常用機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、第3章 常用機(jī)構(gòu),平面機(jī)構(gòu)：各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)平面互相平行（常用 的機(jī)構(gòu)大多數(shù)為平面機(jī)構(gòu)）。,空間機(jī)構(gòu)：至少有兩個(gè)構(gòu)件能在三維空間中相對(duì)運(yùn)動(dòng)。,機(jī)構(gòu)：傳遞運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力或改變運(yùn)動(dòng)形式、軌跡等。,1、運(yùn)動(dòng)副的概念,畫(huà)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；,2、計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度和機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件；,本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)：,3、能判別四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和運(yùn)動(dòng)特性分析；,4、能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 四桿機(jī)構(gòu)；,5、能分析凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性；,機(jī)器：是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，用來(lái)變換或傳遞能 量、物料與信息。是由零件裝配而成。 零件：是機(jī)器中不可拆卸的制造單元。 構(gòu)件：一個(gè)零件，或是若干個(gè)零件的組合體。 機(jī)構(gòu)：用運(yùn)動(dòng)副將若干個(gè)構(gòu)件連接起來(lái)以傳遞運(yùn)動(dòng)和力

2、的系統(tǒng)。 運(yùn)動(dòng)副：構(gòu)件與構(gòu)件直接接觸所形成的可動(dòng)聯(lián)接。,復(fù)習(xí)：,3-1 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析,3.1.1 平面機(jī)構(gòu)的組成,可動(dòng)聯(lián)接：既保持直接接觸，又能產(chǎn)生一定的相對(duì) 運(yùn)動(dòng)。,從運(yùn)動(dòng)的角度看：由構(gòu)件用運(yùn)動(dòng)副組成的可動(dòng)聯(lián)接,1.機(jī)構(gòu)的組成,運(yùn)動(dòng)視圖,高副：點(diǎn)、線接觸,3.運(yùn)動(dòng)副：,2）接觸元素：點(diǎn)、線、面,1）定義：構(gòu)件間直接接觸所組成的可動(dòng)聯(lián)接,3）類(lèi)型,低副：面接觸,(1)低副：,轉(zhuǎn)動(dòng)副(鉸鏈):兩構(gòu)件間只能作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；,移動(dòng)副:兩構(gòu)件間只能作相對(duì)移動(dòng)；,運(yùn)動(dòng)視圖,運(yùn)動(dòng)視圖,高副：施加1個(gè)約束，還剩2個(gè)自由度。,（2）高副：,凸輪副,齒輪副,總結(jié)：約束1個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而保留2個(gè)獨(dú)立移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副 不可能

3、存在，故沒(méi)有其他運(yùn)動(dòng)副形式。,運(yùn)動(dòng)視圖,運(yùn)動(dòng)視圖,（3）空間運(yùn)動(dòng)副：,分析以下運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型,（1）機(jī) 架:1個(gè),（3）從動(dòng)件:要有確定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，由主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律、 運(yùn)動(dòng)副類(lèi)型、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸確定。,（2）主動(dòng)件:一個(gè)或數(shù)個(gè),輸入獨(dú)立的確定運(yùn)動(dòng)規(guī)律,機(jī)構(gòu)的組成,3.1.2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,1.定義：用規(guī)定的符號(hào)和線條按一定的比例表示構(gòu)件和 運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，并能完全反映機(jī)構(gòu)特征的簡(jiǎn)圖。,2.繪制：,1）運(yùn)動(dòng)副的符號(hào),（1）轉(zhuǎn)動(dòng)副：,（2）移動(dòng)副：,（3）齒輪副：,（4）凸輪副：,2）構(gòu)件的符號(hào),3）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制,（1）分析機(jī)構(gòu)，觀察相對(duì)運(yùn)動(dòng)，數(shù)清所有構(gòu)件的數(shù)目；,（2）確定所有運(yùn)動(dòng)副的

4、類(lèi)型和數(shù)目；,（3）選擇合理的位置（即能充分反映機(jī)構(gòu)的特性）；,（4）確定比例尺；,（5）用規(guī)定的符號(hào)和線條繪制成簡(jiǎn)圖。 （從原動(dòng)件開(kāi)始畫(huà)),用“1、2、3”標(biāo)明不同的構(gòu)件； 用“A、B、C”標(biāo)明不同的轉(zhuǎn)動(dòng)副； 用箭頭表明原動(dòng)件和轉(zhuǎn)向； 用多條斜短線標(biāo)明機(jī)架。,4）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制要求,例1:試?yán)L制如圖所示偏心輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,例2:畫(huà)出圖示柱塞油泵機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,注意：繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖時(shí)，原動(dòng)件位置不同，所繪運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的圖形也不同。若原動(dòng)件位置選擇不當(dāng)，構(gòu)件可能互相重疊或交叉，使圖形不易辨認(rèn)。 可見(jiàn)，要清晰表達(dá)各構(gòu)件的相互關(guān)系，應(yīng)當(dāng)選擇恰當(dāng)?shù)脑瓌?dòng)件位置來(lái)繪圖。,運(yùn)動(dòng)視圖,例3:試?yán)L制內(nèi)燃機(jī)的

