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1、第四章 常用機構,應用實例：,內燃機、鶴式吊、火車輪、牛頭刨床、開窗戶支撐、公共汽車開關門、折疊傘、折疊床、 各種健身器材等。,優(yōu)點： 1.采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損。 2.構件接觸面多為圓柱面或平面, 形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精度。 3. 構件間接觸自封閉, 不需外力保持構件間的接觸。 4.改變桿的相對長度，從動件運動規(guī)律不同。 5.連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。,定義：由低副（轉動、移動）連接組成的平面機構。,一、平面連桿機構,缺點： 1.構件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、效率低。,2.產生動載荷（慣性力），不適合高速。,3.設計復雜 4.對任意運動規(guī)律
2、和軌跡難以精確實現(xiàn),一、平面連桿機構,鉸鏈四桿機構的基本形式 運動副都是轉動副的平面四桿機構稱為鉸鏈四桿機構。,在鉸鏈四桿機構中，固定不動的構件4是機架，與機架4相連 的構件1和3稱為連架桿，不與機架相連的構件2稱為連桿。,相對于機架能做整周轉動的連架桿稱為曲柄; 只能在一定角度范圍內往復擺動的連架桿稱為搖桿。,一、平面連桿機構,雷達天線俯仰機構,基本設計實現(xiàn)已知的運動規(guī)律,一、平面連桿機構,縫紉機腳踏板機構,基本設計實現(xiàn)已知的運動規(guī)律,一、平面連桿機構,攪拌機,要求連桿上E點的軌跡為一條卵形曲線,基本設計實現(xiàn)已知的軌跡,一、平面連桿機構,1.曲柄搖桿機構 兩連架桿分別為曲柄和搖桿的鉸鏈四 桿
3、機構稱為曲柄搖桿機構。 雷達天線俯仰角調整機構，是曲柄搖桿機構的應用實例之一。 在曲柄搖桿機構中，也可以以搖桿為主動件，曲柄為從動件，將主動搖桿的往復擺動轉化為從動曲柄的整周轉動。如縫紉機踏板機構。,一、平面連桿機構,跑步機,一、平面連桿機構,2.雙曲柄機構 兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構， 稱為雙曲柄機構。,慣性篩,一、平面連桿機構,主動曲柄等速轉動，從動曲柄一般為變速轉動，插床六桿機構是以雙曲柄機構為基礎擴展而成的。 在雙曲柄機構中有一種特殊機構，連桿與機架的長度相等、兩個曲柄長度相等且轉向相同的雙曲柄機構，稱為平行四邊形機構。,插床六桿機構,機車車輪平行四邊形機構,一、平面連桿機構,,一
4、、平面連桿機構,平行四邊形機構有以下三個運動特點: （1）兩曲柄轉速相等 機車車輪聯(lián)動機構。 （2）連桿始終與機架平行 天平機構、所示的攝影車升降機構。,機車車輪聯(lián)動機構,天平機構,攝影車升降機構,一、平面連桿機構,（3）運動的不確定性 為了克服運動的不確定性， 可以對從動曲柄施加外力，或 利用飛輪及構件本身的慣性作 用。也可以采用輔助曲柄等措施解決。,平行四邊形機構,帶有輔助構件的平行四邊形機構,一、平面連桿機構,對于兩個曲柄轉向相反的情況，即連桿與機架的長度相等,兩個曲柄長度相等所組成的轉向相反的雙曲柄機構稱為反平行四邊形機構。 反平行四邊形機構不具備 平行四邊形機構前述兩個運動 特征。
