机械传动基础和常用机构

第7章常用机构平面连杆机构凸轮机构螺旋机构第三篇机械传动机械传动概述一、基本概念1、零件是组成机器的最小单元，也是机器的制造单元，机器是由若干个不同的零件组装而成的。各种机器经常用到的零件称为通用零件（如轴、螺栓、齿轮、弹簧等）.特定的机器中用到的零件称为专用零件（如曲轴、活塞等）。2、构件是机器的运动单元，一般由若干个零件刚性联接而成，也可以是单一的零件。若从运动的角度来讲，可以认为机器是由若干个构件组装而成的。机械传动是指采用各种机构、传动装置和零件来传递运动和动力的传动方式。其它：电气传动液压传动气动传动等第三篇机械传动机械传动概述注意零件和构件的区别构件可以由一个或一个以上零件刚性地联接而成。例如：图示内燃机中连接活塞和曲柄的连杆是由多个零件所组成。连杆是由连杆体1、连杆头2、轴瓦3、螺栓4、螺母5、轴套6等零件装配而成的。在机构运动中，这些零件固联在一起没有相对运动，故为一个构件。构件的分类：（功能性分类）相对固定构件——称为机架(fixedlink,frame)活动构件(movinglink)原动件(drivinglink)从动件(drivenlink,follower)连接件(link)机械传动概述第三篇机械传动机械传动概述一、基本概念3、机器具有以下三个特征的实物组合体称为机器。1.都是人为的各种实物的组合。2.组成机器的各种实物间具有确定的相对运动。3.可代替或减轻人的劳动，完成有用的机械功或转换机械能。第三篇机械传动机械传动概述一、基本概念4、机构它是具有确定相对运动的各种实物的组合，它只符合机器的前两个特征。（如齿轮机构）机构主要用来传递和变换运动。机器主要用来传递和变换能量。从结构和运动学的角度分析，机器和机构之间并无区别，都是具有确定相对运动的各种实物的组合，所以，通常将机器和机构统称为机械。内燃机第三篇机械传动机械传动概述5、机器的组成根据功能的不同，一部完整的机器由以下四部分组成：1.原动部分（动力部分）：机器的动力来源。2.工作部分（执行部分）：完成工作任务的部分。3.传动部分：把原动机的运动和动力传递给工作机。4.控制部分：使机器的原动部分、传动部分、工作部分按一定的顺序和规律运动，完成给定的工作循环。第三篇机械传动机械传动概述二、机械传动的传动比和效率传动比i=n1/n2机械效率（p59）η=Po/Pi第三篇机械传动机械传动概述三、机械传动的类型按工作原理摩擦传动推压传动啮合传动带传动、摩擦轮传动齿轮传动、蜗杆传动、链传动、螺旋传动连杆机构传动、凸轮传动按传动比是否固定固定传动比传动変传动比传动带传动、链传动、蜗杆传动、螺旋传动、齿轮传动连杆机构传动、凸轮传动第三篇机械传动机械传动概述四、平面机构的结构分析1、运动副机构是由许多构件组成的。机构的每个构件都以一定的方式与某些构件相互连接。这种连接不是固定连接，而是能产生一定相对运动的连接。这种使两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。（例如轴与轴承的连接、活塞与气缸的连接、传动齿轮两个齿轮间的连接等都构成运动副）构件组成运动副后，其独立运动受到约束，自由度便随之减少，两构件组成的运动副，不外乎通过点、线或面的接触来实现。按照接触特性，通常把运动副分为低副和高副两类。第三篇机械传动（1）低副两构件通过面接触组成的运动副称为低副。平面机构中的低副有转动副和移动副两种。转动副。如组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动，这种运动副称为转动副或称铰链，如右图所示。机械传动概述第三篇机械传动机械传动概述转动副的表示方法第三篇机械传动移动副。如组成运动副的两个构件只能沿某一轴线相对移动，这种运动副称为移动副，如右图所示。机械传动概述第三篇机械传动机械传动概述移动副的表示方法第三篇机械传动机械传动概述（2）高副两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。