工信版（中职）机械基础（第5单元）电子课件.ppt

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1、Y CF（中职）机械基础（第5 单元）电子课件模块一 平面机构的组成 机 械 设 备 中 常 用 的 机 构 有：平 面 四 杆 机 构、凸 轮 机 构 和 多种间歇运动机构等。一、平面机构概述 机构是指两个或两个以上的构件通过活动联接以实现规定运动的构件组合。或者说，机构是具有确定的相对运动构件的组合体，是用来传递运动和力的构件系统。机构按其运动空间进行分类，可分为平面机构和空间机构。其中平面机构是指机构中所有构件都在同一平面或相互平行平面内运动的机构。模块一 平面机构的组成 二、构件 构件是组成机构的基本的运动单元，多数构件是由若干零件固定连接而组成的刚性组合，如齿轮构件就是由轴、键和齿轮

2、连接组成的。机构中的构件分为固定件（机架）、原动件和从动件三类。在机构运动简图中，构件可用直线（或小方块）表示。模块一 平面机构的组成 1 具有转动副的构件 图5-4 所示是具有转动副的不同形状和横截面的杆状构件。模块一 平面机构的组成 2 具有移动副和转动副的构件 内燃机里的活塞与气缸体组成移动副，活塞与连杆组成转动副，其中活塞通常统称为滑块。3 具有两个移动副的构件 具有两个移动副的构件不多见，其中最常见的构件是十字滑块式联轴器的中间滑块。三、运动副 构件与构件之间既保持直接接触和制约，又保持确定的相对运动的可动连接称为运动副。运动副分为平面运动副和空间运动副。两构件在同一平面内所组成的运

3、动副称为平面运动副。平面运动副包括低副和高副。模块一 平面机构的组成 1 低副 构件之间通过面接触所形成的运动副称为低副，常见的平面低副有转动副和移动副。低副的接触面一般为平面，承载时压强较小，容易制造和维修，承载能力大，但低副磨损较大，传动效率较低，不能传递较复杂的运动。（1）转动副（或称为铰链）是指组成运动副的两构件在接触处仅做相对转动的运动副。转动副通常由圆柱面与圆柱孔组成。例如，内燃机的活塞与连杆属于转动副。转动副表示方法是：圆圈表示转动副，直线表示构件，带斜线部分表示固定构件（或机架），三角形通常表示原动件。模块一 平面机构的组成（2）移动副是指组成运动副的两构件在接触处仅做相对移动

4、的运动副。移动副一般由滑块与导槽组成，如内燃机的活塞与汽缸之间的连接就属于移动副。转动副表示方法是：方块表示滑块，直线表示构件，带斜线部分表示固定构件（或机架）。模块一 平面机构的组成（3）螺旋副是指组成运动副的两构件在接触处仅做螺旋面转动的运动副。螺旋副通常由丝杠与螺母组成，构成螺旋副的两构件的运动为空间的螺旋曲面，不属于平面运动副范畴。转动副表示方法是：方块表示螺母，直线与螺纹线表示丝杠，带斜线部分表示固定螺母（或固定丝杠）。利用螺旋副可传递动力和运动，可使主动件的回转运动转换为从动件的直线运动。模块一 平面机构的组成 2 高副 两构件之间通过点（或线）接触形成的运动副称为高副。例如，齿轮

5、的啮合（齿轮副）、凸轮与从动件的接触（凸轮副）、滚动轮与轨道的接触等都属于高副。高副可用两构件直接接触处的轮廓表示。由于高副是以点或线相接触，其接触部分的压强较高，因此，易磨损，寿命短，制造和维修较困难，但高副可传递较复杂的运动。模块一 平面机构的组成 四、平面机构运动副简图 机构运动简图是采用简单符号表示运动副的类型，按一定比例确定运动副的相对位置以及与运动有关的尺寸，用来表示机构各构件运动关系的图形。对于只为了表示机构的结构和运动情况，而不严格按比例绘制的简图，通常称为机构示意图。五、绘制平面机构运动简图（1）观察机构的运动情况，找出原动件、从动件和机架。（2）根据相连两构件之间的相对运动