5、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,刨床的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,3-2 平面連桿機(jī)構(gòu),3.2.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型及應(yīng)用,1.基本概念,1)平面連桿機(jī)構(gòu)：用低副連接而成的平面機(jī)構(gòu)。,特點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)副為低副，面接觸 承載能力大； 便于潤(rùn)滑，壽命長(zhǎng); 幾何形狀簡(jiǎn)單便于加工，成本低。,2）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：運(yùn)動(dòng)副都是轉(zhuǎn)動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)。,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：,4機(jī)架,1，3連架桿定軸轉(zhuǎn)動(dòng),2連桿平面運(yùn)動(dòng),曲柄：作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿,搖桿：非整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿,動(dòng)畫(huà),組成,2.基本類(lèi)型:根據(jù)兩連架桿的運(yùn)動(dòng)形式,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),連架桿,應(yīng)用1,應(yīng)用2,應(yīng)用1,應(yīng)用4,應(yīng)用3,應(yīng)用2,應(yīng)用1,應(yīng)用2,3.2.2 鉸鏈四

6、桿機(jī)構(gòu)的演化,1、擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副:偏心輪機(jī)構(gòu),2、轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化成移動(dòng)副：曲柄滑塊機(jī)構(gòu),e=0， 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（偏距e）,e0，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu),運(yùn)動(dòng)視圖,3.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)與搖塊機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu),定塊機(jī)構(gòu),搖塊機(jī)構(gòu),導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),應(yīng)用,視圖,視圖,視圖,3.3.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,若1能繞A整周轉(zhuǎn)動(dòng)， 則存在兩個(gè)特殊位置,a+db+c (1),bc+d-a 即a+bc+d (2),cb+d-a 即a+cb+d (3),(2)+(3)得 ad,(1)+(2)得2a+b+d2c+b+d即ac,(1)+(3)得 ab,如:ad,4 d,3-3 平面機(jī)構(gòu)的工作

7、特性,a+db+c (1),bc+(a-d) 即d+bc+a (2),cb+(a-d) 即d+cb+a (3),(2)+(3)得 da,(1)+(2)得a+b+2d2c+b+a即dc,(1)+(3)得 db,如: ad,B”,4 d,（2）最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于等于其它兩桿 長(zhǎng)度之和。,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件,（1）機(jī)架和曲柄中必有一構(gòu)件為的最短桿。,推論:(鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型判別),（1）最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和大于其他兩桿長(zhǎng)度之和，所有運(yùn)動(dòng)副均為擺動(dòng)副，則為雙搖桿機(jī)構(gòu)。,（2）最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于等于其他兩桿長(zhǎng)度之和，最短桿上兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為整轉(zhuǎn)副。,取最短桿為機(jī)架,雙曲柄

8、機(jī)構(gòu),取最短桿任一相鄰桿為機(jī)架,曲柄搖桿機(jī)構(gòu),取最短桿對(duì)面的桿件為機(jī)架,雙搖桿機(jī)構(gòu),50,200,130,100,例2:判斷下圖所示四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型,解:,最長(zhǎng)桿與最短桿長(zhǎng)度之和其余兩桿長(zhǎng)度之和, 故為雙搖桿機(jī)構(gòu).,50,200,100,例1:判斷下圖所示四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型,解:,160,最長(zhǎng)桿與最短桿長(zhǎng)度之和其余兩桿長(zhǎng)度之和, 且最短桿的相鄰桿為機(jī)架,故為曲柄搖桿機(jī)構(gòu).,如下圖所示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD中，BC=50mm，CD=35mm， AD=30mm，取AD為機(jī)架 ）如果該機(jī)構(gòu)能成為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，且AB是曲柄， 求AB的取值范圍； ）如果該機(jī)構(gòu)能成為雙曲柄桿構(gòu)，求AB的取值范圍； ）如果該機(jī)構(gòu)能

9、成為雙搖桿機(jī)構(gòu)，求AB的取值范圍,例3,若該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)，則AB桿的取值范圍為： 45AB55,解:,1）該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，且AB為曲柄，則AB應(yīng)為最短桿。,已知BC桿為最長(zhǎng)桿BC=50。,AB+BCAD+CD, 0AB15,2）該機(jī)構(gòu)如為雙曲柄機(jī)構(gòu)，同樣應(yīng)滿(mǎn)足曲柄存在的條件，,應(yīng)以最短桿為機(jī)架?，F(xiàn)AD為機(jī)架，則最短桿為AD30，,最長(zhǎng)桿可能為BC桿，也可能是AB桿。,若AB桿為最長(zhǎng)桿(AB50) ：AD+ABBC+CD,AB55 即50AB55,若BC桿為最長(zhǎng)桿(AB50) ：AD+BCAB+CD,AB45 即45AB50,ABAD+CD+BC AB115 55AB115,3）欲使該

