活动六 常用机构

课程名称制作者：主讲：课程名称授课班级：Page2制作者：学习目的：通过本章的学习具备常用机构的基本知识。学习要求：掌握平面连杆机构、凸轮机构、间歇机构、螺旋机构等的基本形式与应用特点；活动六常用机构Page3制作者：平面四杆机构是平面机构的基础，按其构件的运动形式不同，可分为铰链四杆机构和滑块四杆机构两大类，前者是平面四杆机构的基本形式，后者由前者衍生而成。1、铰链四杆机构的基本形式及应用铰链四杆机构是指联接构件间，都是作回转运动的平面四杆机构。如图所示。一、平面连杆机构Page4制作者：按两连架杆是曲柄还是摇杆的不同，可将铰链四杆机构分为以下三种形式。（1）曲柄摇杆机构两连架杆中一个为曲柄另一个为摇杆的铰链四杆机构，称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构主要用以实现将曲柄的匀速转动变成摇杆的摆动，如图所示的雷达天线俯仰角调整机构；或是将摇杆的往复摆动变成曲柄的整周转动，如图所示的缝纫机脚踏板机构。Page5制作者：（2）双曲柄机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构，称为双曲柄机构。双曲柄机构中，通常主动曲柄作匀速转动，从动曲柄作同向变速转动。如图所示的惯性筛机构，当曲柄AB作匀速转动时，曲柄CD作变速转动，通过构件CF使筛子产生变速直线运动，筛子内的物料因惯性而来回抖动，从而达到筛选的目的。Page6制作者：在双曲柄机构中，若相对的两杆长度分别相等，则称为平行四边形机构。它有如图a所示的正平行双曲柄机构和如图b所示的反平行双曲柄机构两种形式。前者的运动特点是两曲柄的转向相同且角速度相等，连杆作平动；后者的运动特点是两曲柄的转向相反且角速度不等。Page7制作者：如图所示的机车驱动轮联动机构是正平行双曲柄机构的应用实例。如图所示为车门启闭机构，是反平行双曲柄机构的一个应用，它使两扇车门朝相反的方向转动，从而保证两扇门能同时开启或关闭。在正平行双曲柄机构中，当各构件共线时，可能出现从动曲柄与主动曲柄转向相反的现象，即运动不梯形；当汽车转弯时，两摇杆摆过不同的角度，使两前轮转动轴线汇交于后轮轴线上的O点，以确保车辆转弯的每一瞬时，四个轮子与地面之间均绕O点作纯滚动。Page8制作者：2、其他形式的四杆机构及应用(1)曲柄滑块机构在如图所示的汽车发动机活塞一连杆机构中，将曲轴的回转运动转化为活塞的往复运动，或是将活塞的往复运动转化为曲轴的回转运动。Page9制作者：(2)导杆机构若将如图所示的曲柄滑块机构的构件作为机架，则曲柄滑块机构就演化为导杆机构，连架杆对滑块的运动起导向作用，称为导杆，它包括转动导杆机构和摆动导杆机构两种形式。如图所示刨床主运动机构，导杆均能绕机架作整周转动，称为转动导杆机构。如图插床主机构所示，导杆4只能在某一角度内摆动，称为摆动导杆机构。导杆机构具有很好的传力性能，常用于插床、牛头刨床和送料装置等机器中。Page10制作者：(3)摇块机构若将曲柄滑块机构的构件作为机架，则曲柄滑块机构就演化为如右图所示的摇块机构。构件l曲柄作整周转动，滑块3只能绕机架往复摆动。这种机构常用于摆缸式原动机和气、液压驱动装置中，如图所示的自动货车翻斗机构。Page11制作者：（4）定块机构：若将曲柄滑块机构的滑块作为机架，则曲柄滑块机构就演化为如右图所示的定块机构。这种机构常用于抽油泵和如图所示的手摇抽水唧筒。Page12制作者：3、平面四杆机构的特性参数(1)铰链四杆机构存在曲柄的条件有无曲柄的存在必须满足以下两个条件：1）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。2）最短杆为机架或连架杆。根据以上条件，我们可得进行铰链四杆机构基本类型的判别，方法如下：1）当最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时：①若最短杆为连架杆，则机构为曲柄摇杆机构；②若最短杆为机架，则机构为双曲柄机构；③若最短杆为连杆，则机构为双摇杆机构。