5、 車門啟閉機構就是反平行 四邊形機構的應用實例。,反平行四邊形機構,車門啟閉機構,一、平面連桿機構,3.雙搖桿機構 兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構，稱為雙搖桿機構。常用于操縱機構、儀表機構等。如圖所示港口起重機機構，可實現(xiàn)貨物的水平移動，以減少功率消耗。在雙搖桿機構中若兩搖桿長度相等，稱為等腰梯形機構。 等腰梯形機構的運動特性是兩搖桿擺角不相等。 如圖所示的汽車、拖拉機前輪轉向機構。,港口起重機機構圖,車輛前輪轉向機構,一、平面連桿機構,港口起重機,選擇連桿上合適的點，軌跡為近似的水平直線,一、平面連桿機構,車輛的前輪轉向機構,一、平面連桿機構,一、平面連桿機構,一、平面連桿機構,曲柄
6、搖桿機構,,回轉副D移動副,曲柄滑塊機構,演化1轉動副變?yōu)橐苿痈?一、平面連桿機構,曲柄滑塊機構（偏距e） 對心曲柄滑塊機構， e=0,應用：,偏置曲柄滑塊機構，e0,滑塊運動線與曲柄回轉中心共線,活塞式內燃機，空氣壓縮機，沖床等。,滑塊運動線與曲柄回轉中心不共線,特點：曲柄等速回轉，滑塊具有急 回特性。,一、平面連桿機構,一、平面連桿機構,偏心輪的演化過程,演化2擴大轉動副,一、平面連桿機構,曲柄搖桿機構,雙曲柄機構,曲柄搖桿機構,雙搖桿機構,,曲柄滑塊機構,導桿機構,搖塊機構,定塊機構 (直動滑桿機構),,演化3變換機架,一、平面連桿機構,手搖唧筒,,定塊機構的應用,一、平面連桿機構,（若
7、1能繞A整周相對轉動，則存在兩個特殊位置） a+db+c (1) b
8、的長度之和小于等于其他兩構件 長度之和，最短構件上兩個轉動副均為整轉副。,取最短構件為機架,雙曲柄機構,取最短構件任一相鄰構件為機架,曲柄搖桿機構,取最短構件對面的構件為機架,雙搖桿機構,平面四桿機構的類型判別,一、平面連桿機構,急回運動,在曲柄搖桿機構中，當曲柄與連桿兩次共線時，搖桿位于兩個極限位置，簡稱極位。,當曲柄以逆時針轉過180+時，搖桿從C1D位置 擺到C2D。所花時間為t1 , 平均速度為V1,那么有：,,此兩處曲柄之間的夾角 稱為極位夾角。,,一、平面連桿機構,當曲柄以繼續(xù)轉過180-時，搖桿從C2D,置擺到C1D，所花時間為t2 ,平均速度為V2 ,那么有：,顯然：t1
9、 t2 V2 V1,搖桿的這種特性稱為急回運動。,稱K為行程速比系數(shù)。,且越大，K值越大，急回性質越明顯。,只要 0 ， 就有 K1,設計新機械時，往往先給定K值，于是:,,,一、平面連桿機構,一、平面連桿機構,一、平面連桿機構,,在不計重力、摩擦力、慣性力的條件下，機構中輸出件所受主動力的方向線與該受力點的絕對速度方向線所夾的銳角。,壓力角的余角， =900-。,1、壓力角,2、傳動角,,越小， 越大，則機構傳力性能越好。,一、平面連桿機構,最小傳動角的確定,圖示鉸鏈四桿機構中，原動件為 AB。各桿長度為：a、b、c、d。,由圖可見， 與 機構的BCD有關。,在ABD和BCD中， 由余弦定
