机械设计基础part2机构学部分

机械设计基础第一页，共五十七页。第二章平面机构的结构分析2.1.2运动副及其分类

第二页，共五十七页。第二章平面机构的结构分析第三页，共五十七页。第二章平面机构的结构分析2.2平面机构的运动简图

2.2.1运动副及构件的表示法

第四页，共五十七页。第二章平面机构的结构分析第五页，共五十七页。第二章平面机构的结构分析2.2.2机构运动简图的绘制步骤1.

分析机械的结构及其动作原理，找出机架、主动件和从动件。2.

沿着运动传递路线，搞清各构件间的相对运动性质，确定运动副的类型和数目。3.

测量出运动副间的相对位置。

4.

选择合理的视图平面和比例尺，用规定的符号和线条绘制出机构运动简图。第六页，共五十七页。第二章平面机构的结构分析2.3平面机构自由度

平面机构自由度就是指机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目

自由度计算公式：

F=3n-2PL-PH

第七页，共五十七页。第二章平面机构的结构分析2.3.2机构具有确定运动的条件

机构具有确定运动的条件是：F>0，且F等于机构的主动件个数。

第八页，共五十七页。第二章平面机构的结构分析2.3.3计算机构自由度的注意事项

复合铰链

第九页，共五十七页。第二章平面机构的结构分析局部自由度

第十页，共五十七页。第二章平面机构的结构分析虚约束1.运动轨迹相同

第十一页，共五十七页。第二章平面机构的结构分析2.移动副平行

第十二页，共五十七页。第二章平面机构的结构分析3.转动副轴线重合

第十三页，共五十七页。第二章平面机构的结构分析4.对称机构

第十四页，共五十七页。第三章平面连杆机构

主要特点有：（1）

低副面接触的结构传力时压强小、便于润滑、磨损小、承载能力强；（2）

机构简单、加工方便、工作可靠；（3）

能方便地实现各种基本运动形式，满足多种运动规律和运动轨迹的要求；（4）

只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；（5）运动惯性力难以平衡，不适用高速的场合。

第十五页，共五十七页。第三章平面连杆机构3.1铰链四连杆机构的基本类型及其演化

3.1.1铰链四连杆机构的基本类型

1.曲柄摇杆机构

第十六页，共五十七页。第三章平面连杆机构2.双曲柄机构

第十七页，共五十七页。第三章平面连杆机构3.双摇杆机构

第十八页，共五十七页。第三章平面连杆机构3.1.2平面四杆机构的演化

1.移动副取代转动副的演化

第十九页，共五十七页。第三章平面连杆机构第二十页，共五十七页。第三章平面连杆机构2取不同构件为机架

第二十一页，共五十七页。第三章平面连杆机构3.2平面四杆机构的特性

3.2.1铰链四杆机构曲柄存在的条件

①

必要条件：最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和。②

充分条件：连架杆与机架中必有一个为最短杆。

第二十二页，共五十七页。第三章平面连杆机构推论：①

当最长杆与最短杆的长度之和大于其余两杆长度之和时，只能得到双摇杆机构②

当满足曲柄存在必要条件时，最短杆为机架时，得到双曲柄机构；当最短杆的相邻杆为机架时得到曲柄摇杆机构；当最短杆的对面杆为机架时得双摇杆机构。

第二十三页，共五十七页。第三章平面连杆机构3.2.2急回特性

第二十四页，共五十七页。第三章平面连杆机构急回运动特性可以用行程速比系数K来表示,即K=V2／V1=(180+)/(180-)

极位夹角越大,K值越大,急回特性越明显极位夹角：

=180°(K-1)/(K+1)第二十五页，共五十七页。第三章平面连杆机构3.2.3压力角和传动角

第二十六页，共五十七页。第三章平面连杆机构α越小，γ越大，机构传力性能越好；反之，α越大，γ越小，机构传力越费劲，传动效率越低。

对于一般机械，通常γmin≥40°。对于颚式破碎机、冲床等大功率机械，最小传动角应当取大一些，可取γmin≥50°；对于小功率的控制机构和仪表，γmin可略小于40°。

