《常用机构设计》PPT课件.ppt

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1、第第3章章 常用机构常用机构平面机构：各构件的相对运动平面互相平行（常用平面机构：各构件的相对运动平面互相平行（常用 的机构大多数为平面机构）。的机构大多数为平面机构）。空间机构：至少有两个构件能在三维空间中相对运动。空间机构：至少有两个构件能在三维空间中相对运动。机构：传递运动、动力或改变运动形式、轨迹等。机构：传递运动、动力或改变运动形式、轨迹等。1 1、运动副的概念、运动副的概念,画机构的运动简图；画机构的运动简图；2 2、计算机构的自由度和机构具有确定运动的条件；计算机构的自由度和机构具有确定运动的条件；本章学习要点：本章学习要点：3 3、能判别四杆机构的类型和运动特性分析；能判别四杆

2、机构的类型和运动特性分析；4 4、能能设计简单设计简单四杆四杆机构；机构；5 5、能分析凸轮机构的运动特性；能分析凸轮机构的运动特性；n机器：是执行机械运动的装置，用来变换或传递能机器：是执行机械运动的装置，用来变换或传递能 量、物料与信息。是由零件装配而成。量、物料与信息。是由零件装配而成。n零件：是机器中不可拆卸的制造单元。零件：是机器中不可拆卸的制造单元。n构件：一个零件，或是若干个零件的组合体。构件：一个零件，或是若干个零件的组合体。n机构：用运动副将若干个构件连接起来以传递运动机构：用运动副将若干个构件连接起来以传递运动和力的系统。和力的系统。n运动副：构件与构件直接接触所形成的可动

3、联接。运动副：构件与构件直接接触所形成的可动联接。复习：复习：3-1 3-1 机构的结构分析机构的结构分析3.1.1 3.1.1 平面机构的组成平面机构的组成可动联接：可动联接：既保持直接接触，又能产生一定的相对既保持直接接触，又能产生一定的相对 运动。运动。从从运动运动的角度看：由构件用运动副组成的可动联接的角度看：由构件用运动副组成的可动联接1.1.机构的组成机构的组成运动视图运动视图高副：点、线接触高副：点、线接触3.3.运动副：运动副：2 2）接触元素：点、线、面接触元素：点、线、面1 1）定义：构件间直接）定义：构件间直接接触接触所组成的所组成的可动联接可动联接3 3）类型）类型低副

4、：面接触低副：面接触(1)(1)低副：低副：转动副转动副(铰链铰链):两构件间只能作相对转动；两构件间只能作相对转动；移动副移动副:两构件间只能作相对移动；两构件间只能作相对移动；运动视图运动视图运动视图运动视图高副：施加高副：施加1 1个约束，还剩个约束，还剩2 2个自由度。个自由度。（2 2）高副：）高副：凸轮副凸轮副齿轮副齿轮副总结：约束总结：约束1个相对转动而保留个相对转动而保留2个独立移动的运动副个独立移动的运动副不可能存在，故没有其他运动副形式。不可能存在，故没有其他运动副形式。运动视图运动视图运动视图运动视图（3 3）空间运动副：）空间运动副：分析分析以下运动副的类型以下运动副的

5、类型（1 1）机）机 架架:1:1个个（3 3）从动件）从动件:要有要有确定的运动规律，由确定的运动规律，由主主动件运动规律、动件运动规律、运动副类型、机构的运动尺寸确定。运动副类型、机构的运动尺寸确定。（2 2）主主动件动件:一个或数个一个或数个,输入独立的确定运动规律输入独立的确定运动规律机构的组成机构的组成3.1.2 3.1.2 平面机构运动简图平面机构运动简图1.1.定义：用规定的符号和线条按定义：用规定的符号和线条按一定的比例一定的比例表示构件和表示构件和 运动副的运动副的相对位置相对位置，并能完全反映机构特征的简图。，并能完全反映机构特征的简图。2.2.绘制：绘制：1 1）运动副的

