機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)全套教學(xué)課件

第一章

緒論全套可編輯PPT課件本章內(nèi)容1本課程的研究對象

2本課程的內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法

3機(jī)械設(shè)計的基本要求及一般過程

4機(jī)械零件設(shè)計的基本要求及一般方法【本章導(dǎo)讀】

機(jī)械設(shè)計是根據(jù)機(jī)械的使用要求對其工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動方式，零件的材料、幾何形狀等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程。

機(jī)械設(shè)計是機(jī)械工程的重要組成部分，是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，是決定機(jī)械性能的最主要的因素。1.1本課程的研究對象在學(xué)習(xí)本課程之前,我們首先要了解一些基礎(chǔ)知識，如機(jī)器、機(jī)構(gòu)、機(jī)械、零件、部件和構(gòu)件等，這些基礎(chǔ)知識也是本課程的研究對象。1.1.1引言

在我國，機(jī)械的創(chuàng)造、發(fā)展及其使用有著悠久的歷史。三千年前出現(xiàn)了簡單的紡織機(jī)，兩千年前已將繩輪、凸輪、連桿機(jī)構(gòu)等用于生產(chǎn)中。漢代以后的指南車及記里鼓車中利用了齒輪和齒輪系傳動。據(jù)《后漢書·杜詩傳》記載，公元31年，東漢勞動人民已發(fā)明用水排以鼓風(fēng)煉鐵，如圖1-1所示。圖1-1水排以鼓風(fēng)煉鐵東漢張衡將桿機(jī)構(gòu)巧妙地使用在人類第一臺地震儀上，根據(jù)地動儀內(nèi)部機(jī)構(gòu)的推測圖，如圖1-2所示。圖1-2候風(fēng)地動儀內(nèi)部推測圖1.1.2

機(jī)器、機(jī)構(gòu)與機(jī)械機(jī)器、機(jī)構(gòu)與機(jī)械之間既有聯(lián)系，又有區(qū)別，下面我們進(jìn)行一一講解。在人們的生產(chǎn)和生活中廣泛地使用著各種類型的機(jī)器，如內(nèi)燃機(jī)、機(jī)床、汽車、火車、發(fā)電機(jī)、洗衣機(jī)等。為了加深對機(jī)器的理解，先以圖1-3所示的單缸內(nèi)燃機(jī)為例進(jìn)行分析。1.機(jī)器圖1-3單缸內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖內(nèi)燃機(jī)是由機(jī)架(缸體)1、曲軸2、連桿3、活塞4、進(jìn)氣閥5、排氣閥6、推桿7、凸輪8、齒輪9和10等組成。以下三部分共同將熱能轉(zhuǎn)換為曲軸的機(jī)械能。01活塞、連桿、曲軸和缸體組成主體部分，燃?xì)馔苿踊钊魍鶑?fù)移動，經(jīng)連桿轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的連續(xù)轉(zhuǎn)動;02凸輪、進(jìn)排氣閥推桿和缸體組成進(jìn)排氣的控制部分，凸輪轉(zhuǎn)動，推動氣閥按時啟閉，分別控制進(jìn)氣和排氣;03曲軸上的齒輪和凸輪軸上的齒輪與缸體組成傳動部分，曲軸轉(zhuǎn)動，通過齒輪將運(yùn)動傳給凸輪軸。此外，盡管機(jī)器種類繁多，形狀各異，但就其功能而言，一般的機(jī)器主要由五個部分組成，如圖1-4所示。圖1-4機(jī)器的組成2.機(jī)構(gòu)由若干構(gòu)件采用一定方式連接，其中一個構(gòu)件為機(jī)架，用來傳遞力、運(yùn)動或轉(zhuǎn)換運(yùn)動形式的系統(tǒng)，稱為機(jī)構(gòu)。大多數(shù)機(jī)器都由若干基本機(jī)構(gòu)組成，如內(nèi)燃機(jī)的主體部分是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，進(jìn)排氣控制部分是凸輪機(jī)構(gòu)，傳動部分是齒輪機(jī)構(gòu)。3.機(jī)械從運(yùn)動的觀點來看，機(jī)器與機(jī)構(gòu)之間并沒有區(qū)別。因此，習(xí)慣上將機(jī)器和機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為機(jī)械。1.1.3零件、部件和構(gòu)件從制造角度看，若干個零件組成了機(jī)構(gòu)，若干個機(jī)構(gòu)組成了機(jī)器，因此零件是機(jī)器的制造單元，是機(jī)器的基本組成要素。1.零件概括地講機(jī)械零件可分為通用零件和專用零件兩大類。通用零件:在各種機(jī)械中經(jīng)常使用的零件，如螺母、螺栓、齒輪、軸、鍵、彈簧等。專用零件:僅在某些類型的機(jī)械設(shè)備中使用的零件,如內(nèi)燃機(jī)中的曲軸，起重機(jī)中的吊鉤等。2.部件部件是指由一組協(xié)同工作的零件組成的獨(dú)立制造裝配的組合件，它是機(jī)械中的裝配單元，如減速器、離合器等。3.構(gòu)件從機(jī)械實現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動和功能角度看，機(jī)構(gòu)中形成相對運(yùn)動的各個運(yùn)動單元稱為構(gòu)件。構(gòu)件可以是由單一的零件，也可以是由若干零件組成的運(yùn)動單元。組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件按運(yùn)動性質(zhì)可分為原動件、從動件和機(jī)架三類。又稱主動件，是指運(yùn)動規(guī)律已知的活動構(gòu)件。它的運(yùn)動是由外界輸入的，可以按照給定的運(yùn)動規(guī)律作獨(dú)立的運(yùn)動。原動件:從動件:構(gòu)件中除原動件以外，隨原動件運(yùn)動

而運(yùn)動的可動構(gòu)件。機(jī)架:是指構(gòu)件中固定不動的構(gòu)件，用于支撐運(yùn)動構(gòu)件。一個機(jī)構(gòu)中有且只有一個機(jī)架。1.2本課程的內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法1.2.1本課程的內(nèi)容機(jī)器由若干機(jī)構(gòu)及零部件組成，機(jī)器的功能指標(biāo)取決于機(jī)構(gòu)類型及零部件的工作能力。為此，本課程內(nèi)容在簡要介紹有關(guān)整部機(jī)器設(shè)計的基本知識的基礎(chǔ)上，重點討論常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律、設(shè)計準(zhǔn)則、設(shè)計計算等基本知識；重點討論通用機(jī)械零件在一般工作條件下的結(jié)構(gòu)特點、設(shè)計準(zhǔn)則及設(shè)計計算等問題。本課程的主要內(nèi)容包括以下幾點:1緒論部分———本課程的研究對象、機(jī)械設(shè)計的基本要求及一般過程、機(jī)械零件設(shè)計的基本要求及一般過程等。2常用機(jī)構(gòu)部分———平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和間歇機(jī)構(gòu)等。3傳動部分———帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動等。4連接部分———螺紋連接、鍵和銷連接等。5軸系部分———軸、滾動軸承、滑動軸承、聯(lián)軸器和離合器等。6其他部分———減速器等。1.2.2本課程的學(xué)習(xí)方法本課程綜合運(yùn)用了工程力學(xué)、金屬工藝學(xué)、機(jī)械制圖、公差配合等先修基礎(chǔ)課程知識，解決常用機(jī)構(gòu)及通用零部件的設(shè)計問題，較之以往的先修課程更接近工程實際，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程時必須在學(xué)習(xí)方法上有所改變。任何機(jī)械產(chǎn)品都始于設(shè)計，設(shè)計質(zhì)量的高低直接關(guān)系到產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，關(guān)系到產(chǎn)品的成本和價格。由此可見，機(jī)械設(shè)計在產(chǎn)品開發(fā)中所起的關(guān)鍵作用。1.3機(jī)械設(shè)計的基本要求及一般過程1.3.1機(jī)械設(shè)計的基本要求設(shè)計的機(jī)器應(yīng)能實現(xiàn)預(yù)定功能，并在規(guī)定的工作條件下、規(guī)定的工作期限內(nèi)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為此，必須正確選擇機(jī)器的工作原理、機(jī)構(gòu)的類型和機(jī)械傳動方案，合理設(shè)計零件，滿足強(qiáng)度、剛度、耐磨性等方面的要求。1.實現(xiàn)預(yù)定功能2.滿足可靠性要求機(jī)械產(chǎn)品的可靠性是由組成機(jī)械的零、部件的可靠性保證的。只有零、部件的可靠性高，才能使系統(tǒng)的可靠性高。機(jī)械系統(tǒng)的零、部件越多，其可靠度越低。為此，要盡量減少機(jī)械系統(tǒng)的零件數(shù)目，并對系統(tǒng)可靠性有關(guān)鍵影響的零件，必須保證其必要的可靠性。3.符合經(jīng)濟(jì)合理性要求機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性是一個綜合指標(biāo)，體現(xiàn)在設(shè)計、制造、使用的全過程中。在設(shè)計制造方面要求成本要低，生產(chǎn)率和生產(chǎn)效率要高，在使用維修方面要求機(jī)械耗能、管理及維護(hù)費(fèi)用要低。4.確保安全性要求要有各種保險裝置以消除由于誤操作而引起的危險，避免人身及設(shè)備事故的發(fā)生。設(shè)計的機(jī)械產(chǎn)品規(guī)格、參數(shù)應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，零部件應(yīng)最大限度的與同類產(chǎn)品互換通用，產(chǎn)品應(yīng)成系列發(fā)展，推行標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，提高標(biāo)準(zhǔn)化程度和水平。5.推行標(biāo)準(zhǔn)化要求注重產(chǎn)品的工藝造型設(shè)計，不僅要功能強(qiáng)、價格低，而且外型美觀、實用，使產(chǎn)品在市場上具有競爭力。6.體現(xiàn)工藝造型美觀要求1.3.2機(jī)械設(shè)計的一般過程機(jī)械設(shè)計是一項創(chuàng)造性工作，需要考慮的因素較多，解答的方案也不止一個。下面簡要介紹機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的一般過程。1.產(chǎn)品規(guī)劃通常，設(shè)計者在深入調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)社會、市場的需求確定所設(shè)計機(jī)器的功能范圍和性能指標(biāo)；根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)、資料及研究成果分析其實現(xiàn)的可能性，明確設(shè)計中要解決的關(guān)鍵性問題；擬定設(shè)計工作計劃和設(shè)計任務(wù)書。2.方案設(shè)計按照設(shè)計任務(wù)書的要求，了解分析同類機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)和使用情況以及制造廠的生產(chǎn)水平；在功能分析的基礎(chǔ)上，提出可采取的實現(xiàn)功能的方案；擬定機(jī)器的組成、總體布置；確定有關(guān)的機(jī)構(gòu)和傳動方式。技術(shù)設(shè)計是機(jī)器設(shè)計的核心。在技術(shù)設(shè)計過程中，要完成各種設(shè)計計算，校核計算，繪制總裝配圖、部件裝配圖和零件工作圖。3.技術(shù)設(shè)計4.技術(shù)文件編制在完成技術(shù)設(shè)計之后，應(yīng)編制用于說明產(chǎn)品性能、設(shè)計、制造、操作使用、維護(hù)或其他所有與產(chǎn)品相關(guān)的技術(shù)文件。該技術(shù)文件主要包括設(shè)計說明書、使用說明書、零件明細(xì)表、標(biāo)準(zhǔn)件匯總表、產(chǎn)品驗收條件等。在經(jīng)過試驗、實驗和鑒定，并對設(shè)計做出必要修改后，可以進(jìn)行小批量的試生產(chǎn)。通過實際工況下的使用，將所取得的使用數(shù)據(jù)和用戶意見反饋回來，再進(jìn)一步修改設(shè)計，即定型產(chǎn)品設(shè)計，然后正式投產(chǎn)。5.定型產(chǎn)品設(shè)計1.4機(jī)械零件設(shè)計的基本要求及一般方法1.4.1機(jī)械零件設(shè)計的基本要求設(shè)計零件時應(yīng)滿足的基本要求是從設(shè)計機(jī)器的要求中提出來的，一般概括為以下兩點:設(shè)計的零件應(yīng)在預(yù)定的使用壽命周期內(nèi)按規(guī)定的工作條件可靠地工作。使用要求01經(jīng)濟(jì)性要求02經(jīng)濟(jì)性要求貫穿于零件設(shè)計的全過程，零件成本低廉，關(guān)鍵要注意以下幾點：在滿足強(qiáng)度條件時，合理選擇材料；合理確定精度等級;

