第六章 常用机构 授课人：李慧玲 第六章 常用机构 机构是机械基础的重要内容，它将连续的转动改变成执行元件所需要的其它运动形式，如直线运动、间歇运动等。 常见的机构有平面四杆机构、凸轮机构棘轮机构、槽轮机构等。 机器是由各种机构和传动组成的，掌握机构的组成和特点，是了解和正确使用机器的必备基础知识。6-1构件、运动副与平面机构构件、运动副与平面机构 一、运动副 按接触状态分为点、线接触的高副；面接触的低副。 低副又分为曲面接触的转动副；平面接触的移动副。6-1构件、运动副与平面机构构件、运动副与平面机构6-1构件、运动副与平面机构构件、运动副与平面机构6-1构件、运动副与平面机构构件、运动副与平面机构 二、构件 构件可以是一个零件，更多的是多个零件的组合体。构件两端的运动副可以是转动副、移动副或高副。 6-1构件、运动副与平面机构构件、运动副与平面机构三、平面机构运动简图 只应用一些简单的苻号按一定的比例确定运动副和构件的相对位置，表示机构各构件间的运动关系的图形称平面机构运动简图。1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。 根据连架杆运动形式的根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式。不同，可分为三种基本形式。4机架机架1,3连架杆连架杆 定轴转动定轴转动2连杆连杆平面运动平面运动组成：组成：固定不动固定不动作整周转动作整周转动曲柄曲柄作往复摆动作往复摆动摇杆摇杆也可摇杆主动也可摇杆主动,曲柄从动曲柄从动一般一般 曲柄主动，作等速回转（画出轨迹圆）曲柄主动，作等速回转（画出轨迹圆） 摇杆从动，作变速往复摆动摇杆从动，作变速往复摆动连架杆连架杆1机架机架4连架杆连架杆3连杆连杆26-2 6-2 平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构一、基本型式一、基本型式铰链四杆机构铰链四杆机构 其它四杆机构由它演变而得。其它四杆机构由它演变而得。可动画演示曲柄摇杆机构的应用6-2 6-2 平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构2、双曲柄机构双曲柄机构特征特征：两个曲柄：两个曲柄作用：将等速回转转变作用：将等速回转转变为为等速等速或或变速变速回转。如回转。如惯性筛惯性筛等。等。雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构曲柄主动曲柄主动A AB BD DC C1 12 24 43 3A AB BD DC C1 12 24 43 3缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构6-2 6-2 平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构插床机构6-2 6-2 平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构A AB BD DC C1 12 23 34 4E E6 6实例：实例：火车轮火车轮惯性筛机构惯性筛机构特例：特例：平行四边形机构平行四边形机构AB = CD特征：特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动两连架杆等长且平行，连杆作平动BC = ADA AB BC CD D3 31 1BC、摄影升降台摄影升降台6-2 6-2 平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构ABDCE 3、双摇杆机构双摇杆机构特征：特征：两个摇杆两个摇杆应用举例：应用举例：铸造翻箱机构铸造翻箱机构特例：特例：等腰梯形机等腰梯形机构汽车转向构汽车转向机构机构、飞机起落架机构飞机起落架机构面包车后窗机构面包车后窗机构6-2 6-2 平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构二、铰链四杆机构基本类型的判别最短杆AB固定，此时为 ： 1.当a+dc+b时： a为最短杆；d为最长杆与最短杆相对的杆CD固定，此时为： 与最短杆相邻的杆AD固定，此时为： 曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构 6-2 6-2 平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构2.