第二十七页，共五十七页。第三章平面连杆机构3.2.4死点位置

在曲柄摇杆机构中，取摇杆为主动杆，当摇杆处在两极限位置时，连杆与曲柄共线,传动角γ=0°，摇杆上无论加多大驱动力也不能使曲柄转动，机构的此种位置称为死点位置。

第二十八页，共五十七页。第三章平面连杆机构通常采用在从动件上安装飞轮，利用飞轮的惯性，或错位排列机构的方法使机构通过死点位置。

第二十九页，共五十七页。第三章平面连杆机构在工程实践中，常见利用死点来实现一些特定的工作要求

第三十页，共五十七页。第三章平面连杆机构3.3图解法设计平面四杆机构

3.3.1按给定行程速比系数K设计四杆机构

第三十一页，共五十七页。第三章平面连杆机构3.3.2按给定连杆位置设计四杆机构

第三十二页，共五十七页。第三章平面连杆机构3.3.3按照给定两连杆的对应位置设计四杆机构

第三十三页，共五十七页。第四章凸轮机构

第四章凸轮机构第三十四页，共五十七页。第一节概述

4.1.1凸轮机构的应用、类型

应用于各种机械，特别是自动机械、自动控制装置和装配生产线中。当从动件必须准确地实现某种预期的复杂运动规律时，常采用凸轮机构。一、凸轮机构的应用

凸轮的组成：由凸轮、从动件和机架所组成的高副机构。

凸轮机构特点：从动件的运动规律可以任意拟订，且结构简单、紧凑，可以高速起动，动作准确可靠。但易磨损，用于传力不大的场合。二、

凸轮的类型

1.按凸轮的形状分

第三十五页，共五十七页。（1）盘形凸轮

（2）移动凸轮

（3）圆柱凸轮

2.按从动件的形状分

（1）尖端从动件用于速度较低和传力不大的场合。最基本的形式，结构简单，应用广泛。凸轮呈板状，它相对于机架作直线移动。

凸轮与从动件之间的相对运动是空间运动。（2）滚子从动件不易磨损，能传递较大动力，但不适于高速。（3）平底从动件摩擦阻力小，传动效率高；适用于高速场合。

第二节从动件常用运动规律

4.2.1凸轮与从动件运动关系

从动件的运动规律：是指从动件的位移、速度和加速度随时间或凸轮转角的变化规律。

第三十六页，共五十七页。尖端从动件盘形凸轮机构基圆：以凸轮轮廓最小向径所做的圆。升程：h（最大位移）δt

：推程运动角

δs：远休止角

δh：回程运动角

δs’

