通 用零件與專用零件

各種機(jī)械中廣泛使用的零件稱為通用零件。如螺栓、軸、齒輪、彈簧等。只在某一類機(jī)械中使用的零件稱為專用零件。如內(nèi)燃機(jī)中的活塞、曲軸等。通用零件中主要包括三大類零件：傳動(dòng)零件

（齒輪、帶、鏈等）聯(lián)接零件

（螺栓、鍵等）軸系零件

（軸、軸承等）此外:彈簧等零件。通用零件與專用零件對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的四項(xiàng)基本要求功能性要求經(jīng)濟(jì)性要求可靠性要求社會(huì)性要求§1-6本課程研究的內(nèi)容機(jī)械設(shè)計(jì)的基本理論機(jī)械設(shè)計(jì)的要求和一般過程（第1章）機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)（第4章）和動(dòng)力學(xué)（第8章）機(jī)械零部件的工作能力和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，機(jī)械零件的強(qiáng)度理論，摩擦、磨損和潤(rùn)滑理論（第2章）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、方法，零件材料選用等常用機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)（第5章）凸輪機(jī)構(gòu)（第6章）間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（第7章，自學(xué)）齒輪機(jī)構(gòu)（第9章，第11章）通用零部件設(shè)計(jì)機(jī)械聯(lián)接（第13章）機(jī)械傳動(dòng)：帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)（第12章）齒輪傳動(dòng)（第9章）蝸桿傳動(dòng)（第10章）軸系部件軸、聯(lián)軸器及離合器（第14章）滑動(dòng)軸承（第15章）滾動(dòng)軸承（第16章）機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第3章，自學(xué)）§2.1機(jī)械零件的失效與設(shè)計(jì)基本要求一、失效概念（Failure）設(shè)計(jì)的使用條件下設(shè)計(jì)的壽命期限內(nèi)不能完成設(shè)計(jì)的功能失效零件二、失效形式（Failuretypes）1、整體斷裂過載斷裂疲勞斷裂2、表面破壞磨損冷膠合熱膠合點(diǎn)蝕塑性變形過大彈性變形5、功能失效3、變形過大膠合4、過大振動(dòng)腐蝕分為體積強(qiáng)度和表面強(qiáng)度，其中表面強(qiáng)度又分為表面擠壓強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度，強(qiáng)度是最基本的設(shè)計(jì)要求。整體失效（斷裂或大的塑性變形）表面失效（表面損傷）強(qiáng)度（strength）：強(qiáng)度不足導(dǎo)致的失效：強(qiáng)度準(zhǔn)則指零件承受載荷后抵抗發(fā)生斷裂或超過容許限度的殘余變形的能力。剛度準(zhǔn)則剛度：指機(jī)械零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。如果零件的剛度不足，有些零件則會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生過大的彈性變形而失效。

例如：機(jī)床主軸的彈性變性過大將會(huì)影響所加工工件的精度。y——可以是撓度、偏轉(zhuǎn)角或扭轉(zhuǎn)角

一、載荷和應(yīng)力

１、載荷靜載荷變載荷按是否隨時(shí)間變化，載荷σmax─最大應(yīng)力；

σmin─最小應(yīng)力σm─平均應(yīng)力；

σa─應(yīng)力幅值r─應(yīng)力比（循環(huán)特性）2、應(yīng)力靜應(yīng)力：不隨時(shí)間變化或變化緩慢的應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力§2.2強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度：指機(jī)械零件工作時(shí)抵抗破壞（斷裂或塑性變形）的能力。

強(qiáng)度條件有兩種表示方法：1）用應(yīng)力表示：≤＝2）用安全系數(shù)表示：≥＝式中：—計(jì)算最大應(yīng)力—極限應(yīng)力—計(jì)算安全系數(shù)—許用應(yīng)力—許用安全系數(shù)注：對(duì)于切應(yīng)力，只須將上述各公式中的σ

