《機械基礎(chǔ)》課件 單元3 機械系統(tǒng)常用運動機構(gòu)

學習目標：掌握組成機器和機械的各種單元體的基本概念；了解機械、機構(gòu)的傳動的類型。學習情境一機械相關(guān)基本概念DAYINTEMPLATE導入日常生活中我們所使用的機械手表與電子手表、普通家用縫紉機與電動縫紉機，它們的功能都是相同的，但是如果從機械的本質(zhì)上區(qū)分，它們又有什么不同？基本概念輸入你的標題微信由于2010年10月籌劃啟動，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團隊打造.微信由于2010年10月籌劃啟動，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團隊打造輸入你的標題微信由于2010年10月籌劃啟動，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團隊打造.微信由于2010年10月籌劃啟動，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團隊打造輸入你的標題輸入你的標題微信由于2010年10月籌劃啟動，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團隊打造.微信由于2010年10月籌劃啟動，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團隊打造（一）零件、構(gòu)件、部件零件是機器中無法再拆的制造單元。分為通用零件和專用零件兩類。構(gòu)件是一個或幾個零件通過剛性連接構(gòu)成的、作為一個整體進行運動的單元體，即為機器的運動單元。部件（又名組件）是指機器中由若干零件所組成的裝配單元體，部件中的各零件之間不一定具有剛性連接?；靖拍钶斎肽愕臉祟}微信由于2010年10月籌劃啟動，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團隊打造.微信由于2010年10月籌劃啟動，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團隊打造輸入你的標題微信由于2010年10月籌劃啟動，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團隊打造.微信由于2010年10月籌劃啟動，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團隊打造輸入你的標題（二）機械、機器、機構(gòu)1.機器一般具有以下三個特征：⑴由多個構(gòu)件組成；⑵各構(gòu)件間具有確定的相對運動，能夠?qū)崿F(xiàn)預期的機械運動；⑶能夠代替或減輕人類勞動（如金屬切削機床切削加工），完成有效的機械功或進行能量轉(zhuǎn)換。2.機構(gòu)是具有機器的前兩個特征的組合體。它能實現(xiàn)一定規(guī)律的運動。3.機械是機器和機構(gòu)的統(tǒng)稱。區(qū)別機器的功用：利用機械能做功或?qū)崿F(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換；機構(gòu)的功用：在于傳遞或轉(zhuǎn)變運動的形式①動力部分：是機器的動力來源，可采用人力、畜力、風力、電力、液力、熱力、磁力和壓縮空氣等作為電力源。常用的動力有電動機、液壓機、內(nèi)燃機等。②執(zhí)行部分：處于整個機械傳動路線的終端，是完成工作任務(wù)的部分。③傳動部分：介于動力部分和傳動部分之間，作用是把運動和動力傳遞給執(zhí)行部分，但也有一些機器動力部分直接驅(qū)動執(zhí)行部分。④控制部分：是使機器的動力部分、傳動部分和執(zhí)行部分按一定的順序和規(guī)律運動，完成所需的工作循環(huán)。（三）機器的基本組成機械傳動概述（一）機械傳動的組成由機器的組成可知，傳動部分是機器的組成部分之一。常用的傳動方式有機械傳動、電力傳動、流體（液體、氣體）傳動，其中以機械傳動應(yīng)用最廣。機械傳動通常是由各種機構(gòu)（如連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)等）、傳動裝置（如帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動等）以及各種零件（如軸、軸承、彈簧及聯(lián)軸器等）配合完成的。（二）機械傳動的任務(wù)機械傳動是指將動力機的運動和動力傳遞給執(zhí)行機構(gòu)，以滿足工作機的需要。機械傳動系統(tǒng)的一般功能有以下幾點：1.減速或增速2.變速3.改變運動形式4.分配運動和動力5.實現(xiàn)停歇6.聯(lián)接或其它（三）機械傳動類型機械傳動通常按其工作原理、傳動比能否改變進行分類。根據(jù)傳動原理不同摩擦傳動嚙合傳動推壓傳動如摩擦輪、帶、繩傳動如齒輪、非圓齒輪、行星齒輪、蝸桿、螺旋、鏈傳動如凸輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、棘輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)傳動（三）機械傳動類型根據(jù)傳動比能否改變可調(diào)傳動比固定傳動比變傳動比如有級變速傳動、無級變速傳動如帶傳動、鏈傳動、螺旋傳動等如連桿機構(gòu)、非圓齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、棘輪機構(gòu)傳動機械傳動的特性與參數(shù)基本參數(shù)功率與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速機械效率學習目標：掌握運動副的概念及分類，并能夠區(qū)分低副和高副；能夠繪制機構(gòu)運動簡圖，并進行自由度的計算。學習情境二平面機構(gòu)的運動簡圖及自由度計算曲軸缸體活塞連桿連桿凸輪大齒輪小齒輪DAYINTEMPLATE導入

