第2章常用机构,2.1平面连杆机构 2.2凸轮机构 2.3轴系零件,2.1平面连杆机构,平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副或移动副相互连接而组成的在同一平面或相互平行平面内运动的机构平面连杆机构中的运动副都是低副，因此平面连杆机构是低副机构平面连杆机构能够实现某些较为复杂的平面运动，在生产中广泛用于动力的传递或改变运动形式平面连杆机构构件的形状多种多样，不一定为杆状，但从运动原理来看，均可用等效的杆状构件来替代，最常用的平面连杆机构是具有四个构件(包括机架)的低副机构，称为四杆机构四个运动副都是转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，它是四杆机构的基本形式下一页,返回,2.1平面连杆机构,2.1.1 铰链连杆机构的组成 图2-1( a)为一铰链四杆机构，由四根杆状的构件分别用铰链连接而成，图2-1( b)为铰链四杆机构的简图表示 铰链四杆机构中，固定不动的构件称为机架机构中不与机架相连的构件称为连杆机构中与机架用转动副相连的构件称为连架杆在图2-1(b)中，构件4为机架，构件2为连杆，构件1和3为连架杆连架杆按其运动特征可分为曲柄和摇杆两种，能绕机架整周回转的连架杆是曲柄;只能相对机架作一定范围摆动的连架杆是摇杆。
上一页,下一页,返回,2.1平面连杆机构,2.1.2铰链四杆机构的类型 1.曲柄摇杆机构 具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构如图2-2所示，取曲柄AB为主动件，并作顺时针等速转动，当曲柄AB的B端从B点回转到B2点时，从动件摇杆CD上C端从C点摆动到C2点，而当B端从B2点回转到B1点时，C端从C2点逆时针摆动到C1点当B端继续从B1点回B2点时，C端将从C1点顺时针摆回到C2点这样，在曲柄AB连续作等速回转时，摇杆CD将在C1C2范围内作变速往复摆动即曲柄摇杆机构能将主动件(曲柄)整周的回转运动转换为从动件(摇杆)的往复摆动上一页,下一页,返回,2.1平面连杆机构,曲柄摇杆机构在生产中应用很广，如图2-3所示剪板机、图2-4所示雷达俯仰角度的摆动装置、图2-5所示颚式破碎机，它们在曲柄连续回转的同时，摇杆可以往复摆动，完成剪切、雷达天线的俯仰摆动、矿石破碎等动作 在曲柄摇杆机构中，当取摇杆为主动件时，可以使摇杆的往复摆动转换成从动件曲柄的整周回转运动在图2-6所示缝纫机踏板机构中，踏板做往复摆动时，连杆驱动曲轴和带轮连续回转上一页,下一页,返回,2.1平面连杆机构,2.双曲柄机构 具有两个曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构，如图2-7所示。
在双曲柄机构中，两个连架杆均为曲柄，均可作整圈旋转两个曲柄可以分别为主动件在图2-7所示双曲柄机构中，取曲柄AB为主动件，当主动曲柄AB顺时针回转180°到AB1位置时，从动曲柄CD顺时针回转到C1 D，转过角度 ;主动曲柄AB继续回转180°，从动曲柄CD转过角度 ;显然， 所以双曲柄机构的运动特点是:主动曲柄匀速回转一周，从动曲柄随之变速回转一周，即从动曲柄每回转的一周中，其角速度有时大于主动曲柄的角速度，有时小于主动曲柄的角速度上一页,下一页,返回,2.1平面连杆机构,图2-8所示为双曲柄机构在惯性筛中的应用工作时，等速转动的主动曲柄通过连杆带动从动曲柄作周期性变速转动，使筛子变速往复移动 双曲柄机构当连杆与机架的长度相等且两个曲柄长度相等时，若曲柄转向相同，称为平行双曲柄机构，如图2-9所示;若曲柄转向不同，称为反向平行双曲柄机构，简称反向双曲柄机构，如图2-10所示上一页,下一页,返回,2.1平面连杆机构,平行双曲柄机构的运动特点是两曲柄的回转方向相同，角速度相等反向平行双曲柄机构的运动特点是两曲柄的回转方向相反，角速度不等平行双曲柄机构在运动过程中，主动曲柄AB(图2-9)每回转一周，两曲柄与连杆BC出现两次共线，此时会产生从动曲柄CD运动的不确定现象，即主动曲柄AB的回转方向不变，而从动曲柄CD可能顺时牛卜方向回转，也可能逆时针一方向回转，而使机构变成反向平行双曲柄机构，导致不能正常传动。