換成即可。疲勞強(qiáng)度疲勞：機(jī)械零件在循環(huán)應(yīng)力的作用下的失效形式疲勞極限：應(yīng)力比為r的應(yīng)力循環(huán)作用N次后，材料不發(fā)生疲勞的最大應(yīng)力疲勞壽命（N）:材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N

疲勞曲線：應(yīng)力循環(huán)特性一定時(shí)，材料的疲勞極限與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)之間關(guān)系的曲線接觸強(qiáng)度接觸應(yīng)力：兩零件之間為面接觸時(shí)，在載荷作用下，接觸表面上產(chǎn)生的應(yīng)力，用表示。

接觸強(qiáng)度：在接觸應(yīng)力作用下的強(qiáng)度。其強(qiáng)度條件為：

≤［］接觸應(yīng)力作用下，接觸面的失效形式是－－“壓潰”。相互接觸表面上的接觸應(yīng)力相等。摩擦學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)一、摩擦狀態(tài)按摩擦狀態(tài)，即表面接觸情況和油膜厚度，可將滑動(dòng)摩擦分為四類干摩擦—最不利流體摩擦？

邊界摩擦混合摩擦

二、摩擦力１、固體滑動(dòng)摩擦的摩擦力及其性質(zhì)局部靜摩擦力：局部靜摩擦力與滑移量成正比，因而它與切向外力亦成正比。出現(xiàn)滑動(dòng)的瞬間，局部靜摩擦力達(dá)到極限值，即為靜摩擦力動(dòng)摩擦力：完全處于滑動(dòng)狀態(tài)時(shí)的摩擦力為動(dòng)摩擦力，一般動(dòng)摩擦力小于靜摩擦力。

0、機(jī)器：構(gòu)造、用途、性能

1）都是人為的實(shí)物機(jī)件的組合體2）各部分間有確定的相對(duì)關(guān)系3）能完成有用的機(jī)械功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能共同的特征：內(nèi)燃機(jī)：1.進(jìn)氣，2.壓縮，3.爆炸做功，4.排氣一、機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)是具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件組合體。與機(jī)器所共同的特征有：

1）機(jī)構(gòu)也是人為的實(shí)物的組合體。

2）各運(yùn)動(dòng)實(shí)體間有確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。

由兩個(gè)要素組成：

1、構(gòu)件

2、運(yùn)動(dòng)副機(jī)構(gòu)具有機(jī)器的前兩個(gè)特征，因此機(jī)器是由機(jī)構(gòu)組成的，但機(jī)構(gòu)不能完成能量的轉(zhuǎn)換或做有用的機(jī)械功1構(gòu)件:指機(jī)器中獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元由于工藝或結(jié)構(gòu)上的需要，將幾個(gè)零件剛性聯(lián)接起來，之間不能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成了一個(gè)運(yùn)動(dòng)單元體。從運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)看，構(gòu)件是組成機(jī)械系統(tǒng)的最小運(yùn)動(dòng)單元可能是由一個(gè)零件構(gòu)成，但通常是由若干個(gè)零件剛性聯(lián)接而成。零件是加工制造的單元。例如：齒輪軸構(gòu)件是由齒輪、軸、鍵三個(gè)零件組成的。2、運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副：構(gòu)件之間的可動(dòng)聯(lián)接運(yùn)動(dòng)副元素：構(gòu)件上構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的兩接觸表面或兩構(gòu)件上參與接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的部分（點(diǎn)、線、面）對(duì)運(yùn)動(dòng)副的理解要把握以下三點(diǎn)：（１）運(yùn)動(dòng)副由兩個(gè)構(gòu)件組成；（２）運(yùn)動(dòng)副是一種聯(lián)接,兩構(gòu)件直接接觸；（３）組成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)構(gòu)件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)由確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件組成，構(gòu)件間必以一定方式聯(lián)接，且保留某些相對(duì)運(yùn)動(dòng)。把兩構(gòu)件直接接觸而又能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接稱為運(yùn)動(dòng)副。

