《机械基础（非机械类）（第二版）》课件 模块二　常用机构

常用机构模块二37课题一铰链四杆机构课题二凸轮机构38课题三间歇运动机构课题一铰链四杆机构39学习目标1.掌握铰链四杆机构的基本类型及其运动特性。2.了解铰链四杆机构的演化形式。3.学会判别铰链四杆机构的基本类型。40课题引入如图a所示为汽车雨刮的结构图。启动雨刮可以刮除附着于车辆风窗玻璃上的雨水和灰尘，改善驾驶者的视野，保证行车安全。本课题将认识铰链四杆机构，了解雨刮连续摆动的运动原理。41汽车雨刮a）汽车雨刮的结构图b）汽车雨刮的运动机构简图1—电动机2—摇臂3—拉杆4—刮水片架5—刮水片如上图b所示为汽车雨刮的运动机构简图，可看出杆AB、BC、CD，固定点

A

和

D组成了铰链四杆机构。该机构工作时，A

点和

D

点为固定点，电动机带动杆AB

绕

A

点旋转，通过连杆

BC

带动杆

CD

实现左右摆动，完成雨刮的刮水动作。这一机构的高效运作，正是基于铰链四杆机构独特的运动特性。那么该机构的运动特性究竟有哪些?除了这一经典形式，铰链四杆机构中还存在哪些其他类型?它们的运动规律又有何不同?42知识讲解43一、铰链四杆机构的定义

平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副或移动副相互连接而成，在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。平面连杆机构能够实现某些较为复杂的平面运动，用于传递并改变运动形式。最常用的平面连杆机构是具有四个构件

的机构，称为平面四杆机构。构件间以四个转动副相连的平面四杆机构称为平面铰链四杆机构，简称铰链四杆机构。如上图所示的汽车雨刮便采用了铰链四杆机构。二、铰链四杆机构的组成、基本类型及运动特性1.铰链四杆机构的组成在铰链四杆机构中，固定不动的构件称为机架，如上图b中的

AD；机构中不与机架相连的构件称为连杆，如上图b中的构件

BC；构件中与机架相连的构件称为连架杆，如上图b中的构件

AB、CD。能做整周转动的连架杆称为曲柄，不能做整周转动的连架杆称为摇杆。在上图b中，构件AB

为曲柄，构件

CD

为摇杆。442.铰链四杆机构的基本类型和运动特性铰链四杆机构一般分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构三种基本类型。铰链四杆机构的基本类型和运动特性见下表。45铰链四杆机构的基本类型和运动特性46铰链四杆机构的基本类型和运动特性三、铰链四杆机构基本类型的判别方法铰链四杆机构三种基本类型的判别方法如下。1.若最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则:（1）取最短杆为连架杆之一时，构成曲柄摇杆机构，如下表中图a所示。（2）取最短杆为机架时，构成双曲柄机构，如下表中图b所示。（3）取最短杆为连杆时，构成双摇杆机构，如下表中图c所示。4748

铰链四杆机构三种基本类型的判别方法

(AB

为最短杆、

AD

为最长杆)49铰链四杆机构三种基本类型的判别方法

(AB

为最短杆、

AD

为最长杆)2.若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则无论以哪一个构件为机架，都只能构成双摇杆机构，如上表中图d所示。四、铰链四杆机构的演化形式在生产实践中，除铰链四杆机构的三种基本形式外，还广泛采用其他形式的四杆机构，一般是通过改变铰链四杆机构中某些构件的形状、相对长度或选择不同构件作为机架等方式演化而来的。1.曲柄滑块机构将曲柄摇杆机构中的摇杆用做往复运动的滑块代替，曲柄摇杆机构就演化成了曲柄滑块机构，其演化过程如图所示。5051曲柄滑块机构的演化过程a）曲柄摇杆机构b）具有曲线导轨的曲柄滑块机构c）偏置曲柄滑块机构d）曲柄滑块机构1—曲柄2—连杆3—摇杆（滑块）4—机架下表列出了几个曲柄滑块机构的运动实例分析。52曲柄滑块机构运动实例分析53曲柄滑块机构运动实例分析2.导杆机构连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构称为导杆机构。导杆机构可以看作在曲柄滑块机构中选取曲柄作为机架演化而成。如图a所示为曲柄滑块机构，若将其中的构件2′作为机架，构件3′作为曲柄，则演化为转动导杆机构，如图b所示。此时构件2为机架，构件3为曲柄。当曲柄3转动时，构件1绕A

