机械基础 教学课件 ppt 作者 韩朝晖 楼刚民 模块六 常用机构

模块六平面连杆机构常用机构有平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构和变速、变向机构等。1运动副所谓运动副是使两构件直接接触而又能产生一定相对运动的联接。根据运动副中两构件的接触形式不同，运动副又可分为低副和高副。（1）低副低副是指两构件之间作面接触的运动副。按两构件的相对运动情况，可分为：①转动副两构件在接触处只允许作相对转动。②移动副两构件在接触处只允许作相对移动。③螺旋副两构件在接触处只允许作一定关系的转动和移动的复合运动，低副的接触表面一般是平面或圆柱面，易制造和维修，承受载荷时的单位面积压力较小，较为耐用，传力性能好。但低副是滑动摩擦，摩擦大而效率较低。低副（2）高副高副是指两构件之间作点或线接触的运动副。高副由于是点或线的接触，单位面积压力较大，构件接触处容易磨损，制造和维修困难，但高副能传递较复杂的运动，比较灵活，易于实现预定的运动规律。高副2.铰链四杆机构的基本类型及其应用当平面四杆机构中的运动副都是转动副时，称为铰链四杆机构。如图所示的铰链四杆机构中，杆4是固定不动的，称为机架。与机架相连的杆1和杆3称为连架杆，不与机架直接相连的杆2，称为连杆。如果杆1(或杆3)能绕铰链A(或铰链D)作整周的连续旋转，则此杆称为曲柄。如果不能作整周的连续旋转，而只能来回摇摆一个角度，则此杆就称为摇杆。铰链四杆机构铰链四杆机构中，机架和连杆总是存在的，因此可按曲柄存在情况，分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。(1)曲柄摇杆机构及其应用在铰链四杆机构中的两连架杆，如果一个为曲柄，另一个为摇杆，那么该机构就称为曲柄摇杆机构。取曲柄AB为主动件，当曲柄AB作连续等速整周转动时，从动摇杆CD将在一定角度内作往复摆动。由此可见，曲柄摇杆机构能将主动件的整周回转运动转换成从动件的往复摆动。剪刀机是通过原动机驱动曲柄转动，通过连杆带动摇杆往复运动，实现剪切工作。在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，可将摇杆的往复摆动经连杆转换为曲柄的连续旋转运动。在生产中应用很广泛。缝纫机的踏板机构，当脚踏板（相当于摇杆）作往复摆动时，通过连杆带动曲轴（相当于曲柄）作连续运动，使缝纫机实现缝纫工作。(2)双曲柄机构及其应用在铰链四杆机构中，若两个连架杆均为曲柄，则该机构称为双曲柄机构。两曲柄可分别为主动件。惯性筛中，ABCD为双曲柄机构，工作时以曲柄AB为主动件，并作等速转动，通过连杆BC带动从动曲柄CD，作周期性的变速运动，再通过E点的联接，使筛子作变速往复运动。惯性筛就是利用从动曲柄的变速转动，使筛子具有一定的加速度，筛面上的物料由于惯性来回抖动，达到筛分物料的目的。曲柄摇杆机构剪刀机缝纫机踏扳机构双曲柄机构中，当两曲柄长度不相等时，主动曲柄作等速转动，从动曲柄随之作变速转动，即从动曲柄在每一周中的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。双曲柄机构中，常见的还有平行双曲柄机构和反向双曲柄机构。双曲柄机构惯性筛（1）当两曲柄的长度相等且平行时，称为平行双曲柄机构。平行双曲柄机构的两曲柄的旋转方向相同，角速度也相等（右图）。平行双曲柄机构应用很广，机车联动装置中，车轮相当于曲柄，保证了各车轮同速同向转动。此机车联动装置中还增设一个曲柄EF作辅助构件，以防止平行双曲柄机构ABCD变成为反向双曲柄机构。(2)当双曲柄机构对边都相等，但互不平行，则称其为反向双曲柄机构。反向双曲柄的旋转方向相反，且角速度也不相等。车门启闭机构中，当主动曲柄AB转动时，通过连杆BC使从动曲柄CD朝反向转过，从而保证两扇车门能同时开启和关闭。