賦予零件良好的工藝性，降低裝配費(fèi)用；盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化的零、部件。1234①根據(jù)零件的功能及使用要求，選擇零件類型并擬定計算簡圖；②分析零件的受力狀況，考慮各種因素對載荷的影響，確定計算載荷；③根據(jù)零件的工作條件，合理選擇材料及熱處理方法，并確定許用應(yīng)力；1.4.2機(jī)械零件設(shè)計的一般方法通用機(jī)械零件設(shè)計的一般方法可概括為:④分析零件可能的失效形式，確定設(shè)計準(zhǔn)則，確定零件的基本尺寸；⑤確定零件的主要參數(shù)和幾何尺寸，確定零件結(jié)構(gòu)；⑥繪制零件工作圖，擬定技術(shù)要求。本章小結(jié)①機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動的裝置，用來轉(zhuǎn)換或傳遞能量、物料、信息。就其功能而言，一般的機(jī)器主要由控制部分、動力部分、傳動部分、執(zhí)行部分和支承及輔助部分。②機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件采用一定方式連接，其中一個構(gòu)件為機(jī)架，用來傳遞力、運(yùn)動或轉(zhuǎn)換運(yùn)動形式的系統(tǒng)。機(jī)器與機(jī)構(gòu)的區(qū)別為；機(jī)器是由各種機(jī)構(gòu)組成的，可以完成能量的轉(zhuǎn)換或做有用功；而機(jī)構(gòu)僅僅是起著運(yùn)動的傳遞和運(yùn)動形式的轉(zhuǎn)換作用。③零件和構(gòu)件的最大區(qū)別：零件是從加工角度來考慮的，一次能夠加工出的單元就是零件，而構(gòu)件是從運(yùn)動單元來考慮的，它可以是單一的零件，也可以是由幾個零件連接而成，一塊運(yùn)動(移動、轉(zhuǎn)動)的單元體就是構(gòu)件。ThankYou!第二章

平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析本章內(nèi)容1運(yùn)動副

2平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖

3平面機(jī)構(gòu)的自由度【本章導(dǎo)讀】為了傳遞運(yùn)動和力，機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間必須以一定的方式連接起來，并且具有確定的相對運(yùn)動。顯然，不能產(chǎn)生相對運(yùn)動或無規(guī)則運(yùn)動的構(gòu)件組合都不能成為機(jī)構(gòu)。如果組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件都在同一個平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動，則稱為平面機(jī)構(gòu)，否則稱為空間機(jī)構(gòu)。目前，工程中常見的機(jī)構(gòu)大多屬于平面機(jī)構(gòu)，故本章僅討論平面機(jī)構(gòu)。2.1運(yùn)動副平面機(jī)構(gòu)中每個構(gòu)件都不是自由構(gòu)件，而是以一定的方式與其他構(gòu)件組成可動連接，這種使兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生確定相對運(yùn)動的連接稱為運(yùn)動副。根據(jù)組成運(yùn)動副兩構(gòu)件之間的接觸特性，運(yùn)動副可分為低副和高副。2.1.1低副兩構(gòu)件以面接觸組成的運(yùn)動副稱為低副。根據(jù)它們之間的相對運(yùn)動是轉(zhuǎn)動還是移動，運(yùn)動副又可分為轉(zhuǎn)動副和移動副。1.轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副是指組成運(yùn)動副的兩構(gòu)件之間只能繞某一軸線作相對轉(zhuǎn)動的運(yùn)動副。通常轉(zhuǎn)動副的具體形式是用鉸鏈連接，即由圓柱銷和銷孔構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，如圖2-1所示。圖2-1轉(zhuǎn)動副2.移動副移動副是指組成運(yùn)動副的兩構(gòu)件只能作相對直線移動的運(yùn)動副，如圖2-2所示。圖2-3所示為裝載機(jī)鏟斗上的實際低副。圖2-2移動副圖2-3實際低副2.1.2高副兩構(gòu)件以點或線接觸組成的運(yùn)動副稱為高副。如圖2-4所示，構(gòu)件1與構(gòu)件2組成的高副中，構(gòu)件1無法沿公法線方向移動,而構(gòu)件1相對于構(gòu)件2則可沿接觸點A的切線方向移動,同時還可繞A點轉(zhuǎn)動。(a)齒輪副(b)凸輪副圖2-4高副2.2平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖機(jī)構(gòu)簡圖是用特定的構(gòu)件和運(yùn)動副符號表示機(jī)構(gòu)的一種簡化示意圖，僅表示機(jī)構(gòu)運(yùn)動傳遞情況和結(jié)構(gòu)特征。2.2.1平面機(jī)構(gòu)簡圖和運(yùn)動簡圖2.2.2運(yùn)動副和構(gòu)件的表示方法1.運(yùn)動副的表示方法機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖中運(yùn)動副表示方法如圖2-7所示。其中，圖2-7(a)表示由兩個可動構(gòu)件組成的轉(zhuǎn)動副；圖2-7(b)和圖2-7(c)表示兩個構(gòu)件中有一個構(gòu)件是固定的轉(zhuǎn)動副，畫有斜線的構(gòu)件代表固定構(gòu)件；圖2-7運(yùn)動副表示方法

圖2-7(d)至圖2-7(i)表示兩個構(gòu)件組成的移動副；圖2-7(j)表示兩個構(gòu)件組成的高副，畫高副簡圖時應(yīng)畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓。圖2-7運(yùn)動副表示方法2.構(gòu)件的表示方法

機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖中構(gòu)件表示方法如圖2-8所示。其中，圖2-8(a)為具有兩個轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件；圖2-8(b)為具有一個轉(zhuǎn)動副和一個移動副的構(gòu)件；圖2-8(c)為具有3個轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件；圖2-8(d)為3個轉(zhuǎn)動副的中心均在一條直線上。圖2-8構(gòu)件表示方法2.2.3機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制繪制平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖時，可按照以下步驟進(jìn)行。①分析機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動情況：首先確定機(jī)構(gòu)中的機(jī)架、主動件和從動件；然后從主動件開始，沿著運(yùn)動傳遞的順序分析運(yùn)動的傳遞情況，最后確定出機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的數(shù)目。②確定運(yùn)動副的類型和數(shù)量：從主動件開始,按照運(yùn)動的傳遞順序分析各構(gòu)件之間相對運(yùn)動的性質(zhì)，確定運(yùn)動副的類型。③選擇投影面：為了能清楚地表明各構(gòu)件間的相對運(yùn)動關(guān)系，通常選擇平行于機(jī)構(gòu)中多數(shù)構(gòu)件所在的運(yùn)動平面為投影面。④選擇瞬時位置：選擇能充分反映機(jī)構(gòu)運(yùn)動特性的瞬時位置，若瞬時位置選擇不當(dāng)，則會出現(xiàn)構(gòu)件間相互重疊和交叉。