为避免这一现象，常采用的方法有:利用从动曲柄本身的质量或附加一个转动惯量较大的飞轮，依靠其惯性作用来导向;增设辅助构件;采取多组机构错列等上一页,下一页,返回,2.1平面连杆机构,图2-11所示机车车轮联动装置，它利用了平行双曲柄机构两曲柄回转方向相同、角速度相等的特点，使从动车轮与主动车轮具有完全相同的运动，为了防止这种机构在运动过程中变为反向平行双曲柄机构，在机构中增设了一个辅助构件(曲柄EF)图2-12所示为车门启闭机构，采用的是反向平行双曲柄机构当主动曲柄AE转动时，通过连杆BC使从动曲柄CD反向转动，从而保证了两扇车门的同时开启和关闭至各自的预定位置上一页,下一页,返回,2.1平面连杆机构,3.双摇杆机构 具有两个摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构在双摇杆机构中，两摇杆可以分别为主动件，当连杆与摇杆共线时，机构处于死点位置，如图2-13所示AB1C1D与AB2C2D，图2-13中的 分别为两摇杆的最大摆角图2-14为利用双摇杆机构的自卸翻斗装置，杆AD为机架，当油缸活塞杆向右伸出时，可带动双摇杆AB与CD向右摆动，使翻斗中的货物自动卸下;当油缸活塞杆向左缩回时，则带动双摇杆向左摆动，使翻斗回到原来的位置。
图2-15所示为港口用起重机，也采用了双摇杆机构，该机构利用连杆上A点近似水平运动，从而实现货物的水平吊运图2-16所示为采用双摇杆机构的飞机起落架收放机构，飞机要着陆前，着陆轮须从机翼(机架)中推放至图中左侧所示位置，该位置处于双摇杆机构的死点上一页,下一页,返回,2.1平面连杆机构,2.1.3铰链四杆机构的演化 在生产实际中，除了上述三种类型的铰链四杆机构外，还广泛地采用其他形式的四杆机构，一般是通过改变铰链四杆机构某些构件的形状、相对长度或选择不同构件作为机架等方式演化而成 1.曲柄滑块机构 曲柄滑块机构由曲柄、连杆、滑块和机架组成，如图2-17所示它的结构简单，应用广泛当滑块为主动件时，曲柄滑块机构可将滑块的往复移动变为曲柄的转动，被应用于内燃机中;当曲柄为主动件时，则可将曲柄的转动转变为滑块的往复移动，被用于活塞泵、冲床等各种机器设备中上一页,下一页,返回,2.1平面连杆机构,在曲柄滑块机构中，滑块的行程取决于曲柄的长度若要求滑块的行程较小，需曲柄很短，这时可根据结构情况将曲柄制成盘状，从而得到如图2-18所示的偏心轮机构偏心轮绕回转中心A回转时，其几何中心B绕回转中心A做圆周运动，带动连杆使滑块作往复运动。
回转中心A到偏心轮几何中心B的距离称为偏心距，它相当于曲柄滑块机构中曲柄的长度上一页,下一页,返回,2.1平面连杆机构,2.导杆机构 导杆是机构中与另一运动构件组成移动副的构件连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构称为导杆机构 导杆机构可以看成是改变曲柄滑块机构中固定件的位置演化而成如图2-19 ( a)所示的曲柄滑块机构，当取杆1为固定件时，即可得到如图2-19(b)所示的导杆机构在该导杆机构中，与构件3组成移动副的构件4称为导杆构件3称为滑块，可相对导杆滑动，并可随导杆一起绕A点回转在导杆机构中，通常取杆2为主动件导杆机构分转动导杆机构与摆动导杆机构两种，当机架1的长度L1小于杆2的长度L2时，主动件杆2与从动件(导杆)4均可作整周回转，即为转动导杆机构;当L1L2时，主动件杆作整周回转时，从动件只能做往复摆动，即为摆动导杆机构摆动导杆机构具有急回特性上一页,下一页,返回,2.1平面连杆机构,当取杆2为固定件(机架)时，即可得到图2-19(c)所示的曲柄摇块机构此机构一般以杆1(或杆4)为主动件 L1L2时，杆1只能作摆动当杆1作整周回转或摆动时，导杆4相对滑块3滑动，并一起绕C点摆动。