如轴与滚动轴承、凸轮机构和齿轮啮合等。车轮与钢轨、凸轮与从动件、轮齿与轮齿分别在接触处组成高副。组成平面高副二构件间的相对运动是沿接触处切线t-t方向的相对移动和在平面内的相对转动。除上述平面运动副之外，机械中还经常见到球面副和螺旋副。这些运动副两构件间的相对运动是空间运动，故属于空间运动副。第三篇机械传动机械传动概述第三篇机械传动机构运动简图第三篇机械传动机械传动概述2、构件的自由度构件相对参考系具有的独立运动参数数目称为构件的自由度。构件通过运动副连接，相对运动受限制，自由度将减少。低副（转动副和移动副）：引入2个约束，减少2个自由度高副：减少1个自由度。每个平面运动构件，有3个自由度。平面机构的自由度1、单个自由构件的自由度为3如图所示，作平面运动的刚体在空间的位置需要三个独立的参数（x，y,θ）才能唯一确定。2、构成运动副构件的自由度运动副自由度数约束数回转副1（θ）+2（x，y）=3移动副1（x）+2（y，θ）=3高副2（x,θ）+1（y）=3平面机构的自由度HPL2P-3nF3、平面机构的自由度1）机构的自由度：机构中活动构件相对于机架所具有的独立运动的数目。2）.机构自由度计算公式式中n-------活动构件数目（不包含机架）LP-----低副数目（回转副、移动副）HP------高副数目（点或线接触的）3、平面机构的自由度HPL2P-3nF例题、计算曲柄滑块机构的自由度。=3×3－2×4=1解：活动构件数n=3低副数PL=4高副数PH=0平面机构的自由度HPL2P-3nF例题：计算五杆铰链机构的自由度。=3×4－2×4=2解：活动构件数n=4低副数PL=5高副数PH=03、平面机构的自由度HPL2P-3nF例题3：计算凸轮机构的自由度=3×2－2×2－1=1解：活动构件数n=2低副数PL=2高副数PH=13、平面机构的自由度例题4：计算自由度HPL2P-3nF=3×5－2×7－0=1解：活动构件数n=5低副数PL=7高副数PH=03、平面机构的自由度计算机构自由度时应注意的事项复合铰链：两个以上个构件在同一条轴线上形成的转动副。由m个构件组成的复合铰链，共有(m-1)个转动副。10725323hlppnF3、平面机构的自由度机构具有确定运动的条件原动件的数目＝机构的自由度数F（F＞0或F≥1）。若原动件数＜自由度数，机构无确定运动；原动件数＞自由度数，机构在薄弱处损坏。0个自由度两个自由度一个自由度第三篇机械传动机械传动概述总结：当原动件位置确定，其余从动件位置也随之确定（1）机构具有确定相对运动的条件（可能性和确定性）条件：机构原动件数=机构的自由度3、平面机构的自由度第三篇机械传动机械传动概述F=3n-2PL-PH（2）平面机构自由度计算注意复合铰链两个以上构件在同一处以转动副相连接，所构成的运动副称为复合铰链。若有K个构件在同一处组成复合铰链，则其构成的转动副数目应为（K-1）个。第三篇机械传动机械传动概述C处为复合铰链n=5PL=7PH=0例、求右图所示机构的自由度振动式传送机F=3n-2PL-PH=3×5-2×7=1例：计算图示摇筛机构的自由度：计算是否正确?摇筛机构中，构件2、3、4同在C处组成转动副。因此此机构的自由度：第三篇机械传动机械传动概述填空1.机构具有确定运动的条件是：_____________________________________。2.图示机构要有确定运动需要有_________________个原动件第三篇机械传动机械传动概述六、本篇内容第7章常用机构第8章常用传动装置第9章常用机械零件第10章轮系及其传动比计算第7章常用机构研究对象:平面连杆机构凸轮机构螺旋机构重点:机构的组成、作用、类型工作原理、特点和应用。定义：若干个刚性构件用平面低副（铰链和滑块)联接而成的机构,也可称为平面低副机构。重点：铰链四杆机构一、平面连杆机构CBAC1C2优点：1.能够实现多种运动形式的转换，也可以实现各种预定的运动规律和复杂的运动轨迹，容易满足生产中各种动作要求；2.