常用機(jī)構(gòu)簡介

——祁士森常用機(jī)構(gòu)簡介目錄一.機(jī)構(gòu)簡介二.平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件三.平面連桿機(jī)構(gòu)四.凸輪機(jī)構(gòu)五.齒輪機(jī)構(gòu)六.間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)和機(jī)器的區(qū)別

機(jī)構(gòu)只是一個(gè)構(gòu)件系統(tǒng)，而機(jī)器除構(gòu)件系統(tǒng)外，還包含電氣、液壓等其它系統(tǒng)機(jī)構(gòu)只用來傳遞運(yùn)動(dòng)和力，而機(jī)器除傳遞運(yùn)動(dòng)和力外，還具有變換或傳遞能量、物料和信息的功能構(gòu)件分成以下幾種機(jī)架（固定構(gòu)件）活動(dòng)構(gòu)件主動(dòng)件從動(dòng)件其中，運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的活動(dòng)構(gòu)件稱為原動(dòng)件，輸出運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力的從動(dòng)件稱為輸出件。機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動(dòng)副機(jī)構(gòu)的組成要素是構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副12341--連桿體2--螺栓3--螺母4--連桿蓋由若干零件組成的構(gòu)件——連桿二、運(yùn)動(dòng)副及其分類運(yùn)動(dòng)副：機(jī)構(gòu)中兩構(gòu)件直接接觸的可動(dòng)聯(lián)接。約束：兩構(gòu)件用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接后，彼此的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到某些限制。運(yùn)動(dòng)副元素：兩構(gòu)件上參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的部分，如點(diǎn)、線、面。構(gòu)件自由度：構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目。一個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件具有三個(gè)自由度。運(yùn)動(dòng)副的分類根據(jù)運(yùn)動(dòng)副的接觸形式，運(yùn)動(dòng)副歸為兩類1）低副：面接觸的運(yùn)動(dòng)副。如轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副。2）高副：點(diǎn)或線接觸的運(yùn)動(dòng)副。如齒輪副、凸輪副。也可將運(yùn)動(dòng)副分為平面運(yùn)動(dòng)副和空間運(yùn)動(dòng)副。1）平面運(yùn)動(dòng)副：組成運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件間作相對(duì)平面運(yùn)動(dòng)，如轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、凸輪副、齒輪副。2）空間運(yùn)動(dòng)副：組成運(yùn)動(dòng)副兩構(gòu)件間作相對(duì)空間運(yùn)動(dòng)。如螺旋副，球面副。運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制方法步驟：確定構(gòu)件數(shù)目及原動(dòng)件、輸出構(gòu)件各構(gòu)件間構(gòu)成何種運(yùn)動(dòng)副？（注意微動(dòng)部分）選定比例尺、投影面，確定原動(dòng)件某一位置，按規(guī)定符號(hào)繪制運(yùn)動(dòng)簡圖標(biāo)明機(jī)架、原動(dòng)件和作圖比例尺繪制路線：原動(dòng)件中間傳動(dòng)件輸出構(gòu)件觀察重點(diǎn)：各構(gòu)件間構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副類型良好習(xí)慣：各種運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)件用規(guī)定符號(hào)表達(dá)誤區(qū)：構(gòu)件外形構(gòu)件的表示方法桿、軸類構(gòu)件機(jī)架同一構(gòu)件兩副構(gòu)件三副構(gòu)件運(yùn)動(dòng)副的表示方法轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副高副（齒輪副、凸輪副）２二.平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件四桿機(jī)構(gòu)五桿機(jī)構(gòu)桁架BACDBAED'CC'D一平面機(jī)構(gòu)的自由度1構(gòu)件的自由度AXYO

2兩構(gòu)件用運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接后，彼此的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受到某些約束。

機(jī)構(gòu)自由度是指機(jī)構(gòu)中各活動(dòng)構(gòu)件相對(duì)于機(jī)架的可能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目。3機(jī)構(gòu)自由度的一般公式F=3n-2Pl-Phn–活動(dòng)構(gòu)件數(shù)；Pl–低副數(shù)；Ph–高副數(shù)n=3,Pl=4F=3×3–2×4=1n=4,Pl=5F=3×4–2×5=2二.平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：１）機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F≥1。2）原動(dòng)件數(shù)目等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)F.三、計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的幾種情況1)正確確定運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目由三個(gè)或三個(gè)以上構(gòu)件組成的軸線重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為復(fù)合鉸鏈。

