4.常用機(jī)構(gòu)匯總

第4章常用機(jī)構(gòu)常用機(jī)構(gòu)有平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和變速、變向機(jī)構(gòu)等。4.1平面連桿機(jī)構(gòu)4.2凸輪機(jī)構(gòu)4.3間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4.4變速機(jī)構(gòu)和變向機(jī)構(gòu)4.5常用機(jī)構(gòu)的觀察與分析

4.1.1運(yùn)動(dòng)副所謂運(yùn)動(dòng)副是使兩構(gòu)件直接接觸而又能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。根據(jù)運(yùn)動(dòng)副中兩構(gòu)件的接觸形式不同，運(yùn)動(dòng)副又可分為低副和高副。1．低副低副是指兩構(gòu)件之間作面接觸的運(yùn)動(dòng)副。按兩構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況，可分為：(1)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩構(gòu)件在接觸處只允許作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。(2)移動(dòng)副兩構(gòu)件在接觸處只允許作相對(duì)移動(dòng)。(3)螺旋副兩構(gòu)件在接觸處只允許作一定關(guān)系的轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，低副的接觸表面一般是平面或圓柱面，易制造和維修，承受載荷時(shí)的單位面積壓力較小，較為耐用，傳力性能好。但低副是滑動(dòng)摩擦，摩擦大而效率較低。

2．高副高副是指兩構(gòu)件之間作點(diǎn)或線接觸的運(yùn)動(dòng)副。高副由于是點(diǎn)或線的接觸，單位面積壓力較大，構(gòu)件接觸處容易磨損，制造和維修困難，但高副能傳遞較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，比較靈活，易于實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。高副低副

4.1.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用當(dāng)平面四桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副都是轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。如圖所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，桿4是固定不動(dòng)的，稱為機(jī)架。與機(jī)架相連的桿1和桿3稱為連架桿，不與機(jī)架直接相連的桿2，稱為連桿。如果桿1(或桿3)能繞鉸鏈A(或鉸鏈D)作整周的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，則此桿稱為曲柄。如果不能作整周的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而只能來回?fù)u擺一個(gè)角度，則此桿就稱為搖桿。

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，機(jī)架和連桿總是存在的，因此可按曲柄存在情況，分為三種基本形式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)。

1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的兩連架桿，如果一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿，那么該機(jī)構(gòu)就稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。取曲柄AB為主動(dòng)件，當(dāng)曲柄AB作連續(xù)等速整周轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)搖桿CD將在一定角度內(nèi)作往復(fù)擺動(dòng)。由此可見，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)能將主動(dòng)件的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成從動(dòng)件的往復(fù)擺動(dòng)。剪刀機(jī)是通過原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，通過連桿帶動(dòng)搖桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)剪切工作。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)剪刀機(jī)縫紉機(jī)踏扳機(jī)構(gòu)在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)搖桿為主動(dòng)件時(shí)，可將搖桿的往復(fù)擺動(dòng)經(jīng)連桿轉(zhuǎn)換為曲柄的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在生產(chǎn)中應(yīng)用很廣泛?？p紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)，當(dāng)腳踏板（相當(dāng)于搖桿）作往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，通過連桿帶動(dòng)曲軸（相當(dāng)于曲柄）作連續(xù)運(yùn)動(dòng)，使縫紉機(jī)實(shí)現(xiàn)縫紉工作。

2．雙曲柄機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿均為曲柄，則該機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。兩曲柄可分別為主動(dòng)件。慣性篩中，ABCD為雙曲柄機(jī)構(gòu)，工作時(shí)以曲柄AB為主動(dòng)件，并作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過連桿BC帶動(dòng)從動(dòng)曲柄CD，作周期性的變速運(yùn)動(dòng)，再通過E點(diǎn)的聯(lián)接，使篩子作變速往復(fù)運(yùn)動(dòng)。慣性篩就是利用從動(dòng)曲柄的變速轉(zhuǎn)動(dòng)，使篩子具有一定的加速度，篩面上的物料由于慣性來回抖動(dòng)，達(dá)到篩分物料的目的。