滑块3只能绕机架上C点摆动，称为摇块当杆4为主动件在摇块3中移动时，杆1则绕召点回转或摆动图2-20所示为应用曲柄摇块机构的自翻卸料装置，车厢(杆1)可绕车架(机架2)上的召点摆动，活塞杆(导杆4)、液压缸(摇块3)可绕车架上的C点摆动，当液压缸中的活塞杆运动时，车厢绕B点转动，转到一定角度时，货物自动卸下上一页,下一页,返回,2.1平面连杆机构,当取构件3为固定件时，即可得到图2-19(d)所示的移动导杆机构，此机构通常以杆1为主动件，杆1回转时，杆2绕C点摆动，杆4仅相对固定滑块作往复移动图2-21所示的抽水机即采用了移动导杆机构，摆动手柄，活塞杆在固定滑块(即机架)内上下往复移动，实现抽水的动作上一页,返回,2.2凸轮机构,2.2.1凸轮机构的应用 1.凸轮机构的组成 凸轮是一个能够控制从动件运动规律的具有曲线轮廓(或凹槽)的构件，凸轮通常作主动件并等速运动凸轮机构主要由凸轮、从动件和固定机架三个基本构件组成当凸轮转动时，借助它的曲线轮廓(或凹槽)，可以使从动件作相应的运动只要改变凸轮轮廓的外形，就能使从动件实现不同的运动规律凸轮机构结构简单、紧凑，但凸轮轮廓与从动件接触处，易于磨损，所以通常多用于传力不大的控制机构中。
下一页,返回,2.2凸轮机构,如图2-22所示内燃机气门机构当凸轮1转动时，依靠凸轮的轮廓，可以迫使从动件气门2向下移动打开气门(借助弹簧的作用力关闭)，这样，就可以按预定时间，打开或关闭气门，以完成内燃机的配气动作 2.凸轮机构的应用特点 凸轮机构是高副机构，它能使从动件按预定的规律，作间歇的(也有连续的)直线往复运动或摆动，其应用中的主要特点有如下五个方面上一页,下一页,返回,2.2凸轮机构,(1)凸轮机构可以用在对从动件要求严格的场合在要求从动件作间歇运动时，其运动时间与间歇时间的比例，以及停歇次数，都可任意拟定 (2)凸轮机构可以高速启动，动作准确可靠 (3)由于数控机床及电子计算机的广泛应用，凸轮的轮廓曲线加工较为方便 (4)凸轮机构在高副接触处，难以保持良好的润滑，故易磨损，为了延长使用寿命，传递动力不宜过大 (5)在高速凸轮机构中，运动特性较为复杂，因此精确分析和设计轮廓曲线比较困难上一页,下一页,返回,2.2凸轮机构,2.2.2凸轮机构的分类 1.凸轮形状分类 (1)盘形凸轮这种凸轮是一个半径变化的盘形构件，它是凸轮的最基本形式如图2-23所示盘形凸轮机构，结构简单，应用最为广泛。
这种形式当凸轮等速回转时，从动件在垂直于凸轮轴线的平面内运动但从动件的行程或摆动不能太大，否则凸轮的径向尺寸变化过大，对工作不利，同时体积也同时较大，所以一般用于从动件行程或摆动较小的场合上一页,下一页,返回,2.2凸轮机构,(2)移动凸轮移动凸轮可以相对机架作直线往复运动它相当于回转中心趋向无穷远时的盘形凸轮，如图2-24所示当移动凸轮3作直线往复运动时，可推动从动件2得到预定要求的运动图2-24就是利用靠模法车削手柄的移动凸轮机构 上述两种凸轮组成机构时，凸轮与从动件的相对运动是平面运动，因此，这种凸轮机构称为平面凸轮机构，其凸轮称为平面凸轮 (3)圆柱凸轮(柱体凸轮)如图2-25所示的机构中，凸轮1是开有曲线沟槽的圆柱体构件，因此称为圆柱凸轮在圆柱凸轮机构中，凸轮与从动件的相对运动是空间运动，因此这种凸轮机构称为空间凸轮机构，由于从动件作轴向运动，可以从直径不大的圆柱凸轮中得到较大的行程上一页,下一页,返回,2.2凸轮机构,2.从动件类型分类 根据从动件的运动形式和端部形式区分，基本类型分为如图2-26所示几种形式 (1)尖顶从动件如图2-26 (a) ,(e)所示，尖顶能与复杂的凸轮轮廓保持接触，因而能实现预期任意的运动规律。
但尖顶易磨损，只适用于受力不大的场合 (2)滚子从动件如图2-26 (b)、(f)所示，在从动件的顶尖处安装一个滚子，由于滚子与凸轮轮廓接触之间为滚动摩擦，磨损较小，可用来传递较大的动力，因而应用比较广泛上一页,下一页,返回,2.2凸轮机构。