机械基础第4章-常用机构课件1.ppt

1、 第第4章章 常用机构常用机构4.1铰链四杆机构铰链四杆机构4.2凸轮机构凸轮机构43步进运动机构步进运动机构平面连杆机构由若干个构件通过平面低副(转动副和移动副)联接而构成的平面机构，也叫平面平面低副机构低副机构。平面连杆机构具有承载能力大、结构简单、制造方便等优点，用它可以实现多种运动规律和运动轨迹，但只能近似地实现所要求的运动。最简单的平面连杆机构由四个构件组成，简称平平面四杆机构面四杆机构。四杆机构是具有转换运动功能而构件数目最少的平面连杆机构。4-1 铰链四杆机构铰链四杆机构n铰链四杆机构全部由回转副组成的平面四杆机构，它是平面四杆机构最基本的形态。曲柄曲柄能绕机架上的转动副作整周回

2、转的连架杆。摇杆摇杆只能在某一角度范围(小于360)内摆动的连架杆。如图所示，铰链四杆机构由机架4、连架杆(与机架相连的1、3两杆)和连杆(与机架不相联的中间杆2)组成。n铰链四杆机构按照连架杆是曲柄还是摇杆分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构三种基本型式。一、一、曲柄摇杆机构n曲柄摇杆机构两连架杆中一个是曲柄，一个是摇杆的铰链四杆机构。当曲柄为原动件时，可将曲柄的连续转动，转变为摇杆的往复摆动。下图所示的雷达天线俯仰机构和颚式破碎机机构即为曲柄摇杆机构的应用。n曲柄摇杆机构动画实例抽油机颚式破碎机机构当摇杆作为原动件时，可将摇杆的往复摆动转变为曲柄的连续转动。n缝纫机踏板机构便属于此情况

3、。缝纫机踏板机构1.急回特性n在曲柄摇杆机构中，当曲柄为原动件并作等速转动时，从动摇杆空回行程的平均角速度大于其工作行程的平均角速度，摇杆的这种运动特性称为急回特性。曲柄摇杆机构的运动过程如图 所示。摇杆在两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角。摇杆处于两极限位置时，主动件曲柄所夹的锐角称为极位夹角。图 曲柄摇杆机构的急回特性n急回特性相对程度用行程速比系数K（即从动件空回行程的平均速度v2与工作行程的平均速度v1的比值）来表示，)12(180180/212112121212tttCCtCCvvK上式表明：机构要具有急回特性则必有k1，即0;k值愈大，机构急回特性愈明显，k值的大小取决于极位夹角的大

4、小。愈大，k值愈大；反之，愈小，k值愈小。若=00，则k=1，机构没有急回特性。将上式整理后，可得极位夹角的计算公式)22(11180KKn设计新机器时，总是根据机械的急回特性要求先给出K值，然后按公式式算出极位夹角，再确定各构件的尺寸。n极位夹角 的大小也可由作图法（曲柄于连杆两共线位置之间的夹角）求得。2.死点位置n如图所示，曲柄摇杆机构以摇杆CD作为主动件，而曲柄AB为从动件时，则当摇杆处于极限位置时，连杆BC与曲柄AB共线，此时在主动件上无论施加多大的驱动力，连杆加给曲柄的力均通过铰链中心A，此力对A点不产生力矩，所以都不能使曲柄转动。机构的这种位置称为死点位置。n机构是否有死点取决于

5、从动件与连杆是否有共线的位置。为使机构正常运转，应设法避开死点。n在机构设计时，一般采用安装飞轮加大惯性或采用相同机构错位排列的方法，使机构闯过死点。在机车车轮联动机构中，则是利用第三个平行曲柄来消除平行四边形机构在这种死点位置的运动不确定性。死点位置是摇杆作为主动件时曲柄摇杆机构固有的特性，在此位置从动件会出现“顶死”现象，还可能出现运动不确定现象。n工程上也常利用死点来工作。如图所示为机床夹具的夹紧机构。机构静止于死点位置时，若不改变原动件，机构具有保持原位置永远不变的特性。二、双曲柄机构二、双曲柄机构n两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。n当原动曲柄连续转动时，从动曲柄也作连续

6、转动，右图所示为不等双曲柄机构。在双曲柄机构中，若其相对两杆相互平行如右图所示，则成为平行双曲柄机构(或平行四边形机构)。平行双曲柄机构n惯性筛的四杆机构ABCD便是双曲柄机构的应用。n机车车轮联动机构及下图均为平行四边形机构的应用实例。n当平行四边形机构的四个铰链中心处于同一条直线上时，将出现运动不确定状态。一般采用相同机构错位排列的方法，来消除这种运动不确定状态。n在机车车轮联动机构中，则是利用第三个平行曲柄来消除平行四边形机构在这种死点位置的运动不确定性。反向双曲柄机构如图所示为反向双曲柄机构，主动曲柄与从动曲柄转向相反。三、双摇杆机构n两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构(如下