由m個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)含有(m-1)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。321n=7Pl=10F=3×7–2×10=1BCDE12345678An=7Pl=10F=3×7–2×10=12)局部自由度（多余自由度）1、局部自由度：機(jī)構(gòu)中個(gè)別構(gòu)件不影響其它構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，即對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的自由度。

2、處理辦法：在計(jì)算自由度時(shí)，拿掉這個(gè)局部自由度，即可將滾子與裝滾子的構(gòu)件固接在一起。ABC321ABC21n=3Pl=3Ph=1F=3X3-2X3-1X1=2n=2Pl=2Ph=1F=2X3-2X2-1X1=13）虛約束1、虛約束：在機(jī)構(gòu)中與其他運(yùn)動(dòng)副作用重復(fù)，而對(duì)構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立限制作用的約束。2、處理辦法：將具有虛約束運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件連同它所帶入的與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的運(yùn)動(dòng)副一并不計(jì)。拿掉一個(gè)F=-1的自由度，即去掉一個(gè)約束。常見的虛約束1)機(jī)構(gòu)中某兩構(gòu)件用轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，在未組成運(yùn)動(dòng)副之前，其各自的軌跡已重合為一，則此聯(lián)結(jié)帶入的約束為虛約束。虛約束一虛約束二2）兩構(gòu)件組成的若干個(gè)導(dǎo)路中心線互相平行或重合的移動(dòng)副。x1x2ABC1234x1x23）兩構(gòu)件組成若干個(gè)軸線互相重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副。AB4）機(jī)構(gòu)中對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的自由度F=-1的對(duì)稱部分存在虛約束。行星輪n=3Pl=4Ph=1F=3×3-2×4-1×1=0思考題三.平面連桿機(jī)構(gòu)二、連桿機(jī)構(gòu)的分類1、根據(jù)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分為：平面連桿機(jī)構(gòu)，空間連桿機(jī)構(gòu)。2、根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目分為：四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)等。一、連桿機(jī)構(gòu)是若干個(gè)構(gòu)件全用低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、球面副、球銷副、圓柱副及螺旋副）聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，也稱之為低副機(jī)構(gòu)。三．平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)1）適用于傳遞較大的動(dòng)力，常用于動(dòng)力機(jī)械。2）依靠運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形面保持構(gòu)件間的相互接觸，且易于制造，易于保證所要求的制造精度3）能夠?qū)崿F(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)軌跡曲線和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，工程上常用來作為直接完成某種軌跡要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。4）可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳遞的操縱機(jī)構(gòu)。

不足之處：1）不易于傳遞高速運(yùn)動(dòng)。2）可能產(chǎn)生較大的運(yùn)動(dòng)累積誤差。3）平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)較為繁難。平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式、演變

及其應(yīng)用機(jī)架連架桿連架桿連桿

在連架桿中，能繞其軸線回轉(zhuǎn)360°者稱為曲柄；僅能繞其軸線往復(fù)擺動(dòng)者稱為搖桿。一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

兩連架桿中，一個(gè)為曲柄，而另一個(gè)為搖桿。2）雙曲柄機(jī)構(gòu)

兩連架桿均為曲柄。3）雙搖桿機(jī)構(gòu)

兩連架桿均為搖桿。4123平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的共性問題一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件二、平面四桿機(jī)構(gòu)輸出件的急回特性三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角、死點(diǎn)平面連桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：1）連架桿與機(jī)架中必有一桿為四桿機(jī)構(gòu)中的最短桿；2）最短桿與最長桿之和應(yīng)小于或等于其余兩桿的桿長之和。（桿長和條件）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判斷條件：2）若不滿足桿長和條件，該機(jī)構(gòu)只能是雙搖桿機(jī)構(gòu)。注意：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)必須滿足四構(gòu)件組成的封閉多邊形條件：最長桿的桿長<其余三桿長度之和。1）在滿足桿長和的條件下：（1）以最短桿的相鄰構(gòu)件為機(jī)架，則最短桿為曲柄，另一連架桿為搖桿，即該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（2）以最短桿為機(jī)架，則兩連架桿為曲柄，該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；（3）以最短桿的對(duì)邊構(gòu)件為機(jī)架，均無曲柄存在，即該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。二、平面四桿機(jī)構(gòu)輸出件的急回特性擺角θψC1C2DAB1B2B1C2∵:1>2,∴:t1>t2,

