《機(jī)械基礎(chǔ)（彩色版）（第二版）》課件 第 4 章　機(jī)構(gòu)

第4章機(jī)構(gòu)182§4-1平面機(jī)構(gòu)的組成§4-2平面四桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)§4-3間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)§4-4§4-1平面機(jī)構(gòu)的組成183一、平面機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)是具有確定運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件系統(tǒng)，其組成要素有構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副。若組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，則稱該機(jī)構(gòu)為平面機(jī)構(gòu)，否則稱為空間機(jī)構(gòu)。184二、平面運(yùn)動(dòng)副機(jī)械的重要特征是其各組成構(gòu)件之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此必須對(duì)各個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)加以必要的限制。在機(jī)械中，每個(gè)構(gòu)件都以一定方式與其他構(gòu)件相互接觸，兩者之間形成一種可動(dòng)的連接，從而使兩個(gè)相互接觸的構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到限制。兩個(gè)構(gòu)件之間的這種可動(dòng)連接稱為運(yùn)動(dòng)副。兩構(gòu)件之間有不同的接觸方式，從而形成不同的運(yùn)動(dòng)副。1851.低副（1）低副的類型及應(yīng)用兩構(gòu)件之間為面接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為低副。按兩構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)特征的不同，低副可分為轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副和螺旋副，低副的類型及應(yīng)用見下表。186低副的類型及應(yīng)用187低副的類型及應(yīng)用（2）低副的結(jié)構(gòu)及符號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)副的表示方法如圖所示，小圓圈表示鉸鏈，線段表示構(gòu)件，帶陰影線的構(gòu)件表示機(jī)架（固定不動(dòng)）。188轉(zhuǎn)動(dòng)副的表示方法a）固定鉸鏈b）活動(dòng)鉸鏈c）表示方法2.高副兩構(gòu)件之間為點(diǎn)或線接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為高副。按接觸方式不同，高副通常分為滾動(dòng)輪接觸、凸輪接觸和齒輪接觸，高副的類型及應(yīng)用見下表。189高副的類型及應(yīng)用190高副的類型及應(yīng)用*三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的測(cè)繪用簡(jiǎn)單線條和符號(hào)來表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按比例定出各運(yùn)動(dòng)副的位置。這種說明機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)化圖形，稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。1.機(jī)構(gòu)分析（1）測(cè)繪時(shí)使被測(cè)繪的機(jī)構(gòu)緩慢地運(yùn)動(dòng)，從主動(dòng)件開始仔細(xì)觀察機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，分清各運(yùn)動(dòng)單元，確定主動(dòng)件、機(jī)架、傳動(dòng)部件和執(zhí)行部件，從而確定組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目和運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目。（2）根據(jù)連接構(gòu)件間的接觸情況及相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，確定各個(gè)運(yùn)動(dòng)副的種類。191（3）選擇最能表現(xiàn)機(jī)構(gòu)特征的平面作為視圖平面。（4）在稿紙上按規(guī)定的符號(hào)及構(gòu)件的連接次序逐步畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的草圖，然后用數(shù)字1、2、3…分別標(biāo)出各構(gòu)件，用

A、B、C…分別標(biāo)出各運(yùn)動(dòng)副。（5）仔細(xì)測(cè)量機(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)尺寸（如轉(zhuǎn)動(dòng)副間的中心距、移動(dòng)副導(dǎo)路的位置），對(duì)于高副則應(yīng)仔細(xì)測(cè)出高副的輪廓曲線及其位置，然后以適當(dāng)?shù)谋壤鳈C(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。1921932.繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的步驟了解清楚機(jī)械的實(shí)際構(gòu)造、動(dòng)作原理和運(yùn)動(dòng)情況。1選擇恰當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖視圖平面（通常選擇機(jī)械中多數(shù)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面）。3確定各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，用各運(yùn)動(dòng)副的代表符號(hào)、常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)和簡(jiǎn)單線條，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。5沿運(yùn)動(dòng)傳遞路線，逐一分析每?jī)蓚€(gè)構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目。2選擇恰當(dāng)?shù)淖鲌D比例。4在主動(dòng)件上標(biāo)出箭頭以表示其運(yùn)動(dòng)方向。6§4-2平面四桿機(jī)構(gòu)194一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型、特點(diǎn)和應(yīng)用由一些剛性構(gòu)件用轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副相互連接而組成的，在同一平面或相互平行平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)稱為平面連桿機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件的形狀多種多樣，不一定為桿狀，但從運(yùn)動(dòng)原理來看，均可用等效的桿狀構(gòu)件來代替。最常用的平面連桿機(jī)構(gòu)是具有四個(gè)構(gòu)件（包括機(jī)架）的低副機(jī)構(gòu)，稱為平面四桿機(jī)構(gòu)。195工程上常用的平面四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖所示。其中，如圖a所示的平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式，也是其他多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。196工程上常用的平面四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖a）平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)b）平面滑塊四桿機(jī)構(gòu)二、平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)如圖所示，在平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，固定不動(dòng)的構(gòu)件4稱為機(jī)架，不與機(jī)架直接相連的構(gòu)件2稱為連桿，與機(jī)架相連的構(gòu)件1、3稱為連架桿。平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿的運(yùn)動(dòng)形式不同，分為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)三種基本類型。197平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)1.平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判別曲柄是能做整周旋轉(zhuǎn)的連架桿，只有這種能做整周旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件才能用電動(dòng)機(jī)等連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置來帶動(dòng)，所以，能做整周旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件在機(jī)構(gòu)中具有重要地位，即曲柄是機(jī)構(gòu)中的關(guān)鍵構(gòu)件。平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄，主要取決于機(jī)構(gòu)中各桿的相對(duì)長(zhǎng)度和機(jī)架的選擇。平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄，必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件：最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其他兩桿長(zhǎng)度之和；連架桿和機(jī)架中必有一桿是最短桿。198根據(jù)曲柄存在條件，可以推論得出平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本類型的判別方法，見下表。199平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本類型的判別方法（AD為最長(zhǎng)桿，AB為最短桿）200平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本類型的判別方法（AD