雙曲柄機(jī)構(gòu)中，當(dāng)兩曲柄長(zhǎng)度不相等時(shí)，主動(dòng)曲柄作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)曲柄隨之作變速轉(zhuǎn)動(dòng)，即從動(dòng)曲柄在每一周中的角速度有時(shí)大于主動(dòng)曲柄的角速度，有時(shí)小于主動(dòng)曲柄的角速度。雙曲柄機(jī)構(gòu)中，常見的還有平行雙曲柄機(jī)構(gòu)和反向雙曲柄機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)慣性篩（1）當(dāng)兩曲柄的長(zhǎng)度相等且平行時(shí)，稱為平行雙曲柄機(jī)構(gòu)。平行雙曲柄機(jī)構(gòu)的兩曲柄的旋轉(zhuǎn)方向相同，角速度也相等（圖a）。平行雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用很廣，機(jī)車聯(lián)動(dòng)裝置中，車輪相當(dāng)于曲柄，保證了各車輪同速同向轉(zhuǎn)動(dòng)。此機(jī)車聯(lián)動(dòng)裝置中還增設(shè)一個(gè)曲柄EF作輔助構(gòu)件，以防止平行雙曲柄機(jī)構(gòu)ABCD變成為反向雙曲柄機(jī)構(gòu)。(2)當(dāng)雙曲柄機(jī)構(gòu)對(duì)邊都相等，但互不平行，則稱其為反向雙曲柄機(jī)構(gòu)。反向雙曲柄的旋轉(zhuǎn)方向相反，且角速度也不相等。車門啟閉機(jī)構(gòu)中，當(dāng)主動(dòng)曲柄AB轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過連桿BC使從動(dòng)曲柄CD朝反向轉(zhuǎn)過，從而保證兩扇車門能同時(shí)開啟和關(guān)閉。

機(jī)車主動(dòng)輪聯(lián)動(dòng)裝置車門啟閉機(jī)構(gòu)3．雙搖桿機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿均為搖桿時(shí)，則該機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。在雙搖桿機(jī)構(gòu)中，兩桿均可作為主動(dòng)件。主動(dòng)搖桿往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，通過連桿帶動(dòng)從動(dòng)搖桿往復(fù)擺動(dòng)。雙搖桿機(jī)構(gòu)在機(jī)械工程上應(yīng)用也不少，汽車離合器操縱機(jī)構(gòu)中,當(dāng)駕駛員踩下踏板時(shí)，主動(dòng)搖桿AB往右擺動(dòng)，由連桿BC帶動(dòng)從動(dòng)桿CD也向右擺動(dòng)，從而對(duì)離合器產(chǎn)生作用。載重車自卸翻斗裝置中，當(dāng)液壓缸活塞向右伸出時(shí)，可帶動(dòng)雙搖桿AB和CD向右擺動(dòng)，從而使翻斗車內(nèi)的貨物滑下。起重機(jī)中，在雙搖桿AB和CD的配合下，起重機(jī)能將起吊的重物沿水平方向移動(dòng)，以省時(shí)省功。汽車離合器操縱機(jī)構(gòu)起重機(jī)自卸翻斗機(jī)構(gòu)

4.1.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件

從鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本形式可知，它們的根本區(qū)別在于連架桿是否為曲柄。而連架桿能否成為曲柄，則取決于機(jī)構(gòu)中各桿的長(zhǎng)度關(guān)系和選擇哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架有關(guān)。即要使連架桿成為能整周轉(zhuǎn)動(dòng)的曲柄，各桿必須滿足一定的長(zhǎng)度條件，這就是所謂的曲柄存在的條件。下圖所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，其中AB為曲柄，BC為連桿，CD為搖桿，AD為機(jī)架，它們的長(zhǎng)度分別用a、b、c、d來表示，在AB轉(zhuǎn)動(dòng)一周中，曲柄AB與機(jī)架AD兩次共線。借助這兩個(gè)位置，可找出一些鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)當(dāng)連桿在B1點(diǎn)時(shí)，形成△B1C1D。根據(jù)三角形兩邊之和必大于第三邊的定理，得b+c>d+a①

當(dāng)連桿在B2點(diǎn)時(shí)，形成△B2C2D,得

(d-a)+c>b即d+c>b+a②(d-a)+b>c即d+b>c+a③

考慮到四桿位于同一直線時(shí)，則①②③可寫成如下形式

b+c≥d+a④d+c≥b+a⑤d+b≥c+a⑥

將式④、⑤、⑥分別兩兩相加，則得c≥a,b≥a,d≥a，即AB桿為最短桿。

4.1.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件

在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，要使連架桿AB為曲柄，它必須是四桿中的最短桿，且最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和應(yīng)小于其余兩桿長(zhǎng)度之和，考慮到更一般的情形，可將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件概括為：(1)連架桿與機(jī)架中必有一個(gè)最短桿；(2)最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和必小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和。上述兩條件必須同時(shí)滿足，否則機(jī)構(gòu)中無曲柄存在，根據(jù)曲柄條件，還可作如下推論：

(1)若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短桿長(zhǎng)度與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則可能有以下三種情況：

①以最短桿的相鄰桿為機(jī)架，則最短桿為曲柄，而與機(jī)架相連的另一桿為搖桿，則該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

②以最短桿為機(jī)架，則其相鄰兩桿均為曲柄，故該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)。

