《机械知识》第四版

《机械知识》第四版第五章常用机构参赛人：郑海生孙春莲各种机器都是由一系列机构组成的。常用机构很多，本章仅对应用较广的铰链四杆机构、凸轮机构和间歇运动机构的组成、应用及基本特性等作简要介绍。概述第五章常用机构§5－2凸轮机构§5－3棘轮机构和槽轮机构§5－1铰链四杆机构第一节铰链四杆机构一、铰链四杆机构的组成及基本形式简化图5-4铰链四杆机构简图1.铰链四杆机构中各构件的名称机架：指机构中固定不动的构件。机架连架杆连架杆：指机构中与机架直接相连的构件。连杆：指机构中不与机架直接相连的构件。能够做整周转动的连杆架称为曲柄。不能够做整周转动的连杆架称为摇杆。机架曲柄知识拓展铰链四杆机构的四个构件中，必须且仅能有一个构件作为机架。若机架过多，则机构会成为固定结构，不能运动；若没有机架，各构件相互间的运动又将无确定的对应关系，不能成为实用的机构。铰链四杆机构分为三种基本形式：①曲柄摇杆机构②双曲柄机构③双摇杆机构2.铰链四杆机构的基本形式铰链四杆机构中，曲柄存在的条件：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；特别提示在铰链四杆机构的两个连架杆中，若一个为曲柄，而另一个为摇杆，则称为曲柄摇杆机构。当机构满足曲柄存在的杆长条件时，取最短的邻杆作为机架，即可形成曲柄摇杆机构二、曲柄摇杆机构机架曲柄图5-5曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构是铰链四杆机构的最基本形式，其它形式的铰链四杆机构都可由曲柄摇杆机构转化得到。飞剪曲柄摇杆机构应用实例汽车刮雨器搅拌机利用飞轮克服死点位置曲柄摇杆机构应用实例曲柄摇杆机构应用实例雷达碎石机（1）急回特性急回特性：由图中可以看出，转角Φ1大于转角Φ2（Φ1=180+θ;Φ＝180-θ）。当曲柄匀速转动时，转过Φ1所用的时间必定大于转过Φ2角所用的时间，即摇杆由右极限位置摆动到左极限位置所用的时间大于返回的时间。这表明摇杆往返角速度不等，由右向左摆动的速度慢，反方向摆动的速度快。铰链四杆机构的这种特性称为急回特性。思考：如果曲柄转动的方向发生了改变，摇杆的急回方向也会发生改变吗？死点位置：在铰链四杆机构中，当连杆与从动件处于共线位置时，可能会出现机构卡死或运动不确定的现象，机构中的这种位置称为死点位置。（2）止点位置通常利用从动件本身或飞轮的运动惯性来通过死点位置。曲柄摇杆机构的运动特性：当曲柄为主动件并作匀速转动时，摇杆作变速往复摆动且有急回特性；当摇杆为主动件驱动曲柄作整周转动时，机构会出现两个止点位置。三、双曲柄机构运动特性：主动曲柄作匀速转动，从动曲柄作变速运动，且有急回特性。在铰链四杆机构中，若两个连架杆均为曲柄时，则称为双曲柄机构。若将曲柄摇杆机构中的最短杆固定为机架时，根据转动副运动的可逆性原理，与机架相连的两连架杆均可作整周转动，即形成双曲柄机构。常见的双曲柄机构形式有：不等长双曲柄机构；平行双曲柄机构；反向双曲柄机构。不等长双曲柄机构应用实例惯性筛主动曲柄（蓝色杆）作匀速转动，从动曲柄作变速运动并通过附加连杆带动筛子做变速往复直线运动，以使物料获得较好的筛分效果。平行双曲柄机构运动特性：两曲柄旋转方向相同，角速度也相等。四杆件构成反向双曲柄机构。两曲柄转向相反，角速度也不同。牵动主动曲柄AB，能使两扇车门同时开启或关闭。反向双曲柄机构实例：公共汽车车门启闭机构反向双曲柄机构对以长边为机架的平行双曲柄机构，在四杆共线时，可能因运动不确定性转化为反向双曲柄机构增设辅助曲柄可消除机构发生运动不确定现象。平行双曲柄机构运动不确定性四、双摇杆机构将曲柄摇杆机构中的最短杆的对杆固定为机架时，即形成双摇杆机构；若铰链四杆机构中，最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和，不论哪一杆为机架，均为双摇杆机构。两个连架杆均为摇杆的机构称为双摇杆机构双摇杆机构应用实例左侧所示为起重吊车结构及工作过程，通过两摇杆的摆动来带动重物平行移动。双摇杆机构应用实例－飞机起落架机构主动摇杆通过连杆带动从动摇杆动作，实现起落架的收放。当主摇杆与连杆共线时，机构处于止点位置（如上图示），可防止起落架自行收回。