為最長(zhǎng)桿，AB

為最短桿）2.平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例201平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例202平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例203平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例*三、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)如圖所示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄整周回轉(zhuǎn)時(shí)，搖桿在

C1D

與

C2D兩極限位置之間往復(fù)擺動(dòng)。當(dāng)搖桿在

C1D、C2D

兩極限位置時(shí)，曲柄與連桿共線，對(duì)應(yīng)兩位置所夾的銳角稱為極位夾角，用θ

表示。204曲柄搖桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的急回特性可用行程速比系數(shù)

K

表示，即式中——從動(dòng)件工作行程的平均角速度，rad/s；——從動(dòng)件空回行程的平均角速度，rad/s；

t1——從動(dòng)件工作行程的所用時(shí)間，s；

t2——從動(dòng)件空回行程的所用時(shí)間，s；

θ——極位夾角，（°）。205上式表明，當(dāng)機(jī)構(gòu)有極位夾角θ時(shí)，機(jī)構(gòu)有急回特性；極位夾角θ

越大，機(jī)構(gòu)的急回特性越明顯；極位夾角θ=0°時(shí)，機(jī)構(gòu)往返所用的時(shí)間相同，機(jī)構(gòu)無急回特性。平面四桿機(jī)構(gòu)的急回特性可以節(jié)省非工作時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，如牛頭刨床退刀速度明顯高于工作速度，就是利用了平面四桿機(jī)構(gòu)的急回特性。2062.死點(diǎn)位置如圖所示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若搖桿

CD

為主動(dòng)件，曲柄AB為從動(dòng)件，則當(dāng)搖桿擺動(dòng)到極限位置

C1D

或

C2D

時(shí)，連桿

BC

與從動(dòng)曲柄

AB共線，主動(dòng)搖桿

CD通過連桿BC

加于從動(dòng)曲柄

AB

上的力將通過從動(dòng)件的鉸鏈中心

A，從而使驅(qū)動(dòng)力對(duì)從動(dòng)曲柄

AB的回轉(zhuǎn)力矩為零，使機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)不動(dòng)或出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象。機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點(diǎn)位置。207208曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置四、含有一個(gè)移動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)1.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是具有一個(gè)曲柄和一個(gè)滑塊的平面四桿機(jī)構(gòu)，其應(yīng)用實(shí)例見下表。209