③以最短桿相對(duì)桿為機(jī)架，則無曲柄存在，因此該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。

(2)若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短桿長(zhǎng)度與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和大于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則無論以哪一桿為機(jī)架，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。

4.1.4鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化及其應(yīng)用

除了鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的上述三種形式外，人們還廣泛采用其他形式的平面四桿機(jī)構(gòu)。分析、研究這些平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性可以發(fā)現(xiàn)：這些平面四桿機(jī)構(gòu)是由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)通過一定途徑演化而來的。

1．偏心輪機(jī)構(gòu)在圖a所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，桿1為曲柄，桿3為搖桿，若將轉(zhuǎn)動(dòng)副的銷釘B的半徑逐漸擴(kuò)大至超過曲柄的長(zhǎng)度，便可得到如圖b所示的機(jī)構(gòu)，這時(shí)曲柄演變成一幾何中心不與回轉(zhuǎn)中心相重合的圓盤，此圓盤稱偏心輪，該兩輪中心之間的距離稱為偏心距，它等于曲柄長(zhǎng)。曲柄為偏心輪的機(jī)構(gòu)稱偏心輪機(jī)構(gòu)。偏心輪機(jī)構(gòu)一般多用于曲柄銷承受較大沖擊載荷或曲柄較短的機(jī)構(gòu)，如剪床、沖床以及破碎機(jī)等。銷釘擴(kuò)大偏心輪的結(jié)構(gòu)形式

2．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在圖a所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，桿1為曲柄，桿3為搖桿，若在機(jī)架上作一弧形槽，槽的曲率半徑等于搖桿3的長(zhǎng)度，把搖桿3改成弧形滑塊，如圖b所示，這樣盡管把轉(zhuǎn)動(dòng)副改成了移動(dòng)副，但相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)卻完全相同。如果將圓弧形槽的半徑增加到無窮大，則圓弧形槽變成了直槽，這樣曲柄搖桿機(jī)構(gòu)就演化成了偏置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(圖c)，圖中P為曲柄中心A至直槽中心線的垂直距離，稱偏心距。當(dāng)時(shí)，稱為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，常簡(jiǎn)稱為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(圖d)。因此，可以認(rèn)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化而來的。

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的演化曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在機(jī)械中應(yīng)用十分廣泛。如內(nèi)燃機(jī)、搓絲機(jī)、自動(dòng)送料裝置以及壓力機(jī)都是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若曲柄為主動(dòng)件，可將曲柄的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)連桿轉(zhuǎn)換為從動(dòng)滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，圖所示的壓力機(jī)，當(dāng)曲柄連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)連桿帶動(dòng)滑塊實(shí)現(xiàn)加壓工作；反之若滑塊為主動(dòng)件，經(jīng)連桿轉(zhuǎn)換為從動(dòng)曲柄的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。壓力機(jī)

3．導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)若將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（圖1a）中的構(gòu)件1作為機(jī)架，就演化成導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（圖1b）。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)可分轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。圖1導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（1）轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖1b所示導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)時(shí)，機(jī)架1為最短桿，它的相鄰桿2與導(dǎo)桿4均能繞機(jī)架作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，故稱為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（圖2a）；圖2b所示為插床機(jī)構(gòu)，其中構(gòu)件1、2、3、4組成轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，工作時(shí)，導(dǎo)桿4繞A點(diǎn)回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)構(gòu)件5及插刀6往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切削。（2）擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖1b所示導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)時(shí)，機(jī)架1不是最短桿，它的相鄰構(gòu)件導(dǎo)桿4只能繞機(jī)架擺動(dòng)，故稱為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（圖3a）。圖3b所示為刨床機(jī)構(gòu)，其中構(gòu)件1、2、3、4組成擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，工作時(shí)，導(dǎo)桿4繞A點(diǎn)擺動(dòng)，帶動(dòng)構(gòu)件5及刨刀6往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刨削。

4．定塊機(jī)構(gòu)若將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（圖1）中的構(gòu)件3作為機(jī)架，就演化成定塊機(jī)構(gòu)（圖2a)，此機(jī)構(gòu)中滑塊固定不動(dòng)。圖2b所示的抽水機(jī)，就應(yīng)用了定塊機(jī)構(gòu)。當(dāng)搖動(dòng)手柄1時(shí)，在桿2的支撐下，活塞桿4即在固定滑塊3（唧筒作為靜件）內(nèi)上下往復(fù)移動(dòng)，以達(dá)到抽水的目的。圖1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖2定塊機(jī)構(gòu)圖3搖塊機(jī)構(gòu)5．搖塊機(jī)構(gòu)若將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（圖1）中的構(gòu)件2作為機(jī)架，就演化成搖塊機(jī)構(gòu)（圖3a)，此機(jī)構(gòu)中滑塊相對(duì)機(jī)架搖動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)常應(yīng)用于擺缸式內(nèi)燃機(jī)或液壓驅(qū)動(dòng)裝置。圖3b所示的自卸翻斗裝置，也應(yīng)用了搖塊機(jī)構(gòu)。桿1（車廂）可繞車架2上的B點(diǎn)擺動(dòng)。桿4（活塞桿），液壓缸3（搖塊）可繞車架上C點(diǎn)擺動(dòng)，當(dāng)液壓缸中的壓力油推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)時(shí)，迫使車廂繞B點(diǎn)翻轉(zhuǎn)，物料便自動(dòng)卸下。