6、符号）运动副的符号（1 1）转动副：）转动副：（2 2）移动副：）移动副：（3 3）齿轮副：）齿轮副：（4 4）凸轮副：）凸轮副：2 2）构件的符号）构件的符号3 3）机构运动简图的绘制）机构运动简图的绘制（1 1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；（2 2）确定所有运动副的类型和数目；）确定所有运动副的类型和数目；（3 3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；（4 4）确定比例尺；）确定比例尺；（5 5）用规定的符号和线条绘制成简图。）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画（从原

7、动件开始画)n用用“1“1、2 2、3”3”标明不同的构件；标明不同的构件；n用用“A“A、B B、C”C”标明不同的转动副；标明不同的转动副；n用箭头表明原动件和转向；用箭头表明原动件和转向；n用多条斜短线标明机架。用多条斜短线标明机架。4 4）机构运动简图的绘制要求）机构运动简图的绘制要求例例1 1:试绘制如图所示试绘制如图所示偏心轮机构偏心轮机构的运动简图的运动简图例例2:画出图示柱塞油泵机构的运动简图画出图示柱塞油泵机构的运动简图 注意：注意：绘制机构运动简图时，原动件位置不同，绘制机构运动简图时，原动件位置不同，所绘运动简图的图形也不同。若原动件位置选择不所绘运动简图的图形也不同。若

8、原动件位置选择不当，构件可能互相重叠或交叉，使图形不易辨认。当，构件可能互相重叠或交叉，使图形不易辨认。可见，要清晰表达各构件的相互关系，应当选择可见，要清晰表达各构件的相互关系，应当选择恰当的原动件位置来绘图。恰当的原动件位置来绘图。运动视图运动视图例例3:试绘制内燃机的机构运动简图刨床的机构运动简图3-2 3-2 平面连杆机构平面连杆机构3.2.1 3.2.1 铰链四杆机构的类型及应用铰链四杆机构的类型及应用1.1.基本概念基本概念1)1)平面连杆机构：用平面连杆机构：用低副低副连接而成的平面机构。连接而成的平面机构。特点：运动副为低副，面接触特点：运动副为低副，面接触 承载能力大；承载能

9、力大；便于润滑，寿命长便于润滑，寿命长;几何形状简单几何形状简单便于加工，成本低。便于加工，成本低。2 2）铰链四杆机构铰链四杆机构：运动副都是转动副的四杆机构。：运动副都是转动副的四杆机构。铰链四杆机构：铰链四杆机构：44机架机架1 1，33连架杆连架杆定轴转动定轴转动22连杆连杆平面运动平面运动曲柄：作整周转动的连架杆曲柄：作整周转动的连架杆摇杆：非整周转动的连架杆摇杆：非整周转动的连架杆动画动画组成组成2.2.基本类型基本类型:根据两连架杆的运动形式根据两连架杆的运动形式1 1）曲柄摇杆机构）曲柄摇杆机构2 2）双曲柄机构）双曲柄机构3 3）双摇杆机构）双摇杆机构连架杆连架杆应用应用1

10、应用应用2应用应用1 1应用应用4应用应用3应用应用2 2应用应用1 1应用应用2 23.2.2 3.2.2 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化1 1、扩大转动副、扩大转动副:偏心轮机构偏心轮机构2 2、转动副转化成移动副：、转动副转化成移动副：曲柄滑块机构曲柄滑块机构e=0e=0，对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄滑块机构（偏距曲柄滑块机构（偏距e e）e0e0，偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构运动视图运动视图3.3.导杆机构与导杆机构与摇块机构摇块机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构定块机构定块机构摇块机构摇块机构导杆机构导杆机构摆动导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构转动导杆机构应用应用视图视图

