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1、第六章第六章 常用机构常用机构运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类1构件、运动副与平面机构构件、运动副与平面机构2 平面四杆机构平面四杆机构3凸轮机构凸轮机构构件构件运动副及其分类所有构件均在同一平面或在几个所有构件均在同一平面或在几个相互平行的平面内运动相互平行的平面内运动机构机构平面机构平面机构空间机构空间机构6-16-1构件、运动副与平面机构构件、运动副与平面机构至少有两个构件能在三维空间中相至少有两个构件能在三维空间中相对运动。对运动。运动副及其分类定义: 两个构件直接接触并能产生一定相对运动的可动连接。如轴承与轴颈、滑块与导轨、齿轮与齿轮等。构件系统1 运动副及其分类要点：要点
2、：a a）两个构件）两个构件 b b）直接接触）直接接触 c c）有相对运动）有相对运动 三个条件缺一不可。三个条件缺一不可。运动副及其分类 运动副元素: 构件直接接触构成的运动副表面。为点、线、面形式。运动副及其分类运动副的分类按运动副元素接触情况的不同低副：运动副元素为面接触。固定铰链转动副(1) 转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。 运动副及其分类活动铰链转动副运动副及其分类(2) (2) 移动副：只允许两构件作相对移动。移动副：只允许两构件作相对移动。运动副及其分类 点接触点接触高副：运动副元素为以点或线接触凸轮副凸轮副运动副及其分类 线线接接触触齿轮副齿轮副运动副及其分类空间
3、运动副空间运动副若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。螺旋副螺旋副球面副球面副运动副及其分类将运动链的某一构件固定，使之有确定运动。运动链机构。机架原动件从动件固定构件按给定运动规律独立运动的构件。其余活动构件，其活动取决于原动件的运动规律及机构的组成情况。2 构件（1）具有转动副的构件（2）具有移动副和转动副的构件运动副及其分类 运用国际规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定比例尺表示机构各构件间相对运动关系的简图。注：机构运动简图与实际机构有相同的运动特征。机构示意图：是用特定的构件和运动副符号表示机构的一种简化
4、示意图，仅着重表示结构特征。（不需按比例）定义：定义：一、运动副的表示方法1、转动副（铰链）3 平面机构运动简图运动副及其分类 2、移动副两构件组成移动副，两构件组成移动副，其导路必须与相对移其导路必须与相对移动方向一致。动方向一致。运动副及其分类 3、高副 运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。惯用画法（GB4460-84机构简图符号）运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类构件用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。构件用直线或小方块等来表示，画有斜线的表示机架。实例：运动副及其分类电动机电动机带传动带传动偏心轴转
5、动偏心轴转动动颚板摆动，与定动颚板摆动，与定颚板一起压碎物料颚板一起压碎物料工作原理：工作原理：运动副及其分类1、工作原理1 机架2 曲轴（原动件）3 动颚4 肘板2、运动副机架机架1 1肘板肘板4 4动颚动颚3 3曲轴曲轴2 21与2在A回转副2和3 在B回转副3与4在C回转副4与1在D回转副A AB BC C3、选择投影面4、比例尺1：1D DA AB BC CD D1 12 23 34 4运动副及其分类运动副及其分类平面四杆机构：平面四杆机构：全部用转动副相连的铰链四杆机构。全部用转动副相连的铰链四杆机构。它是平面四杆机构的基本它是平面四杆机构的基本型式之一，其它型式的四杆机构可看作是在