10、機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu),(1)最短桿與最長(zhǎng)桿之和應(yīng)大于另外二桿之和?，F(xiàn)在的 關(guān)鍵是誰(shuí)是最短、最長(zhǎng)桿？,若AB桿最短(AB30)，則最長(zhǎng)桿為BC：,AB+BCCD+AD 15AB30,若AD桿最短, AD+BCAB+CD 30AB45,.AB桿最長(zhǎng)：AD+ABBC+CD AB55,綜上分析：AB桿的取值為： 15AB45 或者 55AB115,.BC桿最長(zhǎng)(30AB50),(2)滿(mǎn)足長(zhǎng)度條件,但BC不為最短桿,推論3不成立,3.3.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性,1.急回運(yùn)動(dòng),1）極位夾角（C2AC1）: 搖桿處于極限位置時(shí)曲柄 所夾銳角。,工作行程:,從動(dòng)件,空回行程:,AB1AB2,AB2AB1,原動(dòng)

11、件作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件工作（正）行程和空回（反）行程的平均速度不相等。,2）機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)特性：,3)行程速比系數(shù),2.壓力角和傳動(dòng)角,1）壓力角:從動(dòng)件上點(diǎn)c的受力方向與速度方向 所夾的銳角。,2）傳動(dòng)角：壓力角的余角，F(xiàn)與Fn夾角，,切向分力：,法向分力：,3）最小傳動(dòng)角min,為了保證機(jī)構(gòu)的傳力性能良好：,傳遞大功率的機(jī)構(gòu)（沖床）：,最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架兩次共線的一處。,經(jīng)常用衡量機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)質(zhì)量,傳動(dòng)角愈大，壓力角 愈小，機(jī)構(gòu)傳力性能愈好，傳動(dòng)角=90，傳動(dòng)最有利。,3.死點(diǎn),機(jī)構(gòu)停在死點(diǎn)位置，不能起動(dòng)。 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，靠慣性沖過(guò)死點(diǎn)。,運(yùn)動(dòng)視圖,利用死點(diǎn)實(shí)例,下圖

12、所示六桿機(jī)構(gòu)中,各構(gòu)件的尺寸為:lAB30mm,lBC55mm,lAD=50mm,lCD=40mm,lDE20mm,lEF60mm.滑塊為運(yùn)動(dòng)輸出構(gòu)件.試確定： ）四桿機(jī)構(gòu)ABCD的類(lèi)型 ）作滑塊的行程？ ）求機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角min？,例4:,）四桿機(jī)構(gòu)ABCD中，最短桿AB，最長(zhǎng)桿BC 因?yàn)閘ABlBClCDlAD 且以最短桿AB的鄰邊為機(jī)架故四桿機(jī)構(gòu)ABCD為曲柄搖桿機(jī)構(gòu),答案：,3)機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角min出現(xiàn)在CD桿垂直于導(dǎo)路時(shí) （即ED導(dǎo)路）COSminED/EF COSmin1/3 min78.4o,2),3-6 凸輪機(jī)構(gòu),3.6.1 凸輪機(jī)構(gòu)的組成、應(yīng)用和分類(lèi),1.組成：,凸輪：一

13、個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，通過(guò)高副接觸,從動(dòng)件：平動(dòng)，擺動(dòng),機(jī)架,工程實(shí)例1,工程實(shí)例2,工程實(shí)例3,工程實(shí)例4,2.應(yīng)用：,當(dāng)從動(dòng)件的位移、速度、加速度必須嚴(yán)格按照預(yù)定規(guī)律變化時(shí)，常用凸輪機(jī)構(gòu)。,3.分類(lèi)：,1）按凸輪的形狀：,盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)平面凸輪機(jī)構(gòu),移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)平面凸輪機(jī)構(gòu),圓柱凸輪機(jī)構(gòu)空間凸輪機(jī)構(gòu),2）按從動(dòng)件的型式：,平底從動(dòng)件：用于高速。,尖底從動(dòng)件：用于低速；,滾子從動(dòng)件：應(yīng)用最普遍；,3）按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式：,直動(dòng)從動(dòng)件：往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件,擺動(dòng)從動(dòng)件：往復(fù)擺動(dòng),偏置直動(dòng)從動(dòng)件,4）按鎖合的方式：,力鎖合（重力、彈簧力）,幾何鎖合,運(yùn)動(dòng)視圖,3.6.2 凸輪機(jī)構(gòu)工作