如圖所示的單缸內(nèi)燃機，如何運用簡單的圖形符號代替其復雜的外形，來分析它的運動特性？基本概念輸入你的標題微信由于2010年10月籌劃啟動，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團隊打造.微信由于2010年10月籌劃啟動，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團隊打造輸入你的標題微信由于2010年10月籌劃啟動，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團隊打造.微信由于2010年10月籌劃啟動，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團隊打造輸入你的標題微信由于2010年10月籌劃啟動，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團隊打造.微信由于2010年10月籌劃啟動，由騰訊廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團隊打造（一）運動副分類及特點構(gòu)件間通過點或線接觸形成的運動副稱為高副。凸輪副齒輪副高副構(gòu)件間通過面接觸形成的運動副稱為低副。轉(zhuǎn)動副移動副螺旋副低副兩構(gòu)件間直接接觸且具有確定的相對運動的連接稱為運動副（二）運動副及構(gòu)件的運動簡圖符號機構(gòu)運動簡圖的繪制①分析機構(gòu)的組成，觀察相對運動關(guān)系，了解其工作原理③選擇恰當?shù)囊晥D平面和瞬時運動位置（能充分反映機構(gòu)的特性）⑤用規(guī)定的符號和線條繪制機構(gòu)運動簡圖②確定所有的構(gòu)件（數(shù)目與形狀）、運動副（數(shù)目和類型）④確定比例尺機構(gòu)的組成及運動簡圖教學例題【例1】如圖（a)所示的手搖抽水唧筒，試繪制其機構(gòu)運動簡圖。（a）（b）1－手柄；2－桿件；3－活塞及活塞桿；4－抽水筒手搖抽水唧筒及其機構(gòu)運動簡圖

解：（1）分析機構(gòu)的運動，判別構(gòu)件的類型及數(shù)目圖示抽水唧筒由手柄1、桿件2、活塞及活塞桿3和抽水筒4四個構(gòu)件組成。其中抽水筒4是固定件，手柄1是原動件，其余構(gòu)件是從動件。（2）分析各構(gòu)件間運動副的類型和數(shù)目手柄1繞固定件4上的鉸鏈A轉(zhuǎn)動，二者在A點形成轉(zhuǎn)動副。手柄1和桿件2在B點以及桿件2和活塞及活塞桿3在C點為轉(zhuǎn)動副連接?；钊盎钊麠U3與抽水筒4之間則以移動副連接。（3）選擇恰當?shù)囊晥D平面和瞬時運動位置為了能清楚地表達各構(gòu)件的相對運動關(guān)系，通常選擇平行于構(gòu)件運動的平面作為視圖平面。（4）確定比例尺比例尺應(yīng)根據(jù)實際機構(gòu)和圖幅大小來適當選取。（5）用規(guī)定的構(gòu)件和運動副符號繪制機構(gòu)運動簡圖如圖（b）所示，先畫出固定件4和手柄的轉(zhuǎn)動副中心A和活塞及活塞桿3的移動導路直線x軸，然后按比例畫出手柄1和桿件2的轉(zhuǎn)動副中心B及桿件2和活塞及活塞桿3的轉(zhuǎn)動副中心C，最后用構(gòu)件和運動副的符號把各點連接起來，并在原動件上用箭頭標明運動方向。平面機構(gòu)自由度的計算及運動確定性判斷（一）自由度與約束1.自由度自由度是指構(gòu)件相對于定參考系所具有的獨立運動數(shù)目。對于一個作平面運動的構(gòu)件，則只有三個自由度——構(gòu)件沿x軸、y軸方向移動和繞垂直xoy平面的任意軸線的轉(zhuǎn)動。2.約束當兩構(gòu)件組成運動副后，它們之間的某些相對運動受到限制，對于相對運動所加的限制稱為約束。（二）平面機構(gòu)自由度的計算2局部自由度3虛約束