6、它的基础上通过演化而型式之一，其它型式的四杆机构可看作是在它的基础上通过演化而成的。成的。机械基础机械基础6-2 6-2 平面四杆机构平面四杆机构平面连杆机构：由若干构件和低副组成的平面机构平面连杆机构：由若干构件和低副组成的平面机构连杆机构：可以实现预期的运动规律及位置、轨迹等要求。连杆机构：可以实现预期的运动规律及位置、轨迹等要求。连杆机构连杆机构用低副联接构件组成的机构，又称低副机构。用低副联接构件组成的机构，又称低副机构。运动副及其分类机架：机架：机构的固定构件；机构的固定构件；连杆：连杆：不直接与机架连接的构件；不直接与机架连接的构件；连架杆：连架杆：与机架用转动副相连接的构件；与机
7、架用转动副相连接的构件；连架杆可分为：连架杆可分为：曲柄：曲柄：能绕机架作整周转动的连架杆；能绕机架作整周转动的连架杆；摇杆：摇杆：只能绕机架作小于只能绕机架作小于360的某一角度摆动的连架杆。的某一角度摆动的连架杆。机械基础机械基础 1 1、铰链四杆机构的组成、铰链四杆机构的组成 1 1）定义：由）定义：由4 4个杆件通过铰链（转动副）链接而成的机构。个杆件通过铰链（转动副）链接而成的机构。 2 2）组成：机架、连架杆（曲柄或摇杆）、连杆。）组成：机架、连架杆（曲柄或摇杆）、连杆。运动副及其分类任务一：找出下列三个机构中的机架、连架杆和连杆任务一：找出下列三个机构中的机架、连架杆和连杆 图图
8、1 图图2 图图3机架：机架：连架杆：连架杆：连杆：连杆：机架：机架：连架杆：连架杆：连杆：连杆：机架：机架：连架杆：连架杆：连杆：连杆：4560、9090100、1208580、100655060运动副及其分类DABC摇摇杆杆机架机架摇杆摇杆连杆连杆双摇杆机构双摇杆机构DABC曲柄曲柄机架机架曲柄曲柄连杆连杆双曲柄机构双曲柄机构机械基础机械基础曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构DABC摇杆摇杆机架机架曲柄曲柄连杆连杆2 2、铰链四杆机构的形式、铰链四杆机构的形式在铰链四杆机构中，在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，按连架杆能否作整周转动，可将铰链四杆机可将铰链四杆机构分为：构分为：运动副及其分类
9、曲柄存在的条件：曲柄存在的条件：（1）杆长之和条件：最短杆与最长杆长度之和小于或）杆长之和条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。等于其它两杆长度之和。（2）最短杆条件：连架杆和机架中必有一杆是最短杆。）最短杆条件：连架杆和机架中必有一杆是最短杆。机械基础机械基础注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：边形条件：最长杆的杆长最长杆的杆长 其余三杆长度之和。其余三杆长度之和。运动副及其分类你会判断由不同杆作机架时四杆机构属于你会判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构么？哪种机构么？机械基础机械基础双摇杆机构双摇杆机构曲柄
10、摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构以最短杆相邻杆为机架以最短杆相邻杆为机架以与最短杆相对的杆为机架以与最短杆相对的杆为机架以最短杆为机架以最短杆为机架NY运动副及其分类课堂练习课堂练习 1、如图1中，若a250mm，b600mm， c400mm，d550mm，取杆a为机架 时可得什么机构；取杆b为机架时可得什 么机构；取杆c为机架可得什么机构？2、如图2所示铰链四杆机构中，已知AB 130mm，BC150mm，CD175mm， AD200mm，若取AD为机架，试判断此 机构属于哪一种类型？图图1图图2运动副及其分类解：解：1、ab850 cd950 2、确定机构类型、
11、确定机构类型 杆杆b为机架：最短杆为机架：最短杆a为连架杆，则可得到为连架杆，则可得到曲柄摇杆机构；曲柄摇杆机构； 杆杆c为机架：最短杆为机架：最短杆a为连杆，则可得到为连杆，则可得到双摇杆机构。双摇杆机构。课堂练习（校对）课堂练习（校对） 1、左图中，若a250mm，b600mm， c400mm，d550mm，取杆a为机架 时可得什么机构；取杆b为机架时可得什 么机构；取杆c为机架可得什么机构？杆杆a为机架：最短杆为机架：最短杆a 自身为机架，则可得到自身为机架，则可得到 双曲柄机构；双曲柄机构；运动副及其分类2、如图所示铰链四杆机构中， 已知AB130mm，BC150mm， CD175mm