平面高副螺旋副21121221211212球面副球銷副1212空間運(yùn)動(dòng)副122112平面運(yùn)動(dòng)副21構(gòu)件的表示方法

桿、軸構(gòu)件固定構(gòu)件同一構(gòu)件（構(gòu)件的永久聯(lián)接）三副構(gòu)件

兩副構(gòu)件

構(gòu)件的表示方法點(diǎn)劃線代表以移動(dòng)副與其相聯(lián)接的其它構(gòu)件三轉(zhuǎn)動(dòng)副兩轉(zhuǎn)一移三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副形成封閉三角形的構(gòu)件未封閉

常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)（摘自GB/T4460-1984）在機(jī)架上的電機(jī)齒輪齒條傳動(dòng)圓錐齒輪傳動(dòng)帶傳動(dòng)鏈傳動(dòng)圓柱桿蝸輪傳動(dòng)凸輪傳動(dòng)外嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)（續(xù)）常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)（續(xù)）內(nèi)嚙合圓柱齒輪傳動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)§4.3平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算構(gòu)件的自由度：指一個(gè)構(gòu)件相對(duì)另一個(gè)構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。約束：指通過運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接的兩構(gòu)件之間的某些相對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所受到的限制。機(jī)構(gòu)的自由度由：（1）構(gòu)件數(shù)目；（2）運(yùn)動(dòng)副的類型及數(shù)目122121對(duì)于構(gòu)件2x,y方向移動(dòng)受限，即施加2約束，f=1y方向移動(dòng)及平面轉(zhuǎn)動(dòng)受限，即施加2約束，f=1接觸點(diǎn)法向方向移動(dòng)受限，即施加1約束，f=2yx對(duì)構(gòu)件施加的約束個(gè)數(shù)等于其自由度減少的個(gè)數(shù)。給定S3＝S3(t)，一個(gè)獨(dú)立參數(shù)θ1＝θ1（t）唯一確定，該機(jī)構(gòu)僅需要一個(gè)獨(dú)立參數(shù)。

若僅給定θ1＝θ1（t）,則θ2θ3θ4均不能唯一確定。若同時(shí)給定θ1和θ4

，則θ3θ2

能唯一確定，該機(jī)構(gòu)需要兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)。θ4S3123S’3θ11234θ1一、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件§4.3平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算定義：保證機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)稱為機(jī)構(gòu)的自由度。原動(dòng)件——能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。∵一個(gè)原動(dòng)件只能提供一個(gè)獨(dú)立參數(shù)∴機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為：自由度＝原動(dòng)件數(shù)自由構(gòu)件的自由度數(shù)運(yùn)動(dòng)副自由度數(shù)約束數(shù)回轉(zhuǎn)副1（θ）+2（x，y）=3yx12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2結(jié)論：構(gòu)件自由度＝3－約束數(shù)移動(dòng)副1（x）+2（y，θ）=3高副2（x，θ）+1（y）=3θ經(jīng)運(yùn)動(dòng)副相聯(lián)后，活動(dòng)構(gòu)件自由度會(huì)有變化：

＝自由構(gòu)件的自由度數(shù)－約束數(shù)活動(dòng)構(gòu)件數(shù)

n

計(jì)算公式：

F=3n－(2PL+Ph)要求：記住上述公式，并能熟練應(yīng)用。構(gòu)件總自由度

低副約束數(shù)

高副約束數(shù)

3×n

2×PL1

×Ph①計(jì)算曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=3低副數(shù)PL=4F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1

高副數(shù)PH=0S3123推廣到一般：

②計(jì)算五桿鉸鏈機(jī)構(gòu)的自由度解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=4低副數(shù)PL=5F=3n－2PL－PH