1復合鉸鏈例題2試計算圖所示活塞泵機構(gòu)的自由度。解：（1）活塞泵有四個活動構(gòu)件分別為2、3、4、5。因此，n=4。（2）構(gòu)件5和機架、構(gòu)件5和構(gòu)件4、構(gòu)件4和構(gòu)件3、構(gòu)件3和機架分別組成了4個轉(zhuǎn)動副；構(gòu)件1和構(gòu)件2組成1個移動副。因此，。（3）構(gòu)件3和構(gòu)件2組成1個高副。因此，（4）由此可得活塞泵機構(gòu)的自由度為:（a）(b)1－缸體；2－活塞桿；3－搖桿；4－連桿；5－曲柄圖活塞泵及其機構(gòu)運動簡圖平面機構(gòu)自由度計算的注意事項復合鉸鏈1局部自由度2虛約束3①如果機構(gòu)自由度大于零且大于原動件數(shù)，則機構(gòu)能夠運動，但運動不確定。1②如果機構(gòu)自由度大于零且等于原動件數(shù)，則機構(gòu)具有確定的運動。2③如果機構(gòu)算度小于等于零或小于原動件數(shù)，則機構(gòu)無法運動。3（三）平面機構(gòu)具有確定運動的條件平面機構(gòu)自由度及具有確定運動的條件

例3：計算下圖所示大篩機構(gòu)的自由度，并判斷機構(gòu)的運動是否確定。

因自由度F=2，與機構(gòu)的原動件數(shù)（2個）相等，所以機構(gòu)具有確定的運動。

n＝7，PL＝9，PH＝1

F＝3n－2PL－PH

＝3×7－2×9－1＝2例4：

如圖所示,已知HG=IJ，且相互平行；GL=JK，且相互平行。計算此機構(gòu)的自由度(若存在局部自由度、復合鉸鏈、虛約束請指出)。平面機構(gòu)自由度及具有確定運動的條件解：（1）分析機構(gòu)機構(gòu)中C處的滾子自轉(zhuǎn)為局部自由度；IJK與HGL的距離始終保持不變，所以IJK、HGL其中一處為虛約束；G處為復合鉸鏈。（2）計算自由度n＝8，PL＝11，PH＝1F＝3n－2PL－PH