10、理得：,一、平面連桿機構,1）當BCD <900時， =BCD，則min =BCDmin ， 由公式可知，當 = 00時，有BCDmin 。即曲柄與機架重 合共線時，機構將出現(xiàn)最小值。,,一、平面連桿機構,2）當BCD 900時， =1800-BCD，則min = 1800-BCDmax ，由公式可知，當 = 1800時， 有BCDmax 。即曲柄與機架拉值共線時，機構將出現(xiàn) 最大值。,,一、平面連桿機構,機構的死點位置,1死點,圖示曲柄搖桿機構，搖桿 CD為主動件，當機構處于連桿 與從動曲柄共線的兩個位置時， 出現(xiàn)了傳動角o。的情況。 這時主動件CD通過連桿作用于 從動件AB上的力恰好通過其
11、回 轉中心，所以不能使構件AB轉 動而出現(xiàn)“頂死”現(xiàn)象。機構的 此種位置稱為死點。,,一、平面連桿機構,機構中從動件與連桿共線的位置稱為機構的死點位置。,2. 死點的利用：,若以夾緊、增力等為目的，則機構的死點位置可以加以利用。,一、平面連桿機構,對傳動機構來說，有死點是不利的，應采取措施 使其順利通過。,3. 死點的克服,一、平面連桿機構,,一、平面連桿機構,,一、平面連桿機構,一、平面連桿機構,一、平面連桿機構,,一、平面連桿機構,應用,配氣機構,繞線機構,,,,二、凸輪機構,靠模機構,進刀機構,,,,二、凸輪機構,凸輪機構由凸輪1、從動件2、機架3三個基本構件及鎖合裝置組成。是一種高副機
12、構。其中凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構件，通常作連續(xù)等速轉動，從動件則在凸輪輪廓的控制下按預定的運動規(guī)律作往復移動或擺動。,二、凸輪機構,優(yōu)點:只要正確地設計和制造出凸輪的 輪廓曲線，就能把凸輪的回轉運動準確可靠地轉變?yōu)閺膭蛹A期的復雜運動規(guī)律的運動，而且設計簡單;凸輪機構結構簡單、緊湊、運動可靠。,缺點:凸輪與從動件之間為點或線接觸，故難以保持良好的潤滑，容易磨損。,凸輪機構通常適用于傳力不大的機械中。尤其廣泛應用于自動機械、儀表和自動控制系統(tǒng)中。,二、凸輪機構,連桿機構和凸輪機構對比：,平面連桿機構雖然應用廣泛，但它只能近似地實現(xiàn)給定的運動規(guī)律，且設計比較復雜。當從動件須精確地按預定運
13、動規(guī)律尤其是復雜運動規(guī)律工作時，則常采用凸輪機構。,二、凸輪機構,分類,1. 按凸輪的形狀分：,2. 按從動桿運動形式分:,3. 按從動桿形狀分：,盤形、移動、圓柱,移動（直動）、擺動,尖頂、滾子、平底,,,,二、凸輪機構,,盤形凸輪,二、凸輪機構,移動凸輪,二、凸輪機構,圓柱凸輪,二、凸輪機構,2、推程及推程運動角dt，,尖底偏置直動推桿 盤形凸輪機構,1、基圓：凸輪輪廓上最小向徑 r0為半徑的圓,基本術語,6、偏距e，偏距圓,4、回程及回程運動角dh,3、遠休止角ds,5、近休止角ds,行程：h(最大位移),,二、凸輪機構,推桿位移 s=f (t) 特別，當凸輪勻速轉動時： s =