点转动，滑块4沿构件1滑动。由于构件1对滑块4起导向作用，故构件1称为导杆，这种机构称为转动导杆机构。5455

导杆机构的演变a）曲柄滑块机构b）转动导杆机构1′—机架2′—曲柄3′—连杆4′—滑块1—导杆2—机架3—曲柄4—滑块如图所示为牛头刨床的主运动机构。其中，刨刀的左右切削运动由摆动导杆机构实现，主动件2做等速旋转，从动件4做往复摆动，通过滑块5带动滑枕6和刨刀做往复直线运动，完成刨削加工。56牛头刨床的主运动机构a）立体图b）机构运动简图1—机架2—主动件（曲柄）3、5—滑块4—从动件（导杆）6—滑枕课题二凸轮机构57学习目标1.掌握凸轮机构的组成、特点和分类。2.掌握凸轮机构中从动件的端部形状。3.了解凸轮机构的工作过程。4.熟悉凸轮机构中从动件的常见运动规律。5.学会分析内燃机配气机构的组成和从动件的运动规律。58课题引入如图所示为内燃机配气机构。内燃机工作时，为了持续地工作，每一个工作循环都必须将废气排出气缸，并及时吸入新鲜空气，以保证充分换气。内燃机配气机构简图如图b所示。图中凸轮、气门杆和机架构成凸轮机构。气门杆运动规律的实现完全取决于凸轮轮廓的曲线形状。该机构工作时，凸轮按逆时针方向旋转，当凸轮的曲线轮廓

ABC部分

与气门杆的平底接触时，气门关闭不动；当凸轮的曲线轮廓AD

部分

与气门杆的平底接触时，气门开启；当凸轮的曲线轮廓

DC

部分

与气门杆的平底接触时，气门关闭。5960

内燃机配气机构a）立体图b）机构简图1—凸轮2—从动件（气门杆）3—机架凸轮机构与前面学过的连杆机构相比，有哪些特点?常见的凸轮机构有哪些类型?主要应用在什么场合?从动件的常见运动规律又有哪些?知识讲解61一、凸轮机构的组成、特点和分类1.凸轮机构的组成凸轮机构由凸、从动件和固定机架三个基本构件组成，如图所示。其中，凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常做等速转动或移动。凸轮机构通过高副接触，使从动件得到预期的运动规律。凸轮机构1—凸轮2—从动件3—固定机架2.凸轮机构的特点（1）凸轮机构的优点能使从动件获得较复杂且准确的运动规律，而且结构简单、紧凑。（2）凸轮机构的缺点凸轮与从动件间为高副接触，易磨损，因而不能承受很大的负荷；从动件的行程不宜过大，否则会使凸轮尺寸变化过大，机构变得笨重；凸轮精度要求较高，制造困难。623.凸轮机构的分类和从动件端部形状（1）凸轮机构的分类凸轮机构的种类很多，按凸轮形状不同，可分为盘形凸轮机构、移动凸轮机构、圆柱凸轮机构和端面圆柱凸轮机构，其特点和应用见下表。63凸轮机构的类型、特点和应用64凸轮机构的类型、特点和应用（2）从动件端部形状从动件端部形状主要有尖顶、滚子、平底和曲面等，其特点和应用见下表。65从动件端部形状、特点和应用66从动件端部形状、特点和应用二、凸轮机构的工作过程凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮做等速旋转运动，从动件做往复移动。下表所列为对心外轮廓盘形凸轮机构的工作过程。凸轮旋转时，从动件做

