮机构的类型 凸轮机构的种类很多，一般分类如下： （一）按凸轮的形状分 按照凸轮形状不同可分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮。 1 盘形凸轮机构,图8-17 盘形凸轮机构,如图8-17所示，在这种凸轮机构中，凸轮是一个绕固定轴转动且具有变化半径的盘形零件。它是凸轮中最基本的型式。 2 移动凸轮机构,图8-18 移动凸轮机构,如图8-18所示，当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，就成为移动凸轮。在移动凸轮机构中，凸轮作往复直线运动。 3 圆柱凸轮机构,图8-19 圆柱凸轮机构,如图8-19所示，在这种凸轮机
15、构中，圆柱凸轮可看成是将移动凸轮卷在圆柱体上而得到的凸轮。圆柱凸轮机构是一个空间凸轮机构。 （二）按从动杆的端部型式分 1 尖顶从动杆凸轮机构,图8-20 尖顶从动杆凸轮机构,如图8-20所示，这种凸轮机构的从动杆结构简单，由于以尖顶和凸轮接触，因此对于较复杂的凸轮轮廓也能准确地获得所需要的运动规律，三容易磨损。它适用于受力不大，低速及要求传动灵敏的场合，如仪表记录仪等。 2 滚子从动杆凸轮机构,图8-21 滚子从动杆凸轮机构,如图8-21所示，这种凸轮机构的从动杆与凸轮表面之间的摩擦阻力小，但结构复杂。一般适用于速度不高，载荷较大的场合，如用于各种自动化生产机械等。 3 平底从动杆凸轮机构,
16、图8-22 平底从动杆凸轮机构,如图8-22所示，在这种凸轮机构中，从动杆的底面与凸轮轮廓表面之间容易形成油膜，能减少磨损，故适用于高速传动。但平底从动杆不能用于具有内凹轮廓曲线的凸轮。,8.3.3 凸轮从动件的运动特点 在凸轮机构中，当凸轮转动时，借助于本身的曲线轮廓或凹槽迫使从动杆作一定的运动，即从动杆的运动规律取决于凸轮轮廓曲线或凹槽曲线的形状。 设计凸轮机构时，首先是根据工作要求确定从动杆的运动规律，然后再按照这一规律设计出相应的凸轮轮廓曲线，即凸轮的轮廓形状。,8.4 间歇运动机构,间歇运动机构主要应用于从动件产生周期性的运动和停顿的情况。种类很多，下面主要介绍常用的棘轮机构和槽轮机构。 一、 棘轮机构,图8-23棘轮机构示意图,如图8-23所示为机械中常用的外啮合式棘轮机构，它由主动摆杆、棘爪、棘轮、止回棘爪和机架组成。 棘轮机构的分类方式有以下几种：,(a)外啮合棘轮机构,(b)内啮合棘轮机构,(c)钩头双动式棘轮机构,(d)直推双动式棘轮机构,(e)可变向棘轮机构,(f)可