4.1.5平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性

1．急回特性圖所示為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，設(shè)等速轉(zhuǎn)動(dòng)的曲柄AB為主動(dòng)件，它在回轉(zhuǎn)一周的過程中，與連桿BC有兩次共線位置ABl和AB2，此時(shí)從動(dòng)件搖桿CD分別位于左、右兩個(gè)極限位置ClD和C2D，其夾角稱為搖桿的擺角。主動(dòng)曲柄與連桿在兩共線位置時(shí)所夾的銳角稱為極位夾角。

圖1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿來回?cái)[動(dòng)的速度是不同的，其空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度，這種性質(zhì)為機(jī)構(gòu)的急回特性。為了表達(dá)這個(gè)特征的相對(duì)程度，設(shè)K的大小表示急回的程度。由上式可知，K與θ有關(guān)，當(dāng)θ=0時(shí)，K=1，說明該機(jī)構(gòu)無急回特性；當(dāng)θ>0，則機(jī)構(gòu)具有急回特性，θ越大，K值越大，急回特性越明顯。θ與K的關(guān)系為該值稱為從動(dòng)件的行程速比系數(shù)。

2．死點(diǎn)在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，如圖所示，若取搖桿為主動(dòng)件，當(dāng)搖桿在兩極限位置時(shí)，連桿與曲柄共線，通過連桿加于曲柄的力F經(jīng)過鉸鏈中心A，該力對(duì)A點(diǎn)的力矩為零，故不能推動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使整個(gè)機(jī)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)。這種位置稱為死點(diǎn)。

平面四桿機(jī)構(gòu)是否存在死點(diǎn)位置，決定于從動(dòng)件是否與連桿共線。凡是從動(dòng)件與連桿共線的位置都是死點(diǎn)。

圖1死點(diǎn)位置圖2夾緊機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)來說，死點(diǎn)是有害的，因?yàn)樗傈c(diǎn)位置常使機(jī)構(gòu)從動(dòng)件無法運(yùn)動(dòng)或出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象。如圖1所示的縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)），當(dāng)踏板CD為主動(dòng)件并作往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，機(jī)構(gòu)在兩處有可能出現(xiàn)死點(diǎn)位置，致使曲柄AB不轉(zhuǎn)或出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。為了保證機(jī)構(gòu)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可在曲柄軸上裝飛輪，利用其慣性作用使機(jī)構(gòu)順利地通過死點(diǎn)位置。在工程上，有時(shí)也利用死點(diǎn)進(jìn)行工作，如圖2所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，就是應(yīng)用死點(diǎn)的性質(zhì)來夾緊工件的一個(gè)實(shí)例。當(dāng)夾具通過手柄1，施加外力F使鉸鏈的中心B、C、D處于同一條直線上時(shí)，工件2被夾緊，此時(shí)如將外力F去掉，也仍能可靠地夾緊工件，當(dāng)需要松開工件時(shí)，則必須向上扳動(dòng)手柄1，才能松開夾緊的工件。

4.2.1凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用

凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成（圖1）。凸輪是主動(dòng)件，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律由凸輪輪廓決定。凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械工程中廣泛應(yīng)用的一種高副機(jī)構(gòu)。

圖1凸輪機(jī)構(gòu)圖2汽車內(nèi)燃機(jī)配汽機(jī)構(gòu)圖3自動(dòng)車床的走刀機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)常用于低速、輕載的自動(dòng)機(jī)或自動(dòng)機(jī)的控制機(jī)構(gòu)。圖2所示為汽車內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)，當(dāng)凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，依靠凸輪的輪廓，可以迫使從動(dòng)件氣閥2向下移動(dòng)打開氣門(借助彈簧的作用力關(guān)閉)，這樣就可以按預(yù)定時(shí)間，打開或關(guān)閉氣門，以完成內(nèi)燃機(jī)的配氣動(dòng)作。凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件。它能控制從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此凸輪通常作主動(dòng)件并作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)凸輪運(yùn)動(dòng)時(shí)，借助它的曲線輪廓(或凹槽)，可使從動(dòng)件作預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用特點(diǎn)有：