12、，AD200mm，若取 AD为机架，试判断此机构属于哪一 种类型？解：1、判断是否满足杆长条件： ABAD330 BCCD325则不满足杆长条件，所以此机构为双摇杆机构双摇杆机构运动副及其分类课堂练习课堂练习运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类运动副及其分类一、曲柄摇杆机构一、曲柄摇杆机构两个连架杆中，两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆，一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。曲柄曲柄1为原动件，作匀速转动；摇杆为原动件，作匀速转动；摇杆3为为从动件，从动件，作变速往复摆动。作变速往复摆动。机械基础机械基础曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构
13、DABC摇杆摇杆机架机架曲柄曲柄连杆连杆运动副及其分类雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构机械基础机械基础可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的运动转换。运动转换。 运动副及其分类搅拌机搅拌机机械基础机械基础可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的运动转换。运动转换。 运动副及其分类可以将摇杆的摆动转换为曲柄的整周回转运动。汽车车窗雨刷机构汽车车窗雨刷机构缝纫机缝纫机机械基础机械基础运动副及其分类二、双曲柄机构二、双曲柄机构两个连架杆均为曲柄两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。的铰链四杆机
14、构称为双曲柄机构。双曲柄机构双曲柄机构机械基础机械基础DABC曲柄曲柄机架机架曲柄曲柄连杆连杆双曲柄机构双曲柄机构运动副及其分类机械基础机械基础惯性筛工作机构惯性筛工作机构从动曲柄从动曲柄3与主动曲柄与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一周匀速回转一周时，从动曲柄时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作加作加速往复运动，提高了工作性能。速往复运动，提高了工作性能。 运动副及其分类1、曲柄、曲柄1为原动件，作等角速转动；从动件曲柄为原动件，作等角速转动；从动件曲柄3也以相也以相同角速度转动。同角速度转动。特例
15、：特例：平行双曲柄机构，平行双曲柄机构，其相对两杆平行且相等。其相对两杆平行且相等。2、当四个铰链中心处于同一直线上时，将出现运动不确、当四个铰链中心处于同一直线上时，将出现运动不确定状态。定状态。B2C2AB1C1 1D123B3C3C3 为了消除这种运动不确定状态为了消除这种运动不确定状态, ,可在主、从动曲可在主、从动曲柄上错开一定角度再安装一组平行四边形机构。柄上错开一定角度再安装一组平行四边形机构。ABCD123B1 1C1机械基础机械基础BCC1 1B1 1BC运动副及其分类1）两曲柄以相同速度同向转动）两曲柄以相同速度同向转动2） 连杆作平动连杆作平动有运动有运动不确定不确定的问
16、题的问题运动副及其分类反平行四边形机构反平行四边形机构-对边杆长相等但不平行对边杆长相等但不平行以长边为机架，杆以长边为机架，杆2 2作等速转作等速转动时，杆动时，杆4 4作反向变速运动。作反向变速运动。运动副及其分类三、双摇杆机构三、双摇杆机构两个连架杆均为摇杆两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。的铰链四杆机构称为双摇杆机构。双摇杆机构双摇杆机构机械基础机械基础DABC摇摇杆杆机架机架摇杆摇杆连杆连杆双摇杆机构双摇杆机构运动副及其分类机械基础机械基础起重机吊臂结构起重机吊臂结构ABCD构成双摇杆机构，构成双摇杆机构，AD为机架，在主动摇杆为机架，在主动摇杆AB的驱动下，的驱动下，