6、性质和接触情况，确定各个运动副的类型。（3）根据机构实际尺寸和图样大小，确定合适的长度比例尺（实际长度/图示长度）。按照各运动副间的距离和相对位置（如回转中心、中心线），采用规定的符号将各个运动副表示出来。（4）用线条将同一构件上的运动副连接起来，就完成了机构运动简图。模块一 平面机构的组成 例5 1 图5-12 所示是单缸内燃机结构图，已知LAB=75mm，LBC=300mm，试绘制单缸内燃机的机构运动简图。解：（1）在内燃机中，活塞是原动件，曲轴是从动件。活塞的往复直线运动经连杆变换为曲轴的旋转运动。（2）活塞与缸体（机架）组成移动副，活塞与连杆在C 点组成转动副；曲轴与缸体在A 点组成转

7、动副，曲轴与连杆在B 点组成转动副。（3）选择合适的比例尺，按规定符合绘制机构运动简图，如图5-12b 所示。模块二 平面四杆机构 平面连杆机构是由多个构件在同一平面或相互平行的平面内组合而成的，也称为低副机构。平面连杆机构中的构件大部分呈长杆形状，习惯上将此类构件称为杆件，杆件与杆件之间用转动副或移动副连接而成。最简单的平面连杆机构是由四个构件用低副连接而成的平面四杆机构。根据平面四杆机构有无移动副进行分类，平面四杆机构可分为铰链四杆机构和滑块四杆机构两大类。模块二 平面四杆机构 一、铰链四杆机构 平面四杆机构中的运动副都是转动副时，此类机构称为铰链四杆机构。在铰链四杆机构中，四个杆件经过4

8、 个铰链（即转动副）连接即形成铰链四杆机构，其中固定不动的构件4 称为机架。两连架杆之一均可做原动件。1 铰链四杆机构的类型 在铰链四杆机构中，根据两连架杆的运动形式进行分类，可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。模块二 平面四杆机构（1）曲柄摇杆机构。如果铰链四杆机构中的两连架杆中有一个为曲柄，另一个为摇杆，则该机构称为曲柄摇杆机构。当曲柄作连续等速转动时，摇杆将在一定角度内作变速的往复摇动。如果曲柄为原动件时，曲柄摇杆机构可将曲柄的连续等速圆周转动转换为摇杆的往复摆动。如果摇杆为原动件时，曲柄摇杆机构的功能是：将摇杆的往复摆动转换为曲柄的连续圆周转动示。模块二 平面四杆机

9、构（2）双曲柄机构。如果铰链四杆机构中的两连架杆都是能作整周转动的曲柄，则该机构称为双曲柄机构。当其中一个曲柄作连续等速整周转动时，另一个从动曲柄通常也作整周转动。如果两曲柄的长度不相等，则从动曲柄只能作变速转动。如果两曲柄的长度相等且平行，则称该双曲柄机构为平行双曲柄机构，其从动曲柄也作匀速转动。当双曲柄的转向相同时，双曲柄的角速度相等，该机构又可称为同向双曲柄机构；当双曲柄的转向相反时，双曲柄的角速度不相等，该机构可称为反向双曲柄机构。模块二 平面四杆机构（3）双摇杆机构。如果铰链四杆机构中的两连架杆都是摇杆，则该机构称为双摇杆机构。双摇杆机构中不存在曲柄。双摇杆机构在机械设备上的应用也很

10、广泛，如电风扇摇头机构就是利用双摇杆机构工作的，鹤式起重机（或港口起重机）也是应用双摇杆机构的实例。模块二 平面四杆机构 2 铰链四杆机构的类型判定 铰链四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构中各构件长度之间的关系。（1）如果铰链四杆机构中最长杆与最短杆长度之和，小于或等于其余两杆长度之和（杆长和条件），则该机构可能存在曲柄，但还要看选取哪一个杆件作为机架，才能确定是否存在曲柄。如果以最短杆作为连架杆，以最短杆的相邻杆为机架，则该机构一定是曲柄摇杆机构，而且最短杆为曲柄；如果以最短杆作为机架，则相邻两杆均为曲柄，该机构一定是双曲柄机构；如果以最短杆作连杆，最短杆的对面杆作为机架，则该机构为双摇杆机

11、构。模块二 平面四杆机构（2）如果铰链四杆机构中最长杆与最短杆长度之和，大于其他两构件长度之和时，则不论取哪个杆件作为机架，该机构均无曲柄存在，该机构只能是双摇杆机构。例5 2 如图5-26 所示，已知构件的尺寸，如果分别以构件AB、BC、CD、DA 为机架，分析该机构应属于铰链四杆机构中的哪类基本形式？解：构件AB 为最短杆，构件BC为最长杆，因为，满足杆长和条件。（1）如果以构件AB 为机架，因最短杆AB 为机架，两连架杆均为曲柄，此时该机构为双曲柄机构。（2）如果以构件BC 或AD 为机架，因最短杆AB 为连架杆，且为曲柄，所以得到曲柄摇杆机构。（3）如果以构件CD 为机架，因最短杆AB

