（中职）机械基础（少学时）第4章教学课件.ppt

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1、YCF正版可修改PPT（中职）机械基础（少学时）第4章教学课件第第4章常用机构章常用机构4.1平面四杆机构平面四杆机构4.2凸轮机构凸轮机构4.3间歇机构间歇机构返回4.1平面四杆机构平面四杆机构4.1.1平面机构概述平面机构概述在同一平面或相互平行平面内运动的机构称为平面连杆机构。平面连在同一平面或相互平行平面内运动的机构称为平面连杆机构。平面连杆机构是由一些刚性构件，用转动副或移动副相互连接而组成，并在杆机构是由一些刚性构件，用转动副或移动副相互连接而组成，并在同一平面或相互平行平面内运动的机构。平面连杆机构的构件形状多同一平面或相互平行平面内运动的机构。平面连杆机构的构件形状多种多样，不

2、一定为杆状，但从运动原理看，均可用等效的杆状构件替种多样，不一定为杆状，但从运动原理看，均可用等效的杆状构件替代。代。1运动副两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接，称为运动副。运动副两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接，称为运动副。根据接触形式不同，运动副分为低副和高副，其类型、特点及应用见根据接触形式不同，运动副分为低副和高副，其类型、特点及应用见表表4-1。下一页返回4.1平面四杆机构平面四杆机构4.1.2平面四杆机构的组成与分类平面四杆机构的组成与分类1.平面四杆机构的组成平面四杆机构的组成构件间以四个转动副相连的平面四杆机构，称为平面铰链四杆机构，构件间以四个转动副相连的平面四

3、杆机构，称为平面铰链四杆机构，简称铰链四杆机构。铰链四杆机构是四杆机构的基本形式，也是其他简称铰链四杆机构。铰链四杆机构是四杆机构的基本形式，也是其他多杆机构的基础。多杆机构的基础。如如图图4-4所示的铰链四杆机构中，固定不动的构件所示的铰链四杆机构中，固定不动的构件4称为机架，不与机称为机架，不与机架直接相连的构件架直接相连的构件2称为连杆，与机架相连的构件称为连杆，与机架相连的构件1、3称为连架杆。称为连架杆。2.平面四杆机构的分类平面四杆机构的分类根据连架杆的运动形式不同，平面四杆机构分为曲柄摇杆机构、双曲根据连架杆的运动形式不同，平面四杆机构分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种

4、类型，其类型和特点见柄机构和双摇杆机构三种类型，其类型和特点见表表4-3。上一页 下一页返回4.1平面四杆机构平面四杆机构4.1.3平面四杆机构的基本性质平面四杆机构的基本性质1.曲柄存在的条件曲柄存在的条件平面四杆机构三种基本类型的主要区别，就在于连架杆是否为曲柄，平面四杆机构三种基本类型的主要区别，就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件的相对长度和最短杆而连架杆能否成为曲柄，则取决于机构中各杆件的相对长度和最短杆件所处的位置。铰链四杆机构存在曲柄，必须满足以下两个条件：件所处的位置。铰链四杆机构存在曲柄，必须满足以下两个条件：（1）连架杆与机架中必有一个是最短杆

5、；）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必小于或等于其余两杆长度之和。）最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。根据曲柄存在的条件，推出平面四杆机构的三种基本类型的判别方法根据曲柄存在的条件，推出平面四杆机构的三种基本类型的判别方法如下：如下：上一页 下一页返回4.1平面四杆机构平面四杆机构（1）最长杆与最短杆长度之和小于或等于其余两杆之和）最长杆与最短杆长度之和小于或等于其余两杆之和（Lmax+LminL+L），则：），则：最短杆为连架杆时，构成曲柄摇杆机构，如最短杆为连架杆时，构成曲柄摇杆机构，如图图4-8所示；所示；最短杆为机架时，构成双曲柄机构，如最

6、短杆为机架时，构成双曲柄机构，如图图4-9所示；所示；最短杆为连杆时，构成双摇杆机构，如最短杆为连杆时，构成双摇杆机构，如图图4-10所示。所示。（2）最长杆与最短杆长度之和大于其余两杆之和（）最长杆与最短杆长度之和大于其余两杆之和（Lmax+LminL+L），则直接判断为双摇杆机构。），则直接判断为双摇杆机构。2.急回特性急回特性如如图图4-11所示的曲柄摇杆机构，当曲柄所示的曲柄摇杆机构，当曲柄AB作为主动件做整周转动时，作为主动件做整周转动时，摇杆摇杆CD作为从动件做往复摆动，其往复摆动的角度为作为从动件做往复摆动，其往复摆动的角度为。曲柄。曲柄AB在在转动一周的过程中，有两次与连杆转动

