运动副及其分类

1、第六章 常用机构,1 构件、运动副与平面机构,2 平面四杆机构,3 凸轮机构,构件,所有构件均在同一平面或在几个相互平行的平面内运动,机构,平面机构,空间机构,6-1构件、运动副与平面机构,至少有两个构件能在三维空间中相对运动。,定义:,两个构件直接接触并能产生一定相对运动的可动连接。如轴承与轴颈、滑块与导轨、齿轮与齿轮等。,构件系统,1 运动副及其分类,要点：a）两个构件 b）直接接触 c）有相对运动 三个条件缺一不可。,运动副元素:,构件直接接触构成的运动副表面。为点、线、面形式。,运动副的分类,按运动副元素接触情况的不同,低副：运动副元素为面接触。,固定铰链转动副,(1) 转动副：只允许

2、两构件作相对转动，又称作铰链。,活动铰链转动副,(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。,点接触,高副：运动副元素为以点或线接触,凸轮副,线接触,齿轮副,空间运动副,若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空间运动副。,螺旋副,球面副,将运动链的某一构件固定，使之有确定运动。运动链机构。,机架,原动件,从动件,固定构件,按给定运动规律独立运动的构件。,其余活动构件，其活动取决于原动件的运动规律及机构的组成情况。,2 构件,（1）具有转动副的构件,（2）具有移动副和转动副的构件,运用国际规定的简单符号和线条代表运动副和构件，并按一定比例尺表示机构各构件间相对运动关系的简图。,注：机构运动简图与

3、实际机构有相同的运动特征。,机构示意图：是用特定的构件和运动副符号表示机构的一种简化示意图，仅着重表示结构特征。（不需按比例）,定义：,一、运动副的表示方法,1、转动副（铰链）,3 平面机构运动简图,2、移动副,两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。,3、高副,运动简图中应画出两构件接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。,惯用画法（GB4460-84机构简图符号）,实例：,电动机,工作原理：,1、工作原理,1 机架 2 曲轴（原动件） 3 动颚 4 肘板,2、运动副,机架1,肘板4,动颚3,曲轴2,1与2在A回转副 2和3 在B回转副

4、3与4在C回转副 4与1在D回转副,A,B,C,3、选择投影面,4、比例尺1：1,D,A,B,C,D,1,2,3,4,平面四杆机构： 全部用转动副相连的铰链四杆机构。它是平面四杆机构的基本型式之一，其它型式的四杆机构可看作是在它的基础上通过演化而成的。,机械基础,6-2 平面四杆机构,平面连杆机构：由若干构件和低副组成的平面机构 连杆机构：可以实现预期的运动规律及位置、轨迹等要求。 连杆机构用低副联接构件组成的机构，又称低副机构。,机架：机构的固定构件； 连杆：不直接与机架连接的构件； 连架杆：与机架用转动副相连接的构件； 连架杆可分为： 曲柄：能绕机架作整周转动的连架杆； 摇杆：只能绕机架作

5、小于360的某一角度摆动的连架杆。,机械基础,1、铰链四杆机构的组成 1）定义：由4个杆件通过铰链（转动副）链接而成的机构。 2）组成：机架、连架杆（曲柄或摇杆）、连杆。,任务一：找出下列三个机构中的机架、连架杆和连杆,图1,图2,图3,机架： 连架杆： 连杆：,机架： 连架杆： 连杆：,机架： 连架杆： 连杆：,45,60、90,90,100、120,85,80、100,65,50,60,机械基础,2、铰链四杆机构的形式 在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将铰链四杆机构分为：,曲柄存在的条件：,（1）杆长之和条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。,（2）最短杆条件

6、：连架杆和机架中必有一杆是最短杆。,机械基础,注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：最长杆的杆长 其余三杆长度之和。,你会判断由不同杆作机架时四杆机构属于哪种机构么？,机械基础,课堂练习,1、如图1中，若a250mm，b600mm， c400mm，d550mm，取杆a为机架 时可得什么机构；取杆b为机架时可得什 么机构；取杆c为机架可得什么机构？,2、如图2所示铰链四杆机构中，已知AB 130mm，BC150mm，CD175mm， AD200mm，若取AD为机架，试判断此 机构属于哪一种类型？,图1,图2,解：1、ab850 cd950 2、确定机构类型 杆b为机架：最短杆a为

7、连架杆，则可得到曲柄摇杆机构； 杆c为机架：最短杆a为连杆，则可得到双摇杆机构。,课堂练习（校对）,1、左图中，若a250mm，b600mm， c400mm，d550mm，取杆a为机架 时可得什么机构；取杆b为机架时可得什 么机构；取杆c为机架可得什么机构？,杆a为机架：最短杆a 自身为机架，则可得到 双曲柄机构；,2、如图所示铰链四杆机构中， 已知AB130mm，BC150mm， CD175mm，AD200mm，若取 AD为机架，试判断此机构属于哪一 种类型？,解：1、判断是否满足杆长条件： ABAD330 BCCD325 则不满足杆长条件，所以此机构为双摇杆机构,课堂练习,一、曲柄摇杆机构

8、,两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。,曲柄1为原动件，作匀速转动；摇杆3为从动件， 作变速往复摆动。,机械基础,雷达天线俯仰机构,机械基础,可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的运动转换。,搅拌机,机械基础,可以实现由曲柄的整周回转运动到摇杆往复摆动的运动转换。,可以将摇杆的摆动转换为曲柄的整周回转运动。,汽车车窗雨刷机构,缝纫机,机械基础,二、双曲柄机构,两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。,双曲柄机构,机械基础,机械基础,惯性筛工作机构,从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利