17、随着机构的运动连杆随着机构的运动连杆BC的外伸端点的外伸端点E获得近似直线的水平运动获得近似直线的水平运动（EE ），使吊重），使吊重Q能作水平移动，大大节省了移动吊重所能作水平移动，大大节省了移动吊重所需要的功率。需要的功率。 运动副及其分类机械基础机械基础飞机起落架机构飞机起落架机构运动副及其分类（1）机构的急回运动特性：）机构的急回运动特性：四、曲柄摇杆机构的一些主要特性：四、曲柄摇杆机构的一些主要特性：摆角摆角 C1C2DAB1B2B 1C 2 1 2,t1 t2, 1 180 曲柄转角曲柄转角 2 180 C1C2C2C1铰链铰链C的平均速度：的平均速度：v1v2它表明摇杆具它表明摇
18、杆具有急回运动特性。有急回运动特性。慢行程慢行程快行程快行程v1=/t1C1C2v2=/t2C1C2机械基础机械基础运动副及其分类急回运动特性可用急回运动特性可用行程速比系数（或行程速度变化行程速比系数（或行程速度变化系数）系数）K 表示：表示：曲柄摇杆机构的极位夹角曲柄摇杆机构的极位夹角 越大，越大，K 值越大值越大，急回运动，急回运动的性质越显著。的性质越显著。 =0、K =1时，无急回特性。时，无急回特性。 极限夹角计算公式：极限夹角计算公式：式中式中 为摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的为摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角，称为锐角，称为极位夹角极位夹角（ C2AC1）。机
19、械基础机械基础运动副及其分类连杆机构输出件具有急回特性的条件：连杆机构输出件具有急回特性的条件：1）原动件作等角速整周转动；）原动件作等角速整周转动；2）输出件具有正、反行程的往复运动；）输出件具有正、反行程的往复运动；3）极位夹角）极位夹角 0。机械基础机械基础运动副及其分类压力角和传动角压力角和传动角ABCD Fvca、机构压力角机构压力角: :在在不计摩擦力、惯性不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，力和重力的条件下，机构中驱使输出件机构中驱使输出件运动的力与输出件运动的力与输出件上受力点的速度方上受力点的速度方向间所夹的锐角，向间所夹的锐角，称为机构压力角，称为机构压力角，通常用通常用 表
20、示。表示。机械基础机械基础运动副及其分类b b、传动角：、传动角：、传动角：、传动角：压力角压力角压力角压力角 的余角。的余角。的余角。的余角。ABCD vc FF1F2通常用通常用 表示：表示： 90 F1为有效分力；为有效分力；F1=Fcos ； ，F1 在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角 来来判断机构传力性能。判断机构传力性能。 F1 ，机构传力性能越，机构传力性能越好；好；反之，机构传力越费劲，传动效率越低。反之，机构传力越费劲，传动效率越低。 ，连杆和从连杆和从动摇杆之间所夹的动摇杆之间所夹的锐角。锐角。机械基础机械基础运动副及其分类（2）死
21、点）死点：（主动件条件）：（主动件条件）在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下力的条件下:当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时，过铰链中当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时，过铰链中心心A的力，对的力，对A点不产生力矩，不能使曲柄转动，机构点不产生力矩，不能使曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置的这种位置称为死点位置。DABCF机械基础机械基础BDACF运动副及其分类机械基础机械基础 机构停在死点位置，不能起动。运转时，靠惯性机构停在死点位置，不能起动。运转时，靠惯性冲过死点。冲过死点。缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构运动副及其分类工件夹紧机构工件夹