2）当最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论取何杆为机架，机构均为双摇杆机构。Page13制作者：(2)平面四杆机构的极限位置曲柄摇杆机构、摆动导杆机构和曲柄滑块机构中，当曲柄为原动件时，从动件作往复摆动或往复移动，存在左、右两个极限位置，如下图所示。内燃机活塞连杆机构中活塞的上止点和下止点即曲柄滑块机构的两极限位置。Page14制作者：(3)压力角和传动角在不计摩擦力，惯性力和重力时，从动件上受力点的速度方向与所受作用力方向之间所夹的锐角，称为机构的压力角，用a表示。衡量机构传力性能的特性参数是压力角。但在具体应用中，为了直观的从机构运动简图中以连杆和从动件所夹的锐角δ来判别机构传力性能的优劣，引入传动角λ。它是压力角的余角。λ=90°-a=180°-δ传动角λ越大，机构的传力性能越好。在机构运动过程中，压力角和传动角的大小是随机构位置而变化的。Page15制作者：(4)死点如下图所示的曲柄摇杆机构中，摇杆CD为原动件，曲柄AB为从动件。当摇杆摆到极限位置C1D和C2D时，连杆与从动曲柄共线，机构两位置的压力角a=90°，λ=0°，此时有效驱动力矩为零，不能使从动曲柄转动，机构处于“卡死”或运动不确定状态（即工作件在该位置可能向反方向转动），这个位置称为死点位置。(a)(b)Page16制作者：4、平面多杆机构简介如下图所示的手动冲床机构就是由双摇杆机构ABCD和滑块机构DCEG组成，这两个四杆机构共有一个机架，实际上只有六个构件，称为六杆机构。Page17制作者：二、凸轮机构Page18制作者：Page19制作者：1.凸轮机构的组成凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个构件组成的高副机构。如图所示。Page20制作者：在如图所示的汽车发动机的配气机构中，凸轮旋转时，其轮廓迫使气门推杆作往复运动，从而有规律地开启和关闭(气门的关闭是借助气门弹簧的弹力作用实现的)，使可燃混合气进入气缸或使燃烧后的废气排出。与凸轮始终保持直接接触的气门杆称为从动件。Page21制作者：凸轮机构的类型及特点不同类型的凸轮机构由不同类型的凸轮和从动件所组成。(1)按凸轮形状分类a.盘形凸轮凸轮绕固定轴转动，且径向尺寸变化的盘形构件，又称为圆盘凸轮。特点：结构简单，应用最广，但从动件的行程不能过大。如图a所示。b.移动凸轮凸轮相对机架作往复直线运动，又称为板状凸轮。如图b所示。c.圆柱凸轮在圆柱端面上制出曲线轮廓(如图c)，或在圆柱面上开有曲线凹槽(如图d)的凸轮。特点：凸轮与从动件的运动不在同一平面内，是一种空间凸轮；从动件作往复直线运动或摆动。Page22制作者：Page23制作者：按从动件形状分类(1)尖顶从动件从动件顶尖与凸轮轮廓保持点接触以实现复杂的运动规律。如图a所示。特点：尖顶易于磨损，仅适用于速度较低和作用力不大的场合。(2)滚子从动件用滚子代替顶尖，把滑动摩擦变成滚动摩擦。如图b所示。特点：磨损较小，可传递较大的力，应用比较广泛，但结构比尖顶从动件复杂。(3)平底从动件用平面代替尖顶。如图c所示。特点：受力情况较好，结构简单，便于润滑，常用于高速凸轮机构中。Page24制作者：从动件不仅有不同的结构和形状，而且还有不同的运动形式和相对位置。作往复直线运动的称为移动从动件，作往复摆动的称为摆动从动件。移动从动件的导路中心线通过凸轮的回转中心时，称为对心从动件，否则称为偏心从动件。Page25制作者：凸轮机构的应用实例如图所示的自动车床进给机构。当圆柱凸轮1转动时，利用其凹槽带动摆杆2绕固定轴往复摆动，自动车床进给机构再通过扇形齿轮3和齿条4的啮合传动，使刀架5按一定规律运动，完成进刀和退刀动作。Page26制作者：从动件常用的运动规律1.凸轮机构的有关参数(1)基圆半径以凸轮的最小半径所作的圆称为凸轮的基圆。其半径称为基圆半径，用rb表示(如图所示)。(2)行程如图所示，当凸轮逆时针转过一个角度δ时，从动件将上升一段距离，即产生一段位移t。