当a+dc+b时： 无论哪根杆固定都为 双摇杆机构。6-2 6-2 平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构结论（一）： 通过分析，可得出铰链四杆机构曲柄存在的条件是：（1）最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和。（杆长条件）（2）连架杆或机架中必有一杆为最短杆。结论（二）：结论（二）：判断铰链四杆机构是何种机构的方法判断铰链四杆机构是何种机构的方法(1)(1)、先判断机构是否满足杆长条件，如不满足，则该机构是、先判断机构是否满足杆长条件，如不满足，则该机构是双摇杆机构；双摇杆机构；(2)(2)、如满足杆长条件，要看、如满足杆长条件，要看最短杆。最短杆。 最短杆为机架，机构是最短杆为机架，机构是双曲柄机构双曲柄机构； 最短杆为最短杆为连架杆连架杆，机构是，机构是曲柄摇杆机曲柄摇杆机构构； 最短杆最短杆为连杆为连杆，机构是，机构是双摇杆机构双摇杆机构。6-2 6-2 平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构课堂练习课堂练习 1. 试判别下面两个图分别属于什么类型并说明连架杆的名称？此机构属于双摇杆机构此机构属于双曲柄机构15+3020+1810+2817+22又最短杆AB固定作为机架其中AB、CD都为摇杆其中AD、BC都为曲柄6-2 6-2 平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构2.试判别下面二个图分别属于什么类型,并说明连架杆的名称？此机构属于曲柄摇杆机构此机构属于双摇杆机构13+2420+19又杆AD是最短杆相邻的杆件其中AB为曲柄、CD为摇杆11+2615+25又杆CD是最短杆相对的杆件其中AD、BC均为摇杆6-2 平面连杆机构平面连杆机构6-2 平面连杆机构平面连杆机构 3、 图中各杆件长为：AB=800mm,BC=1300mm,CD=1000mm,AD =1200mm,取各杆件为机架，可得何种机构？解：800+1300 1200+1000，满足杆长条件取AB为机架，为双曲柄机构；取BC为机架，为曲柄摇杆机构；取CD为机架，为双摇杆机构；取AD为机架，为曲柄摇杆机构。4、.已知在四杆机构中，机架长40mm，两连架杆长度分别为18mm和45mm，则当连杆的长度在什么范围内，该机构为曲柄摇杆机构？分析：1.连杆的长度不可能是最短杆，否则的话为 双摇杆机构；2.根据分析1确定18mm为最短杆；解：设连杆的长度为Xmm（属于“a+dc+b”的形式）3.说明连杆要么是最长杆，要么45mm的杆为最长杆；当mm为最长杆时：即18+X40+45X 67当45mm为最长杆时：即18+4540+xX 23当23X 67时，该机构为曲柄摇杆机构6-2 6-2 平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构课堂总结：一、运动副：高副为点、线接触； 低副为面接触（转动副、移动副）二、铰链四杆机构曲柄存在的必要条件必要条件为： 最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和（杆长条件）充分条件充分条件为：连架杆和机架中至少有一个杆为最短杆。当最短杆为连架杆时为曲柄摇杆机构；当最短杆为机架时为双曲柄机构；当最短杆为连杆时为双摇杆机构。如果不满足必要条件，则不论何杆为机架，都得双摇杆机构。6-2 6-2 平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构布置布置作业作业：1.有一四杆机构，各杆的尺寸为：AB=130，BC=150，CD=50，AD=200，若取AD为机架，则此机构属于 ；若以CD为机架，则此机构又属于 。 2.已知四杆机构。四根杆的长度分别为LCD=500mm，LAD=240mm，LAB=600mm，LBC=400mm，试证明当取杆LAB为机架时有否曲柄存在？若分别以LBC和LAD为机架时各得到什么机构？3、练习册：P45-P46,做在书上。 6-2 6-2 平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构平面连杆机构 谢谢大家！6-2 平面连杆机构平面连杆机构三、含有一个移动副的四杆机构 1、曲柄滑块机构 把转动转化成移动，如冲压机。 