＝3×8－2×11－1＝1學習情境三平面連桿機構(gòu)學習目標：掌握鉸鏈四桿機構(gòu)的構(gòu)成；掌握鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型與判別方法；掌握平面四桿機構(gòu)的基本特性；熟悉四桿機構(gòu)的常用設(shè)計方法。DAYINTEMPLATE導入如圖所示，高速鐵路牽引供電系統(tǒng)中的接觸網(wǎng)通過受電弓不間斷地向電力機車（或動車組）供應(yīng)電能，而受電弓的結(jié)構(gòu)形式是怎么樣的？它是如何完成升降動作的？基本概念連桿機構(gòu)：由若干個剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接所組成的機構(gòu)。平面機構(gòu)：若各運動構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運動，則稱為平面機構(gòu)。平面連桿機構(gòu)的主要優(yōu)點是：低副為面接觸，壓強低、磨損量少，而且構(gòu)成運動副的表面為圓柱面或平面，制造方便；又由于這類機構(gòu)容易實現(xiàn)常見的轉(zhuǎn)動、移動及二者的相互轉(zhuǎn)換，所以廣泛應(yīng)用于各種機器、儀表及操縱控制設(shè)備中。它的缺點是：低副中存在著間隙，機構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生運動誤差，且不易精確地實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律。鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型（一）鉸鏈四桿機構(gòu)的構(gòu)成1.機架——固定不動的構(gòu)件（如構(gòu)件4）；2.連架桿——與機架相連接的構(gòu)件（如構(gòu)件1、構(gòu)件3）；連架桿按其運動特征的不同，又可分為曲柄和搖桿兩種。①曲柄——做整周回轉(zhuǎn)運動的連架桿（如構(gòu)件1）。②搖桿——做往復擺動的連架桿（如構(gòu)件3）。3.連桿——不與機架直接相連的構(gòu)件（如構(gòu)件2）。（二）鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型曲柄搖桿機構(gòu)（二）鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型2.雙曲柄機構(gòu)慣性篩移動攝影臺升降機構(gòu)車門啟閉機構(gòu)（二）鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型3.雙搖桿機構(gòu)起重機飛機起落架機構(gòu)（三）鉸鏈四桿機構(gòu)的類型判斷最短桿為連架桿時，此機構(gòu)為曲柄搖桿機最短桿為機架時，此機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和滿足該條件時不滿足該條件時最短桿為連桿時，此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動副變移動副轉(zhuǎn)動副擴大平面四桿機構(gòu)的演化（一）機構(gòu)的運動特性——急回特性即曲柄為主動件時，執(zhí)行構(gòu)件搖桿往復擺動的兩個行程里速度不一致的現(xiàn)象機構(gòu)具有急回特性時必有K＞1，θ>0。平面四桿機構(gòu)的基本特性α——壓力角γ——傳動角當曲柄AB轉(zhuǎn)到與機架AD重疊共線和展開共線兩位置AB1、AB2時（如圖所示），傳動角將出現(xiàn)極值。比較這兩個位置時的傳動角，即可求得最小傳動角。為了保證機構(gòu)具有良好的傳力性能，設(shè)計時只要校核其中的較小值即可，通常應(yīng)使≥40°。對于高速和大功率的傳動機械，應(yīng)使≥50°。（二）機構(gòu)的傳力特性1.壓力角與傳動角此時就出現(xiàn)無法轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動不確定的現(xiàn)象，本質(zhì)上是力作用于矩心使得轉(zhuǎn)矩為0。死點：連桿與曲柄共線/γ=0°時的位置2．死點位置克服死點的措施：可以利用從動件的慣性來通過死點位置；增大從動件的質(zhì)量；機構(gòu)錯位排列的方法。死點的應(yīng)用：如圖所示，夾緊工件用的連桿式快速夾具就是利用死點位置來夾緊工件的。四、平面四桿機構(gòu)設(shè)計的方法（一）平面四桿機構(gòu)設(shè)計的兩類基本問題1.實現(xiàn)剛體給定位置的設(shè)計2.實現(xiàn)預定運動規(guī)律的設(shè)計（二）平面連桿機構(gòu)的設(shè)計方法1.

按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)（a)（b）圖利用已知連桿三個位置設(shè)計四桿機構(gòu)

2.按給定行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu)圖按K值設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu)