(1)便于準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，易于設(shè)計(jì)；

(3)凸輪機(jī)構(gòu)可以高速起動(dòng)，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠。

(4)凸輪與從動(dòng)件為高副接觸，不便潤(rùn)滑，容易磨損，為延長(zhǎng)使用壽命，傳遞動(dòng)力不宜過大。

(5)凸輪輪廓曲線不易加工。

4.2.2凸輪機(jī)構(gòu)的類型

凸輪機(jī)構(gòu)按凸輪的形狀與從動(dòng)件形式可分為不同類型。

1．按凸輪形狀分（1）盤形凸輪凸輪的基本形式，應(yīng)用最廣。但從動(dòng)件的行程不能太大，否則凸輪變化過大，對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的工作不利，所以一般應(yīng)用于行程較短的場(chǎng)合。（2）移動(dòng)凸輪（板狀凸輪）可視為回轉(zhuǎn)中心趨向于無窮遠(yuǎn)的盤形凸輪，它相對(duì)于機(jī)架作直線往復(fù)移動(dòng)。圖1中用以車制手柄的靠模就是采用移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)。移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)在靠模仿形機(jī)械中應(yīng)用較廣。

圖1移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)圖2端面圓柱凸輪機(jī)構(gòu)上述兩種凸輪組成機(jī)構(gòu)時(shí)，凸輪與從動(dòng)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是平面運(yùn)動(dòng)，因此，上述兩種凸輪機(jī)構(gòu)稱為平面凸輪機(jī)構(gòu)，其凸輪稱為平面凸輪。（3）圓柱凸輪在圓柱面上開有曲線凹槽，或在圓柱端面上制出曲線輪廓，可使從動(dòng)件得到較大的行程。屬于空間凸輪機(jī)構(gòu)（圖2)。

2．按從動(dòng)件的形式分類根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式和端部形狀區(qū)分，基本類型列于表1。表1凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的基本類型

接觸形式運(yùn)動(dòng)形式主要特點(diǎn)移動(dòng)擺動(dòng)尖頂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，可準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但易磨損，適用于低速、傳力小和動(dòng)作靈敏的場(chǎng)合，如儀表機(jī)構(gòu)中滾子滾子接觸，摩擦阻力小，不易磨損，承載能力較大，但運(yùn)動(dòng)規(guī)律有局限性，不宜于高速，故可用于傳遞較大的動(dòng)力平底結(jié)構(gòu)緊湊，潤(rùn)滑性能好，摩擦阻力小，適用于高速。但不能與內(nèi)凹的輪廓接觸，因此運(yùn)動(dòng)規(guī)律受到一定限制曲面介于滾子和平底之間

4.2.3凸輪機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)

1.基圓半徑在圖1所示的機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件(桿)在最低位置時(shí)，尖頂在點(diǎn)(圖1a)，以凸輪的最小半徑所作的圓稱為基圓，稱為基圓半徑。

圖1凸輪機(jī)構(gòu)的位移曲線圖2凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角2．行程和轉(zhuǎn)角當(dāng)凸輪按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過一個(gè)角度δ時(shí)(圖1b)，從動(dòng)件將上升一段距離，即產(chǎn)生一段位移s。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過δ0時(shí)，從動(dòng)件到達(dá)最高位置(圖1c)，此時(shí)從動(dòng)件的最大升距稱為行程，用h表示。凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度δ，稱為轉(zhuǎn)角(也稱為動(dòng)作角或運(yùn)動(dòng)角)。3．位移曲線如果將從動(dòng)件的位移s與凸輪轉(zhuǎn)角δ的關(guān)系用曲線表示（圖1d），此曲線稱為從動(dòng)件(桿)的位移曲線（s-δ曲線）。4．壓力角圖2所示的凸輪機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件(桿)與凸輪輪廓在A點(diǎn)接觸，凸輪給從動(dòng)件一作用力F，其方向?yàn)檠亟佑|點(diǎn)的法線方向，我們把這個(gè)力的作用線與從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角，叫做凸輪機(jī)構(gòu)在該點(diǎn)的壓力角，用α表示。

4.2.4從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指其位移、速度和加速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是根據(jù)機(jī)器工作要求確定的。從動(dòng)件不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)應(yīng)于不同的凸輪輪廓。在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，首先選定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，再根據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓。最常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有以下兩種。

圖1等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖2等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律

1.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律當(dāng)凸輪以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件在推程和回程的速度為常數(shù)，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律叫做等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律(圖1)。2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律是從動(dòng)件在一個(gè)推程或者回程中，前半段做等加速運(yùn)動(dòng)，后半段做等減速運(yùn)動(dòng)；而且前后兩段加速度的絕對(duì)值相等(圖2)。4.3.1棘輪機(jī)構(gòu)