7、一周的过程中，有两次与连杆BC共线的位置。共线的位置。上一页 下一页返回4.1平面四杆机构平面四杆机构这时摇杆这时摇杆CD分别位于两极限位置分别位于两极限位置C1D和和C2D。对应两位置所夹的锐。对应两位置所夹的锐角称为极位夹角，用角称为极位夹角，用表示。表示。由于摇杆往复摆动所用的时间不等，所以平均速度也不等，通常情况由于摇杆往复摆动所用的时间不等，所以平均速度也不等，通常情况下，摇杆下，摇杆C1D摆到摆到C2D的过程被用作机构中从动件的工作行程，摇杆的过程被用作机构中从动件的工作行程，摇杆C2D摆到摆到C1D的过程被用作机构中从动件的空回行程，机构的这种性的过程被用作机构中从动件的空回行程

8、，机构的这种性质称为急回特性。质称为急回特性。机械的急回特性可以节省非工作时间，提高生产率，如牛头刨床退刀机械的急回特性可以节省非工作时间，提高生产率，如牛头刨床退刀速度明显高于工作速度，就是利用了四杆机构的急回特性。速度明显高于工作速度，就是利用了四杆机构的急回特性。上一页 下一页返回4.1平面四杆机构平面四杆机构3.死点位置死点位置如如图图4-12所示的曲柄摇杆机构，若取摇杆所示的曲柄摇杆机构，若取摇杆DC为主动件，当摇杆处于为主动件，当摇杆处于图中图中DC1或或DC2两极限位置时，连杆两极限位置时，连杆BC与曲柄与曲柄AB共线，摇杆经过连共线，摇杆经过连杆施加给曲柄的力必然通过铰链中心杆

9、施加给曲柄的力必然通过铰链中心A，此时曲柄不能获得转矩，故，此时曲柄不能获得转矩，故曲柄曲柄AB不会转动，转向也不能确定。当机构的连杆与曲柄共线，使不会转动，转向也不能确定。当机构的连杆与曲柄共线，使曲柄无法运动或出现运动方向不确定的位置称为机构的死点位置。曲柄无法运动或出现运动方向不确定的位置称为机构的死点位置。在工程中，有时也利用死点位置的特性来实现某些工作要求。如在工程中，有时也利用死点位置的特性来实现某些工作要求。如图图4-13所示的钻床连杆式快速夹具。工件夹紧后，所示的钻床连杆式快速夹具。工件夹紧后，BCD成一直线，撤去外成一直线，撤去外力力F之后，机构在工件反弹力之后，机构在工件反

10、弹力T的作用下，处于死点位置。即使反弹力的作用下，处于死点位置。即使反弹力很大，工件也不会松脱，使夹紧牢固可靠。很大，工件也不会松脱，使夹紧牢固可靠。上一页 下一页返回4.1平面四杆机构平面四杆机构4.1.4平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化在生产实际中，以上介绍的铰链四杆机构远远不能满足需要，还广泛在生产实际中，以上介绍的铰链四杆机构远远不能满足需要，还广泛地采用其他形式的四杆机构，这些类型的四杆机构都可看作由铰链四地采用其他形式的四杆机构，这些类型的四杆机构都可看作由铰链四杆机构演化而来。常见的演化形式有曲柄滑块机构、导杆机构等。杆机构演化而来。常见的演化形式有曲柄滑块机构、导杆机构等。

11、1.曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构是具有一个曲柄和一个滑块的平面四杆机构，是曲柄摇曲柄滑块机构是具有一个曲柄和一个滑块的平面四杆机构，是曲柄摇杆机构的一种演化形式。杆机构的一种演化形式。上一页 下一页返回4.1平面四杆机构平面四杆机构2.导杆机构导杆机构导杆机构可以看成是通过改变曲柄滑动机构中固定件的位置演化而来导杆机构可以看成是通过改变曲柄滑动机构中固定件的位置演化而来的。当曲柄滑块机构选取不同构件作为机架时，会得到不同的导杆机的。当曲柄滑块机构选取不同构件作为机架时，会得到不同的导杆机构类型，见构类型，见表表4-4。上一页返回4.2凸轮机构凸轮机构4.2.1凸轮机构的类型及特点凸轮机