：近休止角

第三十七页，共五十七页。凸轮连续回转时，从动件重复上述升—停—降—停的运动循环。

4.2.2常用从动件运动规律

1.等速运动规律

运动方程

第三十八页，共五十七页。2.等加速等减速运动规律

运动方程

第三十九页，共五十七页。3.简谐运动规律

第四十页，共五十七页。

第三节

盘形凸轮轮廓的设计方法4.3.1反转法原理

假定凸轮固定不动而使从动件连同导路一起反转，故称为反转法。4.3.2图解法

尖端对心移动从动件盘形凸轮

1.移动从动件盘形凸轮轮廓设计

如图所示，已知凸轮基圆半径rb、从动件运动规律及角速度ω，凸轮顺时针转动。则凸轮轮廓曲线设计步骤如下：1）选定适当的比例尺，作出从动件的位移曲线图

。2）以rb为半径作基圆

。3）在基圆上，依次取推程角、回程运动角及近程休止角。

4）量取从动件在各位置的位移量

第四十一页，共五十七页。5)将A0

、A1、A2

、A3

、…连成光滑曲线，即得到所求的凸轮轮廓。第四十二页，共五十七页。2.滚子对心移动从动件盘形凸轮

1）先把滚子中心看成尖端从动件的尖端，作理论轮廓；

2）以上各点为圆心，以滚子半径为半径作一系列滚子圆，作这些滚子圆的内包络线即为滚子从动件的凸轮实际轮廓。

第四十三页，共五十七页。第四节凸轮机构基本尺寸的确定

4.4.1压力角的确定

凸轮机构正常工作时，轮廓上的最大压力角αmax不超过许用值［α］。

移动从动件推程：

［α］

≤30°~40°

摆动从动件推程：

［α］≤40°~50°

回程压力角可以取大些，无论是移动还是摆动从动件，通常可取［α‘］

=70°~80°。

4.1.2.凸轮基圆半径的确定

基圆半径大，凸轮尺寸大，但压力角小，容易推动从动件；反之，基圆半径小，凸轮尺寸小，但压力角大，不容易推动从动件。如下图：

第四十四页，共五十七页。第四十五页，共五十七页。第五章间歇机构

第五章间歇机构第四十六页，共五十七页。第一节棘轮机构

5.1.1工作原理

1.组成：棘轮、主动棘爪、止回棘爪和机架。

2.工作原理

当主动摆杆4顺时针转动时，摆杆上铰接的主动棘爪2插入棘轮的齿内并推动棘轮同向转过某一角度。当主动摆杆逆时针转动时，止回棘爪5阻止棘轮反向转动，此时主动棘爪在棘轮的齿背上滑回原位，棘轮静止不动，从而实现主动件的往复摆动转换为从动件的间歇运动。第四十七页，共五十七页。5.1.2棘轮机构的类型和特点

1.按结构分类

（1）齿式棘轮机构（2）摩擦式棘轮机构

2.按啮合方式分类

（1）外啮合方式

（2）内啮合方式

3.按运动形式分类

（1）从动件作单向间歇转动（如图所示）（2）双动式棘轮机构（如图所示）

第四十八页，共五十七页。5.1.2棘轮转角的调节方法

1.用改变摇杆罢角的大小来调节棘轮的角

2.利用遮板来调节棘轮的转角

5.1.3棘轮机构的特点和应用

特点：结构简单、工作可靠、制造方便、棘轮转角的大小可进行调节。棘轮的齿数可以根据需要来确定，且易于利用棘轮遮板来调整棘轮转过的齿数。

应用：

齿式棘轮经常同曲柄摇杆机构、凸轮机构或齿轮齿条等机构串联起来，共同完成单向间歇的运动，例如机械的送进、制动和超越。常用于低速、轻载下实现间歇运动，常用于机床和自动进给机构和转位机构。如牛头刨床横向进给机构和如图所示的射查自动浇注输送装置。第四十九页，共五十七页。第五十页，共五十七页。第二节槽轮机构

5.2.1槽轮机构的组成及工作原理

1.组成

槽轮机构由带有曲柄1和圆销2的拨盘，具有径向槽的的槽轮3和机架组成。

拨盘1以等角速度ω1作连续回转，槽轮2作间歇运动。圆销未进入槽轮的径向槽时，故槽轮静止不动；当圆销进入槽轮的径向槽时，槽轮因圆销的拨动而转动；当圆销的另一边离开径向槽时，凹凸锁住弧又起作用，槽轮又卡住不动。当拨盘继续转动时，槽轮重复上述运动，从而实现间歇运动。2.工作原理

第五十一页，共五十七页。5.2.2槽轮的类型、特点及应用

1.类型

外啮合式的外槽轮机构内啮合式的内槽轮机构

2.槽轮机构的特点和应用

特点

槽轮机构简单、制造方便、转位迅速。在进入和退出啮合时槽轮的运动要比棘轮的运动较为平稳。转角不能调节，当槽数确定后，槽轮转角即被确定。槽轮的槽数不宜过多。

应用槽轮机构多用来实现不需要经常调整转动角度的转位运动，用于转速不高的自动机械中，作转位和分度机构。

第五十二页，共五十七页。

如图所示为电影放映机中的应用情况。拨盘作连续转动，带动槽轮间歇转动，从而使胶片作间歇移动，完成胶片动作。

如图所示为六角车床的刀架转位机构。该机构可装六种刀具，按加工工艺要求，通过槽轮机构自动更换刀具动作。第五十三页，共五十七页。第三节不完全齿轮机构简介

5.3.1不完全齿轮机构工作原理和类型

1.工作原理其主动轮1的轮齿没有布满整个圆周，所以当主动轮1作连续转动时，从动轮2作间歇运动。当从动轮2停歇室，靠轮1的锁住弧（外凸圆弧）与轮2的锁住