1．棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理及應(yīng)用典型的棘輪機(jī)構(gòu)（圖1）是由棘輪1、棘爪2、機(jī)架以及止回棘爪5等組成。彈簧6使止回棘爪5和棘輪1始終保持接觸。當(dāng)曲柄連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿作往復(fù)擺動(dòng)。當(dāng)搖桿逆時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，棘爪便嵌入棘輪的齒槽中，棘爪被推動(dòng)向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過一個(gè)角度；當(dāng)搖桿順時(shí)針擺動(dòng)時(shí)，棘爪便在棘輪齒背上滑過，這時(shí)止回棘爪阻止棘輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，故棘輪靜止不動(dòng)。這樣，當(dāng)搖桿作連續(xù)擺動(dòng)時(shí)，棘輪就作單向的間歇運(yùn)動(dòng)。

圖1棘輪機(jī)構(gòu)圖2雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)棘輪機(jī)構(gòu)的類型很多，按照工作原理可分為齒嚙式和摩擦式，按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為外接式和內(nèi)接式。下面介紹幾種常用的棘輪機(jī)構(gòu)。

(1)具有棘齒的棘輪機(jī)構(gòu)

①單動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)(圖1),②雙動(dòng)式棘輪機(jī)構(gòu)(圖2),③可變向棘輪機(jī)構(gòu)(圖3),

前述棘輪機(jī)構(gòu)，棘輪的轉(zhuǎn)角都是以棘輪的輪齒為單位的，即棘輪轉(zhuǎn)角的改變都是有級(jí)的，若要無級(jí)地改變棘輪的轉(zhuǎn)角，可采用無棘齒的摩擦棘輪機(jī)構(gòu)(圖4），該機(jī)構(gòu)是摩擦棘輪機(jī)構(gòu)中的一種。摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)的使用優(yōu)點(diǎn)是無噪聲，多用于輕載間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖3可變向棘輪機(jī)構(gòu)圖4摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)4.3.2槽輪機(jī)構(gòu)

1．槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理槽輪機(jī)構(gòu)能把主動(dòng)軸的等速連續(xù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭?dòng)軸周期性的間歇運(yùn)動(dòng)，槽輪機(jī)構(gòu)常用于轉(zhuǎn)位或分度機(jī)構(gòu)。圖1所示為一單圓外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)，它由帶圓柱銷2的主動(dòng)撥盤1、具有徑向槽的從動(dòng)槽輪3和機(jī)架等組成。槽輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)，撥盤為主動(dòng)件并以等角速度連續(xù)回轉(zhuǎn)，從動(dòng)槽輪作時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停的間歇運(yùn)動(dòng)。當(dāng)圓銷2未進(jìn)入槽輪的徑向槽時(shí)，由于槽輪的內(nèi)凹鎖止弧被撥盤的外凸圓弧卡住，故槽輪靜止不動(dòng)。圖1a所示為圓銷2剛開始進(jìn)入槽輪徑向槽的位置。這時(shí)鎖止弧剛好被松開，隨后槽輪受圓銷2的驅(qū)使而沿反向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)圓銷2開始脫出槽輪的徑向槽時(shí)（圖1b），槽輪的另一內(nèi)凹鎖止弧又被曲柄的外凸圓弧卡住，致使槽輪又靜止不動(dòng)，直到曲柄上的圓銷2進(jìn)入下一徑向槽時(shí)，才能重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)。這樣撥盤每轉(zhuǎn)一周，槽輪轉(zhuǎn)過兩個(gè)角度。圖1槽輪機(jī)構(gòu)

2．槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用構(gòu)造簡(jiǎn)單，外形尺寸小，工作可靠。但槽輪的轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié)，圓銷與輪槽間沖擊較嚴(yán)重，尤其是在槽輪徑向槽數(shù)目較少的情況下更為明顯，因此在設(shè)計(jì)槽輪機(jī)構(gòu)時(shí)不能將槽輪的槽數(shù)選得很少，在生產(chǎn)實(shí)際中用的槽輪機(jī)構(gòu)，其槽數(shù)常取4～8。槽輪機(jī)構(gòu)一般應(yīng)用在轉(zhuǎn)速不高、要求斷續(xù)地轉(zhuǎn)過某一特定角度的裝置中。例如：在自動(dòng)機(jī)上，用以間歇地轉(zhuǎn)動(dòng)刀架或工作臺(tái)；在化工廠管道系統(tǒng)中，用以啟閉閥門；在電影放映機(jī)中，用作卷片機(jī)構(gòu)（圖1），為了適應(yīng)人們的視覺暫留現(xiàn)象，要求影片作間歇運(yùn)動(dòng)，它采用四槽槽輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)圓銷每轉(zhuǎn)過一周，槽輪相應(yīng)地轉(zhuǎn)過90°，因此能使影片的畫面作短暫的停留。圖2所示為六角自動(dòng)車床的刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，為了滿足零件加工工藝要求自動(dòng)變換所需刀具，采用六槽的槽輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)圓銷1進(jìn)、出槽輪一次，則可推動(dòng)槽輪2轉(zhuǎn)過60°，并且使下一工序的刀具轉(zhuǎn)到工作位置。圖1放映機(jī)的卷片機(jī)構(gòu)