14、 s (d)；v =v (d)； a =a (d),一般規(guī)律：上升停降停,推桿的運動分析,二、凸輪機構,剛性沖擊： 由于加速度發(fā)生無窮大突度而引起的沖擊稱為剛性沖擊。,,1、一次多項式運動規(guī)律（勻速運動規(guī)律）,二、凸輪機構,柔性沖擊 ： 加速度發(fā)生有限值的突變 （適用于中速場合）,2、二次多項式運動規(guī)律（等加速等減速運動規(guī)律）,二、凸輪機構,3、五次多項式運動規(guī)律,3-4-5多項式：,既無剛性沖擊亦無柔性沖擊 應用于高速凸輪,二、凸輪機構,運動特征： 若ds , ds 為零，無沖擊， 若ds , ds不為零，有沖擊,4、余弦加速度運動規(guī)律（簡諧運動規(guī)律）,二、凸輪機構,運動特征：沒有沖擊,6、
15、組合運動規(guī)律 為了獲得更好的運動特征，可以把上述幾種運動規(guī)律組合起來應用，組合時，兩條曲線在拼接處必須保持連續(xù)。,5、正弦加速度運動規(guī)律（擺線運動規(guī)律）,二、凸輪機構,,設計方法：作圖法，解析法 已知 轉向。 作圖法設計凸輪輪廓,反轉法原理,凸輪廓線設計,二、凸輪機構,已知 轉向,1、尖底直動推桿盤形凸輪機構凸輪輪廓設計,二、凸輪機構,（3）在理論輪廓上畫出一系列滾子， 畫出滾子的內包絡線 實際輪廓曲線。,注意： 設計滾子推桿凸輪機構時， 凸輪的基圓半徑是指理論輪廓 曲線的基圓半徑。,（1）去掉滾子，以滾子中心為尖底。,（2）按照上述方法作出輪廓曲線 理論輪
16、廓曲線,2、滾子推桿,,,二、凸輪機構,（1）取平底與導路的交點B0為參考點 （2）把B0看作尖底，運用上述方法找到B1、B2 （3）過B1、B2點作出一系列平底，得到一直線族。 作出直線族的包絡線，便得到凸輪實際輪廓曲線。,3、平底推桿,二、凸輪機構,已知：轉向，r0，a，l，max，-,4、擺動推桿盤形凸輪機構,二、凸輪機構,許用壓力角： 擺動推桿：=4050 直動推桿：=3038,壓力角a：接觸點法線與推桿上 作用點速度方向所夾的銳角。,自鎖：Ff F時，凸輪不能推動 推桿運動，即發(fā)生自鎖。,凸輪機構的壓力角和自鎖,FFcos a，F(xiàn)Fsin a,二、凸輪機構,由式可知：r0,壓力角
17、和基圓半徑的關系,v2=vB2=vB1 tan a =wrB tan a,,二、凸輪機構,滾子半徑rs必須小于理論輪廓曲線外凸部分的最小曲率半徑min，否則將導致推桿運動失真。 設計時，取rs < 0.8min,滾子半徑與輪廓曲線形狀的關系,二、凸輪機構,,二、凸輪機構,帶輪齒的棘輪機構,單動式棘輪機構,雙動式棘輪機構,三、棘輪機構,可變向棘輪機構,三、棘輪機構,內嚙式棘輪機構,三、棘輪機構,摩擦式棘輪機構,偏心楔塊式棘輪機構,滾子楔緊式棘輪機構,三、棘輪機構,1.齒嚙式棘輪機構的特點,2.摩擦式棘輪機構的特點,摩擦式棘輪機構傳遞運動平穩(wěn)， 無噪音棘輪可實現(xiàn)無級調節(jié)，但 易打滑，運動準確性差。
18、,齒嚙式棘輪機構結構簡單，棘輪轉角 可實現(xiàn)有級調節(jié)，但傳動平穩(wěn)性差。適合 于轉速不高，轉角不大和小功率場合。,三、棘輪機構,射沙自動線的澆鑄機構,1、棘輪機構具有間歇運動特性,三、棘輪機構,超越式棘輪機構,2、棘輪機構具有快速超越運動特性,,三、棘輪機構,3、能實現(xiàn)有級變速傳動 改變棘輪轉角,,,三、棘輪機構,棘爪的工作條件,傳遞同轉矩時為使棘爪受力最小，一般,,為滿足棘爪能順利地滑入齒根，須 。其中： 棘輪齒面傾角 接觸面間的摩擦角,三、棘輪機構,,,da,o1,A,o2,,,,=90,,,L,,,pr,,pn,,F,要求在工作時，棘爪在Pn和F的作用下，能自動滑入棘輪齒槽。,Pn s