11、视图视图视图视图3.3.1铰链四杆机构有曲柄的条件铰链四杆机构有曲柄的条件 若若1能绕能绕A整周转动，整周转动，则存在两个特殊位置则存在两个特殊位置a+db+c(1)bc+d-a即即a+bc+d(2)cb+d-a即即a+cb+d(3)(2)+(3)得得ad(1)+(2)得得2a+b+d2c+b+d即即ac(1)+(3)得得ab如如:ad4 d3-3 3-3 平面机构的工作特性平面机构的工作特性a+db+c(1)bc+(a-d)即即d+bc+a(2)c其余两杆长度之和其余两杆长度之和,故为双摇杆机构故为双摇杆机构.50200100例例1:判断下图所示四杆机构的类型判断下图所示四杆机构的类型解解:

12、160最长杆与最短杆长度之和最长杆与最短杆长度之和其余两杆长度之和其余两杆长度之和,且最短杆的相邻杆为机架且最短杆的相邻杆为机架,故为曲柄摇杆机构故为曲柄摇杆机构.如下图所示铰链四杆机构如下图所示铰链四杆机构ABCDABCD中，中，BC=50mmBC=50mm，CD=35mmCD=35mm，AD=30mmAD=30mm，取，取ADAD为机架为机架）如果该机构能成为曲柄摇杆机构，且）如果该机构能成为曲柄摇杆机构，且ABAB是曲柄，是曲柄，求求ABAB的取值范围；的取值范围；）如果该机构能成为双曲柄杆构，求）如果该机构能成为双曲柄杆构，求ABAB的取值范围；的取值范围；）如果该机构能成为双摇杆机构

13、，求）如果该机构能成为双摇杆机构，求ABAB的取值范围的取值范围例例3若该机构为双曲柄机构，则若该机构为双曲柄机构，则ABAB杆的取值范围为：杆的取值范围为：45AB55解解:1 1）该机构为曲柄摇杆机构，且）该机构为曲柄摇杆机构，且ABAB为曲柄，则为曲柄，则ABAB应为最短杆。应为最短杆。已知已知BCBC杆为最长杆杆为最长杆BC=50BC=50。AB+BCAD+CD0AB152 2）该机构如为双曲柄机构，同样应满足曲柄存在的条件，）该机构如为双曲柄机构，同样应满足曲柄存在的条件，应以最短杆为机架。现应以最短杆为机架。现ADAD为机架，则最短杆为为机架，则最短杆为ADAD3030，最长杆可能

14、为最长杆可能为BCBC杆，也可能是杆，也可能是ABAB杆。杆。若若AB杆为最长杆杆为最长杆(AB50)：AD+ABBC+CD AB55即即50AB55若若BC杆为最长杆杆为最长杆(AB50)：AD+BCAB+CD AB45即即45AB50ABAD+CD+BCAB11555AB115 3）欲使该机构为双摇杆机构）欲使该机构为双摇杆机构(1)最短杆与最长杆之和应大于另外二杆之和。现在的最短杆与最长杆之和应大于另外二杆之和。现在的关键是谁是最短、最长杆？关键是谁是最短、最长杆？若若AB杆最短杆最短(AB30)，则最长杆为，则最长杆为BC：AB+BCCD+AD 15AB30若若AD杆最短杆最短 AD+

15、BCAB+CD 30AB45.AB杆最长：杆最长：AD+ABBC+CDAB55综上分析：综上分析：AB杆的取值为：杆的取值为：15AB45或者或者55AB115.BC杆最长杆最长(30AB50)(2)满足长度条件满足长度条件,但但BC不为最短杆不为最短杆,推论推论3不成立不成立3.3.2铰链四杆机构的基本特性铰链四杆机构的基本特性 1.1.急回运动急回运动1 1）极位夹角）极位夹角（C C2 2ACAC1 1）:摇杆处于极限位置时曲柄摇杆处于极限位置时曲柄所夹锐角。所夹锐角。工工作作行行程程:从动件从动件空回行程空回行程:ABAB1 1ABAB2 2ABAB2 2ABAB1 1 原原动动件件作