⑤選擇適當(dāng)?shù)谋壤L圖：首先根據(jù)構(gòu)件的實際尺寸和圖紙大小確定適當(dāng)?shù)拈L度比例尺，然后按照各運(yùn)動副間的距離和相對位置，用規(guī)定的線條和符號即可繪制出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖。其中2.3平面機(jī)構(gòu)的自由度如前所述，機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件之間應(yīng)具有確定的相對運(yùn)動。為了使組合起來的構(gòu)件能產(chǎn)生確定的相對運(yùn)動，有必要探討機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件。2.3.1自由度和約束

在直角坐標(biāo)系中，一個處于空間自由狀態(tài)的剛體(構(gòu)件)，具有6個獨(dú)立運(yùn)動的參數(shù)，即沿三個坐標(biāo)軸的移動和繞三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動。而對于一個作平面運(yùn)動的構(gòu)件而言，僅有3個獨(dú)立運(yùn)動的參數(shù)，即沿x軸、y軸的移動和繞垂直于xOy平面的軸轉(zhuǎn)動，如圖2-10所示。我們把構(gòu)件相對于參考系具有的獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度。

圖2-10構(gòu)件自由度

如果一個平面機(jī)構(gòu)中包含有n個可動構(gòu)件(機(jī)架為參考坐標(biāo)系是相對固定的，因而不是可動構(gòu)件)，未用運(yùn)動副連接之前，這些可動構(gòu)件的自由度總數(shù)應(yīng)為3n。2.3.2平面機(jī)構(gòu)自由度的計算若用運(yùn)動副連接之后，由于在平面機(jī)構(gòu)中每個平面低副(如轉(zhuǎn)動副、移動副等)引入兩個約束，使構(gòu)件失去兩個自由度；而每個平面高副(如齒輪副、凸輪副等)引入一個約束，使構(gòu)件失去一個自由度。因此若機(jī)構(gòu)中有個低副和個高副，則所有運(yùn)動副引入的約束數(shù)為。于是可得，機(jī)構(gòu)自由度F應(yīng)為：(2-1)2.3.3平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件

如圖2-11(a)所示平面三桿構(gòu)件組合體中，其自由度為這表明各構(gòu)件間無相對運(yùn)動，因此它是一個剛性桁架,而不是機(jī)構(gòu)。

(a)平面三桿構(gòu)件組合體圖2-11平面三桿和平面四桿構(gòu)件組合體

如圖2-11(b)所示平面四桿構(gòu)件組合體中，其自由度為這表明各構(gòu)件間無相對運(yùn)動，因此它是一個超靜定桁架，也不是機(jī)構(gòu)。(b)平面四桿構(gòu)件組合體圖2-11平面三桿和平面四桿構(gòu)件組合體如圖2-12(a)所示五桿鉸鏈構(gòu)件組合體，其自由度為該機(jī)構(gòu)中只有一個主動件，當(dāng)構(gòu)件1繞A點均勻轉(zhuǎn)動且處于AB位置時，構(gòu)件2、3、4可處于不同的位置(參見圖2-12(a)標(biāo)出的兩個位置)，即這三個構(gòu)件的運(yùn)動不確定。圖2-12五桿鉸鏈構(gòu)件組合體但若給定兩個主動件，如構(gòu)件1和構(gòu)件4分別繞點A和點E轉(zhuǎn)動，則構(gòu)件2和構(gòu)件3的運(yùn)動就能完全確定，如圖2-12(b)所示。圖2-12五桿鉸鏈構(gòu)件組合體

綜上所述，機(jī)構(gòu)具有確定相對運(yùn)動的條件為：①F>0；②F等于機(jī)構(gòu)中原動件的個數(shù)?！纠?-3】試計算圖2-13所示裝載機(jī)機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷機(jī)構(gòu)的運(yùn)動是否確定。圖2-13裝載機(jī)解

由于此機(jī)構(gòu)有兩個原動件(活塞桿5和7)，且原動件個數(shù)等于機(jī)構(gòu)自由度數(shù)，因此機(jī)構(gòu)的運(yùn)動確定。推土機(jī)機(jī)構(gòu)有8個可動構(gòu)件，11個低副(其中有2個移動副、9個轉(zhuǎn)動副)，即，所以，該機(jī)構(gòu)的自由度為：2.3.4計算平面機(jī)構(gòu)的自由度應(yīng)注意的幾個問題應(yīng)用式(2-1)計算平面機(jī)構(gòu)自由度時，應(yīng)注意以下幾點:兩個以上的構(gòu)件在一處組成的轉(zhuǎn)動副，稱為復(fù)合鉸鏈。1.復(fù)合鉸鏈如圖2-14(a)所示，構(gòu)件1與構(gòu)件2、3組成兩個轉(zhuǎn)動副。圖2-14(b)為復(fù)合鉸鏈的機(jī)構(gòu)簡圖。

(a)結(jié)構(gòu)示意圖(b)機(jī)構(gòu)簡圖圖2-14復(fù)合鉸鏈3個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈包含2個轉(zhuǎn)動副，若由k個構(gòu)件在同一處構(gòu)成復(fù)合鉸鏈時，就構(gòu)成k-1個共線轉(zhuǎn)動副。機(jī)構(gòu)中不影響其輸出與輸入運(yùn)動關(guān)系的個別構(gòu)件的獨(dú)立運(yùn)動自由度，稱為機(jī)構(gòu)的局部自由度。在計算機(jī)構(gòu)自由度時，局部自由度除去不計。2.局部自由度如圖2-16(a)所示凸輪機(jī)構(gòu)中，為減少高副接觸處的磨損，在從動件2上安裝一個滾子3，使其與凸輪1的輪廓線滾動接觸。顯然，滾子繞其自身軸線的轉(zhuǎn)動與否并不影響凸輪與從動件間的相對運(yùn)動，因此滾子繞其自身軸線的轉(zhuǎn)動為機(jī)構(gòu)的局部自由度。圖2-16局部自由度在計算機(jī)構(gòu)的自由度時應(yīng)預(yù)先將轉(zhuǎn)動副C和構(gòu)件3除去不計，如圖2-16(b)所示，設(shè)想將滾子3與從動件2固連在一起，作為一個構(gòu)件來考慮。此時該機(jī)構(gòu)中，其機(jī)構(gòu)的自由度為：

即此凸輪機(jī)構(gòu)只有一個自由度,是符合實際情況的。3.虛約束在機(jī)構(gòu)中與其他約束重復(fù)而不起限制運(yùn)動作用的約束稱為虛約束。在計算機(jī)構(gòu)自由度時，應(yīng)當(dāng)除去不計。

【例2-5】如圖2-17所示為機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)，。在此機(jī)構(gòu)中，所以其機(jī)構(gòu)自由度為圖2-17機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)

這表明該機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動，顯然與實際情況不符。進(jìn)一步分析可知，機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動軌跡有重疊現(xiàn)象。因為如果去掉構(gòu)件4(轉(zhuǎn)動副E，F(xiàn)也不再存在)，當(dāng)原動件1轉(zhuǎn)動時，構(gòu)件2上E點的軌跡是不變的。因此，構(gòu)件4及轉(zhuǎn)動副E、F是否存在對整個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動并無影響，是多余約束或重復(fù)約束，即虛約束。因此，在計算機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)除去構(gòu)件4和轉(zhuǎn)動副E、F。此時機(jī)構(gòu)中，則該機(jī)構(gòu)的自由度為：此結(jié)果與實際情況相符。由此可知，當(dāng)機(jī)構(gòu)中存在虛約束時，其消除辦法是將含有虛約束的構(gòu)件及其組成的運(yùn)動副去掉。平面機(jī)構(gòu)的虛約束常出現(xiàn)于下列情況中：①被連接件上點的軌跡與機(jī)構(gòu)上連接點的軌跡重合時，這種連接將出現(xiàn)虛約束，如圖2-17所示。圖2-17機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)(a)導(dǎo)路平行虛約束(b)導(dǎo)路重合虛約束圖2-18導(dǎo)路相互平行或重合的虛約束②兩個構(gòu)件組成多個移動副其導(dǎo)路互相平行(或重合)時，只有一個移動副起約束作用，其余都是虛約束，如圖2-18所示。③兩個構(gòu)件組成多個轉(zhuǎn)動副其軸線重合時，只有一個轉(zhuǎn)動副起約束作用，其余都是虛約束。例如一根軸上安裝多個軸承，如圖2-19所示。圖2-19轉(zhuǎn)動軸線重合虛約束④機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動不起限制作用的對稱部分，如圖2-20所示齒輪系，只需要一個齒輪2便可傳遞運(yùn)動，為了提高承載能力并使機(jī)構(gòu)受力均勻，圖中采用了3個完全相同的行星輪對稱布置。圖2-20結(jié)構(gòu)對稱虛約束

