高教版中职职高教版机械基础第2版教模块六 机构与运动

模块六

【机构与运动】机械基础1模块六机构与运动

机械的动力部分，以电动机和内燃机居多，输出的运动形式通常都是连续的转动；经过机械传动，一般以降低运动速度、获得较大的转矩、改变运动方向为目的；而在机械的执行部分，多采用机构进行运动形式的转换，以满足机械各种工作任务的需要。2模块六机构与运动

3§6.1运动形式与转换

一、构件的运动特征在机构中，每个构件的平面运动，都可以用运动类型、运动路径和速度特性这三个特征来进行描述。①运动类型构件可以进行转动、移动、摆动、平移、实现轨迹及合成运动等。②运动路径构件可以沿X、Y、Z轴方向或者其他方向运动。如运动路径同为“X轴”，表示各构件运动轴线重合或平行。③速度特性构件的速度特性按速度方向，可以分为单向运动和双向运动；按速度的持续性，可以分为连续运动和间歇运动；按照速率的变化特性，可以分为匀速运动和变速运动。4§6.1运动形式与转换

为了便于分析、阐述方便，可以采用特定的符号来表示上述构件的运动特征。其中，对于转动副，用“●”表示周转副，用“○”表示摆动副。构件常见运动形式与表示符号，见下表。5§6.1运动形式与转换

二、机构的运动功能对机构的各个构件，尤其是输入构件和输出构件的运动转换关系进行描述，称之为机构的运动功能。如下图左,在开伞和收伞的过程中，完成了转动与移动这两种运动形式间的转换。如下图右,构件1可以绕Z轴单、双向连续转动；构件3沿机架4的导路双向匀速或变速移动；构件2的运动是平面一般运动。单折叠伞含一个移动副的四杆机构6§6.1运动形式与转换

此机构最常见的运动功能有三种，见下表。78910§6.2平面四杆机构

一、铰链四杆机构的形式由铰链连接而成的四杆机构称为铰链四杆机构。分固定不动的机架和两个与机架相连接的连架杆；不与机架相连接的杆件为连杆。能绕机架作整周转动的连架杆称为曲柄；只能绕机架作某个角度范围内摆动的连架杆称为摇杆。铰链四杆机构11§6.2平面四杆机构1、曲柄摇杆机构两个连架杆分别为曲柄和摇杆的铰链四杆机构。抽油机驱动系统缝纫机踏板机构12§6.2平面四杆机构2、双曲柄机构两个连架杆都为曲柄的铰链四杆机构。如果两个连架杆的长度相等，称为平行四边形机构。平行四边形机构摄影平台升降机构插床六杆机构13§6.2平面四杆机构3、双摇杆机构两个连架杆都为摇杆的铰链四杆机构。车门启闭机构逆平行四边形机构起重机变幅机构电风扇摇头机构14§6.2平面四杆机构

二、铰链四杆机构类型的判定连架杆称为曲柄必须满足下列两条件:

①最短杆与最长杆的长度之和小于等于或其余两杆长度之和(简称杆长和条件)。

②连架杆与机架两者之一为最短杆(简称最短杆条件)在满足①②的基础上，如果取最短杆作为连架杆，则为曲柄摇杆机构；如果取最短杆为机架，则为双曲柄机构；如果取最短杆作为连杆，则为双摇杆机构。

如果不满足杆长和条件,此机构只能为双摇杆机构。15§6.2平面四杆机构

例6－1

图中各杆件长度分别AB=800mm,BC=1300mm,CD=1000mm,

AD=1200mm,取各杆件为机架，可得何种机构？解略16§6.2平面四杆机构

三、含有一个移动副的四杆机构

1.曲柄滑块机构

2.摇杆滑块机构摇杆滑块机构手摇唧筒17§6.2平面四杆机构

3.曲柄摇块机构4.导杆机构曲柄滑块机构吊车18§6.2平面四杆机构

*四、平面四杆机构的运动特性

1.急回特性从下图分析，摇杆的行程往返一样，但曲柄转过的圆心角不相等。曲柄作等角速运动，转过的圆心角大，所需要的时间长；反之，所需要的时间短。在相同的行程中，时间长的转动速度必然慢，反之必然快，使摇杆出现快速返回，称为回程的急回特性。19§6.2平面四杆机构

2、压力角与传动角

如下图所示，C点的绝对速度与受力方向的压力角为压力角，压力角与传动角互成90度，传动角的大小由连杆和摇杆的夹角组成，在运动中容易观察，所以常用传动角来控制压力角的大小。20§6.2平面四杆机构

3.死点

死点形成前提是在曲柄摇杆机构中，以摇杆作为主动构件，当摇杆在两极限位置，极位夹角成0°或180°时，曲柄的力臂为0。此时无论施加多大的作用力，曲柄都不可能转动，称之为死点位置。21§6.2平面四杆机构

解决死点位置的方法

可以加惯性轮，靠惯性的作用冲过死点，或者采用机构错位排列的方法。可以利用死点作有用的工作，如作夹具或飞机起落架。22§6.3凸轮机构

一、凸轮机构的类型

1.按凸轮的形状和从动件的端部结构分类：

①盘形凸轮：如常见的补鞋机手摇轮为盘形双凸轮。

②移动凸轮：常用钥匙与锁心的弹子。

③

圆柱凸轮：凸轮是圆柱形。23§6.3凸轮机构2.按从动件的形状分类：①尖顶从动件②滚子从动件③平底从动件24§6.3凸轮机构25§6.3凸轮机构26§6.3凸轮机构