12、构的类型及特点如如图图4-18所示，凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构。所示，凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构。其中，凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，主动件凸轮通常作等其中，凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，主动件凸轮通常作等速转动或移动，凸轮机构是通过高副接触使从动件移动得到所预期的速转动或移动，凸轮机构是通过高副接触使从动件移动得到所预期的运动规律。运动规律。1.凸轮机构的分类凸轮机构的分类凸轮机构的分类方法很多，可以按凸轮的形状分，也可以按从动件形凸轮机构的分类方法很多，可以按凸轮的形状分，也可以按从动件形状及运动形式分，其类型及特点见状及运动形式分，其类型及

13、特点见表表4-5。下一页返回4.2凸轮机构凸轮机构2.凸轮机构的应用特点凸轮机构的应用特点与平面连杆机构相比，凸轮机构具有结构简单、紧凑、设计方便、便与平面连杆机构相比，凸轮机构具有结构简单、紧凑、设计方便、便于准确实现给定的运动规律和轨迹的特点；但由于凸轮轮廓与从动件于准确实现给定的运动规律和轨迹的特点；但由于凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触，易于磨损，所以多用于传力不大的机械、仪之间为点接触或线接触，易于磨损，所以多用于传力不大的机械、仪表、控制机构中。表、控制机构中。4.2.2凸轮机构的工作特性及应用凸轮机构的工作特性及应用1.凸轮机构的工作特性凸轮机构的工作特性凸轮机构中最常用的运

14、动形式为凸轮作等速回转运动，从动件作往复凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作等速回转运动，从动件作往复移动。如移动。如图图4-19所示为最基本的对心外轮廓盘形凸轮机构。以凸轮轮所示为最基本的对心外轮廓盘形凸轮机构。以凸轮轮廓上最小半径所画的圆称为凸轮的基圆，其半径用廓上最小半径所画的圆称为凸轮的基圆，其半径用r0表示。表示。上一页 下一页返回4.2凸轮机构凸轮机构图图4-19中从动件位于最低位置，它的尖端与凸轮轮廓上点中从动件位于最低位置，它的尖端与凸轮轮廓上点A（基圆与（基圆与曲线曲线AB的连接点）接触。当凸轮按逆时针方向回转时，凸轮的从动的连接点）接触。当凸轮按逆时针方向回转时，凸轮的从动件

15、按照一定的运动规律逐渐升到最高点件按照一定的运动规律逐渐升到最高点B，这个过程称为推程。凸轮，这个过程称为推程。凸轮转过的角度称为推程角转过的角度称为推程角0。过。过B点凸轮继续回转，从动件在最高处停点凸轮继续回转，从动件在最高处停止不动，直至止不动，直至C点处，此时走过的行程称为远停程。凸轮所转过的角点处，此时走过的行程称为远停程。凸轮所转过的角度称为远停角度称为远停角S。过了。过了C点，从动件按照一定的运动规律逐渐下降至点，从动件按照一定的运动规律逐渐下降至最低点最低点D，这个行程称为回程。，这个行程称为回程。凸轮所转过的角度称为回程角凸轮所转过的角度称为回程角。最低点。最低点D至至A点从

16、动件停止不动，点从动件停止不动，这个行程称为近停程。这个行程称为近停程。凸轮转过的角度称为近停角凸轮转过的角度称为近停角S。从从图图4-19的分析，得出最基本的从动件的位移变化规律，见的分析，得出最基本的从动件的位移变化规律，见表表4-6。上一页 下一页返回4.2凸轮机构凸轮机构2.凸轮机构的应用凸轮机构的应用凸轮机构广泛用于自动化和半自动化机械中。凸轮机构广泛用于自动化和半自动化机械中。图图4-20所示为内燃机的配气机构，当凸轮以等速度转动时，迫使推杆所示为内燃机的配气机构，当凸轮以等速度转动时，迫使推杆有规律地实现进气、排气阀的开启与闭合。有规律地实现进气、排气阀的开启与闭合。图图4-21

17、为自动车床的走刀机构，当带有凹槽的凸轮转动时，通过槽中为自动车床的走刀机构，当带有凹槽的凸轮转动时，通过槽中的滚子，驱使推杆作有规律的往复移动，再通过齿轮与齿条的传动实的滚子，驱使推杆作有规律的往复移动，再通过齿轮与齿条的传动实现进刀与退刀运动。现进刀与退刀运动。上一页返回4.3间歇机构间歇机构4.3.1棘轮机构棘轮机构1.棘轮机构的组成和工作原理棘轮机构的组成和工作原理图图4-23所示为常见的外啮合齿式棘轮机构，它主要由摆杆、棘爪、棘所示为常见的外啮合齿式棘轮机构，它主要由摆杆、棘爪、棘轮、止回棘爪、弹簧和机架组成。当主动摆杆逆时针方向摆动时，棘轮、止回棘爪、弹簧和机架组成。当主动摆杆逆时针