虛約束對機(jī)構(gòu)運(yùn)動雖然不起作用，但可以增加構(gòu)件的剛性，改善受力情況，因而機(jī)構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)虛約束。【例2-6】計算圖2-21所示大篩機(jī)構(gòu)的自由度。圖2-21大篩機(jī)構(gòu)解圖中滾子有局部自由度。E和E′為兩構(gòu)件組成的導(dǎo)路平行移動副，其中一個為虛約束。C處為復(fù)合鉸鏈。消除局部自由度、去掉虛約束后，機(jī)構(gòu)中，則機(jī)構(gòu)自由度為：此機(jī)構(gòu)具有兩個自由度，有兩個主動構(gòu)件(構(gòu)件1和2)。本章小結(jié)①學(xué)會繪制平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖。讀懂常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖，并能根據(jù)實際機(jī)構(gòu)或機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。1.本章基本要求②掌握運(yùn)動副的概念和運(yùn)動副的分類方法，掌握計算平面機(jī)構(gòu)自由度的方法，會識別機(jī)構(gòu)中的復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束,并能進(jìn)行機(jī)構(gòu)自由度計算。2.重點內(nèi)容學(xué)習(xí)提示

①自由度是單個無連接的構(gòu)件所固有的，機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件通常都要相互連接，只要有連接就有運(yùn)動的相互限制，這種限制就是約束。運(yùn)動副指的是連接的構(gòu)件要直接連接，同時相互間必須有確定的相對運(yùn)動。

②低副是面接觸的連接，連接后構(gòu)件只剩下一個自由度；高副是點、線連接，只能限制接觸點或接觸線處的公法線方向的運(yùn)動，即在公法線方向上不能有相對運(yùn)動，連接后構(gòu)件還有兩個自由度。③繪制平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的關(guān)鍵在于選取合適的觀察角度，以保證各構(gòu)件之間不相互重疊。

④平面機(jī)構(gòu)自由度計算的關(guān)鍵，在于判斷是否有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束。其中，復(fù)合鉸鏈比較簡單，注意觀察即可；局部自由度主要指凸輪有無滾子；比較難判斷的是虛約束的幾種情況，通常有虛約束時會給一些特殊條件。采用虛約束主要是考慮受力問題，而機(jī)構(gòu)自由度計算主要是考慮運(yùn)動問題。ThankYou!第三章

平面連桿機(jī)構(gòu)本章內(nèi)容1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點

2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及曲柄存在的條件

3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式

4平面四桿機(jī)構(gòu)的傳動特性

5圖解法設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)

※6多桿機(jī)構(gòu)簡介【本章導(dǎo)讀】平面連桿機(jī)構(gòu)是一種應(yīng)用極為廣泛的機(jī)構(gòu)，在各行各業(yè)以及日常生活的機(jī)械設(shè)備中經(jīng)常見到。簡單的平面連桿機(jī)構(gòu)是平面四桿機(jī)構(gòu)，它是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。在平面四桿機(jī)構(gòu)中，又以鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為基本形式。其他形式均可以由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而來。因此，本章將以鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為主要研究對象，討論平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性和設(shè)計方法。由若干個構(gòu)件通過低副連接，且所有構(gòu)件在相互平行平面內(nèi)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)稱為平面連桿機(jī)構(gòu)。由四個構(gòu)件通過低副連接而構(gòu)成的平面連桿機(jī)構(gòu)，稱為平面四桿機(jī)構(gòu)。它是平面連桿機(jī)構(gòu)中最常見的形式，也是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。3.1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點

平面連桿機(jī)構(gòu)的類型很多，構(gòu)件的形狀多數(shù)呈桿狀，其中最常用的是由四個桿組成的平面四桿機(jī)構(gòu)。在平面四桿機(jī)構(gòu)中，又以鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為基本形式。3.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及曲柄存在的條件3.2.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及應(yīng)用

當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間以轉(zhuǎn)動副連接時，稱該機(jī)構(gòu)為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。

圖3-1所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，固定不動的桿4稱為機(jī)架，與機(jī)架相連的桿1與桿3，稱為連架桿；其中能相對機(jī)架作整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為曲柄，僅能在某一角度范圍內(nèi)作往復(fù)擺動的連架桿稱為搖桿；連接兩連架桿的桿2稱為連桿，連桿2通常作平面復(fù)合運(yùn)動。圖3-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

根據(jù)連架桿運(yùn)動形式的不同，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可分為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)三種基本類型。

具有一個曲柄，一個搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(參見圖3-1)。1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖3-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，取曲柄1為主動件時，可將曲柄的連續(xù)等速轉(zhuǎn)動經(jīng)連桿2轉(zhuǎn)換為從動件搖桿3的變速往復(fù)擺動。圖3-2所示的送料機(jī)構(gòu)即為兩個完全相同的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)組合而成。圖3-2送料機(jī)構(gòu)

取搖桿3為主動件時，可將搖桿的不等速往復(fù)擺動經(jīng)連桿2轉(zhuǎn)換為從動件曲柄1的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。圖3-3所示為縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)的簡圖。當(dāng)腳踏動踏板3(相當(dāng)于搖桿)使其作往復(fù)擺動時，通過連桿2帶動曲軸1(相當(dāng)于曲柄)作連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使縫紉機(jī)進(jìn)行縫紉工作。圖3-3縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)

具有兩個曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)(參見圖3-4)。2.雙曲柄機(jī)構(gòu)圖3-4雙曲柄機(jī)構(gòu)

在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，兩曲柄可分別為主動件。若曲柄1為主動件，當(dāng)曲柄1由AB轉(zhuǎn)180°至AB′時，從動件曲柄3由CD轉(zhuǎn)至C′D，轉(zhuǎn)角為；當(dāng)主動曲柄繼續(xù)再轉(zhuǎn)180°由AB′轉(zhuǎn)回至AB時，從動曲柄也由C′D轉(zhuǎn)回至CD，轉(zhuǎn)角為，顯然。這表明主動曲柄勻速旋轉(zhuǎn)一圈，從動曲柄變速旋轉(zhuǎn)一圈。在圖3-5所示的慣性篩中，ABCD為雙曲柄機(jī)構(gòu)。當(dāng)曲柄1作等角速度轉(zhuǎn)動時，曲柄3作變角速轉(zhuǎn)動，通過連桿2使篩體產(chǎn)生變速直線運(yùn)動，篩面上的物料由于慣性來回抖動，從而達(dá)到篩分物料的目的。圖3-5慣性篩

雙曲柄機(jī)構(gòu)中，常見的還有平行四邊形機(jī)構(gòu)和逆平行四邊形機(jī)構(gòu)。(1)平行四邊形機(jī)構(gòu)

平行四邊形機(jī)構(gòu)如圖3-6所示，兩曲柄長度相等，且連桿與機(jī)架的長度也相等，呈平行四邊形。平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特點是：當(dāng)主動曲柄1作等速轉(zhuǎn)動時，從動曲柄3會以相同的角速度沿同一方向轉(zhuǎn)動，連桿2則作平行移動。圖3-6平行四邊形機(jī)構(gòu)(2)逆平行四邊形機(jī)構(gòu)逆平行四邊形機(jī)構(gòu)如圖3-8(a)所示，兩曲柄長度相等，且連桿與機(jī)架的長度也相等但不平行。圖3-8逆平行四邊形機(jī)構(gòu)圖及其應(yīng)用

圖3-8(b)所示的車門機(jī)構(gòu)，采用了逆平行四邊形機(jī)構(gòu)，以保證與曲柄1和3固聯(lián)的車門能同時開和關(guān)。圖3-8逆平行四邊形機(jī)構(gòu)圖及其應(yīng)用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為搖桿，稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)(參見圖3-9(a))。3.雙搖桿機(jī)構(gòu)圖3-9雙搖桿機(jī)構(gòu)及門座起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)在雙搖桿機(jī)構(gòu)中，兩搖桿均可作主動件。當(dāng)主動搖桿1往復(fù)擺動時，通過連桿2帶動從動搖桿3往復(fù)擺動。圖3-9雙搖桿機(jī)構(gòu)及門座起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)

圖3-9(b)所示門座起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)即為雙搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動搖桿1擺動時，從動搖桿3隨之?dāng)[動，使連桿延長部分上的E點(吊重物處)，在近似水平的直線上移動，以避免因不必要的升降而消耗能量。圖3-9雙搖桿機(jī)構(gòu)及門座起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)3.2.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件和基本類型的判別

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本形式的主要區(qū)別在于是否存在曲柄和存在幾個曲柄，實質(zhì)取決于各桿的相對長度以及選取哪一桿作為機(jī)架。1.曲柄存在條件

圖3-11所示為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，AB為曲柄，BC為連桿，CD為搖桿，AD為機(jī)架，各桿長度分別為。為保證曲柄能作整圈旋轉(zhuǎn)，曲柄AB必須能順利通過與連桿BC共線的兩個位置和，這時，機(jī)構(gòu)各桿分別構(gòu)成三角形與。在中:在中:所以(3-1)圖3-11鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件上式兩兩相加得(3-2)分析式(3-1)和式(3-2)可得鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有一個曲柄的條件為：①最短桿與最長桿長度之和應(yīng)小于或等于其余兩桿長度之和。②曲柄為最短桿。