“升—停—降—停”

的运动循环。下面以此机构为例，研究从动件的运动过程和特点。67对心外轮廓盘形凸轮机构的工作过程68对心外轮廓盘形凸轮机构的工作过程三、凸轮机构中从动件常见运动规律分析从动件的运动规律取决于凸轮的轮廓曲线。凸轮机构中从动件常见运动规律有等速运动规律和等加速、等减速运动规律。1.等速运动规律等速运动规律（见下图）是指从动件在上升过程或下降过程中其速度保持不变的运动规律。从下图b所示从动件的位移曲线可以看出，从动件位移与凸轮转角成正比关系，其位移曲线为一条斜线。6970

等速运动规律a）等速运动的盘形凸轮机构b）从动件的位移曲线2.等加速、等减速运动规律如图所示，从动件运动的整个升程在前半段做等加速上升，后半段做等减速上升；整个回程在前半段做等加速下降，后半段做等减速下降。这种运动规律称为等加速、等减速运动规律。在一个运动循环中，从动件的运动速度逐步增大又逐渐减小，避免了运动速度的突变，改善了从动件在速度转折点处的惯性冲击，但仍存在一定程度的冲击。这种运动规律适用于凸轮转速较高或从动件质量较大的场合。7172等加速、等减速运动规律a）等加速、等减速运动的盘形凸轮机构b）从动件的位移曲线课题三

间歇运动机构73学习目标1.掌握常见间歇运动机构的组成、类型和特点。2.理解常见间歇运动机构的形式。3.能判断间歇运动机构的基本类型。74课题引入自行车是生活中最常见的交通工具之一，如图a所示。在骑行过程中，向前蹬踏板时，自行车前行；当不蹬踏板时，自行车仍惯性向前行驶，这时链轮的停止或反转都对自行车的前行没有影响。75

自行车a）实物图b）飞轮机构原理图1—小链轮（棘轮）2—千斤簧3—千斤（棘爪）4—后轴5—芯子6—链条上图b所示为自行车飞轮机构原理图。自行车后轴上安装的飞轮机构为内啮合齿式棘轮机构，小链轮的内圈具有棘齿，千斤安装在芯子上，芯子与后轮连为一体。当链条带动小链轮顺时针转动时，小链轮内侧的棘齿通过棘爪带动芯子顺时针转动，驱动自行车前行；当自行车下坡或脚不蹬踏板时，小链轮不动，但由于自行车惯性的作用，芯子仍按原方向转动，此时棘爪在棘轮齿背上滑过，自行车继续前行。这种能够将主动件的连续运动转换成从动件有规律的运动和停歇的机构称为间歇运动机构。本课题将认识间歇运动机构，掌握棘轮机构和槽轮机构的工作原理。76知识讲解77一、棘轮机构1.棘轮机构的组成与工作原理如图所示，棘轮机构主要由棘轮、驱动棘爪、止回棘爪等组成。棘轮机构1—摇杆2—驱动棘爪3、5—弹簧4—棘轮6—止回棘爪7—主动曲柄2.棘轮机构的类型棘轮机构的类型很多，按照工作原理不同，可分为齿式棘轮机构、摩擦式棘轮机构两种。齿式棘轮机构有外啮合式、内啮合式两种，见下表。7879齿式棘轮机构的常见类型80齿式棘轮机构的常见类型摩擦式棘轮机构有外摩擦式、内摩擦式两种，见下表。81摩擦式棘轮机构的常见类型3.棘轮机构的特点（1）棘轮机构结构简单，容易制造，运动可靠，常用作防止转动件反转的附加保险机构。（2）棘轮的转角和动停时间比可调，常用于机构工况经常改变的场合。（3）由于齿式棘轮机构的棘轮是在驱动棘爪的突然撞击下启动的，在接触瞬间理论上是刚性冲击，工作平稳性较差，且产生较大的振动和较高的噪声。（4）当需要无级调节棘轮的转角时，则应采用摩擦式棘轮机构。摩擦式棘轮机构的优点是