机械组-李瑾-机械基础

1、庄浪县职教中心科科 目：机械基础目：机械基础教研组：机械教研组教研组：机械教研组题题 目：常用机构目：常用机构教教 师：李师：李 瑾瑾第六章 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

2、定的方式联接起来成为构件系统时，各个构件不再是自由构件。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、

3、铰链四杆机构 由转动副联接4个构件而形成的机构，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、4曲柄摇杆机构 图6-56-2 平面连杆机构 （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

5、 (3）双摇杆机构。两连架杆均为摇杆的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6-116-2 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

6、杆长度之和。 (2)曲柄为最短杆。 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

7、 图6-16转动导杆机构 图6-17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

8、仍为。虽然摇杆的摆角相同，但对应曲柄转角不同（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

9、-2平面连杆机构 图6-20 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：凸轮机构：是一种高副机构。是一种高副机构。广泛应用于各种机械，尤其广泛应用于各种机械，尤其是自动机械中。是自动机械中。 凸轮机构的组成凸轮机构的组成凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮机构的分类凸轮机

10、构的分类6.1 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 凸轮机构的组成凸轮机构的组成凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类1-1-凸轮凸轮 2-2-气阀气阀 3-3-内燃机壳体内燃机壳体 如图所示为如图所示为内燃机中的配气内燃机中的配气凸轮机构凸轮机构。内燃机在燃烧过程中，。内燃机在燃烧过程中，驱动凸轮轴及其上的凸轮转动，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并通过凸轮的曲线轮廓推动气阀2 2按特定的规律往复移动，从而按特定的规律往复移动，从而达到控制燃烧室中进、排气的功达到控制燃烧室中进、排气的功能。能。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类1-1-圆柱凸轮圆柱凸轮

11、2-2-摆杆摆杆 3-3-滚子滚子 如图所示为如图所示为自动机床中自动机床中的进刀凸轮机构的进刀凸轮机构。 当圆柱凸轮绕其轴线转当圆柱凸轮绕其轴线转动时，通过其沟槽与摆杆动时，通过其沟槽与摆杆一端的滚子接触，并推动一端的滚子接触，并推动摆杆绕固定轴按特定的规摆杆绕固定轴按特定的规律作往复摆动，同时通过律作往复摆动，同时通过摆杆另一端的扇形齿轮驱摆杆另一端的扇形齿轮驱动刀架实现进刀或退刀运动刀架实现进刀或退刀运动。动。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类凸轮凸轮从动件从动件机架机架高副机构高副机构 凸轮：凸轮：具有特定曲线轮廓或沟槽的构件，通常在具有特定曲线轮廓或沟槽的构件，通常在 机构运动

12、中作主动件。机构运动中作主动件。从动件：从动件：与凸轮接触并被直接推动的构件。与凸轮接触并被直接推动的构件。机架：机架：支撑凸轮和从动件的构件。支撑凸轮和从动件的构件。凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 自动送料凸轮自动送料凸轮1-1-圆柱凸轮圆柱凸轮 2-2-直直动从动件动从动件 3-3-毛坯毛坯 1 1、实现预期的位置要求、实现预期的位置要求这种这种自动送料凸轮机构自动送料凸轮机构，能够完成输送毛坯到达能够完成输送毛坯到达预期位置的功能，但对预期位置的功能，但对毛坯在移动过程中的运毛坯在移动过程中的运动没有特殊的要求动没有特殊的要求 凸轮机构的应用和分类凸

13、轮机构的应用和分类 绕线机凸轮绕线机凸轮1-1-凸轮凸轮 2-2-摆动从摆动从动件动件 3-3-线轴线轴 2 2、实现预期的运动规律要求、实现预期的运动规律要求这种凸轮在运动中能推这种凸轮在运动中能推动摆动从动件动摆动从动件2 2实现实现均匀均匀缠绕线绳的运动学要求。缠绕线绳的运动学要求。 凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 3 3、实现运动和动力特性要求、实现运动和动力特性要求这种凸轮机构能够实现这种凸轮机构能够实现气气阀的运动学阀的运动学要求，并且具要求，并且具有有良好的动力学特性良好的动力学特性。 1-1-凸轮凸轮 2-2-气阀气阀 3-3-内燃机壳体内燃机壳体盘形凸轮盘形凸轮：结