由圖3-11所示可知，因AB是曲柄能作360°旋轉(zhuǎn)，所以AB與相鄰兩桿BC和AD之間的夾角β和φ可在0°~360°之間變化。根據(jù)相對運(yùn)動原理，連桿BC和機(jī)架AD也可以相對曲柄作整圈旋轉(zhuǎn)；而搖桿CD只能作小于360°的擺動。若取

AB為機(jī)架時，BC桿和AD桿均為曲柄。由此，可得鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件為：①最短桿與最長桿長度之和應(yīng)小于或等于其余兩桿長度之和。②連架桿與機(jī)架中至少有一個是最短桿。2.基本類型的判別若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和時：最短桿是曲柄時,為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。最短桿是機(jī)架時,為雙曲柄機(jī)構(gòu)。最短桿是連桿時,為雙搖桿機(jī)構(gòu)?！纠?-1】如圖3-12所示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD的各桿長度分別。當(dāng)機(jī)構(gòu)分別以AB、BC、CD、DA各桿為機(jī)架時，相應(yīng)得到何種機(jī)構(gòu)?圖3-12例3-1用圖

由各桿長的數(shù)值可知，AB桿為最短桿，BC桿為最長桿。又因為解

，滿足桿長條件，于是可得下面的結(jié)論：

若以AB為機(jī)架，則得到雙曲柄機(jī)構(gòu)；若以BC為機(jī)架，則得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；若以CD為機(jī)架，則得到雙搖桿機(jī)構(gòu)；若以DA為機(jī)架，則得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。圖3-12例3-1用圖上節(jié)介紹了鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型，在實際機(jī)械中，為了滿足各種工作的需要還有許多形式不同的平面機(jī)構(gòu)。它們在外形和構(gòu)造上雖然存在較大差別，但在運(yùn)動特性上卻有許多相似之處。其實它們都是通過鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而來的。3.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式圖3-13(a)所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，鉸鏈中C的軌跡為以D為圓心和為半徑的圓弧。圖3-13曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

若增至無窮大，C點的軌跡變成直線，如圖3-13(b)所示，搖桿3演化為直線運(yùn)動的滑塊，轉(zhuǎn)動副D演化為移動副，機(jī)構(gòu)演化為圖3-13(c)所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。若C點的運(yùn)動軌跡正對曲柄轉(zhuǎn)動中心A，稱為對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(參見圖3-13(c))；圖3-13曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

若C點運(yùn)動軌跡的延長線與曲柄回轉(zhuǎn)中心A之間存在偏距e(參見圖3-13(d))，稱為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。滑塊兩個極限位置之間的距離為行程，通常用H表示。圖3-13曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄較短時，往往用一個旋轉(zhuǎn)中心與幾何中心不相重合的偏心輪代替曲柄，稱為偏心輪機(jī)構(gòu)(參見圖3-16)。圖中構(gòu)件1為偏心輪，偏心距e(輪的幾何中心B點至旋轉(zhuǎn)中心A點的距離)相當(dāng)于曲柄長度。圖3-16偏心輪機(jī)構(gòu)圖曲柄轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)可看成是改變曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的機(jī)架演化而來的。3.3.2曲柄轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

如圖3-17(a)所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，若改取桿1為機(jī)架，即可得圖3-17(b)所示的機(jī)構(gòu)。其中桿4對滑塊3的運(yùn)動起導(dǎo)路作用，故稱為導(dǎo)桿。圖3-17曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化

滑塊3相對導(dǎo)桿4滑動，并隨導(dǎo)桿4一起繞A點轉(zhuǎn)動。當(dāng)時(參見圖3-17(b))，桿2和導(dǎo)桿4均可整周回轉(zhuǎn)，故稱為曲柄轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，圖3-18所示為曲柄轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用。圖3-18插床機(jī)構(gòu)當(dāng)時(參見圖3-19)，桿2作整周回轉(zhuǎn)，導(dǎo)桿4只能往復(fù)擺動，稱為曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。圖3-20為曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用。圖3-19曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖3-20牛頭刨床主機(jī)構(gòu)1.移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)3.3.3移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和曲柄搖塊機(jī)構(gòu)在圖3-17(a)所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若取滑塊3為機(jī)架時，則演化為導(dǎo)桿在滑塊中移動的移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(參見圖3-17(d))。圖3-17曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化在圖3-17(a)所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若取桿2為機(jī)架時，則演化為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)(參見圖3-17(c))。該機(jī)構(gòu)中桿1為曲柄，繞B點回轉(zhuǎn)時，桿4相對于滑塊3滑動，并與滑塊3一起繞C點擺動。這種機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于擺缸式內(nèi)燃機(jī)和液壓驅(qū)動裝置中。2.曲柄搖塊機(jī)構(gòu)圖3-17曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化在圖3-23(a)所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若將轉(zhuǎn)動副B擴(kuò)大，可等效為圖3-23(b)所示的機(jī)構(gòu)。若圓弧槽mm的半徑逐漸增加至無窮長時，則演化為圖3-23(c)所示的機(jī)構(gòu)。3.3.4曲柄移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖3-23曲柄移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

此時連桿2轉(zhuǎn)化為沿直線mm移動的滑塊2；轉(zhuǎn)動副C則變?yōu)橐苿痈保瑝K3轉(zhuǎn)化為移動導(dǎo)桿。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)便演化為具有兩個移動副的四桿機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)稱為曲柄移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。由于此機(jī)構(gòu)當(dāng)主動件1等速回轉(zhuǎn)時，從動導(dǎo)桿3的位移為，故又稱正弦機(jī)構(gòu)，如縫紉機(jī)引線機(jī)構(gòu)(參見圖3-24)和橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)等。圖3-24縫紉機(jī)引線機(jī)構(gòu)

平面四桿機(jī)構(gòu)的傳動特性有急回特性、傳力特性和死點位置等。3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的傳動特性3.4.1急回特性在圖3-25所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，曲柄AB是原動件，作等角速度轉(zhuǎn)動，位置為CD桿的左極限位置，為右極限位置，搖桿在兩極限位置之間所夾角度稱為搖桿的擺角，用φ表示。圖3-25四桿機(jī)構(gòu)的急回特性當(dāng)曲柄AB等速順時針從轉(zhuǎn)到時，搖桿CD由擺動到位置時，所需時間為，平均速度為曲柄轉(zhuǎn)過角度為。

當(dāng)曲柄AB等速順時針從轉(zhuǎn)到時，搖桿CD由擺回到位置時，所需時間為，平均速度為，曲柄轉(zhuǎn)過的角度為。曲柄AB為等角速度轉(zhuǎn)動，因，所以，則有。如把進(jìn)程平均速度定為，空行程返回速度為，則從動件搖桿CD往復(fù)擺動的平均速度不相等，從動件回程速度比進(jìn)程速度快，這一性質(zhì)稱為機(jī)構(gòu)的急回特性。

機(jī)構(gòu)急回特性的相對程度可用行程速度變化系數(shù)K來表示，即在急回運(yùn)動機(jī)構(gòu)中，作往復(fù)運(yùn)動的從動件在空回程中的平均速度與工作行程中的平均速度之比值，即式中：θ———極位夾角，即搖桿(從動件)在兩個極限位置時，曲柄(主動件)對應(yīng)所夾的銳角。若已知行程速度變化系數(shù)K，則可求得極位夾角θ，即于是可得(3-3)(3-4)

θ表示了急回程度的大小，θ越大，K值越大，機(jī)構(gòu)急回的程度越高，但機(jī)構(gòu)運(yùn)動的平穩(wěn)性就越差；θ=0，機(jī)構(gòu)無急回特性。設(shè)計機(jī)構(gòu)時通常給定K值求θ角，在一般機(jī)械中取。①主動件為曲柄作等速整周轉(zhuǎn)動。②從動件作往復(fù)運(yùn)動(有極限位置)。③極位夾角θ>0。

綜上所述，可得連桿機(jī)構(gòu)從動件具有急回特性的條件是：

平面連桿機(jī)構(gòu)不僅要保證實現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動要求，而且應(yīng)當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率高，并具有良好的傳力特性。通常用壓力角或傳動角表明連桿機(jī)構(gòu)的傳力特性。3.4.2傳力特性

在圖3-26所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若忽略各桿的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動副中摩擦力的影響，則連桿2是二力桿，主動件曲柄1通過連桿2傳給從動件搖桿3的力F沿BC方向。圖3-26四桿機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動角

從動件C點力F的方向與C點的速度方向間所夾的銳角α，稱為壓力角，壓力角的余角γ稱為傳動角。F分解為兩個分力和由圖可知(3-5)式中：———推動從動件CD運(yùn)動的有效分力；———只能使鉸鏈C和D產(chǎn)生徑向壓力。顯然，壓力角α愈小，使從動件運(yùn)動的有效分力越大，機(jī)構(gòu)傳動的效率也越高，所以可用壓力角的大小判斷機(jī)構(gòu)的傳力特性。為了度量方便，常用壓力角的余角判斷機(jī)構(gòu)性能。由圖3-26可知，傳動角γ是連桿與搖桿所夾的銳角，即。

愈小或

愈大，機(jī)構(gòu)傳力性能愈好；當(dāng)過小時，機(jī)構(gòu)就不能傳動。機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，壓力角和傳動角隨從動件的位置而變化。為了保證機(jī)構(gòu)能正常工作，要限制工作行程的最大壓力角或最小傳動角，一般設(shè)計時應(yīng)使最小傳動角；對于高速和大功率的傳動機(jī)械，應(yīng)使。