16、作匀匀速速转转动动，从从动动件件作作往往复复运运动动的的机机构构，从从动动件工作（正）行程和空回（反）行程的平均速度不相等。件工作（正）行程和空回（反）行程的平均速度不相等。2 2）机构的急回运动特性：）机构的急回运动特性：3)3)行程速比系数行程速比系数2.2.压力角和传动角压力角和传动角1 1）压力角）压力角:从动件上点从动件上点c的受力方向与速度方向的受力方向与速度方向所夹的锐角。所夹的锐角。2 2）传动角）传动角：压力角的余角，：压力角的余角，F F与与FnFn夹角，夹角，切向分力：切向分力：法向分力：法向分力：3 3）最小传动角）最小传动角minmin为了保证机构的传力性能良好：为了

17、保证机构的传力性能良好：传递大功率的机构（冲床）：传递大功率的机构（冲床）：最小传动角出现在曲柄与机架两次共线的一处。最小传动角出现在曲柄与机架两次共线的一处。经常用经常用衡量机构的传动质量衡量机构的传动质量,传动角传动角愈大，压力角愈大，压力角愈小，机构传力性能愈好，传动角愈小，机构传力性能愈好，传动角=90=90，传动最有利。，传动最有利。3.3.死点死点机构停在死点位置，不能起动。机构停在死点位置，不能起动。运转时，靠惯性冲过死点。运转时，靠惯性冲过死点。运动视图运动视图利用死点实例利用死点实例下下图图所所示示六六杆杆机机构构中中,各各构构件件的的尺尺寸寸为为:l lABAB30mm,3

18、0mm,l lBCBC55mm,55mm,l lADAD=50mm,=50mm,l lCDCD=40mm,=40mm,l lDEDE20mm,20mm,l lEFEF60mm.60mm.滑滑块块为为运运动输出构件动输出构件.试确定：试确定：）四杆机构）四杆机构ABCDABCD的类型的类型）作滑块的行程？）作滑块的行程？）求机构的最小传动角）求机构的最小传动角minmin？例例4:）四杆机构）四杆机构ABCDABCD中，最短杆中，最短杆ABAB，最长杆，最长杆BCBC 因为因为l lABABl lBCBCl lCDCDl lADAD 且以最短杆且以最短杆ABAB的邻边为机架故四杆机构的邻边为机架

19、故四杆机构ABCDABCD为曲为曲柄摇杆机构柄摇杆机构答案：答案：3)3)机构的最小传动角机构的最小传动角minmin出现在出现在CDCD杆垂直于导路时杆垂直于导路时（即（即EDED导路）导路）COSCOSminminED/EF COSED/EF COSminmin1/31/3minmin78.478.4o o2)2)3-6 3-6 凸轮机构凸轮机构3.6.1 3.6.1 凸轮机构的组成、应用和分类凸轮机构的组成、应用和分类 1.组成：组成：凸轮：一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通过高副接触凸轮：一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通过高副接触从动件：平动，摆动从动件：平动，摆动机架机架工程实例工程实

20、例1 工程实例工程实例2工程实例工程实例3工程实例工程实例42.应用：应用：当从动件的位移、速度、加速度必须严格按照预定当从动件的位移、速度、加速度必须严格按照预定规律变化时，常用凸轮机构。规律变化时，常用凸轮机构。3.3.分类：分类：1 1）按凸轮的形状：）按凸轮的形状：盘形凸轮机构盘形凸轮机构平面凸轮机构平面凸轮机构移动凸轮机构移动凸轮机构平面凸轮机构平面凸轮机构圆柱凸轮机构圆柱凸轮机构空间凸轮机构空间凸轮机构2 2）按从动件的型式：）按从动件的型式：平底从动件：用于高速。平底从动件：用于高速。尖底从动件：用于低速；尖底从动件：用于低速；滚子从动件：应用最普遍；滚子从动件：应用最普遍；3