=3×4－2×5=2

高副數(shù)PH=01234θ1需要兩個(gè)原動(dòng)件才能有確定的運(yùn)動(dòng)③計(jì)算圖示凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=2低副數(shù)PL=2F=3n－2PL－PH

=3×2－2×2－1=1高副數(shù)PH=1123機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：F=2，給定原動(dòng)件只有1，原動(dòng)件小于機(jī)構(gòu)自由度。當(dāng)給定1的位置φ1，從動(dòng)件234的位置不能確定，無確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)。F=1，原動(dòng)件為2個(gè)，桿2勢(shì)必被拉斷F=0，各構(gòu)件之間不能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)由此可知：（1）F<0和F=0時(shí)，機(jī)構(gòu)蛻變?yōu)閯傂澡旒埽瑱C(jī)構(gòu)間不能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。（2）F>0時(shí)，原動(dòng)件數(shù)小于機(jī)構(gòu)的自由度，個(gè)構(gòu)件無確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)；原動(dòng)件數(shù)大于機(jī)構(gòu)自由度，機(jī)構(gòu)遭破壞。機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：F>0，機(jī)構(gòu)原動(dòng)件數(shù)=機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)目三、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng)12345678ABCDEF④計(jì)算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)PL=6F=3n－2PL－PH高副數(shù)PH=0=3×7－2×6－0=9計(jì)算結(jié)果肯定不對(duì)！1.復(fù)合鉸鏈——兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)。計(jì)算：m個(gè)構(gòu)件,有m－1轉(zhuǎn)動(dòng)副。兩個(gè)低副兩轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線間的距離縮小到0，兩軸線重合為一。上例：在B、C、D、E四處應(yīng)各有2個(gè)運(yùn)動(dòng)副。④計(jì)算圖示圓盤鋸機(jī)構(gòu)的自由度。解：活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n=7低副數(shù)PL=10F=3n－2PL－PH

=3×7－2×10－0=1可以證明：F點(diǎn)的軌跡為一直線。12345678ACDEFB準(zhǔn)確識(shí)別復(fù)合鉸鏈舉例關(guān)鍵：分辨清楚哪幾個(gè)構(gòu)件在同一處形成了轉(zhuǎn)動(dòng)副

1231342123441321432兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副⑥計(jì)算圖示兩種凸輪機(jī)構(gòu)的自由度。解：n=3，PL=3，F(xiàn)=3n－2PL－PH

=3×3－2×3－1=2PH=1對(duì)于右邊的機(jī)構(gòu)，有：

F=3×2－2×2－1=1事實(shí)上，兩個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)相同，且F=112312多余的自由度是滾子2繞其中心轉(zhuǎn)動(dòng)帶來的局部自由度，它并不影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，應(yīng)該除掉。2.局部自由度F=3×2－2×2－1=1定義：構(gòu)件局部運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的自由度，并不影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。出現(xiàn)在加裝滾子的場(chǎng)合，計(jì)算時(shí)應(yīng)去掉滾子和鉸鏈：滾子的作用：滑動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦。123123解：n=4，PL=6，F(xiàn)=3n－2PL－PH

=3×4－2×6=0PH=03.虛約束——

對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上不起作用的約束。計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)去掉虛約束。∵FE＝AB＝CD，故增加構(gòu)件4前后E點(diǎn)的軌跡都是圓弧，增加的約束不起作用，應(yīng)去掉構(gòu)件4。⑦已知：AB＝CD＝EF，計(jì)算圖示平行四邊形機(jī)構(gòu)的自由度。

1234ABCDEF重新計(jì)算：n=3,PL=4,PH=0F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4=1特別注意：此例存在虛約束的幾何條件是：1234ABCDEF⑦已知：AB＝CD＝EF，計(jì)算圖示平行四邊形機(jī)構(gòu)的自由度。

