机械工程学 教学课件 作者 丁树模 第01章常用机构

第一章常用机构常用机构的基本功用是变换运动形式，例如，将回转运动变换为往复直线运动，将匀速转动变换为非匀速转动或间歇性运动等。第一节　基本概念一、零件、构件、部件（见图１-１、图１-２）任何机器都是由零件组成的。所谓零件，是指机器中每一个最基本的制造单元体。在机器中，由一个或几个零件所构成的运动单元体，称为构件。所谓部件，是指机器中由若干零件所组成的装配单元体。部件中的各零件之间不一定具有刚性联系。图1-1单缸内燃机1－气缸体2－活塞3－进气阀4－排气阀5－推杆6－凸轮7－连杆8－曲轴9－大齿轮10－小齿轮图1-2连杆1－连杆体2－连杆头3－螺母4－螺栓二、机器、机构、机械机器具有以下特征：（1）它是由许多构件经人工组合而成的；（2）构件之间具有确定的相对运动；（3）用来代替人的劳动去转换产生机械能或完成有用的机械功。具有机器前两个特征的多构件组合体，称为机构。机构能实现一定规律的运动。当一个或几个机构的组合能代替人的劳动来转换机械能，或完成有用的机械功时，就成为机器。机器和机构一般总称为机械。三、运动副使两构件直接接触而又能产生一定相对运动的联接称为运动副。用销轴与圆孔构成的联接，称为转动副；用滑块与滑道构成的联接，称为移动副；二齿轮间用齿廓构成的联接称为齿轮副；凸轮和推杆（从动杆）之间的联接称为凸轮副。第二节平面连杆机构一、铰链四杆机构图１-３所示为铰链四杆机构在破碎机中的应用。如用四个具有等效运动规律的杆件代替图１-３中相应的构件，则可绘出如图１-４所示的四杆机构图，其中Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ分别为四个铰链。铰链的结构和简化画法如图１-５所示。图1-3破碎机的破碎机构图1-4铰链四杆机构图1-5铰链的结构和简化画法a）外观b）组成c）简化画法研究机构的运动时，用规定符号（见附Ａ）画出能表达其运动特性的简化图形，称为机构运动简图。图１-６所示为铰链四杆机构运动简图。图1-6四杆机构运动简图四杆机构的基本型式有以下三种：１．曲柄摇杆机构在四杆机构中，如果一个臂为曲柄，另一个臂为摇杆，则此机构称为曲柄摇杆机构。　　曲柄摇杆机构的应用实例见图１-３、图１-７、图１-９、图１-10。图1-7缝纫机的驱动机构a）外观b）驱动机构简图图1-9搅拌机的搅拌机构图1-10牛头刨床的进给机构a）机床外观b）进给机构简图分析曲柄摇杆机构须注意以下两个特点（见图１-８）：（１）具有急回特性（２）存在死点位置图1-8摇杆的最大摆角和死点位置图1-11双曲柄机构２．双曲柄机构在四杆机构中，如果两臂均为曲柄，则此机构称为双曲柄机构。在双曲柄机构中，两曲柄可分别为主动件，如图1-11所示。双曲柄机构应用实例见图１-12、图１-13、图１-14。图1-12惯性筛图1-13平行双曲柄机构和反向双曲柄机构a）平行双曲柄机构b）反向双曲柄机构图1-14机车主动轮联动装置a）结构示意b）机构简图３．双摇杆机构在四杆机构中，如果两个臂均为摇杆，则此机构称为双摇杆机构，如图１-15所示。双摇杆机构的应用实例见图１-16、图１-17。图1-15双摇杆机构图1-16造型机翻台机构图1-17港口起重机a）结构示意b）机构简图四杆机构基本形式的判别（见表１-１）：在四杆机构中，当最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时，一般可以有以下三种情况：1)取与最短杆相邻的任一杆为静件，并取最短杆为曲柄，则此机构为曲柄摇杆机构；2)取最短杆为静件时，此机构为双曲柄机构；3)取最短杆对面的杆为静件时，此机构为双摇杆机构。当四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论取哪一杆为静件，都只能构成双摇杆机构。表１-１铰链四杆机构基本形式的判别注：ａ—最短杆长度；ｄ—最长杆长度；ｂ、ｃ—其余两杆长度。图1-18曲柄滑块机构二、曲柄滑块机构曲柄滑块机构是由曲柄、连杆、滑块及机架组成的另一种平面连杆机构。图１-18为曲柄滑块机构简图。曲柄滑块机构在各种机械中应用相当广泛（见图１-19、图１-20）。图1-19压力机中的曲柄滑块机构a）机构示意b）机构简图1－工件2－滑块3－连杆4－曲轴5－齿轮图1-20内燃机中的曲柄滑块机构a）机构示意b）机构简图1－曲轴2－连杆3－活塞第三节凸轮机构一、凸轮机构的应用和特点凸轮机构在机械传动中应用很广，下面是几个应用实例。图１-21所示为内燃机气阀机构。图１-22所示为铸造车间造型机的凸轮机构。图１-23所示为自动车床的横刀架进给机构。图１-24所示为车床变速操纵机构。图１-25所示为缝纫机的挑线机构。