19、in, F= Pn f 代入得：,tg f, ,當 f=0.2 時，1130,通常取20,,,,,,Ft,,,Fr,正壓力Pn,摩擦力F,條件是兩者對O2的力矩要滿足如下條件：,MpnMF,將力分解成切向和徑向分量,,M,=tg,齒偏角,,,,,,,,,,,,,Fcos,,L,L,,,pt,,三、棘輪機構,,棘輪幾何尺寸計算公式,模數(shù)m,1、1.5、2、2.5、3、 3.5、4、5、6、8、10,頂圓直徑da da =mz,齒間距p P=m,齒高h h=0.75m,齒頂弦長a a=m,棘爪工作面長度a1 a1=(0.50.7)a,齒偏角 20,棘
20、輪寬b b=(14)m,棘爪斜高h1 、齒斜高h h1=h h/cos,棘輪齒根圓角半徑rf rf =1.5 mm,棘爪尖端圓角半徑r1 r1 =2 mm,棘爪長度L 一般取 L=2p,,,,,,,,,6080,o1,o2,齒數(shù)z 1225,,,,三、棘輪機構,,,三、棘輪機構,作用：將連續(xù)回轉變換為間歇轉動。,組成：帶圓銷的撥盤、帶有徑向槽的槽輪。撥盤和槽輪上都有鎖止?。翰圯喩系陌紙A弧、撥盤上的凸圓弧，起鎖定作用。,特點：結構簡單、制造容易、工作可靠、機械效率高，能平穩(wěn)地、間歇地進行轉位。因槽輪運動過程中角速度有變化 ，不適合高速運動場合。,工作過程：撥盤
21、連續(xù)回轉，當兩鎖止弧接觸時，槽輪靜止；反之槽輪運動。,四、槽輪機構,設計：潘存云,球面槽輪機構,應用實例： 電影放映機、 自動攝影機、六角車床轉塔。,外嚙合槽輪機構,內嚙合槽輪機構,槽輪機構類型,,外嚙合槽輪機構,內嚙合槽輪機構,球面槽輪機構,,,四、槽輪機構,四、槽輪機構,六角自動車床轉塔刀架的轉位機構,四、槽輪機構,外嚙合槽輪機構的運動參數(shù)選擇 槽輪槽數(shù)z與撥盤圓銷數(shù)k的選擇 槽輪機構的主要參數(shù)是槽數(shù)z和撥盤圓柱銷數(shù)k。在一個運動循環(huán)內，槽輪2的運動時間tm對撥盤1運動時間t之比值稱為運動特性系數(shù)。設一槽輪機構，槽輪上有z個槽，撥盤上均勻分布的圓柱銷數(shù)為K，則運動特性系數(shù)為 因為：,四、槽
22、輪機構,討論：1、=0，槽輪始終不動； 0，Z3 。 2、：槽輪的運動時間總小于靜止時間。 3、要使 ，須在構件1上安裝多個圓銷。 設k為均勻分布的圓銷數(shù)， 由 上式可知：當Z=3時，圓銷的數(shù)目可為15；當Z=4或5時，圓銷的數(shù)目可為13；而當Z6時，圓銷的數(shù)目可為12。一般情況下Z=48。,,四、槽輪機構,效率較低，特別是具有自鎖性的螺旋機構效率低 于50。,能獲得很多的減速比和刀的增益；選擇合適的螺 旋機構導程角，可獲得機構的自鎖性。,螺旋機構的組成及特點,（1）螺旋機構的組成,通常它是將旋轉運動轉換為直線運動。但當導程角大于當量摩擦角時，它還可以將直線運動轉換為旋轉運動