AB＝CD＝EF虛約束出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合：

1.兩構(gòu)件聯(lián)接前后，聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合，2.兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)移動(dòng)副，且導(dǎo)路平行。

如平行四邊形機(jī)構(gòu)，火車輪橢圓儀等。(需要證明)4.運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩構(gòu)件上的兩點(diǎn)距離始終不變。3.兩構(gòu)件構(gòu)成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，且同軸。（如兩軸承支撐一根軸，只能看出一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副）5.對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分。如多個(gè)行星輪。52134EF53241EF1B342A1234ADBC2

2

其中2

，2

對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用，僅受力均衡，采用了兩個(gè)對(duì)稱布置虛約束的作用：①改善構(gòu)件的受力情況，如多個(gè)行星輪。②增加機(jī)構(gòu)的剛度，如軸與軸承、機(jī)床導(dǎo)軌。③使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)順利，避免運(yùn)動(dòng)不確定，如車輪。注意：各種出現(xiàn)虛約束的場(chǎng)合都是有條件的!⑧計(jì)算圖示大篩機(jī)構(gòu)的自由度。CDABGFoEE’位置C，2個(gè)低副復(fù)合鉸鏈:局部自由度1個(gè)虛約束E’n=7PL=9PH=1F=3n-2PL–PH=3×7-2×9-1=2CDABGFoE一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式—鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

2．雙曲柄機(jī)構(gòu)

3．雙搖桿機(jī)構(gòu)

二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式

1．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

2．導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

3．偏心輪機(jī)構(gòu)

第一節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的類型及其應(yīng)用運(yùn)動(dòng)副全是轉(zhuǎn)動(dòng)副

1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)☆

兩連架桿中一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿。

曲柄為主動(dòng)件時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)由曲柄的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到搖桿往復(fù)擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。搖桿為主動(dòng)件時(shí)，則可以將搖桿的擺動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲柄的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

應(yīng)用舉例：

①牛頭刨床工作臺(tái)橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)

②縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)

1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)☆

兩連架桿中一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿。

曲柄為主動(dòng)件時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)由曲柄的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到搖桿往復(fù)擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。搖桿為主動(dòng)件時(shí)，則可以將搖桿的擺動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲柄的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

應(yīng)用舉例：

①牛頭刨床工作臺(tái)橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)

②縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)正平行四邊形機(jī)構(gòu)蒸汽機(jī)車的車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)2.雙曲柄機(jī)構(gòu)☆兩個(gè)連架桿都能作整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)振動(dòng)篩（也稱為慣性篩）

在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，如果組成四邊形的對(duì)邊長(zhǎng)度分別相等，即，則根據(jù)曲柄相對(duì)位置的不同，可得到正平行四邊形機(jī)構(gòu)和反平行四邊形機(jī)構(gòu)。反平行四邊形機(jī)構(gòu)車門啟閉機(jī)構(gòu)

3.雙搖桿機(jī)構(gòu)☆兩連架桿均為搖桿飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)起重機(jī)中重物平移機(jī)構(gòu)汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(等腰梯形機(jī)構(gòu))

導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用圖(a)曲柄滑塊機(jī)構(gòu);(b)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu);

（c)擺動(dòng)導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)(搖塊機(jī)構(gòu)）;(d)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（定塊機(jī)構(gòu)）

導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖2

曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(a)曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu);(b)電氣開關(guān)小型刨床機(jī)構(gòu)

卡車車廂自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料機(jī)構(gòu)

手動(dòng)抽水機(jī)

3.偏心輪機(jī)構(gòu)

特點(diǎn)：容易加工；工作時(shí)潤(rùn)滑條件和受力情況好；可用于較重載荷的傳動(dòng)中。應(yīng)用舉例：蒸汽機(jī)換氣閥傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、沖壓機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。（a）等效曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（b）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（c）等效曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（d)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