圖2刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)

4.4.1變速機(jī)構(gòu)和變向機(jī)構(gòu)

變速機(jī)構(gòu)是指在輸入轉(zhuǎn)速不變的條件下，使從動(dòng)輪(軸)得到不同轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)裝置。例如機(jī)床主軸的變速傳動(dòng)系統(tǒng)是將動(dòng)力源(主電動(dòng)機(jī))的恒定轉(zhuǎn)速通過變速箱變換為主軸的多級(jí)轉(zhuǎn)速。機(jī)床、汽車和其他機(jī)械上常用的變速機(jī)構(gòu)有滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)、塔齒輪變速機(jī)構(gòu)、倍增變速機(jī)構(gòu)和拉鍵變速機(jī)構(gòu)等。但無論哪一種變速機(jī)構(gòu)，都是通過改變一對(duì)齒輪傳動(dòng)比大小，從而改變從動(dòng)輪(軸)的轉(zhuǎn)速。

1．塔齒輪變速機(jī)構(gòu)如圖所示為塔齒輪變速機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向鍵14裝在主軸15的長(zhǎng)鍵槽中，其上裝有滑移齒輪11和撥叉10，并可沿軸滑動(dòng)。主軸15可通過齒輪11、中間齒輪12將運(yùn)動(dòng)傳給塔齒輪1中的任意一個(gè)，使軸2轉(zhuǎn)動(dòng)。由于塔齒輪由小到大，所以齒輪箱殼體上就制成斜形插孔板8，用插銷9插入定位，以限制齒輪11在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸向移動(dòng)。軸2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可通過離合器3和4傳給絲杠5，或通過齒輪7傳給光桿6。它是通過滑移齒輪11分別與塔形齒輪嚙合，使絲杠或光桿得到不同的轉(zhuǎn)速。塔齒輪變速機(jī)構(gòu)一、變速機(jī)構(gòu)

2．倍增齒輪變速機(jī)構(gòu)如圖1所示為倍增變速機(jī)構(gòu)，它是由三根軸和滑移、空套、固定齒輪組成。軸1是主動(dòng)軸，其上裝有三個(gè)二聯(lián)齒輪Z28～42，其中一個(gè)固定在軸1上，其余兩個(gè)是空套的。在軸上空套三個(gè)二聯(lián)齒輪。Z42～56，右端邊上還有一個(gè)。Z56齒輪空套在軸上。在軸3上裝有一個(gè)滑移齒輪，以便與軸上任意一個(gè)Z56齒輪嚙合。這樣可以得到四種傳動(dòng)比。第一級(jí)第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)

3.拉鍵變速機(jī)構(gòu)圖2所示為拉鍵變速機(jī)構(gòu)，Z1、Z3、Z5和Z7四個(gè)齒輪固定在軸2上，Z2、Z4、Z6和Z8四個(gè)齒輪空套在套筒軸3上，中間用墊圈隔開。套筒軸3的孔中插入手柄軸4，并在軸的前端設(shè)有彈簧鍵1，可以從套筒軸3的穿通的長(zhǎng)槽中彈出，以便嵌入四個(gè)空套齒輪中的一個(gè)。在圖8.54所示位置，鍵1嵌在齒輪Z8內(nèi)孔的鍵槽中，這樣軸2的運(yùn)動(dòng)通過齒輪Z7與Z8的嚙合傳給軸3。此時(shí)Z2、Z4、Z6也以各自的轉(zhuǎn)速空轉(zhuǎn)。圖1倍增變速機(jī)構(gòu)

圖2拉鍵變速機(jī)構(gòu)

4．滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)曾在前面輪系部分介紹過滑移齒輪變速的原理，故此處不再詳述。上面所講的變速機(jī)構(gòu)為有級(jí)變速機(jī)構(gòu)，它們的變速可靠、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)緊湊。但所用的零件多、質(zhì)量大、高速轉(zhuǎn)動(dòng)不平穩(wěn)、變速時(shí)有噪聲。