12、 为连杆，不能满足最短杆条件，机构无曲柄，此时该机构为双摇杆机构。模块二 平面四杆机构 二、滑块四杆机构 滑块四杆机构是指含有移动副的四杆机构，简称滑块机构。滑块四杆机构按机构含有的滑块数目进行分类，可分为单滑块机构和双滑块机构。常用滑块四杆机构主要有曲柄滑块机构、导杆机构、摇杆滑块机构、曲柄摇块机构等。1 曲柄滑块机构 曲柄滑块机构是由曲柄、连杆、滑块和机架组成的机构。模块二 平面四杆机构 2 导杆机构 导杆机构是指连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构。导杆机构包括曲柄转动导杆机构和曲柄摆动导杆机构。在曲柄滑块机构中，如果，将构件1 作为机架，构件2 作为原动件，则当构件2 作圆周转动

13、时，构件3(滑块)沿连架杆（又称为导杆）移动并作平面运动，导杆4 将作整周回转运动，该机构称为曲柄转动导杆机构。模块二 平面四杆机构 在曲柄滑块机构中，如果，将构件1 作为机架，构件2 作为原动件，则当构件2 作圆周转动时，构件3(滑块)沿连架杆（又称为导杆）移动并作平面运动，导杆4 将作往复摆动运动，该机构称为曲柄摆动导杆机构。曲柄摆动导杆机构的功能是：将曲柄的圆周运动转换为导杆的往复摆动。例如，插床、牛头刨床的主运动机构就利用了曲柄摆动导杆机构。模块二 平面四杆机构 3 摇杆滑块机构 在曲柄滑块机构中，如果仅将滑块3 作为机架，BC 杆作为绕铰链C 摆动的摇杆，AC 杆在滑块中作往复移动，

14、则该机构就称为摇杆滑块机构（或称定块机构）。摇杆滑块机构的功能是：将连杆的往复摆动转换为导杆的往复移动。例如，手压抽水机机构就利用了摇杆滑块机构。模块二 平面四杆机构 4 曲柄摇块机构 在曲柄滑块机构中，如果将连杆BC 作为机架，曲柄AB 作整周转动，滑块只能绕铰链C 摆动，导杆AC 杆在滑块中作往复摆动，则该机构就称为曲柄摇块机构（或称摇块机构）。曲柄摇块机构的功能是：将曲柄的整周转动（或往复摆动）转换为滑块的往复摆动。例如，自卸汽车的翻斗机构就利用了曲柄摇块机构。模块二 平面四杆机构 三、平面四杆机构的基本特性 1 急回特性 在曲柄摇杆机构中，当曲柄作匀速转动时，摇杆来回摆动的速度不相等，

15、即摇杆摆动回来的速度快，摆动过去的速度慢，这种摇杆快速摆回的特性称为急回特性。在往复式工作的机械（如插床、插齿机、刨床、搓丝机等）中，常利用机构的急回特性来缩短空行程的时间，以提高生产率。模块二 平面四杆机构 2 压力角与传动角 曲柄摇杆机构中，主动件曲柄AB 经连杆BC 传递到从动件摇杆CD 上，摇杆上C 点受到的力F 与C 点的运动速度之间所夹的锐角，称为机构在该位置的压力角。压力角的余角称为传动角。压力角越小或传动角越大，对机构的传动越有利；压力角越大或传动角越小，会使转动副中的压力增大，磨损加剧，降低机构的传动效率。因此，压力角不能太大或传动角不能太小，通常规定工作行程中的最小传动角是

16、40 50。模块二 平面四杆机构 3 死点位置 在曲柄摇杆机构中，如果主动件是摇杆，曲柄是从动件，当摇杆在左、右两个极限位置时，连杆与曲柄共线，通过连杆施加于曲柄的作用力正好经过曲柄的转动中心，连杆对曲柄A 点的推动力矩为零，无法使曲柄转动，此时整个机构处于静止状态。机构中出现死点现象的位置称为死点位置。模块三 凸轮机构 凸轮机构是指由凸起（或凹槽）轮廓形状的凸轮、从动件和机架所组成的高副机构。一、凸轮机构的类型和应用 凸轮机构主要用于转换运动形式，它可将凸轮的连续转动或移动转换为从动件的连续或间歇的往复移动或摆动。1 按凸轮的外部形状分类 凸轮机构按凸轮的外部形状进行分类，可分为盘形凸轮机构