构件间接触面上的比压小、易润滑、磨损轻、适用于传递较大载荷的场合；3.机构中运动副的元素形状简单、易于加工制造和保证精度。缺点：1.可能产生较大的运动累积误差，且设计比较复杂；2.高速时会引起较大的振动，因此常用于速度较低的场合。一、平面连杆机构一、平面连杆机构1、根据构件之间的相对运动分为：平面连杆机构，空间连杆机构。2、根据机构中构件数目分为：四杆机构、五杆机构、六杆机构等连杆机构的分类（一）平面四杆机构的类型及应用平面四杆机构*铰链四杆机构(全转动副)含有移动副的平面四杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构曲柄滑块机构曲柄导杆机构曲柄摇块机构移动导杆机构定义：4个刚性构件用平面低副联接而成的机构。铰链四杆机构铰链四杆机构中，固定不动的构件为机架；与机架相联的构件为连架杆，连架杆中，能绕机架的固定铰链作整周转动的称为曲柄，仅能在一定角度范围内往复摆动的称为摇杆；联接两连架杆且不与机架直接相联的构件称为连杆。根据两个连架杆能否成为曲柄，铰链四杆机构可分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。曲柄为主动件：能将曲柄的整周转动变换为摇杆的往复摆动。P65破碎机汽车前窗刮水器、搅拌机等。1、曲柄摇杆机构两连架杆中，一个为曲柄，而另一个为摇杆。搅拌机汽车前窗刮水器雷达天线飞剪P66缝纫机脚踏砂轮机等。摇杆为主动件：能将摇杆的往复摆动变换为曲柄的连续回转运动。2、双曲柄机构两连架杆都是曲柄。主动件可以为任一曲柄，能将等角速度转动转变为周期性的变角速度转动。2、双曲柄机构例如：P68惯性筛、挖掘机（平行四边形机构）、车门启闭机构（反平行四边形机构）等。AECDB平行四边形机构摄影平台升降机构平行四边形机构是双曲柄机构的一个特例。组成四边形对边的构件长度分别相等。两曲柄回转方向相同，角速度时时相等。dcbaDCBA反平行四边形机构421DCBA3C1B1应用实例：车门开闭机构组成四边形的对边构件长度分别相等。曲柄a和c回转方向相反，主动曲柄等速转动，从动曲柄变速转动。3、双摇杆机构两个连架杆均为摇杆。两连架杆都作往复摆动，一般主动摇杆作等速摆动，从动摇杆作变速摆动。3、双摇杆机构例如：P69造型机翻台机构、起重机、飞机起落架等。3、双摇杆机构飞机起落架曲柄摇杆机构特点是：既能将曲柄的整周转动变换为摇杆的往复摆动，又能将摇杆的往复摆动变换为曲柄的连续回转运动。双曲柄机构的特点是：能将等角速度转动转变为周期性的变角速度转动。双摇杆机构的特点是：两个连架杆均为摇杆。两连架杆都作往复摆动，一般主动摇杆作等速摆动，从动摇杆作变速摆动。含有一个移动副的平面四杆机构1.曲柄滑块机构：铰链四杆机构中，扩大转动副，使转动副变成移动副。321DCBA转动副转化为移动副321DCBA曲柄滑块机构1.曲柄滑块机构：根据滑块往复移动的导路中心线是否通过曲柄转动中心，曲柄滑块机构可分为对心曲柄滑块机构和偏置曲柄滑块机构。特点：可以实现转动和往复移动的变换。应用：活塞式内燃机、空气压缩机、冲床等机械等。1.曲柄滑块机构：2.曲柄导杆机构12343124应用实例：回转式油泵、牛头刨床的主体机构取曲柄滑块机构的不同构件为机架而获得的。取构件2为机架，构件3为主动件，若，导杆1作整周运动，称为转动导杆机构；若，导杆1作往复摆动，称为摆动导杆机构。23ll23ll2341转动导杆机构牛头刨床摆动导杆机构取曲柄滑块机构中的连杆3为机架而得到的。当曲柄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。3.曲柄摇块机构应用于各种摆动式原动机和工作机中。摆缸式液压泵、卡车车箱自动翻转卸料机构。3.曲柄摇块机构取曲柄滑块机构中的滑块4为机架而得到的。当曲柄2转动时，导杆1可在固定滑块4中往复移动，故该机构称为移动导杆机构（或定块机构）。4.移动导杆机构应用实例：手压抽水机、抽油泵等。4.移动导杆机构机构