5．無級(jí)變速機(jī)構(gòu)圖所示，是摩擦盤式無級(jí)變速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)原理結(jié)構(gòu)圖。錐形盤1裝在電動(dòng)機(jī)軸上，電動(dòng)機(jī)軸線傾斜一個(gè)角度。端面盤2裝在底板支架6上，借彈簧3的壓力使其與錐形盤1的斜面貼緊。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪5通過固定在底板上的齒條4移動(dòng)支架6時(shí)，就可以改變接觸半徑，因而可得到不同的傳動(dòng)比。式中：n1、n2——錐形盤1和端面盤2的轉(zhuǎn)速，r／min；

R1、R2——錐形盤1和端面盤2接觸點(diǎn)半徑。摩擦盤無級(jí)變速機(jī)構(gòu)

二、變向機(jī)構(gòu)

所謂變向機(jī)構(gòu)是指在輸入旋轉(zhuǎn)方向不變的條件下，改變從動(dòng)輪(軸)旋轉(zhuǎn)方向的裝置。常用的有三星齒輪變向機(jī)構(gòu)、滑移齒輪變向機(jī)構(gòu)和圓錐齒輪變向機(jī)構(gòu)等。

1．三星齒輪變向機(jī)構(gòu)圖1所示，由Z1、Z2、Z3和Z4四個(gè)齒輪，以及三角形杠桿架組成。Zl和Z4兩齒輪用鍵裝在位置固定的軸上，并可與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)2和3兩齒輪空套在三角形杠桿架的軸上，杠桿架通過搬動(dòng)手柄可繞齒輪Z4軸心轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖示位置，齒輪通過齒輪Z3帶動(dòng)齒輪Z4，使齒輪z4按一定方向旋轉(zhuǎn)，齒輪Z2空轉(zhuǎn)。若手柄向下搬動(dòng)，這時(shí)Z1和Z3兩齒輪脫開嚙合，Z1和Z2進(jìn)入嚙合，這樣齒輪Z1通過齒輪2和3而帶動(dòng)齒輪4，由于多了一個(gè)中間齒輪Z2，當(dāng)齒輪Z1的旋轉(zhuǎn)方向不變，齒輪在Z4的旋轉(zhuǎn)方向就改變了。2．滑移齒輪變向機(jī)構(gòu)圖2所示為滑移齒輪變向機(jī)構(gòu)。由Z1、Z2、Z3、Z4和中間齒輪2組成；Z1和Z3為二聯(lián)滑移齒輪，用導(dǎo)向鍵或花鍵與軸聯(lián)接。Z2和Z4固定在軸上。在圖示位置，當(dāng)齒輪Z1的轉(zhuǎn)動(dòng)通過中間齒輪Z帶動(dòng)齒輪Z2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則齒輪Zl和Z2的旋轉(zhuǎn)方圖1三星齒輪變向機(jī)構(gòu)圖2滑移齒輪變向機(jī)構(gòu)若將二聯(lián)齒輪Z1和Z3向右移動(dòng)時(shí)，使齒輪Zl與中間齒輪Z脫開嚙合，齒輪Z3和Z4進(jìn)入嚙合，因?yàn)樯倭艘粋€(gè)中間齒輪在該變向機(jī)構(gòu)中，所以齒輪Z3和Z4的旋轉(zhuǎn)方向相反。在該變向機(jī)構(gòu)中，若，則只是一個(gè)變向機(jī)構(gòu)；若則既是一個(gè)變向機(jī)構(gòu)，又是一個(gè)變速機(jī)構(gòu)，即可同時(shí)完成變向和變速要求。

3．圓錐齒輪變向機(jī)構(gòu)圖所示為圓錐齒輪變向機(jī)構(gòu)。在圖a中，兩個(gè)端面帶有爪形齒的圓錐齒輪Z2和Z3，空套在水平軸上，這兩個(gè)圓錐齒輪能與同軸上可滑移的雙向爪形離合器嚙合或分離，雙向爪形離合器和水平軸用鍵聯(lián)接。另一個(gè)圓錐齒輪Z1固定在垂直軸上。當(dāng)圓錐齒輪Z1旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)水平軸上兩個(gè)圓錐齒輪Z2和Z3，這兩個(gè)齒輪同時(shí)以相反的方向在軸上空轉(zhuǎn)。如果雙向離合器向左移動(dòng)，與左面圓錐齒輪Z2上的端面爪形齒嚙合，那么運(yùn)動(dòng)由左面的圓錐齒輪Z2通過雙向離合器傳給水平軸；若雙向離合器向右移動(dòng)，與圓錐齒輪Z3端面爪形齒嚙合，那么運(yùn)動(dòng)將由圓錐齒輪Z3通過雙向離合