(3)双摇杆机构及其应用在铰链四杆机构中，若两个连架杆均为摇杆时，则该机构称为双摇杆机构。在双摇杆机构中，两杆均可作为主动件。主动摇杆往复摆动时，通过连杆带动从动摇杆往复摆动。双摇杆机构在机械工程上应用也不少，汽车离合器操纵机构中,当驾驶员踩下踏板时，主动摇杆AB往右摆动，由连杆BC带动从动杆CD也向右摆动，从而对离合器产生作用。机车主动轮联动装置车门启闭机构载重车自卸翻斗装置中，当液压缸活塞向右伸出时，可带动双摇杆AB和CD向右摆动，从而使翻斗车内的货物滑下。起重机中，在双摇杆AB和CD的配合下，起重机能将起吊的重物沿水平方向移动，以省时省功。汽车离合器操纵机构起重机自卸翻斗机构3.铰链四杆机构的基本性质(1)铰链四杆机构的曲柄存在条件从铰链四杆机构的三种基本形式可知，它们的根本区别在于连架杆是否为曲柄。而连架杆能否成为曲柄，则取决于机构中各杆的长度关系和选择哪个构件为机架有关。即要使连架杆成为能整周转动的曲柄，各杆必须满足一定的长度条件，这就是所谓的曲柄存在的条件。①连架杆与机架中必有一个是最短杆。②最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。上述两条件必须同时满足，否则机构中无曲柄存在。根据曲柄条件，还可作如下推论：曲柄摇杆机构①以最短杆的邻杆作机架时，为曲柄摇杆机构。②以最短杆作机架时，为双曲柄机构。③以最短杆的对杆作机架时，为双摇杆机构。最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则不论以哪一杆为机架，均为双摇杆机构。(2)急回特性图所示为曲柄摇杆机构，设等速转动的曲柄AB为主动件，它在回转一周的过程中，与连杆BC有两次共线位置ABl和AB2，此时从动件摇杆CD分别位于左、右两个极限位置ClD和C2D，其夹角称为摇杆的摆角。主动曲柄与连杆在两共线位置时所夹的锐角称为极位夹角。图6-12急回特性当曲柄等速转动时，摇杆来回摆动的速度是不同的，其空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度，这种性质为机构的急回特性。为了表达这个特征的相对程度，设该值称为从动件的行程速比系数。K的大小表示急回的程度。由上式可知，K与θ有关，当θ=0时，K=1，说明该机构无急回特性；当θ>0，则机构具有急回特性，θ越大，K值越大，急回特性越明显。θ与K的关系为(3)死点在曲柄摇杆机构中，如图所示，若取摇杆为主动件，当摇杆在两极限位置时，连杆与曲柄共线，通过连杆加于曲柄的力F经过铰链中心A，该力对A点的力矩为零，故不能推动曲柄转动，从而使整个机构处于静止状态。这种位置称为死点。平面四杆机构是否存在死点位置，决定于从动件是否与连杆共线。凡是从动件与连杆共线的位置都是死点。图1死点位置对机构传递运动来说，死点是有害的，因为死点位置常使机构从动件无法运动或出现运动不确定现象。如图1所示的缝纫机踏板机构（曲柄摇杆机构），当踏板CD为主动件并作往复摆动时，机构在两处有可能出现死点位置，致使曲柄AB不转或出现倒转现象。为了保证机构正常运转，可在曲柄轴上装飞轮，利用其惯性作用使机构顺利地通过死点位置。在工程上，有时也利用死点进行工作，如图2所示的铰链四杆机构中，就是应用死点的性质来夹紧工件的一个实例。当夹具通过手柄1，施加外力F使铰链的中心B、C、D处于同一条直线上时，工件2被夹紧，此时如将外力F去掉，也仍能可靠地夹紧工件，当需要松开工件时，则必须向上扳动手柄1，才能松开夹紧的工件。图2夹紧机构1.凸轮机构的组成、特点凸轮机构由凸轮1、从动件和机架组成（图1）。凸轮是主动件，从动件的运动规律由凸轮轮廓决定。凸轮机构是机械工程中广泛应用的一种高副机构。图1凸轮机构凸轮机构常用于低速、轻载的自动机或自动机的控制机构。