18、方向摆动时，棘爪插入棘轮的齿槽中，推动棘轮同向转过一定角度，此时止回棘爪在爪插入棘轮的齿槽中，推动棘轮同向转过一定角度，此时止回棘爪在棘轮的齿背上滑过。当摆杆顺时针方向转动时，止回棘爪阻止棘轮发棘轮的齿背上滑过。当摆杆顺时针方向转动时，止回棘爪阻止棘轮发生反向转动，而棘爪只能在棘轮的齿背上滑过并回到原位，这时棘轮生反向转动，而棘爪只能在棘轮的齿背上滑过并回到原位，这时棘轮静止不动。静止不动。因此，当主动件作连续的往复摆动时，棘轮作单向的间歇运动。因此，当主动件作连续的往复摆动时，棘轮作单向的间歇运动。下一页返回4.3间歇机构间歇机构2.棘轮机构的类型和特点棘轮机构的类型和特点棘轮机构的分类方式

19、很多，常见棘轮机构的类型和特点见棘轮机构的分类方式很多，常见棘轮机构的类型和特点见表表4-7。3.棘轮机构的应用棘轮机构的应用棘轮机构所具有的单向间歇运动特性，在实际应用中可满足送进、制棘轮机构所具有的单向间歇运动特性，在实际应用中可满足送进、制动、超越离合等工艺要求。动、超越离合等工艺要求。牛头刨床横向进给机构及进给量的调整如牛头刨床横向进给机构及进给量的调整如图图4-24所示，齿轮所示，齿轮2带动齿带动齿轮轮1转动，连杆摆动棘爪，拨动棘轮使丝杆转一个角度，实现横向进转动，连杆摆动棘爪，拨动棘轮使丝杆转一个角度，实现横向进给。反向时，由于棘爪后面是斜的，爪内弹簧被压缩，棘爪从棘轮顶给。反向时

20、，由于棘爪后面是斜的，爪内弹簧被压缩，棘爪从棘轮顶滑过，因此工作台横向自动进给是间歇的。滑过，因此工作台横向自动进给是间歇的。上一页 下一页返回4.3间歇机构间歇机构图图4-25所示为自行车后轴上的超越机构，实际上是一个内啮合棘轮机所示为自行车后轴上的超越机构，实际上是一个内啮合棘轮机构。飞轮的外圆周是链轮，内圆周制成棘轮轮齿，棘爪安装在后轴上。构。飞轮的外圆周是链轮，内圆周制成棘轮轮齿，棘爪安装在后轴上。当链条驱动飞轮转动时，飞轮内侧的棘齿通过棘爪带动后轴转动，当当链条驱动飞轮转动时，飞轮内侧的棘齿通过棘爪带动后轴转动，当链条停止运动或反向带动飞轮时，棘爪沿飞轮内侧棘轮的齿背滑过，链条停止运

21、动或反向带动飞轮时，棘爪沿飞轮内侧棘轮的齿背滑过，后轴在自行车惯性作用下与飞轮脱开而继续转动，产生了后轴在自行车惯性作用下与飞轮脱开而继续转动，产生了“从动从动”超超越越“主动主动”的超越作用。的超越作用。图图4-26所示为起重设备中常用的防逆转棘轮机构。鼓轮和棘轮用键连所示为起重设备中常用的防逆转棘轮机构。鼓轮和棘轮用键连接于轴上，当轴逆时针回转时，转动的鼓轮提升重物，棘爪在同步转接于轴上，当轴逆时针回转时，转动的鼓轮提升重物，棘爪在同步转动的棘轮齿背表面滑过，到达需要高度时，轴、鼓轮和棘轮停止转动，动的棘轮齿背表面滑过，到达需要高度时，轴、鼓轮和棘轮停止转动，此时棘爪在弹簧作用下嵌入棘轮的