17、、移动凸轮机构、圆柱凸轮机构等。（1）盘形凸轮机构是凸轮机构的常见形式，属于平面凸轮机构。当凸轮作匀速转动时，从动件随凸轮轮廓径向的变化而上下移动。盘形凸轮结构简单，从动件的行程不大，多用于行程较短的场合，如手摇式补鞋机、家用塑钢窗的锁紧凸轮机构、绕线机的引线机构等。模块三 凸轮机构（2）移动凸轮机构也属于平面凸轮机构，当移动凸轮相对于机架沿左右直线运动时，从动件将沿竖直方向上下移动。实际上，移动凸轮是由盘形凸轮演变而来，即将盘形凸轮从中心展开而得到的。与盘形凸轮机构相比，移动凸轮机构的从动件位移可以比盘形凸轮机构大些。在机械工程中，移动凸轮机构也有较广的应用，如靠模车削加工机构就是典型的移动

18、凸轮机构。车削加工过程中，移动凸轮作为靠模板，在机架上固定，被加工件作回转运动，刀架（从动件）依靠滚子在移动凸轮的轮廓曲线驱动下作横向进给，从而连续地车削出与靠模板轮廓曲线一致的工件。模块三 凸轮机构（3）圆柱凸轮机构是在圆柱面上开槽（或在圆柱端面上制出轮廓曲线）制成的，它也可看成是将移动凸轮卷曲在圆柱体上形成的。圆柱凸轮机构属于空间凸轮机构。2 按从动件的端部形状及从动件的运动形式分类 凸轮机构按从动件的端部形状及从动件的运动形式进行分类，可分为尖顶从动件凸轮机构、滚子从动件凸轮机构、平底从动件凸轮机构、曲面从动件凸轮机构等。3 按凸轮与从动件之间的锁合方式分类 锁合是使凸轮与从动件始终保持

19、接触状态。凸轮机构按凸轮与从动件之间的锁合方式进行分类，可分为力锁合凸轮机构和形锁合凸轮机构。模块三 凸轮机构 二、凸轮机构的结构和制造材料 1 凸轮的结构 按凸轮的大小分类，凸轮结构主要有整体式凸轮轴和组合式凸轮两大类。（1）整体式凸轮轴结构紧凑，所占空间较小，可减小机器的体积。（2）组合式凸轮。当凸轮的轮廓与轴的直径相差较大时，可将凸轮和轴分别制成零件，然后再用紧固件连接在一起。模块三 凸轮机构 2 凸轮和滚子的制造材料 凸轮和滚子的制造材料主要是调质钢（如45 钢、40Cr 钢、38CrMoAl 等）、渗碳钢（如20Cr 钢、20CrMnTi 钢的等）以及灰铸铁（如HT250、HT300

20、等）、球墨铸铁（如QT800-2、QT900-2）等。不管采用何种材料制造凸轮，通常都需要对凸轮进行合理的热处理才能满足使用要求。三、凸轮机构的特点 凸轮机构结构简单、紧凑，动作精确可靠，容易实现预定的运动规律。但由于凸轮与从动件之间是高副接触，又不易润滑，因此，凸轮和从动件容易磨损。另外，凸轮轮廓线比较复杂，不易加工，凸轮机构传递的力不易太大，而且受凸轮尺寸的限制，从动件的行程也较小。模块三 凸轮机构 四、凸轮机构运动分析 在凸轮机构中，从动件的运动是由凸轮的轮廓曲线决定的。1 从动件的运动曲线 从动件的运动规律是指从动件的位移s随时间t 变化的规律。通常将从动件的位移s、速度、加速度随 而

21、变化的直角坐标曲线称为从动件的运动线图，它可直观地反映从动件的运动规律。模块三 凸轮机构 2 盘形凸轮的运动分析 以凸轮轮廓的最小半径rb为半径所作的圆称为凸轮的基圆，rb为基圆半径。从动件在图中处于即将上升的起始位置，其尖顶与凸轮在A 点接触。当凸轮以匀角速度顺时针转动时，凸轮轮廓AB 段逐步推动从动件按预定运动规律上升到最高位置B，这个过程称为推程，从动件移动的距离h 称为升程，对应的凸轮转角称为升程角。3 凸轮机构的传力特性 凸轮机构在工作过程中，从动件与凸轮轮廓上各点接触时，因为其所受的推力F 的方向是变化的，因此，凸轮轮廓上各点的压力角大小也是变化的。模块四 间歇运动机构 间歇运动机