23、。,螺旋機構是由螺桿、螺母和機架組成。,（2）螺旋機構的特點,主要優(yōu)點,主要缺點,因此，螺旋機構常用于起重機、壓力機以及功率不大的進給 系統(tǒng)和微調裝置中。,五、螺旋機構,螺旋機構的運動分析,當螺桿轉過時，螺母沿其軸向移動的距離為：,Sl /(2),其中l(wèi)為螺旋的導程 mm。,（1）微動螺旋機構,設螺旋機構中A、B段的螺旋導 程分別為lA、lB , 且兩端螺旋的旋向 相同（即同為左旋或右旋），,則當 螺桿1轉過時，螺母2的位移s為：,s(lAlB)/(2）,因lA、lB相差很小時，故位移s可能很小，故這種螺旋機構稱 為微動螺旋機構,,,,五、螺旋機構,如用于調節(jié) 鏜刀進刀量的螺旋機構。,此種機構
24、常用測微計、分度機構即調節(jié)機構中。,（2）復式螺旋機構,如果螺旋機構的兩段螺旋導 程分別為lA、lB，且兩端螺旋的旋 向相反。,這種螺旋機構稱為復式 螺旋機構。,此種螺旋機構常用于車輛的聯(lián)接。,五、螺旋機構,螺旋機構的設計要點,螺旋設計的關鍵是選擇確定合適的螺旋導程角、導程及頭數(shù) 等參數(shù)。,根據(jù)不同的工作要求，螺旋機構應選擇不同的幾何參數(shù)。,若要求螺旋具有自鎖性或具有較大的減速比（微動）時，宜 選用單頭螺旋，宜選用較小的導程及導程角，但效率較低。,若要求傳遞大的功率或快速運動的螺旋機構時，宜采用具有 較大導程角的多頭螺旋。,五、螺旋機構,五、螺旋機構,1.工作原理及特點,工作原理：在主動齒輪只
25、做出一個或幾個齒，根據(jù)運動時間和停歇時間的要求在從動輪上做出與主動輪相嚙合的輪齒。其余部分為鎖止圓弧。當兩輪齒進入嚙合時，與齒輪傳動一樣，無齒部分由鎖止弧定位使從動輪靜止。,優(yōu)點：結構簡單、制造容易、工作可靠、從動輪運動 時間和靜止時間的比例可在較大范圍內變化。,2.類型及應用,類型：外嚙合不完全齒輪機構、內嚙合不完全齒輪機構,缺點：從動輪在開始進入嚙合與脫離嚙合時有較大 沖擊，故一般只用于低速、輕載場合。,六、不完全齒輪機構,外嚙合不完全齒輪機構,內嚙合不完全齒輪機構,應用：適用于一些具有特殊運動要求的專用機械中。如乒乓球拍周緣銑削加工機床、蜂窩煤壓制機等。,六、不完全齒輪機構,1.工
26、作原理及特點,圓柱凸輪連續(xù)回轉，推動均布有柱銷的從動圓盤間歇轉動。,特點：從動圓盤的運動規(guī)律取決于凸輪廓線的形狀。,優(yōu)點：可通過選擇適當?shù)倪\動規(guī)律來減小動載荷、避 免沖擊、適應高速運轉的要求。定位精確、且 結構緊湊。,缺點：凸輪加工較復雜、安裝調整要求嚴格。,2.類型及應用,類型：圓柱凸輪間歇運動機構、蝸桿凸輪間歇運動機構,六、不完全齒輪機構,圓柱凸輪間歇運動機構,蝸桿凸輪間歇運動機構,牙膏灌漿機,應用： 適用于高速、高精度的分度轉位機械制瓶機、制藥設備、紙煙、包裝機、拉鏈嵌齒、高速沖床、多色印刷機等機械。,,封口,灌漿,1 特點 空間交錯運動，多用于分度 2 工作過程 與擺動圓柱凸輪機構相似 3 幾何參數(shù) 凸輪槽數(shù)（主動）可以為1， 撥銷一般大于6,圓柱凸輪式間歇機構,六、不完全齒輪機構,1 特點 空間交錯運動，多用于分度 2 工作過程 與蝸桿蝸輪機構相似 3 幾何參數(shù) 蝸桿凸輪槽數(shù)（主動）可以為1， 撥銷一般大于6,蝸桿凸輪間歇機構,六、不完全齒輪機構,
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