22、齿槽内，可防止鼓轮逆转，从而保此时棘爪在弹簧作用下嵌入棘轮的齿槽内，可防止鼓轮逆转，从而保证了起重工作的安全可靠。证了起重工作的安全可靠。上一页 下一页返回4.3间歇机构间歇机构4.3.2槽轮机构槽轮机构1.槽轮机构的组成和工作原理槽轮机构的组成和工作原理图图4-27所示为单圆销外啮合槽轮机构，它由带圆柱销的拨盘、具有径所示为单圆销外啮合槽轮机构，它由带圆柱销的拨盘、具有径向槽的槽轮和支撑它们的机架组成。在槽轮机构中，由主动拨盘利用向槽的槽轮和支撑它们的机架组成。在槽轮机构中，由主动拨盘利用圆柱销带动从动槽轮转动，完成间歇转动。主动销轮顺时针作等速连圆柱销带动从动槽轮转动，完成间歇转动。主动销

23、轮顺时针作等速连续转动，当圆销未进入径向槽时，槽轮因内凹的锁止弧被销轮外凸的续转动，当圆销未进入径向槽时，槽轮因内凹的锁止弧被销轮外凸的锁止弧锁住而静止；圆销进入径向槽时，两弧脱开，槽轮在圆销的驱锁止弧锁住而静止；圆销进入径向槽时，两弧脱开，槽轮在圆销的驱动下转动；当圆销再次脱离径向槽时，槽轮另一圆弧又被锁住，从而动下转动；当圆销再次脱离径向槽时，槽轮另一圆弧又被锁住，从而实现了槽轮的单向间歇运动。实现了槽轮的单向间歇运动。上一页 下一页返回4.3间歇机构间歇机构2.槽轮机构的类型和特点槽轮机构的类型和特点常用棘轮机构的类型和特点见常用棘轮机构的类型和特点见表表4-8。3.槽轮机构的应用槽轮机

24、构的应用槽轮机构具有结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高的特点，槽轮机构具有结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高的特点，在实际生产中应用较广。在实际生产中应用较广。图图4-28所示的电影放映机的卷片机构，是由槽轮带动胶片，作有停歇所示的电影放映机的卷片机构，是由槽轮带动胶片，作有停歇的送进，从而形成动态画面。的送进，从而形成动态画面。图图4-29所示的蜂窝煤制机模盘转位机构，也是利用槽轮机构具有间歇所示的蜂窝煤制机模盘转位机构，也是利用槽轮机构具有间歇运动特点来工作的。运动特点来工作的。上一页 下一页返回4.3间歇机构间歇机构4.3.3不完全齿轮机构不完全齿轮机构不完全齿轮机构是由普通

25、渐开线齿轮演变而成的一种间歇运动机构。不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮演变而成的一种间歇运动机构。如如图图4-30所示，将主动轮的轮齿切去一部分，当主动轮连续转动时，所示，将主动轮的轮齿切去一部分，当主动轮连续转动时，从动轮作间歇转动；从动轮停歇时，主动轮外凸圆弧和从动轮内凹圆从动轮作间歇转动；从动轮停歇时，主动轮外凸圆弧和从动轮内凹圆弧相配，将从动轮锁住，使之停止在预定位置上，以保证下次啮合。弧相配，将从动轮锁住，使之停止在预定位置上，以保证下次啮合。不完全齿轮机构有外啮合（不完全齿轮机构有外啮合（图图4-30）和内啮合（）和内啮合（图图4-31）两种，外啮）两种，外啮合两轮转向相反，内啮合

26、两轮转向相同。合两轮转向相反，内啮合两轮转向相同。不完全齿轮机构，由于主动轮被切齿的范围可按需要设计，能满足对不完全齿轮机构，由于主动轮被切齿的范围可按需要设计，能满足对从动件停歇次数、停歇和运行时间等多重要求。不完全齿轮机构，在从动件停歇次数、停歇和运行时间等多重要求。不完全齿轮机构，在从动轮运动始末有较大冲击，在运行中途较槽轮机构平稳，只适用于从动轮运动始末有较大冲击，在运行中途较槽轮机构平稳，只适用于低速、轻载的场合，但工艺比较复杂。低速、轻载的场合，但工艺比较复杂。上一页返回表表 4-1返回图图 4-4返回表表 4-3返回图图 4-8返回图图 4-9返回图图 4-10返回图图 4-11返回图图 4-12返回图图 4-13返回表表 4-4返回图图 4-18返回表表 4-5返回图图 4-19返回表表 4-6返回图图 4-20返回图图 4-21返回图图 4-23返回表表 4-7返回图图 4-24返回图图 4-25返回图图 4-26返回图图 4-27返回表表 4-8返回图图 4-28返回图图 4-29返回图图 4-30返回图图 4-31返回