21、3）按从动件的运动形式：）按从动件的运动形式：直动从动件：往复直线运动直动从动件：往复直线运动对心直动从动件对心直动从动件摆动从动件：往复摆动摆动从动件：往复摆动偏置直动从动件偏置直动从动件4 4）按锁合的方式：）按锁合的方式：力锁合（重力、弹簧力）力锁合（重力、弹簧力）几何锁合几何锁合运动视图运动视图3.6.2 3.6.2 凸轮机构工作过程及从动件常见运动规律凸轮机构工作过程及从动件常见运动规律 1.1.凸轮机构工作过程凸轮机构工作过程偏距偏距e e：1)1)几个概念几个概念尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构尖底偏置直动从动件盘形凸轮机构基圆：凸轮轮廓上最小基圆：凸轮轮廓上最小 向径为半径的圆向

22、径为半径的圆偏距圆偏距圆2 2）凸轮机构工作过程）凸轮机构工作过程近休止角：近休止角：S S=AOD=AOD从动件位移线图从动件位移线图(从动件速度线图，加速度线图从动件速度线图，加速度线图)行程：行程：h(h(最大位移最大位移)上升上升停停降降停停推程运动角：推程运动角：=BOB=AOBBOB=AOB1 1远休止角：远休止角：S=S=BOC=BBOC=B1 1OCOC1 1回程运动角：回程运动角：=C=C1 1ODOD2.2.从动件常见运动规律从动件常见运动规律刚性冲击：刚性冲击：由由于于加加速速度度发发生生无无穷穷大大突突变变而而引起的冲击称为刚性冲击。引起的冲击称为刚性冲击。1 1）匀速

23、运动规律（推程段）匀速运动规律（推程段）行程起始位置：行程起始位置：行程终止位置：行程终止位置：2 2）等加速等减速运动规律）等加速等减速运动规律柔性冲击柔性冲击 ：加速度发生有限值的突变加速度发生有限值的突变 （适用于中速场合）（适用于中速场合）定义：从动件在一个推程或定义：从动件在一个推程或回程中，前半程作等加速运动，回程中，前半程作等加速运动，后半程作等减速运动。后半程作等减速运动。加速度加速度=减速度减速度 3 3）余）余(简简)弦运动规律弦运动规律运动特征：运动特征：若若 为零，无冲击，为零，无冲击，若若 不为零，有冲击不为零，有冲击 3.6.3 3.6.3 盘形凸轮轮廓曲线设计盘形

24、凸轮轮廓曲线设计设计方法：作图法，解析法设计方法：作图法，解析法转向转向,作图法设计凸轮轮廓作图法设计凸轮轮廓.已知已知反反转转法法1 1、尖底直动从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓设计：、尖底直动从动件盘形凸轮机构凸轮轮廓设计：已知已知 转向转向步骤：步骤：1.1.作基圆、偏距圆和从动件导路；作基圆、偏距圆和从动件导路；2.2.将推程、回程运动角作若干等分；将推程、回程运动角作若干等分；3.3.以以ococ0 0开始，将基圆按推程、远休开始，将基圆按推程、远休止、回程、近休止角分别画出，并止、回程、近休止角分别画出，并将推程、回程角分成相应等分的点将推程、回程角分成相应等分的点C C；4.4.过相应

25、点作偏距圆的切线；过相应点作偏距圆的切线；5.5.沿切线自基圆开始取从动件相应沿切线自基圆开始取从动件相应的位移量得到一系列点的位移量得到一系列点B B；6.6.用光滑的曲线将用光滑的曲线将B B点串联即得；点串联即得；（3 3）在理论轮廓上画出一系列滚子，画出滚子的）在理论轮廓上画出一系列滚子，画出滚子的 内包络线内包络线实际轮廓曲线。实际轮廓曲线。设计滚子从动件凸轮机构时，设计滚子从动件凸轮机构时，凸轮的基圆半径是指理论轮廓凸轮的基圆半径是指理论轮廓曲线的基圆半径曲线的基圆半径。2 2、滚子从动件、滚子从动件（1 1）去掉滚子，以滚子中心为尖底。）去掉滚子，以滚子中心为尖底。（2 2）按照