9、用这一特点使筛子6作加速往复运动，提高了工作性能。,1、曲柄1为原动件，作等角速转动；从动件曲柄3也以相同角速度转动。,特例：平行双曲柄机构，其相对两杆平行且相等。,2、当四个铰链中心处于同一直线上时，将出现运动不确定状态。,为了消除这种运动不确定状态,可在主、从动曲柄上错开一定角度再安装一组平行四边形机构。,机械基础,1）两曲柄以相同速度同向转动,2） 连杆作平动,有运动 不确定 的问题,反平行四边形机构-对边杆长相等但不平行,以长边为机架，杆2作等速转动时，杆4作反向变速运动。,三、双摇杆机构,两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。,双摇杆机构,机械基础,机械基础,起重机吊臂结构

10、,ABCD构成双摇杆机构，AD为机架，在主动摇杆AB的驱动下，随着机构的运动连杆BC的外伸端点E获得近似直线的水平运动（EE），使吊重Q能作水平移动，大大节省了移动吊重所需要的功率。,机械基础,飞机起落架机构,（1）机构的急回运动特性：,四、曲柄摇杆机构的一些主要特性：,摆角,C1,C2,D,A,B1,B2,B,C, 1 2 , t1 t2 ,1 180 ,曲柄转角,2 180 ,铰链C的平均速度：,v1 v2,它表明摇杆具有急回运动特性。,慢行程,快行程,机械基础,急回运动特性可用行程速比系数（或行程速度变化系数）K 表示：,曲柄摇杆机构的极位夹角 越大，K 值越大，急回运动的性质越显著。

11、=0、 K =1时，无急回特性。,极限夹角计算公式：,式中 为摇杆处于两极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角，称为极位夹角（ C2AC1） 。,机械基础,连杆机构输出件具有急回特性的条件：,1）原动件作等角速整周转动； 2）输出件具有正、反行程的往复运动； 3）极位夹角 0。,机械基础,压力角和传动角,F,vc,a、机构压力角:在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，机构中驱使输出件运动的力与输出件上受力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角，通常用 表示。,机械基础,b、传动角：压力角 的余角。,A,B,C,D,F1,F2,通常用 表示： 90 ,F1为有效分力；,F1 = Fcos；, ，F1,

12、在连杆设计中，为度量方便，习惯用传动角 来判断机构传力性能。 F1，机构传力性能越好；反之，机构传力越费劲，传动效率越低。, ，连杆和从动摇杆之间所夹的锐角。,机械基础,（2）死点：（主动件条件）,在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下: 当摇杆为主动件，连杆和曲柄共线时，过铰链中心A的力，对A点不产生力矩，不能使曲柄转动，机构的这种位置称为死点位置 。,机械基础,机械基础, 机构停在死点位置，不能起动。运转时，靠惯性 冲过死点。,缝纫机踏板机构,工件夹紧机构, 利用死点实例,机械基础,思考题：,曲柄摇杆机构是否一定具有急回特性？ 是否肯定有死点位置？,1.曲柄为原动件，当机构有

13、极位夹角时，就有急回特性； =0、K=1时，无急回特性。 2.存在死点位置的标志是：连杆与从动件共线。 摇杆为原动件，有2个死点位置； 曲柄为原动件，没有死点位置，因为此时连杆与从动杆不会共线。,机械基础,摇杆长,转动副D, , 直线, 滑块,摇杆3, 移动副,(一)曲柄滑块机构： 当曲柄摇杆机构中的摇杆为无限长时，即为曲柄滑块机构。具有一个移动副和三个转动副。,机械基础,五. 其它平面连杆机构(铰链四杆机构的演化),对心曲柄滑块机构,偏置曲柄滑块机构,机械基础,曲柄滑块机构的应用内燃机,A,e,慢行程,1,2,1,（1）曲柄滑块机构的行程,C1、C2：曲柄与连杆两次共线时，滑块移动的两个极限

14、位置。曲柄滑块机构同样具有急回特性。 两个极限位置之间的距离，称为机构的行程H。,主动件：曲柄或滑块,机械基础,（2）对心式曲柄滑块机构的死点位置：,机构停在死点位置，不能起动。 解决办法：运转时，靠惯性冲过死点。,机械基础,手摇唧筒,取曲柄滑块机构中的原滑块4为机架而得到的。BC杆成为绕铰链C摆动的摇杆，AC成为滑块做为滑块作往复移动，故该机构称为摇杆滑块机构，又称为移动导杆机构（或定块机构）。,（二）摇杆滑块机构,机械基础,应用实例：手压抽水机、抽油泵等。,（三）曲柄摇块机构,举例：自卸卡车车箱的举升机构,机械基础,取曲柄滑块机构中的原连杆3为机架而得到的。当原曲柄2为原动件绕点转动时，滑块4绕机架3上的铰链中心摆动，故称该机构为曲柄摇块机构或称为摆动滑块机构。,（四）导杆机构,应用实例：回转式油泵（转动导杆机构） 牛头刨床的主体机构（摆动导杆机构）,取曲柄滑块机构的原连架杆2为机架而得到的，原连杆3为主动件，若l3 l2，导杆1作整周运动，称为转动导杆机构；若l3 l2，导杆1作往复摆动，称为摆动导杆机构。,机械基础,应用：牛头刨床、插床、 回转式油泵等