图2所示为汽车内燃机的配气机构，当凸轮1转动时，依靠凸轮的轮廓，可以迫使从动件气阀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。图2汽车内燃机配汽机构图3自动车床的走刀机构凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。它能控制从动件运动规律，因此凸轮通常作主动件并作等速转动，当凸轮运动时，借助它的曲线轮廓(或凹槽)，可使从动件作预期的运动。凸轮机构的应用特点有：(1)便于准确地实现给定的运动规律。（2）结构简单紧凑，易于；(3)凸轮机构可以高速起动，动作准确可靠。(4)凸轮与从动件为高副接触，不便润滑，容易磨损，为延长使用寿命，传递动力不宜过大。(5)凸轮轮廓曲线不易加工。2.凸轮机构的类型凸轮机构按凸轮的形状与从动件形式可分为不同类型。1．按凸轮形状分（1）盘形凸轮凸轮的基本形式，应用最广。但从动件的行程不能太大，否则凸轮变化过大，对凸轮机构的工作不利，所以一般应用于行程较短的场合。（2）移动凸轮（板状凸轮）可视为回转中心趋向于无穷远的盘形凸轮，它相对于机架作直线往复移动。图1中用以车制手柄的靠模就是采用移动凸轮机构。移动凸轮机构在靠模仿形机械中应用较广。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，上述两种凸轮机构称为平面凸轮机构，其凸轮称为平面凸轮。（3）圆柱凸轮在圆柱面上开有曲线凹槽，或在圆柱端面上制出曲线轮廓，可使从动件得到较大的行程。属于空间凸轮机构（图2)。（4）圆锥凸轮机构是在圆锥表面上制成合乎要求的封闭曲线槽，从而使从动杆沿一体倾斜导轨运动。图1移动凸轮机构图2端面圆柱凸轮机构2．按从动件的形式分类根据从动件的运动形式和端部形状区分，基本类型列于表1。表1凸轮机构从动件的基本类型 接触形式 运动形式 主要特点 移动 摆动 尖顶 结构简单、紧凑，可准确地实现任意运动规律。但易磨损，适用于低速、传力小和动作灵敏的场合，如仪表机构中 滚子 滚子接触，摩擦阻力小，不易磨损，承载能力较大，但运动规律有局限性，不宜于高速，故可用于传递较大的动力 平底 结构紧凑，润滑性能好，摩擦阻力小，适用于高速。但不能与内凹的轮廓接触，因此运动规律受到一定限制 曲面 介于滚子和平底之间3.凸轮机构的应用(1)内燃机配气机构(2)自动车床横刀架进给机构(3)车床仿形机构(4)缝纫机4.从动件运动规律(1)凸轮机构的有关参数①基圆半径在图1所示的机构中，从动件(杆)在最低位置时，尖顶在点(图1a)，以凸轮的最小半径所作的圆称为基圆，称为基圆半径。图1凸轮机构的位移曲线图2凸轮机构的压力角②行程和转角当凸轮按逆时针方向转过一个角度δ时(图1b)，从动件将上升一段距离，即产生一段位移s。当凸轮转过δ0时，从动件到达最高位置(图1c)，此时从动件的最大升距称为行程，用h表示。凸轮转动角度δ，称为转角(也称为动作角或运动角)。③位移曲线如果将从动件的位移s与凸轮转角δ的关系用曲线表示（图1），此曲线称为从动件(杆)的位移曲线（s-δ曲线）。④压力角图2所示的凸轮机构中，从动件(杆)与凸轮轮廓在A点接触，凸轮给从动件一作用力F，其方向为沿接触点的法线方向，我们把这个力的作用线与从动件运动方向之间的夹角，叫做凸轮机构在该点的压力角，用α表示。(2)从动件的运动规律从动件的运动规律是指其位移、速度和加速度随时间变化的规律。从动件的运动规律是根据机器工作要求确定的。从动件不同的运动规律对应于不同的凸轮轮廓。在设计凸轮机构时，首先选定从动件的运动规律，再根据运动规律设计凸轮轮廓。最常用的运动规律有以下两种。①等速运动规律当凸轮以等角速度转动时，从动件在推程和回程的速度为常数，这种运动规律叫做等速运动规律(图1)。图1等速运动规律②等加速等减速运动规律这种运动规律是从动件在一个推程或者回程中，前半段做等加速运动，后半段做等减速运动；而且前后两段加速度的绝对值相等。图2等加速等减速运动规律