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時，最小傳動角的位置，是在曲柄與機(jī)架共線的兩個位置處，其值為圖3-26所示中的。圖3-26四桿機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動角對于偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖3-27所示，曲柄為主動件時，其傳動角為連桿與導(dǎo)路垂線所夾的銳角，因此當(dāng)曲柄處于與偏距方向相反的一側(cè)且垂直導(dǎo)路的位置時取得最小值；圖3-27偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)最小傳動角對于曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的傳動角，當(dāng)曲柄BC為主動件時，因滑塊對導(dǎo)路的作用力始終垂直于導(dǎo)桿，故其傳動角恒為90°(參見圖3-28)，這說明曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)具有良好的傳力性能。圖3-28曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)傳動角3.4.3死點位置

在圖3-29所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若搖桿CD為主動件，曲柄AB為從動件時，當(dāng)連桿BC與曲柄AB處于共線位置時，連桿BC與曲柄AB之間的傳動角，壓力角，這時搖桿CD經(jīng)連桿BC傳給從動件曲柄AB的力通過曲柄轉(zhuǎn)動中心A，轉(zhuǎn)動力矩為零，從動件不轉(zhuǎn)，機(jī)構(gòu)停頓，機(jī)構(gòu)所處的這種位置稱為死點位置，有時把死點位置簡稱死點。圖3-29曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的死點機(jī)構(gòu)存在死點位置是不利的，對于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器，常采取以下措施使機(jī)構(gòu)順利地通過死點位置：利用從動件的慣性順利地通過死點位置。

采用錯位排列的方式順利地通過死點位置。

死點位置在傳動中并非總是起消極作用。在工程實際中，不少場合也是利用死點位置來實現(xiàn)一定的功能。平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計是指根據(jù)工作要求選定機(jī)構(gòu)的類型，并確定機(jī)構(gòu)的幾何尺寸。在設(shè)計中需主要解決以下兩類問題:3.5圖解法設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)

①實現(xiàn)給定的運(yùn)動規(guī)律。例如，要求滿足給定的行程速度變化系數(shù)以實現(xiàn)預(yù)期的急回特性、實現(xiàn)預(yù)設(shè)的連桿速度等。

②實現(xiàn)給定的運(yùn)動軌跡。例如，要求連桿上某點能沿著給定軌跡運(yùn)動等。平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法有圖解法、解析法和實驗法三種。設(shè)計時到底選用哪種設(shè)計方法，應(yīng)根據(jù)實際條件而定。本節(jié)只介紹用圖解法設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)。3.5.1按連桿位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)1.給定連桿三個位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)已知條件：如圖3-33所示，已知連桿BC的長度及連桿的三個預(yù)定位置，要求確定四桿機(jī)構(gòu)的其余桿件的位置和尺寸。圖3-33給定連桿三個位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)分析：設(shè)計的關(guān)鍵是確定固定鉸鏈A和D的位置,從而確定其他桿件的長度。由于連桿上B、C兩點的軌跡分別為以A、D為圓心的圓弧，所以A、D必分別位于的垂直平分線上。其設(shè)計步驟如下:①選取適當(dāng)比例尺，按連桿長度及給定位置畫出。

②分別連接和、和及和、和，作和的垂直平分線和及和的垂直平分線和，分別得交點A和D，該兩點即是兩個連架桿的固定鉸鏈中心。

③分別連接(圖中的粗實線)，即為所求的四桿機(jī)構(gòu)。從圖中量得各桿的長度再乘以比例尺，就得到實際結(jié)構(gòu)的長度尺寸。2.給定連桿的兩個位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)

給定連桿長度及兩個位置和時，由上述方法可知，A點和D點可在和的垂直平分線上任意選取，得到無窮多個解。

在實際設(shè)計中,還需給出其他輔助條件，如限制構(gòu)件轉(zhuǎn)動中心A和D的位置等，此時便可得到一個確定的解。

【例3-2】設(shè)計一振實造型機(jī)的反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，如圖3-34所示。要求反轉(zhuǎn)臺8位于位置Ⅰ(實線位置)時，在砂箱7內(nèi)填砂造型振實；當(dāng)反轉(zhuǎn)臺8轉(zhuǎn)到位置Ⅱ(虛線位置)時起模。已知連桿BC長度

和兩個位置，要求A、D在同一水平線上并且AD=BC。圖3-34給定連桿兩個位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)解①取比例尺

，得在給定位置畫出和。②連接，作的垂直平分線和的垂直平分線。

③按A、D在同一水平線上，且AD=BC的要求，在上得A點，上得D點。④連接即得所求四桿機(jī)構(gòu)。各桿長度為

設(shè)計具有急回特性的四桿機(jī)構(gòu)時，通常根據(jù)實際工作需要，先確定行程速度變化系數(shù)K，然后根據(jù)機(jī)構(gòu)在極限位置處的幾何關(guān)系，結(jié)合有關(guān)輔助條件，確定機(jī)構(gòu)尺寸。3.5.2按給定行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)

分析：設(shè)計的關(guān)鍵是確定鉸鏈中心A的位置，從而定出其他桿件的尺寸。

1.設(shè)計曲柄搖桿機(jī)構(gòu)已知條件：搖桿長度，擺角φ和行程速度變化系數(shù)K。①由給定的行程速度變化系數(shù)K，求出極位夾角θ，即

②取適當(dāng)比例尺，任意固定鉸鏈中心D的位置，根據(jù)搖桿長度和擺角φ，作出搖桿的兩個極限位置和(參見圖3-35)。圖3-35曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計

③于是作,,由三角形內(nèi)角和等于180°可知，

④以點O為圓心，為半徑作圓，在圓周上任取一點A(除點)作為曲柄鉸鏈中心。連接和，便得曲柄與連桿的兩個共線位置。圓周角

。⑤因，從而得曲柄長度。再以點A為圓心，為半徑作圓，交的延長線于點，交于點，即得，及。

由于點A可以在以點O為圓心，為半徑的圓周上適當(dāng)范圍內(nèi)任意選取，所以可得到無窮多解。點A位置不同，機(jī)構(gòu)傳動角大小也不同。為了獲得良好的傳動質(zhì)量，可按照最小傳動角或其他輔助條件確定點A的位置。2.設(shè)計曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)已知條件：機(jī)架長度和速度變化系數(shù)K。

分析：由于曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角θ與導(dǎo)桿的擺角φ相等(參見圖3-36)，而極位夾角θ可由速度變化系數(shù)K求得，因此設(shè)計的關(guān)鍵是確定曲柄長度。圖3-36曲柄擺動導(dǎo)桿設(shè)計圖其設(shè)計步驟如下：

①由給定的行程速度變化系數(shù)K，求極位夾角θ，即

②取適當(dāng)比例尺，根據(jù)導(dǎo)桿擺角

φ

等于曲柄極位夾角θ，任選一點

C后可找出導(dǎo)桿兩極限位置

。

③作的角平分線，取，得點A，過點A作和的垂線得和

兩點，(或)即為曲柄。測量，求出曲柄長度。前面學(xué)過的基本機(jī)構(gòu)，遠(yuǎn)不能滿足實際使用要求，但是有了這些基本機(jī)構(gòu)，就可以根據(jù)基本機(jī)構(gòu)的功能，按照某種方式來進(jìn)行組合，并依據(jù)機(jī)構(gòu)的演化及變異原理創(chuàng)新設(shè)計出形式多樣的多桿機(jī)構(gòu)，以實現(xiàn)生產(chǎn)實際中的特殊要求?！?.6多桿機(jī)構(gòu)簡介如圖3-37所示，冷床運(yùn)輸機(jī)為一個六桿機(jī)構(gòu)。1.擴(kuò)大從動件的行程圖3-37冷床運(yùn)輸機(jī)機(jī)構(gòu)它用于把熱扎鋼料在運(yùn)輸過程中冷卻，因此要求增大行程，該機(jī)構(gòu)由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、桿5和滑塊6組成。顯然滑塊6的行程S比曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中上點的行程要大的多，而該機(jī)構(gòu)的橫向尺寸則要比采用對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)獲得同樣行程時小的多。圖3-38所示為手動沖床機(jī)構(gòu)簡圖。2.用于增大輸出件的作用力圖3-38手動沖床該機(jī)構(gòu)是一個六桿機(jī)構(gòu)，可看作由四桿機(jī)構(gòu)ABCD與滑塊機(jī)構(gòu)DEFG組合而成。顯然根據(jù)杠桿原理經(jīng)過搖桿2和4使扳動搖桿的力兩次放大后傳給沖桿6，從而增大了沖桿6的作用力，以滿足沖壓要求。圖3-39所示的組合壓力機(jī)機(jī)構(gòu)由雙曲柄機(jī)構(gòu)與六桿機(jī)構(gòu)組合而成，而原壓力機(jī)機(jī)構(gòu)只有雙曲柄機(jī)構(gòu)。3.用于改善從動件的運(yùn)動特性圖3-39壓力機(jī)機(jī)構(gòu)圖比較組合壓力機(jī)機(jī)構(gòu)與原壓力機(jī)機(jī)構(gòu)的位移曲線圖可看出，組合壓力機(jī)機(jī)構(gòu)比原壓力機(jī)機(jī)構(gòu)在其滑塊下降行程的低速工作段的速度要低的多，從而滿足了某些壓力機(jī)在工作過程(滑塊下降行程)需要較低速度的要求。