14、過(guò)程及從動(dòng)件常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律,1.凸輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程,偏距e：,1)幾個(gè)概念,尖底偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu),基圓：凸輪輪廓上最小 向徑為半徑的圓,偏距圓,2）凸輪機(jī)構(gòu)工作過(guò)程,近休止角：S=AOD,從動(dòng)件位移線圖(從動(dòng)件速度線圖，加速度線圖),行程：h(最大位移),上升停降停,推程運(yùn)動(dòng)角：=BOB=AOB1,遠(yuǎn)休止角：S=BOC=B1OC1,回程運(yùn)動(dòng)角：=C1OD,2. 從動(dòng)件常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律,剛性沖擊： 由于加速度發(fā)生無(wú)窮大突變而引起的沖擊稱(chēng)為剛性沖擊。,1）勻速運(yùn)動(dòng)規(guī)律（推程段）,行程起始位置：,行程終止位置：,2）等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律,柔性沖擊 ： 加速度發(fā)生有限值的突變 （適用于中速場(chǎng)合）,定

15、義：從動(dòng)件在一個(gè)推程或 回程中，前半程作等加速運(yùn)動(dòng)， 后半程作等減速運(yùn)動(dòng)。,加速度=減速度,3）余(簡(jiǎn))弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律,運(yùn)動(dòng)特征： 若 為零，無(wú)沖擊， 若 不為零，有沖擊,3.6.3 盤(pán)形凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)方法：作圖法，解析法,反轉(zhuǎn)法,1、尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪輪廓設(shè)計(jì)：,已知 轉(zhuǎn)向,步驟：,1.作基圓、偏距圓和從動(dòng)件導(dǎo)路；,2.將推程、回程運(yùn)動(dòng)角作若干等分；,3.以oc0開(kāi)始，將基圓按推程、遠(yuǎn)休 止、回程、近休止角分別畫(huà)出，并 將推程、回程角分成相應(yīng)等分的點(diǎn)C；,4.過(guò)相應(yīng)點(diǎn)作偏距圓的切線；,5.沿切線自基圓開(kāi)始取從動(dòng)件相應(yīng) 的位移量得到一系列點(diǎn)B；,6.用光滑的曲線將B點(diǎn)串聯(lián)即得；

16、,（3）在理論輪廓上畫(huà)出一系列滾子，畫(huà)出滾子的 內(nèi)包絡(luò)線實(shí)際輪廓曲線。,設(shè)計(jì)滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)， 凸輪的基圓半徑是指理論輪廓 曲線的基圓半徑。,2、滾子從動(dòng)件,（1）去掉滾子，以滾子中心為尖底。,（2）按照上述方法作出輪廓曲線理論輪廓曲線,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),3.6.4 凸輪工作輪廓的校核,1.運(yùn)動(dòng)失真,滾子半徑rT必須小于理論輪廓曲線外凸部分的最小曲率半徑min.,回程=7080,2.凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角和自鎖,1）壓力角：接觸點(diǎn)法線與從動(dòng)件 作用點(diǎn)速度方向所夾的銳角。,2)自鎖,3）許用壓力角,壓力角，有效分力，有害分力，到一定程度將卡死。,直動(dòng)從動(dòng)件,推程=3040,4）壓力角的影響因數(shù),壓力

17、角，基圓半徑，結(jié)構(gòu)尺寸,為保證結(jié)構(gòu)緊湊，壓力角不宜過(guò)小。,凸輪軸半徑,3.7 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),3.7.1 棘輪機(jī)構(gòu),1.棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理,擺桿1左右擺動(dòng)，當(dāng)擺桿左擺時(shí)，棘爪4插入棘輪3的齒內(nèi)推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)過(guò)某一角度。,當(dāng)擺桿右擺時(shí)，棘爪4滑過(guò)棘輪3，而棘輪靜止不動(dòng)，往復(fù)循環(huán)。制動(dòng)爪5防止棘輪反轉(zhuǎn),這種有齒的棘輪其進(jìn)程的變化最少是1個(gè)齒距，且工作時(shí)有響聲。,動(dòng)畫(huà),2.棘輪機(jī)構(gòu)的其它類(lèi)型,1)摩擦棘輪（無(wú)聲棘輪）,組成:外套筒1、內(nèi)套筒3之間裝有受壓縮彈簧作用的滾子2。,當(dāng)外套筒順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，滾子楔緊，內(nèi)套筒轉(zhuǎn)動(dòng)。,當(dāng)外套筒逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，滾子松開(kāi)，內(nèi)套筒不動(dòng)。,由于摩擦傳動(dòng)會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，不適于從動(dòng)件轉(zhuǎn)角要求精確的地方