7、图)。n右下图所示为双摇杆机构在鹤式起重机中的应用。双摇杆机构鹤式起重机n在双摇杆机构中，若两摇杆长度相等，则形成等腰梯形机构。下图所示的汽车前轮转向机构，即为其应用实例。汽车前轮转向机构n飞机起落机轮收藏机构、加热炉炉门启闭机构和自动翻斗机构均为双摇杆机构的应用实例。飞机起落机轮收藏机构铰链四杆机构曲柄存在的条件铰链四杆机构曲柄存在的条件n能使两构件作整周相对运动的转动副称为整转副整转副。n不能使两构件作整周相对运动的转动副称为摆转副摆转副。n显然，具有整转副的铰链四杆机构才有可能存在曲柄。而铰链四杆机构是否具有整转副，取决于各杆的相对长度。n分析图所示的曲柄摇杆机构进行。为了保证曲柄1整周

8、回转，曲柄1必须能顺利通过与连杆共线的两个位置AB和AB。n当曲柄1处于AB位置时，形成三角形ACD。根据三角形任意两边之和必大于（等于）第三边的定理可得 l4(l2 l1)+l3 及 l3(l2 l1)+l4即 l1+l4l2+l3 l1+l3l2+l4 当曲柄1处于AB位置时，形成三角形ACD。可写出如下关系式：l1+l2l3+l4n将式两两相加可得：l1l2，l1l3，l1l4 n它表明：杆1为最短杆，在杆2、杆3、杆4中有一杆为最长杆。n综上所述可得结论：铰链四杆机构有整转副的条件（曲柄存在的必要条件）是：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；整转副是由最短杆与其邻边组成的

9、。n曲柄是连架杆，只有整转副处于机架上才能形成曲柄。当铰链四杆机构满足整转副条件时，机构中最短杆的两端转动副一定为整转副。n因此可以得出铰链四杆机构存在曲柄的条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；连架杆和机架中，必有一个是最短杆。n结论：n若铰链四杆机构满足上述整转副条件，且 以最短杆为机架，则为双曲柄机构；以最短杆的邻边为机架，则为曲柄摇杆机构；以最短杆的对边为机架，则为双摇杆机构。n 若不满足上述曲柄存在的必要条件，则不论以何杆作为机架，都为双摇杆机构。n特别指出：在曲柄摇杆机构中最短杆是曲柄，而不能误认为铰链四杆机构中最短杆是曲柄。铰链四杆机构的演化n通过用移动副取代转

10、动副、变更杆件长度、变更机架和扩大转动副等途径，可以得到铰链四杆机构的其他演化型式。一、曲柄滑块机构一、曲柄滑块机构n通过将摇杆改变为滑块，摇杆长度增至无穷大，可得到曲柄滑块机构曲柄滑块机构，进而还可演化出双滑块机构双滑块机构和正弦正弦机构机构等。n下图所示为曲柄摇杆机构(图a)，演化为曲线导轨的曲曲柄滑块机构柄滑块机构(图b、c)、偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构(图d)和对心对心曲柄滑块机构曲柄滑块机构(图e)的过程。曲柄滑块机构广泛应用于压力机、往复泵、压缩机等装置中。n导杆机构可看成是改变曲柄滑块机构中的固定构件而导杆机构可看成是改变曲柄滑块机构中的固定构件而演化来的。如图所示的曲柄滑

11、块机构，若改取杆演化来的。如图所示的曲柄滑块机构，若改取杆1为固为固定构件，即得图所示导杆机构。杆定构件，即得图所示导杆机构。杆 4称为导杆，滑块称为导杆，滑块3相对导杆滑动并一起绕相对导杆滑动并一起绕A点转动。通常取杆点转动。通常取杆2为原动件。为原动件。当当l1l2时，杆时，杆2和杆和杆4均可整周回转，称为均可整周回转，称为曲柄转动导曲柄转动导杆机构杆机构，或，或转动导杆机构转动导杆机构；当；当lll2时（图时（图2-16），杆），杆4只能往复摆动，称为只能往复摆动，称为曲柄摆动导杆机构曲柄摆动导杆机构，或，或摆动导杆摆动导杆机构机构。由图可见，。由图可见，导杆机构的传动角始终等于导杆机构

12、的传动角始终等于9090o o，具，具有很好的传力性能有很好的传力性能，故常用于牛头刨床、插床和回转，故常用于牛头刨床、插床和回转式油泵之中。式油泵之中。二、导杆机构二、导杆机构 三、摇块机构和定块机构n在图所示曲柄滑块机构中，若取杆2为固定构件，即可得图所示摆动滑块机构（摇块机构）。这种机构广泛应用于摆缸式内燃机和液压驱动装置中。如图所示卡车车厢自动翻转卸料机构。若取杆3为固定件，即可得图所示固定滑块机构（定块机构）。这种机构常用于抽水唧筒和抽油泵中。四、双滑块机构n双滑块机构是具有两个移动副的四杆机构。可以认为是由铰链四杆机构中的两杆长度趋于无穷大而演化成的。n按照两个移动副所处位置的不同，可将双滑块机构分成四种型式。两个移动副不相邻，如图所示。从动件3的位移与原动件转角的正切成正比，故称为正切机构。两个移动副相邻，且其中一个移动副与机架相关联，如图2-20所示。从动件3的位移与原动件转角的正弦成正比，故称为正弦机构。正切机构两个移动副相邻，且均不与机架相关联，如图所示。这种机构的主动件 1与从动件3具有相等的角速度。图所示滑块联轴器就是这种机构的应用实例，它可用来连接中心线不重合的两根轴。正弦机构滑块联轴器图 四杆机构及其演化