在中①

②

在中整理得③

將式①、②、③中的三個(gè)不等式兩兩相加，化簡(jiǎn)后得④④

曲柄存在條件：①最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和；②連架桿與機(jī)架中必有一桿為最短桿。你會(huì)判斷由不同桿作機(jī)架時(shí)四桿機(jī)構(gòu)屬于哪種機(jī)構(gòu)么？一、曲柄存在條件雙搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)以最短桿相鄰桿為機(jī)架以與最短桿相對(duì)的桿為機(jī)架以最短桿為機(jī)架NY判斷由不同桿作機(jī)架時(shí)四桿機(jī)構(gòu)屬于哪種機(jī)構(gòu)取不同構(gòu)件為機(jī)架時(shí)的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)型式(a)構(gòu)件4為機(jī)架;(b)構(gòu)件2為機(jī)架;(c)構(gòu)件1為機(jī)架;(d)構(gòu)件3為機(jī)架取不同構(gòu)件為機(jī)架時(shí)的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)型式二、急回特性和行程速比系數(shù)搖桿的擺角ψ＝∠C1DC2；極位夾角θ工作行程回程曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿往復(fù)擺動(dòng)的平均速度不相同，這種運(yùn)動(dòng)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)程度可以用2和的比值來衡量，

稱為行程速比系數(shù)。θ↗，↗，急回程度↗。θ=0時(shí)，

=1時(shí)，機(jī)構(gòu)無急回運(yùn)動(dòng)。

傳動(dòng)角壓力角的余角。三、壓力角和傳動(dòng)角

壓力角

從動(dòng)件受力點(diǎn)（C點(diǎn)）的受力方向與受力點(diǎn)的速度方向之間所夾的銳角。壓力角越小，傳動(dòng)角越大，機(jī)構(gòu)傳力性能越好。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使≥在△ABD和△BCD中，分別有式中，。聯(lián)立求解得δ與γ如何確定鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角？①當(dāng)δ≤時(shí)，=δ（對(duì)頂角關(guān)系）；②當(dāng)δ＞時(shí)，=-δ（互為補(bǔ)角關(guān)系）。由此可見，要判斷min位置前，首先應(yīng)判斷δmin、δmax位置?？煞忠韵氯N情況討論：

①δ≤時(shí)，min=δmin

；②δ＞時(shí)，min=-δmax

；③機(jī)構(gòu)中①和②兩種情況共存時(shí)，可先計(jì)算當(dāng)δ≤時(shí)的1min=δmin

，然后再計(jì)算當(dāng)δ＞時(shí)的=-δmax

。則min＝min{1min,2min}。結(jié)論：

min可能發(fā)生在主動(dòng)曲柄與機(jī)架兩次共線（AB′，AB″）的位置之一處，即處。

進(jìn)一步分析δ與的關(guān)系四、死點(diǎn)位置1．死點(diǎn)的概念在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)搖桿為主動(dòng)件時(shí)，當(dāng)連桿與從動(dòng)曲柄共線時(shí)，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角＝，此時(shí)主動(dòng)件CD通過連桿作用于從動(dòng)曲柄AB上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，所以出現(xiàn)了不能使構(gòu)件AB轉(zhuǎn)動(dòng)的頂死現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點(diǎn)位置或死點(diǎn)。2．死點(diǎn)的缺陷對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，存在死點(diǎn)位置是一個(gè)缺陷，常采用下列措施使機(jī)構(gòu)順利通過死點(diǎn)位置：①利用系統(tǒng)的慣性；②利用特殊機(jī)構(gòu)。

3．死點(diǎn)的利用在工程中也常常應(yīng)用死點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)工作要求。如快速夾具、飛機(jī)起落架等。

一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)3．導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)已知條件：行程速比系數(shù)K、搖桿的長(zhǎng)度CD和搖桿的擺角Ψ