22、构是指能够将主动件的连续匀速转动转换为从动件的周期性间歇运动。间歇运动机构有多种，其中应用最多的是棘轮机构和槽轮机构。一、棘轮机构 棘轮机构是由棘轮和棘爪组成的一种单向间歇运动机构。棘轮机构可将主动件的连续转动或往复运动转换成从动件的单向步进运动（或间歇运动）。1 棘轮机构的组成 棘轮机构由棘轮、工作棘爪、止逆棘爪、摇杆以及机架等组成。在棘轮机构中，主动件是棘爪（铰接在连杆机构的摇杆上），当摇杆逆时针摆动时，装在摇杆上的工作棘爪插入棘轮的齿槽中，推动棘轮转过一定角度；当摇杆顺时针摆动时，止逆棘爪阻止棘轮转动，棘爪在棘齿背上滑过，此时棘轮停歇不动。模块四 间歇运动机构 2 棘轮机构的类型及应用

23、根据棘轮机构的工作原理进行分类，棘轮机构可分为齿啮式棘轮机构和摩擦式棘轮机构。根据棘轮机构的结构特点进行分类，棘轮机构可分为外接式棘轮机构和内接式棘轮机构。（1）齿啮式棘轮机构是依靠棘爪的尖齿与棘轮的凹齿之间的啮合来传递运动的。齿啮式棘轮机构和摩擦式棘轮机构的从动件转动的角度大小是由主动棘爪摇过的角度决定的。齿啮式棘轮机构和摩擦式棘轮机构分为外接式棘轮机构和内接式棘轮机构两种。例如，自行车的后轴链轮装置就是内接式齿啮棘轮机构，棘爪安装在自行车后轴上，链轮的外圈是链轮齿，内圈是棘轮。模块四 间歇运动机构（2）摩擦式棘轮机构的棘爪与棘轮之间是依靠摩擦楔块（或滚子）的挤压力传递运动，其运动特点是可实

24、现无级调整转角，运动过程平稳无噪声，但会出现打滑现象，使得转角精度降低。摩擦式棘轮机构主要用于低速、轻载的间歇传动机构。模块四 间歇运动机构 3 棘轮机构转角的调节 棘轮机构的转角需要根据工作要求随时调整，棘轮转角的调节方法有两种：一是通过调节曲柄摇杆机构中曲柄的长度来改变摇杆的摆角，从而改变棘轮的转角；二是利用遮板调节棘轮的转角。模块四 间歇运动机构 4 棘轮转动方向的调整 棘轮机构中，棘轮的转动方向不一定是单向固定不动的，有时可根据需要实现双向来回转动。随着摇杆的往复摆动，当棘爪在实线位置时，棘轮沿逆时针方向作间歇转动；当棘爪翻转到虚线位置时，棘轮沿顺时针方向作间歇转动。通常将可变向棘轮机

25、构中的棘爪爪端设计成对称结构，棘轮一般采用对称齿形。模块四 间歇运动机构 二、槽轮机构 槽轮机构是由机架、带有径向槽的槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构，又称马尔他机构。它常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。1 槽轮机构的组成 槽轮机构由带圆柱销的拨盘、带径向槽的槽轮以及机架组成。模块四 间歇运动机构 2 槽轮机构的类型 槽轮机构根据槽轮与拨盘的转动方向进行分类，可分为外槽轮机构和内槽轮机构。其中外槽轮机构的主动拨盘与从动槽轮的转动方向相反；内槽轮机构的主动拨盘与从动槽轮的转动方向相同。槽轮机构根据拨盘上圆柱销的数目进行分类，可分为单圆柱销槽轮机构、双圆柱销槽轮机构和多圆柱销槽轮机构等。模块四 间歇运动机构 3 槽轮机构的运动特点 单圆柱销外啮合槽轮机构的运动特点是：拨盘每转一周，槽轮只作一次与拨盘转动方向相反的转动。双圆柱销外啮合槽轮机构的拨盘上有两个圆柱销，其运动特点是：拨盘每转一周，槽轮可作两次与拨盘转动方向相反的转动。如果是内啮合槽轮机构，拨盘与槽轮具有相同的转动方向，同时机构更加紧凑。电影放映机的卷片机构是利用槽轮机构制成的。当拨盘转动一周时，槽轮转过1/4 周，胶片移动一个画面，并停留一定时间。拨盘连续转动，槽轮带动胶片重复间歇运动，利用人眼的视觉暂留特性，可使人感觉看到的是连续的画面。