v1<v2極位夾角⌒v2=C1C2/t21=180°+θ,2=180°-θ⌒v1=C1C2/t1=v2/v1=（C1C2/t2）/

（C1C2/t1）

=t1/t2=1/2=（180°+θ）/（180°-θ）

輸出件空回行程的平均速度

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輸出件工作行程的平均速度K=θ=180°（K-1）/（K+1）行程速比系數(shù)連桿機(jī)構(gòu)輸出件具有急回特性的條件1）原動(dòng)件等角速整周轉(zhuǎn)動(dòng)；2）輸出件具有正、反行程的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；3）極位夾角θ>0。BACB1B2C2C1B1C2AC1BB2CθAB三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角、死點(diǎn)CDαγδFvcF1F2F1=FcosαF2=Fsinα1、機(jī)構(gòu)壓力角:在不計(jì)摩擦力、慣性力和重力的條件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使輸出件運(yùn)動(dòng)的力的方向線與輸出件上受力點(diǎn)的速度方向間所夾的銳角，稱為機(jī)構(gòu)壓力角，通常用α表示。,F1傳動(dòng)角：壓力角的余角。機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和壓力角作出如下規(guī)定：γmin≥[γ]；[γ]=30°∽60°；αmax≤[α]。[γ]、[α]分別為許用傳動(dòng)角和許用壓力角。vcABCDαγδFF1F2通常用γ表示.γF1vB3ABCF123αvB3ABCF123α=0°γ=90°ABCF231vB3αγmin=[δmin,180-δmax]min2、最小傳動(dòng)角的確定F2F2ABCDγδFvcF1B’B’’C’’C’δmaxδminabcdγBACB’B’’C’C’’minB’C’’AC’BB’’C’’’

為提高機(jī)械傳動(dòng)效率，應(yīng)使其最小傳動(dòng)角處于工作阻力較小的空回行程中。3機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置

在不計(jì)構(gòu)件的重力、慣性力和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦阻力的條件下，當(dāng)機(jī)構(gòu)處于傳動(dòng)角γ=0°（或α=90°）的位置下，無論給機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩有多大，均不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)位置稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。F1=FcosαF2=FsinαBDACFDABCFαv克服死點(diǎn)的措施利用構(gòu)件慣性力實(shí)例:家用縫紉機(jī)采用多套機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列實(shí)例:蒸汽機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)蒸汽機(jī)車兩側(cè)利用錯(cuò)位排列的兩套曲柄滑塊機(jī)構(gòu)使車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過死點(diǎn)GG’EFE’F’死點(diǎn)的利用實(shí)例:夾具飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)折疊家具機(jī)構(gòu)=00四.凸輪機(jī)構(gòu)1、凸輪機(jī)構(gòu)：凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓的構(gòu)件。含有凸輪的機(jī)構(gòu)稱為凸輪機(jī)構(gòu)。它由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成。一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用2、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用

內(nèi)燃機(jī)配氣凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：只需確定適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，即可實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動(dòng)可靠。缺點(diǎn)：從動(dòng)件與凸輪接觸應(yīng)力大，易磨損用途：載荷較小的運(yùn)動(dòng)控制一）按凸輪的形狀分二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類1、盤形凸輪

2、移動(dòng)凸輪

3、圓柱凸輪4、圓錐凸輪1、尖頂從動(dòng)件2、滾子從動(dòng)件3、平底從動(dòng)件二）按從動(dòng)件上高副元素的幾何形狀分三）、按凸輪與從動(dòng)件的鎖合方式分1、力鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)2、形鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)1）構(gòu)槽凸輪機(jī)構(gòu)2）等寬凸輪機(jī)構(gòu)3）等徑凸輪機(jī)構(gòu)4）主回凸輪機(jī)構(gòu)四）、根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分?jǐn)[動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)

（對(duì)心、偏置）移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)五.齒輪機(jī)構(gòu)外嚙合直齒輪內(nèi)嚙合直齒輪1、兩軸線平行的圓柱齒輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)類型和特點(diǎn)一、齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)類型斜齒圓柱齒輪人字齒圓柱齒輪齒輪