（1）計(jì)算極位夾角（2）取適當(dāng)?shù)谋壤擀蘬=CD/CD(m/mm)，并由

CD和Ψ

作出兩極限位置C1D、C2D;（3）過C2點(diǎn)作∠C1C2N＝90°－θ的射線C2N，然后再過C1點(diǎn)作C2C1的垂線C1N交C2N于P;（4）以C2P為直徑作圓，圓心為O，則A點(diǎn)必在此圓上;（5）由其他已知條件在圓周上取點(diǎn)A，連AC1、AC2;（6）以A為圓心，AC1為半徑做圓弧交AC2于E點(diǎn)，作EC2的垂直平分線得EC2之半即為AB長(zhǎng)度由于極限位置處曲柄與連桿共線，故AC2＝BC＋AB，AC1＝BC－AB，因此，容易得到（7）討論：由于A點(diǎn)可在△C1PC2的外接圓周的弧C1PC2上任意選取，所以，若僅按行程速比系數(shù)K來設(shè)計(jì)，可以得到無窮多組解。因此，在未給出其它附加條件的情況下，如欲獲得良好的傳動(dòng)質(zhì)量，可按照傳動(dòng)角最優(yōu)或其它輔助條件來確定A點(diǎn)的位置。1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

已知條件：行程速比系數(shù)K、滑塊行程H

偏心距e

①計(jì)算極位夾角;

②作直線C1C2＝H/μl，且C1、C2作為滑塊的兩極限位置;③根據(jù)C1、C2點(diǎn)求滿足極位夾角為θ的A點(diǎn)（結(jié)果為一圓弧C1PC2）;

④作一直線與平行，并使其間的距離等于偏心距e，則此直線與上述圓弧的交點(diǎn)即為曲柄的軸心A的位置;⑤連接AC1、AC2，并按上述作圖方法，即可得到曲柄的長(zhǎng)度lAB和連桿的長(zhǎng)度lBC。3．導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

分析（機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖演示）：對(duì)于擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，其極位夾角θ等于導(dǎo)桿的擺角Ψ，而所需要確定的尺寸是曲柄長(zhǎng)度lAC。已知條件：行程速比系數(shù)K、機(jī)架長(zhǎng)度lAD①計(jì)算極位夾角；

②選擇適當(dāng)?shù)谋壤咦髦本€μl，任選固定鉸鏈點(diǎn)D；③按夾角Ψ（＝θ）作出導(dǎo)桿的兩極限位置Dm和Dn；④作擺角Ψ的角平分線AD，并在AD上截取AD=lAD/μl，即可得到曲柄軸心A點(diǎn)的位置；⑤過A點(diǎn)作導(dǎo)桿極限位置的垂線AC1（或AC2），即得曲柄長(zhǎng)度lAC=μlAC。rmin一．凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程與基本參數(shù)hδs’

δs’δsδSδtδt

1δhδhDD0B0B

sOδ1,t360o基圓基圓半徑rmin推程推程運(yùn)動(dòng)角δt行程h遠(yuǎn)休止程在高位置靜止遠(yuǎn)休止角δs回程在重力or彈簧回程運(yùn)動(dòng)角δh近休止程在最低點(diǎn)近休止角δs’B

位移曲線h數(shù)值？凸輪連續(xù)回轉(zhuǎn)，從動(dòng)件重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)。從動(dòng)件的位移曲線取決于凸輪輪廓曲線形狀，從動(dòng)件不同運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求凸輪具有不同的輪廓曲線。

3.幾種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特點(diǎn)

⑴

等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律，n=1）速度曲線不連續(xù)，機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的慣性力將引起剛性沖擊(Rigidimpulse)。等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于低速輕載場(chǎng)合。事實(shí)上，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律不宜單獨(dú)使用，在運(yùn)動(dòng)開始和終止段應(yīng)用其他運(yùn)動(dòng)規(guī)律過渡。s