当从动件到达最高位置时(图c)，此时从动件的最大升距称为行程，用h表示。(3)推程当凸轮逆时针转动时，从动件从最低位置(图a的a点)运动到最高位置(图c的b点)的过程称为推程。到达b点后，从动件将在b→c段停止不动，该段称为远停程。Page27制作者：(4)回程从动件从最高位置(图c)回到最低位置的过程称为回程。到达d点后，从动件将在d→a段停止不动，该段称为近停程。凸轮的各参数影响着从动件的位移、速度和加速度，因此，从动件的运动规律是由凸轮的轮廓曲线的形状决定的。Page28制作者：Page29制作者：从动件在推程始末两处，速度有突变，瞬时加速度理论上为无穷大，因而产生理论上无穷大的惯性力，对机构造成强烈的冲击，这种冲击称为“刚性冲击”。因此，等速运动规律只能用于低速轻载或从动件质量小的场合。从动件在推程或回程过程中的运动速度为常数的运动规律。2.等速运动规律：Page30制作者：在推程的始末点和前、后半程的交接处，产生“柔性冲击”。因此这种运动规律只适用于中速、轻载的场合。从动件在一个行程中，前半行程作等加速运动，后半行程作等减速运动的运动规律。3.等加速等减速运动规律Page31制作者：间歇运动机构是将主动件的连续运动变换为从动件遵循一定规律的时停时动的机构。间歇运动机构的类型很多，常用的有棘轮机构、槽轮机构等。一、棘轮机构1．棘轮机构的组成及工作原理棘轮机构由棘轮、棘爪及机架组成。如下图所示的双棘爪机构。三、间歇运动机构Page32制作者：(2)棘轮机构的类型棘轮机构按其工作原理，可分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构两大类。按啮合部位可分为外啮合和内啮合两种形式；按驱动方向可分为单向驱动和双向驱动棘轮机构，单向驱动棘轮机构的棘轮多为锯齿形，双向驱动棘轮机构的棘轮多为矩形。如下图所示的自行车后轮飞轮中的内啮合单向驱动棘轮机构。Page33制作者：下图分别为控制牛头刨床工作台进与退的棘轮机构、摩擦式棘轮机构。Page34制作者：2、槽轮机构槽轮机构由带销的主动拨盘、具有径向槽的从动槽轮和机架组成。槽轮机构的停歇时间和运动时间取决于槽轮的槽数和拨销数。槽轮机构可分为外槽轮机构和内槽轮机构，如下图所示。Page35制作者：槽轮机构结构简单，工作可靠，转位方便，能精确控制转角，但转角大小不可调节，且有冲击，只能用于低速机构或分度机构中。如下图所示的转塔车床的刀架转位机构。Page36制作者：螺旋机构由螺杆、螺母和机架组成（一般把螺杆和螺母之一作成机架），其主要功用是将旋转运动变换为直线运动，并同时传递运动和动力，是机械设备和仪器仪表中广泛应用的一种传动机构。按用途和受力情况，螺旋机构又可分为传递运动、动力和用于调整等三种类型；按螺旋副的摩擦性质，螺旋机构可分为滑动螺旋机构、滚动螺旋机构和静压螺旋机构三种类型。螺旋机构具有结构简单、工作连续平稳、传动比大、承载能力强、传递运动准确，易实现自锁等优点，故应用广泛。螺旋机构的缺点是摩擦损耗大、传动效率低。随着滚珠螺纹的出现，缺点已得到很大的改善。四、螺旋机构Page37制作者：（一）滑动螺旋传动机构按螺杆上螺旋副的数目，滑动螺旋机构可分为单螺旋机构和双螺旋机构两种。1．单螺旋机构由一个螺杆和一个螺母组成。根据螺杆和螺母相对运动的组合，单螺旋机构有四种基本传动形式，其运动形式及特点、应用见表1。Page38制作者：2．双螺旋机构具有两段不同螺纹的螺杆与两个螺母组成的螺旋机构称为双螺旋机构。3．差动螺旋机构当两螺旋副中的螺纹旋向相同时，则形成差动螺旋机构。如下图所示。Page39制作者：4．复式螺旋机构如下图所示的电杆线张紧器、弹簧圆规均属于复式螺旋机构。Page40制作者：（二)滚动螺旋传动机构为减少摩擦，提高传动效率和精度，在螺杆和螺母的螺旋面上加工出弧形螺旋槽，从而形成滚道，并放入滚珠。当螺杆与螺母相对转动时，滚珠沿滚道滚动，这种螺旋机构称为滚动螺旋机构，如右图所示。滚动螺旋机构按滚道返回装置的不同，分为由外循环和内循环两种。