图1-21内燃机气阀机构1－凸轮2－气阀图1-22造型机凸轮机构1－凸轮2－滚子3－工作台图1-23横刀架进给机构1－凸轮2－摆杆3－扇形齿轮4－横刀架图1-24变速操纵机构1－圆柱凸轮2－拨叉3－三联滑移齿轮图1-25缝纫机挑线机构a）总体外观b）机构示意1－圆柱凸轮2－挑线杆凸轮机构主要由凸轮、从动杆和机架所组成。凸轮机构有如下基本特性：当凸轮转动时，借助于本身的曲线轮廓或凹槽迫使从动杆作一定规律的运动，即从动杆的运动规律取决于凸轮轮廓曲线或凹槽曲线的形状。凸轮机构的最大优点是：只要做出适当的凸轮轮廓，就可以使从动杆得到任意预定的运动规律，并且结构比较简单、紧凑。凸轮机构的主要缺点是：凸轮轮廓加工比较困难；凸轮轮廓与从动杆之间是点或线接触，容易磨损。二、凸轮机构的类型１．按凸轮的形状分（１）盘形凸轮机构（见图１-21、图１-22、图１-23）（２）移动凸轮机构（见图１-26）（３）圆柱凸轮机构（见图１-24、图１-25、图１-27）２．按从动杆的型式分（１） 尖顶从动杆凸轮机构（见图１-28a）（２）滚子从动杆凸轮机构（见图１-28b）（３）平底从动杆凸轮机构（见图１-28c）图1-26移动凸轮机构1－凸轮2－从动杆图1-27圆柱凸轮机构1－圆柱凸轮2－从动杆图1-28从动杆的型式a）尖顶从动杆　b）滚子从动杆c）平底从动杆第四节螺旋机构一、螺旋机构的应用和特点螺旋机构在各种机械设备和仪器中得到广泛的应用。图１-29所示为应用实例之一。图1-29机床手摇进给机构1－螺杆2－螺母3－机架螺旋机构的基本工作特性是将回转运动变为直线移动。螺旋机构的主要优点是结构简单，制造方便，能将较小的回转力矩转变为较大的轴向力，能达到较高的传动精度，并且工作平稳，定位可靠。螺旋机构的主要缺点是摩擦损失大，传动效率低。二、螺旋机构的螺纹１．螺纹的类型根据螺纹截面形状的不同，螺纹分为矩形、梯形、锯齿形和三角形等几种（见图１-30）。根据螺旋线旋绕方向的不同，螺纹可分为右旋和左旋两种（见图１-31）。根据螺旋线数目的不同，螺纹又可分为单线、双线、三线和多线等几种（见图１-31）。1-30螺纹的牙型a）矩形b）梯形c）锯齿形d）三角形图1-31螺纹的旋向和线数a）右旋，单线b）左旋，双线c）右旋，三线２．螺纹的导程和升角由图１-31可知，螺纹的导程Ｌ与螺距Ｐ及线数ｎ的关系是L=nＰ参照图１-32，螺纹升角ψ可根据几何关系得出：tanψ=L/πd在一般情况下，螺纹升角ψ都较小，当螺杆（或螺母）受到轴向力作用时，无论这个力有多大，螺母（或螺杆）也不会自行松退，这就是螺纹的自锁作用。由于螺旋机构易于自锁，故在停止传动的情况下，能够实现精确可靠的轴向定位。图1-32螺纹升角三、螺旋机构的型式根据从动件运动状况的不同，螺旋机构有单速式、差速式和增速式三种基本型式。1．单速式螺旋机构当螺杆旋转时，螺母以某一速度作轴向移动。这种螺旋机构的应用实例见图1-29、图1-33。图1-33台虎钳1－螺杆2－活动钳口3－固定钳口2．差速式螺旋机构如图1-34所示为差速式螺旋机构简图。设A、B两处的螺旋方向相同，两导程之间的差值很小，则当螺杆转动时，螺母可实现极其缓慢的差速移动。差速式螺旋机构的优点是既能得到极小的位移，而其螺纹的导程又无需太小，因而便于加工制造。差速式螺旋机构常用于较精密的机械或仪器中。如图1-35所示，差动微调镗刀杆就是利用差速式螺旋机构实现微调的。图1-34差速式螺旋机构1－螺杆2－螺母（或滑块）3－机架图1-35差动式微调镗刀杆1－螺杆2－镗刀3－刀套4－镗杆3．增速式螺旋机构图1-36所示为增速式螺旋机构简图。在螺杆1上，a、b两段螺纹旋向相反，当螺杆1在支架3的支承内转动时，两螺母2和2’将在滑槽内产生较快的逆向运动，或快速分离，或快速趋合。这种螺旋机构常用于机械加工自动定心夹具和两脚规中。图1-36自动定心夹具的螺旋机构1－螺杆2、2’－螺母3－机架四、滚珠螺旋机构滚珠螺旋机构的结构原理如图1-37所示。滚珠螺旋机构由于以滚动摩擦代替了滑动摩擦，故摩擦阻力小，传动效率高，运动稳定，动作灵敏；但结构复杂，尺寸大，制造技术要求高。滚珠螺旋机构目前主要用于数控机床和精密机床的进给机构、重型机械的升降机构、精密测量仪器以及各种自动控制装置中。图1-37滚珠螺旋机构1－螺母2－丝杠3－滚珠4－滚珠循环装置第五节间歇运动机构间歇运动机构的种类很多，常见的有棘轮机构和槽轮机构两种。一、棘轮机构棘轮机构的工作原理如图1-38所示。棘轮转过的角度是可以调节的，如图1-39所示。棘轮机构一般用于主动件速度不大、从动件间歇运动行程需改变的场合，如各种机床和自动机械的进给机构、进料机构、千斤顶以及自动计数器等。图1-38棘轮机构1－棘爪1’－止退棘爪2–棘轮图1-39棘轮转角的调节a）调节前b）调节后图1-40槽轮机构a)槽轮转动开始b）槽轮转动结束1－拨盘2－槽轮二、槽轮机构槽轮机构的结构原理如图1-40、图１-41所示。图1-41双销槽轮机构槽轮机构常用于自动机床的换刀装置（见图１-42）、电影放映机的输片机构等。图1-42自动机床的换刀装置本章结束