圖3-40所示為大型雙點壓床機(jī)構(gòu)的簡圖，該機(jī)構(gòu)由兩組尺寸相同且左右對稱布置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組成，其作用在滑塊上的水平分力大小相等、方向相反，可消除滑塊對導(dǎo)路的側(cè)壓力，從而減少了摩擦損失。4.改善工作性能圖3-40雙點壓床5.機(jī)構(gòu)并聯(lián)組合完成預(yù)定功能

如圖3-41所示為絲織機(jī)的開口機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由一個曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和兩個曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組合而成。當(dāng)主動曲柄1轉(zhuǎn)動時，通過搖桿3將運(yùn)動傳給兩個曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使從動滑塊5和7實現(xiàn)上下往復(fù)運(yùn)動，完成絲織機(jī)絲織物經(jīng)線的開口工作。圖3-41絲織機(jī)開口機(jī)構(gòu)本章小結(jié)①掌握鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型、傳動特性、應(yīng)用與演化；難點是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式過程分析。1.本章基本要求②掌握曲柄存在條件、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型判斷；

③掌握曲柄、搖桿、連架桿、轉(zhuǎn)動副、傳動角、壓力角、死點等基本概念；

④學(xué)會用圖解法設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)的基本方法。2.重點內(nèi)容學(xué)習(xí)提示②由若干個構(gòu)件通過低副連接，且所有構(gòu)件在相互平行平面內(nèi)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)稱為平面連桿機(jī)構(gòu)。注意：機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件在相互平行的平面內(nèi)，不一定在一個平面內(nèi)。由四個構(gòu)件通過低副連接而構(gòu)成的平面連桿機(jī)構(gòu)，稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。①本章是該門課程的重點章節(jié)，需要結(jié)合第2章的內(nèi)容學(xué)習(xí)。

③曲柄的形態(tài)問題：只要能夠?qū)崿F(xiàn)整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動的構(gòu)件就稱為曲柄，在實際中曲柄可以是曲軸，也可以是在齒輪或盤類零件上加一個與齒輪等回轉(zhuǎn)中心不重合的轉(zhuǎn)動副等。④本單元內(nèi)容只考慮運(yùn)動問題，不考慮質(zhì)量和結(jié)構(gòu)問題。

⑤平面四桿機(jī)構(gòu)的傳動特性主要指的是壓力角、傳動角、急回特性和死點問題。壓力角、傳動角和死點基本上屬于力學(xué)的概念，急回特性屬于運(yùn)動的概念。傳動角是為了測量方便而提出的。對于平面連桿機(jī)構(gòu)，繪制壓力角和傳動角的關(guān)鍵在于：

分清楚機(jī)構(gòu)中的主動構(gòu)件(通常在機(jī)構(gòu)簡圖中畫有原動箭頭的那個構(gòu)件)、中間轉(zhuǎn)換構(gòu)件(和主動構(gòu)件相連的構(gòu)件)和從動件(剩下的可動構(gòu)件)；

受力方向一定是接觸點的公法線方向或接觸面的公法線(面)方向。切記：壓力角和傳動角一定表示在從動件上。

極位夾角θ是從動件在兩個極限位置時，主動件對應(yīng)所夾的銳角。因此判斷一個機(jī)構(gòu)有無急回特性，首先判斷這個機(jī)構(gòu)的從動件有無兩個極限位置，如果沒有極限位置就沒有急回特性(如雙曲柄機(jī)構(gòu))。在有極限位置的情況下，看在兩個極限位置時曲柄對應(yīng)的位置是否重合，重合就沒有急回特性(如對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu))，不重合就有。死點位置討論的是傳動角是否為零的問題；角為零，就存在死點位置。也就是從動件和連桿(中間件)是否重合的問題，重合就有死點位置。ThankYou!第四章

凸輪機(jī)構(gòu)本章內(nèi)容1概述

2從動件的常用運(yùn)動規(guī)律

3盤形凸輪輪廓的繪制

4凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定

5凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計【本章導(dǎo)讀】在機(jī)械設(shè)計中，常要求其中某些從動件的位移、速度或加速度按照預(yù)定的規(guī)律變化。雖然這種要求有時也可以利用連桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，但難以精確滿足，且連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計方法也比較復(fù)雜。因此，在這種情況下，特別是要求從動件按復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動時，通常多采用凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械中常用的一種高副機(jī)構(gòu)，在自動化和半自動化機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用。凸輪機(jī)構(gòu)是一種由凸輪(原動件)、從動件(推桿)和機(jī)架組成的傳動機(jī)構(gòu)。其中，凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件(參見圖4-1)，它運(yùn)動時通過點或線接觸可以使從動件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期的往復(fù)運(yùn)動。4.1概述圖4-1實際應(yīng)用中的凸輪凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種自動機(jī)械、儀器和操縱控制裝置中，下面列舉其應(yīng)用實例。圖4-2為圖1-3中內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)。凸輪轉(zhuǎn)動時，推動頂桿上下移動，按給定的配氣要求啟閉閥門。4.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用圖4-2內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)圖1-3單缸內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖

圖4-3所示為自動機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)。當(dāng)圓柱凸輪旋轉(zhuǎn)時，圓柱上凹槽曲面迫使從動件往復(fù)擺動，通過從動件上的扇形齒輪與刀架上的齒條嚙合，控制刀架的自動進(jìn)刀和退刀運(yùn)動。圖4-3自動進(jìn)刀機(jī)構(gòu)

圖4-4所示為自動車床靠模機(jī)構(gòu)。工件1回轉(zhuǎn)，凸輪3作為靠模被固定在床身上，刀架2在彈簧作用下與凸輪輪廓緊密接觸，并在拖板的帶動下沿凸輪3的輪廓運(yùn)動，從而切削出與靠模板曲線一致的工件。圖4-4自動車床靠模機(jī)構(gòu)4.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的特點

凸輪機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點有：只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使從動件實現(xiàn)各種預(yù)定的運(yùn)動規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運(yùn)動可靠。

凸輪機(jī)構(gòu)的主要缺點有：凸輪與從動件之間為點或線接觸，不便潤滑、易磨損；凸輪輪廓曲線加工比較困難。4.1.3凸輪機(jī)構(gòu)的分類

凸輪機(jī)構(gòu)的類型很多，通常按照凸輪的形狀、從動件的形狀、從動件與凸輪保持接觸的方式進(jìn)行分類。

按凸輪的形狀，凸輪機(jī)構(gòu)可分為盤形凸輪機(jī)構(gòu)、移動凸輪機(jī)構(gòu)和圓柱凸輪機(jī)構(gòu)。1.按凸輪的形狀分

盤形凸輪機(jī)構(gòu)是最常見的凸輪機(jī)構(gòu)，其機(jī)構(gòu)中的凸輪是繞固定軸線轉(zhuǎn)動并具有變化向徑的盤形零件，如圖4-2所示。(1)盤形凸輪機(jī)構(gòu)圖4-2內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)

當(dāng)盤形凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無窮遠(yuǎn)時，凸輪不再轉(zhuǎn)動，而是相對于機(jī)架作直線往復(fù)運(yùn)動,這種凸輪機(jī)構(gòu)稱為移動凸輪機(jī)構(gòu)(參見圖4-4)。(2)移動凸輪機(jī)構(gòu)圖4-4自動車床靠模機(jī)構(gòu)

圓柱凸輪機(jī)構(gòu)中的凸輪可以看作是將移動凸輪繞在圓柱體上演化而成的，如圖4-3所示。圓柱凸輪機(jī)構(gòu)可使從動件得到較大的行程。(3)圓柱凸輪機(jī)構(gòu)圖4-3自動進(jìn)刀機(jī)構(gòu)

盤形凸輪和移動凸輪與從動件之間的相對運(yùn)動是平面運(yùn)動，所以盤形凸輪機(jī)構(gòu)和移動凸輪機(jī)構(gòu)都屬于平面凸輪機(jī)構(gòu)。圓柱凸輪與從動件之間的相對運(yùn)動是空間運(yùn)動，所以圓柱凸輪機(jī)構(gòu)屬于空間凸輪機(jī)構(gòu)。

按從動件的形狀，凸輪機(jī)構(gòu)可分為尖頂從動件、滾子從動件和平底從動件。2.按從動件的形狀分

尖頂從動件的端部為尖頂，如圖4-8所示。該從動件構(gòu)造最簡單，其尖頂能與外凸或內(nèi)凹輪廓接觸，可以實現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律，但尖頂易磨損，因此只適用于低速、輕載場合。(1)尖頂從動件圖4-8凸輪機(jī)構(gòu)滾子從動件的端部裝有可自由轉(zhuǎn)動的滾子，如圖4-4所示。由于滾子與凸輪相對運(yùn)動時為滾動摩擦，減小了阻力與磨損，可以承受較大的載荷，因此應(yīng)用較廣。(2)滾子從動件圖4-4自動車床靠模機(jī)構(gòu)(3)平底從動件

平底從動件的端部為一平底，如圖4-5所示。該從動件與凸輪輪廓接觸處在一定條件下可形成油膜，利于潤滑，傳動效率較高，且傳力性能較好，常用于高速凸輪機(jī)構(gòu)中。平底從動件的缺點是不能與有凹曲線輪廓的凸輪相作用構(gòu)成凸輪機(jī)構(gòu)。圖4-5平底從動件3.按從動件與凸輪保持接觸的方式分