22、紧机构 利用死点实例利用死点实例机械基础机械基础运动副及其分类思考题：曲柄摇杆机构是否一定具有急回特性？是否肯定有死点位置？1.曲柄为原动件，曲柄为原动件，当机构有极位夹角时，就有急回特当机构有极位夹角时，就有急回特性；性； =0、K=1时，无急回特性。时，无急回特性。2.存在死点位置的标志是：存在死点位置的标志是：连杆与从动件共线连杆与从动件共线。摇杆为原动件，有摇杆为原动件，有2个死点位置；个死点位置；曲柄为原动件，没有死点位置，因为此时连杆与从曲柄为原动件，没有死点位置，因为此时连杆与从动杆不会共线。动杆不会共线。机械基础机械基础运动副及其分类摇杆长摇杆长转动副转动副D直线直线滑块滑块摇
23、杆摇杆3移动副移动副(一一)曲柄滑块机构：曲柄滑块机构：当曲柄摇杆机构中的当曲柄摇杆机构中的摇杆为无限长时摇杆为无限长时，即为曲，即为曲柄滑块机构。具有一个移动副和三个转动副。柄滑块机构。具有一个移动副和三个转动副。机械基础机械基础五五.其它平面连杆机构其它平面连杆机构(铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化)对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构 运动副及其分类机械基础机械基础曲柄滑块机构的应用曲柄滑块机构的应用内燃机内燃机 运动副及其分类AeB2C2慢行程慢行程 1 2 1B1C1（1）曲柄滑块机构的行程）曲柄滑块机构的行程C1、C2：曲曲柄柄与与连连杆杆两两次次共
24、共线线时时，滑滑块块移移动动的的两两个个极极限位置。限位置。曲柄滑块机构同样具有急回特性曲柄滑块机构同样具有急回特性。两个极限位置之间的距离，称为机构的行程两个极限位置之间的距离，称为机构的行程H。主动件：曲柄或滑块主动件：曲柄或滑块机械基础机械基础H运动副及其分类（2）对心式曲柄滑块机构的死点位置）对心式曲柄滑块机构的死点位置：AB2B1C1w1C2机构停在死点位置，不能起动。机构停在死点位置，不能起动。解决办法：运转时，靠惯性冲过死点。解决办法：运转时，靠惯性冲过死点。机械基础机械基础运动副及其分类手摇唧筒手摇唧筒取曲柄滑块机构中的原滑块4为机架而得到的。BC杆成为绕铰链C摆动的摇杆，AC
25、成为滑块做为滑块作往复移动，故该机构称为摇杆滑块机构，又称为移移动动导导杆杆机构机构（或定块机构定块机构）。（二）摇杆滑块机构（二）摇杆滑块机构机械基础机械基础2341应用实例：手压抽水机、抽油泵等。应用实例：手压抽水机、抽油泵等。2341运动副及其分类（三）曲柄摇块机构（三）曲柄摇块机构举例：自卸卡车车箱的举升机构举例：自卸卡车车箱的举升机构机械基础机械基础取曲柄滑块机构中的原连杆3为机架而得到的。当原曲柄2为原动件绕点转动时，滑块4绕机架3上的铰链中心摆动，故称该机构为曲柄摇块机构曲柄摇块机构或称为摆动滑块机构摆动滑块机构。 23412341运动副及其分类（四）导杆机构（四）导杆机构123
26、4应用实例：回转式油泵（转动导杆机构）应用实例：回转式油泵（转动导杆机构） 牛头刨床的主体机构（摆动导杆机构）牛头刨床的主体机构（摆动导杆机构） 取曲柄滑块机构的原连架杆2为机架而得到的，原连杆3为主动件，若l3 l2，导杆1作整周运动，称为转动导杆转动导杆机构机构；若l3 l2，导杆1作往复摆动，称为摆动导杆机构摆动导杆机构。 机械基础机械基础31242341运动副及其分类应用：牛头刨床、插床、应用：牛头刨床、插床、回转式油泵等回转式油泵等应用：摆应用：摆缸式内燃缸式内燃机、液压机、液压驱动装置驱动装置 等等 抽水唧筒、抽水唧筒、抽油泵等。抽油泵等。曲柄滑块机构曲柄转动导杆机构曲柄摇块机构摇
27、杆滑块机构运动副及其分类运动副及其分类（五）双滑块机构（五）双滑块机构（含两个移动副的四杆机构）缝缝纫纫机机机机针针动动画画运动副及其分类椭圆仪椭圆仪运动副及其分类十字滑块联轴器（用来联接中心线不重合的两根轴）十字滑块联轴器（用来联接中心线不重合的两根轴）主动件主动件1 1与从动件与从动件3 3具有相等的角速度具有相等的角速度运动副及其分类改变运动副尺寸改变运动副尺寸-偏心轮机构偏心轮机构回转副回转副B B扩大到包括回转扩大到包括回转副副A A，使杆，使杆2 2成为回转轴线成为回转轴线在在A A点的偏心轮。点的偏心轮。圆盘的几何中心圆盘的几何中心B B与转动中与转动中心心A A不重合，称为偏心轮。不重合，称为偏心轮。运动副及其分类偏心轮机构的应用例子偏心轮机构的应用例子-颚式破碎机颚式破碎机运动副及其分类本章结束本章结束运动副及其分类