,t

v

,ta

,th

位移線圖加速度線圖速度線圖凸輪以等ω轉(zhuǎn)動(dòng)，要求從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度為常量為了使從動(dòng)件在0+Δt1時(shí)間內(nèi)的速度由0突變到v，這將導(dǎo)致理論a出現(xiàn)無窮大（材料有彈性變形，實(shí)際達(dá)不到無窮）s

C0

C1δ

推程：φ1=0，s1=0；φ2=

Φ,s2=hC0=0,C1=h/Φ加速度曲線不連續(xù)，a為有限突變，因而產(chǎn)生有限慣性力的突變，結(jié)果機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生柔性沖擊(Softimpulse)。等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于中速輕載場(chǎng)合。

,ta4h

2

2

,tv2h

推程后半程：前半程：

h

2h

2

,ts兩過程中，位移相等，h/2⑵等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律）為了避免從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)初始和終止發(fā)生剛性沖擊，可在從動(dòng)件的一個(gè)運(yùn)動(dòng)行程中采用兩段不同的位移函數(shù)，前一半等加速，后一半等減速

⑶余弦加速度運(yùn)動(dòng)（簡(jiǎn)諧）規(guī)律

,ts

,ta

,tvvmax

1.57h

推程h

amax

4.93h

2

Φ2

余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度在行程始、終點(diǎn)有有限突變，會(huì)引起柔性沖擊。但在無休止角的升

降

升類凸輪機(jī)構(gòu)中，才能獲得連續(xù)的加速曲線（圖中虛線）避免沖擊。余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于中速中載場(chǎng)合。質(zhì)點(diǎn)在圓周上做勻速運(yùn)動(dòng)，其在該圓直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)曲線指的是從動(dòng)件位移曲線，當(dāng)從動(dòng)件做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，其加速度曲線為余弦曲線。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律位移曲線圖的做法如下：以從動(dòng)件的行程h為直徑畫半圓，將此半圓分為若干等分，的1’’2’’3’’…/再把凸輪運(yùn)動(dòng)角δt也分成相應(yīng)等分，并作垂線11’22’33’、、然后將圓周上等分點(diǎn)投影到相應(yīng)的垂線上得1’2’3’、、用光滑曲線連接這些點(diǎn)，即得到從動(dòng)件位移曲線。⑷正弦加速度運(yùn)動(dòng)(擺線運(yùn)動(dòng))規(guī)律

速度曲線和加速度曲線連續(xù)，理論上無剛性沖擊和柔性沖擊。正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于高速輕載場(chǎng)合。s

,t

,ta

,tvh

vmax

2h

amax

6.28h

2

2推程圓沿縱坐標(biāo)作勻速滾動(dòng)，圓周上一定點(diǎn)的軌跡為一條擺線。此時(shí)，該點(diǎn)在縱坐標(biāo)的投影隨時(shí)間的變化的規(guī)律稱擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律。當(dāng)從動(dòng)件作擺線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其a曲線為正弦曲線。(二)組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律

為了克服單一運(yùn)動(dòng)規(guī)律的某些缺陷（如消除剛性沖擊），獲得更好的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性，可以把幾種運(yùn)動(dòng)規(guī)律拼接起來，構(gòu)成組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律(Lawofcombinedmotion)。組合原則：

位移曲線、速度曲線必須連續(xù)，高速凸輪機(jī)構(gòu)加速度曲線也必須連續(xù)。各段運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移、速度和加速度曲線在連接點(diǎn)處其值應(yīng)分別相等。vs

a

,t

,t

,thOOO

vs

a

,t

,t

,thOOO

正弦加速度曲線與直線組合加速度曲線還是不連續(xù)，還是存在柔性沖擊§6.3盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)凸輪廓線設(shè)計(jì)的基本原理——反轉(zhuǎn)法

為了便于繪出凸輪輪廓曲線,應(yīng)使工作中轉(zhuǎn)動(dòng)著的凸輪與不動(dòng)的圖紙間保持相對(duì)靜止。

如果給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)