14、构简单，易于加工。应用最为广泛：结构简单，易于加工。应用最为广泛移动凸轮移动凸轮：可视为盘形凸轮的回转轴心处于无穷远处时演化而成的：可视为盘形凸轮的回转轴心处于无穷远处时演化而成的圆柱凸轮圆柱凸轮：空间凸轮机构：空间凸轮机构 盘形凸轮盘形凸轮 移动凸轮移动凸轮 圆柱凸轮圆柱凸轮凸轮机构的分类凸轮机构的分类凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类1 1、按凸轮的形状分类、按凸轮的形状分类2 2、按从动件的形状分类、按从动件的形状分类尖顶从动件尖顶从动件尖端能以任意复杂的凸轮轮廓尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。但尖端处极任意的运动规律。

15、但尖端处极易磨损，只适用于低速场合。易磨损，只适用于低速场合。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 滚子从动件滚子从动件 凸轮与从动件之间为滚动摩凸轮与从动件之间为滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，可擦，因此摩擦磨损较小，可用于传递较大的动力。用于传递较大的动力。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类 平底从动件平底从动件从动件与凸轮之间易形成从动件与凸轮之间易形成油膜，润滑状况好，受力油膜，润滑状况好，受力平稳，传动效率高，常用平稳，传动效率高，常用于高速场合。但与之相配于高速场合。但与之相配合的凸轮轮廓须全部外凸。合的凸轮轮廓须全部外凸。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类对心直动从动

16、件对心直动从动件 偏置直动从动件偏置直动从动件凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类从动件作往复移从动件作往复移动，其运动轨迹动，其运动轨迹为一段直线为一段直线3 3、按从动件的运动形式分类、按从动件的运动形式分类直动从动件直动从动件从动件作往复摆动，从动件作往复摆动，其运动轨迹为一段其运动轨迹为一段圆弧。圆弧。凸轮机构的应用和分类凸轮机构的应用和分类摆动从动件摆动从动件6-4 间歇运动机构间歇运动机构一、间歇运动机构实例二、棘轮机构三、槽轮机构实例实例1 灌装冷霜的多工位自动机灌装冷霜的多工位自动机 实例实例2 电影放映机电影放映机 送上空盒送上空盒送出成品送出成品盖盒盖盖盒盖贴锡纸贴锡纸

17、灌霜灌霜一、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棘轮机构是一种应用历史很久的间歇运动机构。久的间歇运动机构。 在中牛头刨床的进给传动系在中牛头刨床的进给传动系统中，我们已见过它的应用。统中，我们已见过它的应用。组成和特点组成和特点类型类型应用应用（一）棘轮机构的组成和特点（一）棘轮机构的组成和特点组成组成摇杆摇杆 1 1 主动构件，作往复摆动运动主动构件，作往复摆动运动棘轮棘轮 3 3 单向的间歇运动单向的间歇运动驱动棘爪驱动棘爪 2 2 止动棘爪止动棘爪 4 4 弹簧弹簧 5 5 （二）棘轮机构的类型（二）棘轮机构的类型齿式棘轮机构齿式棘轮机构摩擦式棘轮机构摩擦式棘轮机构外

18、啮合外啮合内啮合内啮合 克服了齿式棘轮机构冲击和噪声大的缺点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可实现棘轮转动角度的无级调节, , 运动精度较差。运动精度较差。外啮合外啮合内啮合内啮合 结构紧凑，外形尺寸小结构紧凑，外形尺寸小。内啮合齿式棘轮机构内啮合齿式棘轮机构 摩擦式棘轮机构摩擦式棘轮机构 外啮合外啮合 内啮合内啮合 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。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（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

19、以外，还可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。作为制动器和超越离合器使用。制动器制动器发生事故时，止动棘爪发生事故时，止动棘爪突然伸出，可防止卷筒逆突然伸出，可防止卷筒逆转。转。 单向离合器可看作是一个内接式摩擦棘轮机构。单向离合器可看作是一个内接式摩擦棘轮机构。星轮星轮 1 1 主动件主动件 套筒套筒 2 2 从动件从动件 滚柱滚柱 4 4超越离合器超越离合器星轮星轮 1 1 逆时针回转时，滚逆时针回转时，滚柱柱 4 4 带动套筒一同回转。带动套筒一同回转。星轮星轮 1 1 顺时针回转时，套筒顺时针回转时，套筒停止不动。停止不动。套筒只随星轮逆时针方向回套筒只随星轮逆时针方向回转，从这个意义上说，它是转，从这个意义上说，它是一个一个单向离合器单向离合器。 它也可以成为一个它也可以成为一个超越离合器超越离合器： 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，它使正常切削的动。超越离合器在机床中有所应用，它使正