首先，根據(jù)行程速比系數(shù)K，計算極位夾角θ，即其次，任選一點D作為固定鉸鏈，如圖所示，并以此點為頂點作等腰三角形△DC2C1，使兩腰之長等于搖桿長CD（按適當?shù)谋壤鲌D），∠C1DC2=Ψ。然后過C1點作C1N⊥C1C2，再過C2點作∠C1C2M=900-θ，得到直線C1N和C2M的交點為P。最后以線段為直徑作圓，則此圓周上任一點與C1，C2連線所夾之角度均為θ。而曲柄轉(zhuǎn)動中心A可在圓弧或上任取。由于曲柄軸心A位置有無窮多，故滿足設(shè)計要求的曲柄搖桿機構(gòu)有無窮多個。如果設(shè)計要求中給出了其它附加條件，則A點的位置應(yīng)根據(jù)附加條件來確定。學習目標：掌握凸輪機構(gòu)的組成、類型和應(yīng)用；掌握凸輪機構(gòu)從動件常用運動規(guī)律；初步掌握圖解法設(shè)計盤狀凸輪輪廓。學習情境四凸輪機構(gòu)DAYINTEMPLATE導入圖所示為內(nèi)燃機配氣機構(gòu)，它是凸輪機構(gòu)的一種常見應(yīng)用；圖3.39所示為自動車床靠模機構(gòu)，拖板帶動刀架2沿著靠模凸輪1的輪廓運動，刀刃走出手柄的外形軌跡。凸輪機構(gòu)的運動特點是什么？它能實現(xiàn)哪些運動規(guī)律？凸輪機構(gòu)組成凸輪機構(gòu)一般由凸輪（原動件）、從動件和機架三部分組成。凸輪機構(gòu)的應(yīng)用主動件回轉(zhuǎn)推動從動件進行往復運動。優(yōu)點只需設(shè)計出的凸輪輪廓，就可使從動件實現(xiàn)各種預期的連續(xù)或不連續(xù)的任意運動規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便。缺點凸輪與從動件為點接觸或線接觸，壓強大，易磨損，加工難，成本高。因此，凸輪機構(gòu)常用于傳力不大的控制機構(gòu)中?；局R凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類（一）凸輪機構(gòu)的組成、應(yīng)用和特點（二）凸輪機構(gòu)的分類盤形凸輪機構(gòu)移動凸輪機構(gòu)圓柱凸輪機構(gòu)曲面凸輪機構(gòu)尖頂從動件滾子從動件平底從動件力鎖合形鎖合按凸輪形狀按鎖合方式按從動件形式按從動件運動規(guī)律移動從動件擺動從動件（二）凸輪機構(gòu)的分類盤形凸輪尖頂從動件圓柱凸輪移動凸輪滾子從動件平底從動件形鎖合凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)和從動件常用運動規(guī)律升-停-降-停（一）平面凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)和工作過程（二）從動件常用運動規(guī)律等速運動規(guī)律余弦加速度運動規(guī)律等加速等減速運動規(guī)律有剛性沖擊，適用于低速輕載有柔性沖擊，適用于中速輕載有柔性沖擊，適用于高速中載盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計圖解法設(shè)計凸輪輪廓曲線凸輪設(shè)計中的幾個問題在使α＜[α]的前提下，選取盡可能小的基圓半徑。移動從動件：[α]=30°～38°，當要求凸輪尺寸盡可能小時，可取[α]=45°；擺動從動件：[α]=40°～50°?；爻虝r，由于通常受力較小一般無自鎖問題，故許用壓力角可取得大些，通常取[α]=70°～80°。只要使αmax=[α]，就可以確定出凸輪的最小基圓半徑凸輪實際廓線的形狀將受滾子半徑大小的影響。滾子若選擇不當，則無法滿足運動規(guī)律學習目標：熟悉棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)和不完全齒輪機構(gòu)的工作原理和基本類型；掌握棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)和不完全齒輪機構(gòu)的特點和應(yīng)用。學習情境五步進機構(gòu)DAYINTEMPLATE導入如圖所示的牛頭刨床，在刨床上對工件進行刨削加工時，滑枕帶動刨刀沿床身導軌作往復直線運動完成切削運動（主運動）。在兩次切削之間，工作臺帶動工件作一次橫向進給運動，即工作臺（工件）作間歇運動。在刨削加工時，需要根據(jù)不同的加工條件確定進給量的大小。牛頭刨床的進給運動是如何實現(xiàn)的？

某些能將主動件的連續(xù)運動轉(zhuǎn)換為從動件有規(guī)律的時動、時停的間歇運動的