力鎖合凸輪機(jī)構(gòu)是指利用從動件的重力、彈簧力或其他外力使從動件與凸輪保持接觸的凸輪機(jī)構(gòu)，如圖4-2、圖4-4和圖4-5所示。(1)力鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)圖4-5平底從動件圖4-4自動車床靠模機(jī)構(gòu)圖4-2內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)(2)形鎖合的凸輪機(jī)構(gòu)形鎖合凸輪機(jī)構(gòu)是指靠凸輪與從動件的特殊幾何結(jié)構(gòu)來保持兩者接觸的凸輪機(jī)構(gòu)，如圖4-3、圖4-6和圖4-7所示。圖4-3自動進(jìn)刀機(jī)構(gòu)圖4-6等徑凸輪機(jī)構(gòu)圖4-7等寬凸輪機(jī)構(gòu)以圖4-8(a)所示尖頂直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)為例，來說明原動件凸輪與從動件間的運(yùn)動關(guān)系及有關(guān)名稱。圖示位置凸輪轉(zhuǎn)角為零，從動件尖頂位于離凸輪軸心O最近的位置，稱為起始位置。4.2從動件的常用運(yùn)動規(guī)律

4.2.1凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程及有關(guān)名稱圖4-8凸輪機(jī)構(gòu)

①基圓：以凸輪的最小向徑為半徑所作的圓稱為基圓，基圓半徑用表示。

②推程運(yùn)動角：凸輪以等角速度ω順時針方向轉(zhuǎn)動，從動件被凸輪推動，以一定運(yùn)動規(guī)律由點A到達(dá)最高點B，從動件在這過程中經(jīng)過的距離h稱為推程(升程)，對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角稱為推程運(yùn)動角。③遠(yuǎn)休止角：凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)，從動件與凸輪的接觸點由B點轉(zhuǎn)移至C點，由于BC段上各點的向徑不變，從動件在最遠(yuǎn)位置上停留，該過程稱為遠(yuǎn)休止期，所對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角稱為遠(yuǎn)休止角。

④回程運(yùn)動角：凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)，接觸點由C點轉(zhuǎn)移至D點，凸輪輪廓的向徑逐漸減小，從動件在外力作用下逐漸返回到初始位置，該階段稱為回程期，對應(yīng)的轉(zhuǎn)角稱為回程運(yùn)動角。

⑤近休止角：凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)，接觸點由D點轉(zhuǎn)移至A點，由于凸輪輪廓的向徑不變，從動件停留不動，這個階段稱為近休止期，對應(yīng)的轉(zhuǎn)角稱為近休止角。凸輪轉(zhuǎn)過一周，從動件經(jīng)歷推程、遠(yuǎn)休止、回程、近休止四個運(yùn)動階段，是典型的升—?！亍５碾p停歇循環(huán)。

從動件的運(yùn)動過程，可用位移線圖表示。位移線圖以從動件位移s或角位移φ為縱坐標(biāo)，凸輪轉(zhuǎn)角δ為橫坐標(biāo)。圖4-8(b)是圖4-8(a)所示凸輪機(jī)構(gòu)的位移線圖，其中01′、1′2′、2′4、40′四根位移線，分別表示凸輪機(jī)構(gòu)推程、遠(yuǎn)休止、回程、近休止四個運(yùn)動規(guī)律。4.2.2位移線圖圖4-8凸輪機(jī)構(gòu)與從動件運(yùn)動曲線4.2.3從動件常用運(yùn)動規(guī)律

從動件的運(yùn)動規(guī)律指在推程和回程過程中其位移s、速度v、加速度a隨凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。1.等速運(yùn)動規(guī)律凸輪角速度為常數(shù)時，從動件速度v不變，稱為等速運(yùn)動規(guī)律。位移方程可表達(dá)為(4-1)

圖4-9為等速運(yùn)動規(guī)律的位移、速度、加速度線圖。圖4-9等速運(yùn)動曲線

由圖可知，在行程起點和終點瞬時的加速度a為無窮大，由此產(chǎn)生的慣性力在理論上也是無窮大，致使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈的剛性沖擊。因此，等速運(yùn)動規(guī)律適用于中、小功率和低速場合。為避免由此產(chǎn)生的剛性沖擊，實際應(yīng)用時常用圓弧或其他曲線修正位移線圖的始、未兩端，修正后的加速度a為有限值，此時引起的有限沖擊稱為柔性沖擊。作等速運(yùn)動的位移圖的要點：在等速運(yùn)動中當(dāng)凸輪以等角速度轉(zhuǎn)動時，從動件在推程或回程中的速度為常數(shù)，從動件上升和下降的位移線圖為直線。

在等加速、等減速運(yùn)動規(guī)律中，從動件在前半個行程為等加速運(yùn)動，后半個行程為等減速運(yùn)動，兩部分加速度的絕對值相等。其中，前半個行程位移方程為：2.等加速、等減速運(yùn)動規(guī)律(4-2)等加速、等減速運(yùn)動規(guī)律的位移線圖的畫法為：將推程角兩等分，每等分為；

將行程兩等分，每等分，將若干等分，得點1、2、3、…，過這些點作橫坐標(biāo)的垂線。

將分成相同的等分，得點1′、2′、3′、…，連01′、02′、03′、…與相應(yīng)的橫坐標(biāo)的垂線分別相交于點1″、2″、3″、…，用光滑的曲線連接這些點便得到推程等加速段的位移線圖，等減速段的位移線圖可用同樣的方法求得。

等加速、等減速運(yùn)動規(guī)律的位移、速度、加速度線圖如圖4-10所示。由圖4-10(c)可知，等加速、等減速運(yùn)動規(guī)律在運(yùn)動起點O、中點A和終點B的加速度突變?yōu)橛邢拗?，從動件會產(chǎn)生柔性沖擊，適用于中速場合。圖4-10等加速、等減速運(yùn)動曲線作等加速、等減速運(yùn)動的位移線圖的要點：凸輪以等角速度轉(zhuǎn)動時，從動件在推程或回程中均為等加速、等減速運(yùn)動，位移線圖為二次拋物線。

余弦加速度運(yùn)動規(guī)律的加速度曲線為1/2個周期的余弦曲線，位移曲線為簡諧運(yùn)動曲線(又稱簡諧運(yùn)動規(guī)律)，位移方程為：3.余弦加速度運(yùn)動規(guī)律(4-3)圖4-11為余弦加速度運(yùn)動規(guī)律位移線圖、速度線圖和加速度線圖。由圖4-11(c)可知，從動件在運(yùn)動起始和終止位置加速度會發(fā)生有限值的突變，存在柔性沖擊，因此只適用于中速場合。圖4-11余弦加速度運(yùn)動曲線余弦加速度位移線圖如圖4-11(a)所示，具體的的畫法如下：①在橫坐標(biāo)上作出推程運(yùn)動角，并將其分成若干等分(圖中為六等分)，過分點1、2、3、…向上引垂線。

②以行程h為直徑作半圓，然后等分半圓的圓弧，接著過分點1′、2′、3′、…分別引平行于橫坐標(biāo)的直線，并與上述諸垂線相交于點1″、2″、3″、…。最后用光滑的曲線將這些交點連接起來，即為余弦加速運(yùn)動的位移曲線。凸輪輪廓的設(shè)計方法有作圖法和解析法兩種。其中，作圖法直觀、方便，精確度較低，但一般能滿足機(jī)械的要求；解析法精確高，計算工作量大。本節(jié)主要介紹作圖法。4.3盤形凸輪輪廓的繪制4.3.1凸輪輪廓曲線設(shè)計的基本原理凸輪機(jī)構(gòu)工作時，凸輪是運(yùn)動的，而繪在圖紙上的凸輪是靜止的。因此，繪制凸輪輪廓時可采用反轉(zhuǎn)法。根據(jù)相對運(yùn)動原理，給整個機(jī)構(gòu)加上一個公共角速度繞凸輪軸心O轉(zhuǎn)動時，各構(gòu)件間的相對運(yùn)動不變。若公共角速度與凸輪的角速度等值、反向，則凸輪相對靜止，而從動件既隨機(jī)架做轉(zhuǎn)動，又沿自身導(dǎo)路作相對移動或擺動；

由于從動件尖頂始終與凸輪輪廓相接觸，所以反轉(zhuǎn)后尖頂?shù)倪\(yùn)動軌跡就是凸輪的輪廓(參見圖4-12(a))。圖4-12對心直動尖頂從動件盤形凸輪作圖法在直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，從動件導(dǎo)路中心線通過凸輪軸心時，稱為對心直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，如圖4-12所示為對心直動尖頂從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)；否則，稱為偏置直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。4.3.2對心直動從動件盤形凸輪的繪制

已知凸輪以等速度順時針旋轉(zhuǎn)，從動件的運(yùn)動軌律為：凸輪轉(zhuǎn)過推程運(yùn)動角，從動件等速上升一個行程h；凸輪轉(zhuǎn)過遠(yuǎn)休止角，從動件停留不動；凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過回程運(yùn)動角從動件等加速、等減速下降一個行程h

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凸輪轉(zhuǎn)過近休止角時,從動件停留不動。試設(shè)計此凸輪輪