尖顶从动件滚子从动件平底从动件

3.按照从动件的运动形式分

移动从动件摆动从动件27§6.3凸轮机构

二、凸轮机构的材料、结构及传力特性

1.凸轮和滚子的材料

凸轮和滚子常选45、40Cr、20CrMnTi钢等，外轮廓淬火热处理。

2.凸轮机构的结构凸轮的轮廓与轴的直径尺寸相差不大时，可制成一体的凸轮轴。28§6.3凸轮机构

尺寸相差较大时，应分别制造，采用键、销连接。滚子与从动件之间可采用螺栓、销连接，或直接采用滚动轴承作为滚子。凸轮与轴通过销连接凸轮与轴通过销连接29§6.3凸轮机构

3.凸轮机构的传力特性

压力角α增大到一定程度，有效分力不足以克服摩擦阻力时，无论凸轮对从动件的推力有多大，从动件都不能运动，这种现象称为自锁。在传力许可的条件下，尽量取较大的压力角。规定了压力角的许用值，应使所以将压力角控制在一定的范围内，如：移动从动件

摆动从动件压力角与凸轮机构的传力特性30§6.3凸轮机构

1.从动件的运动曲线从动件的位移曲线与盘形凸轮运动轮廓成一一对应关系。

2.盘形凸轮的几个参数基圆半径、推程、升程、升程角、远休止角、近休止角、和回程角。对心尖顶移动从动件盘形凸轮机构的运动分析

三、凸轮机构的运动分析31§6.3凸轮机构

拓展从动件的基本运动规律

常用有等速运动规律，如图6－41所示；等加等减速运动规律，如图6－42所示。主要研究各种运动规律的加速度大小，因为加速度与从动件的质量乘积是冲击力，在从动件的质量一定的条件下，加速度越大，冲击力也越大。

1.等速运动规律32§6.3凸轮机构

2.等加速等减速运动规律

33§6.3凸轮机构

四、平面凸轮轮廓曲线的绘制

已知对心尖顶移动从动件盘形凸轮。步骤：先选比例尺；作基圆半径，把基圆半径和位移曲线作相应的等分；按反转法把从动件逆转；作相应的位移；所得到从动件尖端的点用光滑曲线连接，即为盘形凸轮轮廓曲线。34§6.4其他机构

一、棘轮机构与运动特点

1.结构与类型棘轮机构由摇杆、棘爪、止回棘爪、棘轮、弹簧及机架等组成。

棘轮机构的类型很多，按结构特点可分为外接式和内接式（见下页图）。止回棘爪棘爪棘轮摇杆机架弹簧35§6.4其他机构外接式内接式36§6.4其他机构

2.特点与应用

①齿啮式棘轮机构结构紧凑、运动可靠、转角准确，噪音、冲击、磨损铰大。不适用于高速。

②摩擦式可无级调节转角，运动平稳。

③外接式，尺寸大；

④内接式，结构紧凑，广泛用于超越离合器。

373.转角与转向的调节①改变曲柄的长度从而改变摇杆摆角②在棘轮上加遮板调节转角。③双向式棘爪调节棘轮转向。§6.4其他机构38§6.4其他机构

4.主要参数

（1）棘轮齿数z

（2）棘轮齿距P

（3）棘轮模数m

（4）棘轮齿面倾角Φ

一般取Φ200例6-2

牛头刨床横向进给机构中的丝杠，其导程ph=6mm，要求最小进给量为0.2mm，求棘轮的最少齿数z。

解略

39§6.4其他机构。

棘轮机构的主要用途有：间歇送进、制动和超越等，以下是应用实例。自动线上的浇筑输送装置起重设备中的棘轮止动器40

二、槽轮机构

1.结构与类型

单圆销外啮合槽轮机构由拨销、槽轮、机架组成。槽轮作时动、时停的周期性间歇转动。§6.4其他机构41§6.4其他机构

3.特点与应用槽轮机构结构简单，易加工，工作可靠，转角准确，机械效率高。但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮在起、停时的加速度大，有冲击，并随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不宜用于高速，多用来实现不需经常调节转位角度的转位运动。

要求拨盘与槽轮转向相同时，应采用内啮合槽轮机构。2.主要参数

①槽数z

②圆销数k

③运动系数T

42§6.4其他机构电影放映机卷片机构六角车床刀架转位机构43三、螺旋机构

1.结构与类型

（1）传力螺旋

最典型的是螺母固定、螺杆转动并移动的形式。

（2）传导螺旋

最典型的是螺杆转动、螺母移动的形式。

（3）调整螺旋

最典型的是螺杆转动并移动、螺母移动的形式。

§6.4其他机构442.运动分析

螺母位移

（1）单螺旋机构（2）双螺旋机构差动螺旋机构（螺旋副旋向相同）复式螺旋机构（螺旋副旋向相反）§6.4其他机构45

3.螺旋副的摩擦性质

按螺纹间摩擦性质，螺旋传动可分为滑动螺旋传动、滚动螺旋传动和静压螺旋传动。外循环滚动螺旋