手柄与连杆连为一体，扳动手柄可夹紧或松开工件。当连杆与摇杆共线，机构处于止点位置，可提高工件夹紧的可靠性。双摇杆机构应用实例－夹紧机构双摇杆机构中，不论哪个摇杆做主动件，机构均有止点位置。在实际应用中，如需避免死点位置，应限制摇杆的摆动角度。曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构演变而来。左图的动画是演变过程的示意图。五、曲柄滑块机构及其演化形式曲柄滑块机构曲柄滑块机构应用实例——内燃机内燃机应用曲柄滑块机构将活塞（相当于滑块）的往复直线运动转换为曲轴（相当于曲柄）的旋转运动。冲压机应用曲柄滑块机构将曲轴（相当于曲柄）的旋转运动转换为冲压头（相当于滑块）的往复直线运动曲柄滑块机构应用实例滚轮养料机曲柄每转动一周，滑块就从料槽中推出一个工件。取曲柄滑块机构中的曲柄作机架，使原有连杆缩短于机架并转化为新的曲柄（原滑块转化为摇块）。曲柄滑块机构的演化实例—摆动导杆机构取曲柄滑块机构中的连杆作机架（原滑块转化为摇块）曲柄滑块机构的演化实例摇块机构移动导杆机构取曲柄滑块机构中的滑块作机架（原导轨转化为移动导杆）第二节凸轮机构一、凸轮机构的组成和特点１、凸轮机构的组成１－凸轮２－从动件３－机架123２、凸轮机构的特点能使从动件获得较复杂且准确的预期运动规律。不能承受很大的负荷，常用于操纵机构。凸轮是一个具有特定轮廓的构件，精度要求较高，制造困难。一、凸轮机构的组成和特点盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮按凸轮形状分类二、凸轮机构的分类和应用结构简单，应用广泛凸轮相对于机架作往复直线移动在圆柱端面作出曲线轮廓或在圆柱表面开出曲线凹槽尖底式凸轮按从动件形式分类滚子式凸轮平底式凸轮二、凸轮机构的分类和应用移动摆动靠模车削机构自动进刀机构二、凸轮机构的分类和应用三、从动件常用的运动规律如图所示，从动件的工作行程为h，其工作循环为升→停→降→停。凸轮上，以其回转中心为圆心，以最小向径r0为半径所作的圆称为基圆。在从动件运动的起始点、转折点和终了点都有速度的突变，使加速度趋于无限大，因此会引起惯性冲击，这种冲击对凸轮机构的工作影响很大，所以匀速运动规律一般只适用于低速或从动件重量较小的场合。1、匀速运动规律三、从动件常用的运动规律Sδhδ1δ2O惯性冲击比等速运动小，适合于中、低速转动的凸轮及从动件质量不大的场合。2、匀加速、匀减速运动规律三、从动件常用的运动规律Sδhδ1/2Oδ1/2δ2/2δ2/2δ1δ2匀加速上升匀减速上升匀加速下降匀减速下降第三节棘轮机构和槽轮机构棘轮机构和槽轮机构都属于间歇运动机构。间歇运动机构是指主动件作连续运动，从动件作间歇运动的运动机构。这种机构多用于机械中的进给、送料等装置。组成一、棘轮机构１－棘轮２－棘爪３－摇杆４－曲柄５－止回爪单击观看动画１、单动式棘轮机构一、棘轮机构２、双动式棘轮机构一、棘轮机构3、可变向棘轮机构一、棘轮机构4、摩擦棘轮机构一、棘轮机构棘轮机构除了实现间歇运动外，还能实现超越运动。如图所示为自行车后轮轴上的棘轮机构。当脚蹬踏板时，经链轮1和链条2带动内圈具有棘齿的链轮3顺时针转动，再通过棘爪4的作用，使后轮轴5顺时针转动，从而驱使自行车前进。自行车前进时，如果令踏板不动，后轮轴5便会超越链轮3而转动，让棘爪4在棘轮齿背上滑过，从而实现不蹬踏板的自由滑行。知识拓展卷片机构单圆销外啮合槽轮机构二、槽轮机构单销外啮合槽轮机构主动杆均速转动一周，槽轮间歇地转过一个槽口，且槽轮与主动杆转向相反。双销外啮合槽轮机构主动杆均速转动一周，槽轮间歇地转过两个槽口，且槽轮与主动杆转向相反。内啮合槽轮机构主动杆均速转动一周，槽轮间歇地转过一个槽口，且槽轮与主动杆转向相同。其它间歇运动机构知识拓展拨盘每转一周,圆销进入槽轮一次,驱使槽轮(即刀架)转60°,从而将下一工序的刀具转换到工作位置槽轮机构应用实例刀架转位机构课堂练习可知：以40杆为机架（右上图），为双曲柄机构；以60杆（左下图）、70杆（左上图）为机架，为曲柄摇杆机构。以55杆（右下图）为机架，为双摇杆机构。例：各杆尺寸如图，判断它们各属于四杆机构的那种形式？解：最短杆40，最长杆7040＋7060+55存在曲柄。课堂练习谢谢大家！