26、上述方法作出轮廓曲线）按照上述方法作出轮廓曲线理论轮廓曲线理论轮廓曲线计算机辅助设计计算机辅助设计3.6.4 3.6.4 凸轮工作轮廓的校核凸轮工作轮廓的校核1.运动失真运动失真滚子半径滚子半径r rT T必须小于理论必须小于理论轮廓曲线外凸部分的最小轮廓曲线外凸部分的最小曲率半径曲率半径minmin.回程回程=7080=70802.2.凸轮机构的压力角和自锁凸轮机构的压力角和自锁1 1）压力角：接触点法线与从动件）压力角：接触点法线与从动件作用点速度方向所夹的锐角。作用点速度方向所夹的锐角。2)2)自锁自锁3 3）许用压力角）许用压力角压力角压力角，有效分力，有效分力，有害分，有害分力力，到

27、一定程度将卡死。，到一定程度将卡死。直动从动件直动从动件推程推程=3040=30404 4）压力角的影响因数）压力角的影响因数压力角压力角，基圆半径，基圆半径，结构尺寸，结构尺寸为保证结构紧凑，压力角不宜过小。为保证结构紧凑，压力角不宜过小。凸轮轴半径凸轮轴半径3.7 3.7 间歇运动机构间歇运动机构 3.7.1 3.7.1 棘轮机构棘轮机构 1.1.棘轮机构的工作原理棘轮机构的工作原理 摆杆摆杆1 1左右摆动，当摆杆左左右摆动，当摆杆左摆时，棘爪摆时，棘爪4 4插入棘轮插入棘轮3 3的齿内推的齿内推动棘轮转过某一角度。动棘轮转过某一角度。当摆杆右摆时，棘爪当摆杆右摆时，棘爪4 4滑过棘滑过棘

28、轮轮3 3，而棘轮静止不动，往复循，而棘轮静止不动，往复循环。制动爪环。制动爪55防止棘轮反转防止棘轮反转 这种有齿的棘轮其进程的变化这种有齿的棘轮其进程的变化最少是最少是1 1个齿距，且工作时有响个齿距，且工作时有响声。声。动画动画2.2.棘轮机构的其它类型棘轮机构的其它类型 1)1)摩擦棘轮（无声棘轮）摩擦棘轮（无声棘轮）组成组成:外套筒外套筒1 1、内套筒、内套筒3 3之间装有受压缩弹簧作用之间装有受压缩弹簧作用的滚子的滚子2 2。当外套筒顺时针转动，滚子当外套筒顺时针转动，滚子楔紧，内套筒转动。楔紧，内套筒转动。当外套筒逆时针转动，滚子当外套筒逆时针转动，滚子松开，内套筒不动。松开，内

29、套筒不动。由于摩擦传动会出现打滑现象，不适于从动件转角要求由于摩擦传动会出现打滑现象，不适于从动件转角要求精确的地方。精确的地方。工作原理工作原理2)2)双向棘轮双向棘轮 动画动画双动式棘轮双动式棘轮a双动式棘轮双动式棘轮b摩擦棘轮摩擦棘轮回转棘轮回转棘轮3.7.2 3.7.2 槽轮机构槽轮机构 1 1、组成、组成:具有径向槽的槽轮，具有径向槽的槽轮，具有圆销的构件，机架具有圆销的构件，机架 2 2工作原理：工作原理：构件构件11连续转动；连续转动；构件构件2 2（槽轮）（槽轮）时而转动，时而静止时而转动，时而静止 当构件当构件1 1的圆销的圆销A A尚未进入槽轮的径尚未进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁住弧被构件向槽时，槽轮的内凹锁住弧被构件1 1的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动。的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动。当构件当构件1 1的圆销的圆销A A开始进入槽轮径向槽的位开始进入槽轮径向槽的位置，锁住弧被松开，圆销驱使槽轮传动。置，锁住弧被松开，圆销驱使槽轮传动。当圆销开始脱出径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被构当圆销开始脱出径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被构件件1 1的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动。的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动。运动视图运动视图动画动画齿轮副齿轮副凸轮副凸轮副双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构