2、摇杆滑块机构6-2 平面连杆机构平面连杆机构3、曲柄摇块机构4、导杆机构6-2 平面连杆机构平面连杆机构 四、 平面四杆机构的运动特性 1、急回特性 从图6-28中分析，摇杆的行程往返一样，但曲柄转过的圆心角不相等。曲柄作等角速运动，转过的圆心角大，所需要的时间长；反之，所需要的时间短。在相同的行程中，时间长的转动速度必然慢，反之必然快，使摇杆出现快速返回，称为回程的急回特性。6-2 平面连杆机构平面连杆机构 2、压力角 如图629所示，C点的绝对速度与受力方向的压力角为压力角，压力角与传动角互成90度，传动角的大小由连杆和摇杆的夹角组成，在运动中容易观察，所以常用传动角来控制压力角的大小。6-2 平面连杆机构平面连杆机构 3、死点 死点形成前提是在曲柄摇杆机构中，以摇杆作为主动构件，当摇杆在两极限位置，极位夹角成0或180时，曲柄的力臂为0。此时无论施加多大的作用力，曲柄都不可能转动，称之为死点位置。6-2 平面连杆机构平面连杆机构 解决死点位置的方法是加惯性轮，靠惯性的作用冲过死点，或者采用机构错位排列的方法。可以利用死点作有用的工作，如作夹具或飞机起落架。6-3 凸轮机构凸轮机构一、凸轮的组成与特点 1、组成 由凸轮、从动件和机架等三个构件组成。 2、特点 将凸轮连续匀速转动转变成从动件断续非匀速的直线运动或摆动。 具有构件数少，结构紧凑的特点，但点、线接触的压强大，不适于重载的工作条件。二、凸轮机构的类型 1、按凸轮的形状和从动件的端部结构分类： 盘形凸轮：如常见的补鞋机手摇轮为盘形双凸轮 。 移动凸轮：常用钥匙与锁心的弹子。 圆柱凸轮：如图所示。6-3 凸轮机构凸轮机构6-3 凸轮机构凸轮机构6-3 凸轮机构凸轮机构6-3 凸轮机构凸轮机构6-3 凸轮机构凸轮机构 2、按照从动件的形状分： 尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件 6-3 凸轮机构凸轮机构 3、按照从动件的运动形式分 移动从动件 摆动从动件 二、凸轮机构的材料及结构 1、材料 凸轮 高副点线接触的压强大，要求耐磨损材料，凸轮和滚子选45、40Cr，外轮廓淬火热处理。 从动杆 端部作淬火热处理。 2、结构 凸轮按结构大小做成凸轮轴或凸轮与轴分别加工，然后再用键或销连接起来。6-3 凸轮机构凸轮机构6-3 凸轮机构凸轮机构三、凸轮机构的运动分析 1、从动件的运动曲线 从动件的位移曲线与盘形凸轮运动轮廓成一一对应关系。如图640所示。 2、盘形凸轮 几个参数基圆半径，远、近休止角，回程角。 6-3 凸轮机构凸轮机构3、从动件的基本运动规律 常用有等速运动规律，如图641所示；等加等减速运动规律，如图642所示。主要研究各种运动规律的加速度大小，因为加速度与从动件的质量乘积是冲击力，在从动件的质量一定的条件下，加速度越大，冲击力也越大。 （1）等速运动规律6-3 凸轮机构凸轮机构（2）等加速等减速运动规律 四、平面凸轮轮廓曲线的绘制 如图643所示，已知从动件的位移曲线，盘形凸轮基圆半径，采用反转法的方法绘制。6-3 凸轮机构凸轮机构 步骤：先选比例尺；作基圆半径，把基圆半径和位移曲线作相应的等分；按反转法把从动件逆转；作相应的位移；所得到从动件尖端的点用光滑曲线连接，即为盘形凸轮轮廓曲线。6-3 凸轮机构凸轮机构 五、凸轮机构的传力特性 压力角如图644 所示，从动件的压力角大小影响到从动件的传力特性，压力角越小，产生有效分力越大，所以将压力角控制在一定的范围内，如推程角小于30度。6-4 间歇运动机构间歇运动机构一、棘轮机构与运动特点 1、组成 棘轮机构 棘爪、棘轮、机架等三构件。 6-4 间歇运动机构间歇运动机构6-4 间歇运动机构间歇运动机构 2、运动特点 （1）主动轮作连续的匀速转动，转化成间歇的断续的运动。转角准确、有级调节，棘轮的转角比较小，一般不大于45。 摩擦式 可无级调节转角，运动平稳。 外接式，尺寸大；内接式，结构紧凑。 （2）噪音、冲击、磨损铰大。不适用于高速。 （3）可用改变摇杆摆角或在棘轮上加遮板调节转角。 （4）双向式棘爪调节棘轮转向。6-4 间歇运动机构间歇运动机构二、主要参数 1、棘轮齿数 z 2、棘轮齿距 P 3、棘轮模数 m m 4、棘轮齿面倾角三、棘轮机构的应用6-4 间歇运动机构间歇运动机构四、槽轮机构的结构和运动特点 1、结构 拨销、槽轮、机架三构件。 2、运动特点 槽轮作等角度的间歇转动。6-4 间歇运动机构间歇运动机构五、槽轮机构的主要参数 1、槽数k 1-5 2、圆销数 z 1-6 3、运动系数6-4 间歇运动机构间歇运动机构六、槽轮机构的应用