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第六章常用机构学习目的：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；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。一、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6-1所示。第一节平面连杆机构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6-2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6-3所示的缝纫机脚踏板机构。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6-4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。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6-5a所示的正平行双曲柄机构和如图6-5b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。图6-6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。图6-7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。二、其他形式的四杆机构及应用1．曲柄滑块机构在如图6-9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。2．导杆机构若将图6-9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6-10所示，导杆均能绕机架作整周转动，称为转动导杆机构。如图6-11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。3．摇块机构：若将图6-9所示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图6-12所示的摇块机构。构件l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6-13所示的自动货车翻斗机构。4．定块机构：若将图6-9所示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图6-14所示的定块机构。这种机构常用于抽油泵和手摇抽水唧筒（图6-15）。三、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。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，如图6-17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。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。4．死点图6-18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。四、平面多杆机构简介*如图6-20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。一、凸轮机构的组成和应用如图6-21所示，凸轮机构由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。图6-22所示为内燃机配气机构。第二节凸轮机构二、凸轮机构的分类凸轮机构的类型很多，通常按凸轮和从动件的几何形状及运动类型分类。1．按凸轮形状分类（1）盘形凸轮盘形凸轮是一种外缘或凹槽具有变化半径的盘形构件，如图6-22所示的内燃机配气机构。（2）圆柱凸轮圆柱凸轮是一种在圆柱面上开有曲线凹槽或在圆柱端面上制出曲线轮廓的构件，如图6-23所示为缝纫机拉线机构。（3）移动凸轮如图6-24所示为自动机床靠模机构。盘形凸轮和移动凸轮与从动件之间的相对运动为平面运动，属于平面凸轮机构；而圆柱凸轮与从动件之间的相对运动不在平行平面内，属于空间凸轮机构。2．按从动件形式分类（如图6-25所示）（1）尖顶从动件（2）滚子从动件（3）平底从动件此外，凸轮可按从动件的运动类型分为直动从动件和摆动从动件。间歇运动机构是将主动间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如图6-26所示，棘轮机构由棘轮、棘爪及机架组成。图6-27是双棘爪机构。第三节间歇运动机构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。如图6-28所示为自行车后轮飞轮中的内啮合单向驱动棘轮机构。图6-29是控制牛头刨床工作台进与退的棘轮机构。图6-30所示为摩擦式棘轮机构。二、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，如图6-31、图6-32。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。如图6-33所示为转塔车床的刀架转位机构。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。一、螺纹及其主要参数螺纹是指在圆柱或圆锥的内或外表面上，用不同形状的刀具沿螺旋线切制出的具有相同断面的连续凸起和沟槽。在圆柱（或圆锥）外表面上的螺纹叫外螺纹；在零件内表面上的螺纹称为内螺纹。第四节螺旋机构螺纹有右旋和左旋之分。当螺纹按顺时针旋进的称为右旋螺纹，反之称为左旋螺纹。判别旋向时，可将外螺纹按轴线垂直放置，若螺纹可见部分为左低右高，则为右旋螺纹，反之为左旋螺纹。标准螺纹的主要参数如下：1．直径螺纹的直径有大径（公称直径）、小径、中径。如图6-34所示。大径———指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱的直径。用d（D）表示。小径———指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径。用d1（D1）)表示。中径———母线通过牙型上沟槽宽度和凸起宽度相等的假想圆柱的直径。用d2（D2）表示。2．线数n螺纹的螺旋线的数量，有单线和多线之分。如图6-35所示。3．螺距P及导程Ph螺纹相邻两牙上对应点间的轴向距离称为螺距。同一条螺旋线上相邻两牙上对应点间的轴向距离称为导程。Ph=nP。如图6-35所示。4．螺纹升角λ在中径圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。λ=arcot(Ph/πd2)=arcot(nP/πd2)5．牙型角a通过螺纹轴线剖切时所得的螺纹剖面形状称牙型。螺纹牙形两侧边的夹角称为牙型角。常用的螺纹牙型有三角形、矩形、梯形和锯齿形等。螺纹主要用于零件间的可拆卸连接和传递动力。对于传力螺旋机构和联接螺纹，如螺旋千斤顶、螺旋式压力机等，都要求螺纹具有自锁性。螺纹的自锁也就是指内、外螺纹旋合后，如不加反向外力，则不论轴向载荷多大，都不会自行松开的这种现象。二、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6-3。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。如图6-36所示。4．复式螺旋机构如图6-37所示的电杆线张紧器，图6-38所示的弹簧圆规均属于复式螺旋机构。三、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，如图6-39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。一、选择题1、铰链四杆机构中与机架相连，并能实现360°旋转的构件是—————。A、曲柄B、连杆C、摇杆D、机架2、铰链四杆机构中与机架相连，只能在一定角度内进行摆动的构件是————。A、曲柄B、连杆C、摇杆D、机架3、能够实现回转运动与直线往复运动转换的平面四杆机构是————。A、曲柄摇杆机构B、曲柄滑块机构C、导杆机构D、摇块机构4、曲柄滑块机构当以————为主动件时，会出现“死点”现象。A、曲柄B、滑块C、连杆复习试题5、将曲柄摇杆机构的————长度取无穷大时，曲柄摇杆机构中的————将转化为沿直线运动的滑块，成为曲柄滑块机构。A、曲柄B、连杆C、摇杆D、机架6、能够实现从动件绕固定点摆动的凸轮机构是————。A、盘形凸轮机构B、圆柱凸轮机构C、移动凸轮机构7、利用超越性设计的超越离合器是一种————棘轮机构。A、单向驱动B、双向驱动8、螺旋机构的主要作用是————。A、将旋转运动转换成旋转运动B、将旋转运动转换成直线运动C、将直线运动转换成旋转运动9、在双螺旋机构中当两螺旋副中的螺纹旋向————时，则形成差动螺旋机构。A、相同B、相反10、下列螺旋机构中不具备自锁功能的螺旋机构是————。A、单螺旋机构B、双螺旋机构C、滚动螺旋传动机构二、填空题1、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————和————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。2、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————、————和————三种类型。3、平面四杆机构动作时，空回行程比工作行程需要的时间短，返回速度比工作行程