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例210

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿是機(jī)構(gòu)中與另一運(yùn)動(dòng)構(gòu)件組成移動(dòng)副的構(gòu)件。連架桿中至少有一個(gè)構(gòu)件為導(dǎo)桿的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)可以看作是通過改變曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中固定件的位置演化而成的。當(dāng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)選取不同構(gòu)件作為機(jī)架時(shí)，會(huì)得到不同的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)類型。211§4-3凸輪機(jī)構(gòu)212一、凸輪機(jī)構(gòu)的組成、類型、特點(diǎn)及應(yīng)用1.凸輪機(jī)構(gòu)的組成凸輪機(jī)構(gòu)是由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)件組成的高副機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)示意圖如圖所示。213凸輪機(jī)構(gòu)示意圖2.凸輪機(jī)構(gòu)的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)的類型很多，凸輪機(jī)構(gòu)的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用見下表。214凸輪機(jī)構(gòu)的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用215凸輪機(jī)構(gòu)的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用216凸輪機(jī)構(gòu)的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用二、凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪機(jī)構(gòu)中最常用的運(yùn)動(dòng)形式為凸輪做等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)件做往復(fù)移動(dòng)。217從動(dòng)件做升—?！怠Ｑh(huán)運(yùn)動(dòng)218從動(dòng)件做升—?！怠Ｑh(huán)運(yùn)動(dòng)如圖所示的位移曲線圖反映了從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通過對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)的分析可知，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定凸輪的輪廓形狀。常用的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律和等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。219位移曲線圖1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（以推程為例）從動(dòng)件上升（或下降）的速度為一常數(shù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件做等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)使凸輪機(jī)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈的剛性沖擊，因此，等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于凸輪做低速回轉(zhuǎn)、輕載的場(chǎng)合。220等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（以推程為例）從動(dòng)件在行程中先做等加速運(yùn)動(dòng)，后做等減速運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律稱為等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件做等加速等減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)使凸輪機(jī)構(gòu)產(chǎn)生柔性沖擊，這種柔性沖擊雖然比剛性沖擊要小得多，但也會(huì)對(duì)機(jī)器造成一定的破壞。因此，等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于凸輪機(jī)構(gòu)做中速回轉(zhuǎn)、輕載的場(chǎng)合。221等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律三、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角從動(dòng)件的受力方向（接觸點(diǎn)的法線方向）與運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角，稱為凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角，用α

表示，如圖所示。222凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角四、凸輪常用結(jié)構(gòu)凸輪的種類很多，常需根據(jù)不同的工作要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，如圖所示為常見凸輪。223常見凸輪凸輪常用結(jié)構(gòu)見下表。224

凸輪常用結(jié)構(gòu)225

凸輪常用結(jié)構(gòu)§4-4間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)226一、棘輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)是間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一種形式，它將主動(dòng)件的連續(xù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為從動(dòng)件的間歇運(yùn)動(dòng)。棘輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，棘輪的轉(zhuǎn)角可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，但工作時(shí)易產(chǎn)生沖擊和噪聲。它適用于低速、轉(zhuǎn)角不大和傳動(dòng)平穩(wěn)性要求不高的場(chǎng)合。棘輪機(jī)構(gòu)分為齒式棘輪機(jī)構(gòu)和摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)。2271.齒式棘輪機(jī)構(gòu)的組成及工作原理如圖所示為機(jī)械中常用的齒式棘輪機(jī)構(gòu)，它主要由搖桿、棘輪、棘爪、止回棘爪等組成。棘輪機(jī)構(gòu)通常由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)，棘輪用鍵與傳動(dòng)軸相連接，搖桿空套在棘輪軸上。當(dāng)搖桿逆時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，鉸接在搖桿上的棘爪插入棘輪的齒槽內(nèi)，推動(dòng)棘輪同向轉(zhuǎn)過一定角度；當(dāng)搖桿順時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，棘爪從棘輪的齒背上滑過，棘輪靜止不動(dòng)，止回棘爪起阻止棘輪回轉(zhuǎn)的作用。這樣，搖桿連續(xù)往復(fù)擺動(dòng)，棘輪則間歇地做單方向轉(zhuǎn)動(dòng)。228機(jī)械中常用的齒式棘輪機(jī)構(gòu)2.齒式棘輪機(jī)構(gòu)的常用類型及特點(diǎn)（1）單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)如圖所示，該機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是搖桿往復(fù)擺動(dòng)一次，棘爪單方向推動(dòng)棘輪間歇地轉(zhuǎn)動(dòng)一次。229單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)（2）雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)如圖所示，該機(jī)構(gòu)在工作原理上可看作是兩個(gè)單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)輪流工作的組合，搖桿往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，兩個(gè)棘爪交替地推動(dòng)棘輪做間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是搖桿往復(fù)擺動(dòng)一次，能使棘輪沿同一方向間歇地轉(zhuǎn)動(dòng)兩次，但每次停歇的時(shí)間較短，棘輪每次的轉(zhuǎn)角也較小。230雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)（3）可變向棘輪機(jī)構(gòu)可變向棘輪機(jī)構(gòu)如圖所示，該機(jī)構(gòu)的棘輪輪齒為矩形齒，棘爪做成對(duì)稱形狀。搖桿連續(xù)往復(fù)擺動(dòng)，當(dāng)棘爪處于圖示左側(cè)位置時(shí)，棘爪間歇地推動(dòng)棘輪做逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)；若將棘爪翻轉(zhuǎn)到搖桿的另一側(cè)，則棘爪間歇地推動(dòng)棘輪做順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)的基本特點(diǎn)是可使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)雙向間歇運(yùn)動(dòng)。231可變向棘輪機(jī)構(gòu)3.摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介如圖所示，該機(jī)構(gòu)的棘輪是一個(gè)沒有齒的摩擦輪，靠棘輪與棘爪之間的摩擦力進(jìn)行傳動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是能無級(jí)地調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角的大小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲??；但傳遞能力不大，適用于輕載場(chǎng)合