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机械制图机械基础主讲：陈霖本章学习目标了解运动副的概念和平面机构运动简图。掌握平面连杆机构的主要及演化形式。掌握凸轮机构的类型和应用。掌握螺旋机构的类型和工作原理。了解棘轮机构的工作原理和槽轮机构的工作原理。了解变速变向机构的应用。第三章常用机构3.1运动副及平面机构运动简图3.2平面连杆机构3.3凸轮机构3.4螺旋机构3.5间歇运动机构3.6变速变向机构3.1运动副及平面机构运动简图思考下列图形的运动形式，观察滑块与机架，两齿轮的接触形式有什么不同？•运动副：将两个构件组成的既具有一定约束又具有一定相对运动的联接。•两构件组成的运动副，是通过点、线或面接触来实现的。•按照接触方式不同，通常把运动副分为低副（如曲柄滑块机构）和高副（齿轮副）两类。3.1.1运动副及其分类•通过面接触而构成的运动副称为低副。–移动副–转动副低副高副•通过点或线接触而构成的运动副称为高副。–凸轮副（点接触）–齿轮副（线接触）其它运动副•球面副•螺旋副12球球碗螺母螺杆21•注意：•把构件运动副的两构件之间的相对运动为平面运动的运动副称为平面运动副（如移动副、凸轮副等都为平面运动副）。•两构件之间的相对运动为空间运动的运动副称为空间运动副（如球面副、螺旋副为空间运动副）3.1.2平面机构运动简图•研究机械的运动（例如研究机器上各点的位移、轨迹、速度和加速度）时，如果使用实物结构图，不仅绘制繁琐，而且由于图形复杂使分析不便。为了使问题简化，有必要去掉那些与运动无关的因素（如构件的形状、组成构件的零件数目、运动副的具体构造等），仅用简单线条和符号表示构件和运动副，并按一定比例画出各运动副的位置，这种说明机构中各构件间相对运动关系的简单图形，称为机构运动简图。•绘制运动简图的步骤1.研究机构的运动原理2.确定运动副的种类3.测量出运动副间的相对位置4.选择视图与比例，用规定符号绘制•例：绘制内燃机的机构运动简图。•分析：此内燃机由齿轮机构、凸轮机构和四杆机构构成，共有四个转动副、三个移动副、一个齿轮副和两个凸轮高副。•步骤：•①选择视图平面。•②选择比例尺，并根据机构运动尺寸定出各运动副间的相对位置。•③画出各运动副和机构符号，并画出各构件。•④完成必要的标注内燃机的运动简图1－曲轴；2－连杆；3－活塞；4－缸体；5－阀杆；6－凸轮；7，8－齿轮3.2平面连杆机构•平面连杆机构是由若干个刚性构件通过转动副或移动副联接而成的机构，也称平面低副机构，组成平面连杆机构各构件的相对运动均在同一平面或相互平行的平面内。•主要内容：–铰链四杆机构的基本形式–铰链四杆机构的演化形式3.2.1铰链四杆机构的基本形式•构件间全部用转动副相连接的平面四杆机构，称为铰链四杆机构。•铰链四杆机构是平面四杆机构的基本型式。•机架：机构中固定不动的构件，例如杆AD。•连架杆：与机架相连的构件，例如杆AB和CD。•连杆：不与机架直接相连的构件，例如杆BC。•曲柄：连架杆中，能作整周回转的杆件称为曲柄。•摇杆：连架杆中，只能作往复摆动的杆件称为摇杆。四杆机构各部分名称：•根据连架杆能否成为曲柄，铰链四杆机构为：–曲柄摇杆机构–双曲柄机构–双摇杆机构曲柄摇杆机构•铰链四杆机构中，若两个连架杆一个为曲柄，一个为摇杆，则四杆机构称为曲柄摇杆机构。•例1：物料搅拌机构•食品设备中的物料搅拌机构，当曲柄旋转时，带动连杆上搅拌杆实现物料搅拌操作。例2：牛头刨床的横向进给机构•机构工作时，右侧小齿轮带动相当于曲柄的大齿轮转动，然后通过连杆带动带有棘爪的摇杆作往复摆动，从而带动棘轮连同丝杠作单向间歇运动。•所以牛头刨车的横向进给机构是由曲柄摇杆机构与棘轮机构串联构成的。双曲柄机构•铰链四杆机构中，若两个连架杆均为曲柄，则四杆机构称为双曲柄机构。•例1：惯性振动筛•当主动曲柄转动时，通过连杆、从动曲柄和连杆，带动滑块做水平往复移动。该机构由双曲柄机构添加一个连杆和滑块组成。例2：机车车轮联动机构•机构中的ABCD就是一个正平行四边形机构，主动曲柄AB与从动曲柄CD作同速同向转动，连杆BC则作平移运动。•思考：取消杆EF，对两车轮的运动是否有影响。双摇杆机构•铰链四杆机构中，若两个连架杆均为摇杆，则四杆机构称为双摇杆机构•例1：ABCD为一双摇杆机构，当主动摇杆AB摆动时，从动摇杆CD也随着摆动，从而使连杆延长线上的重物悬挂点E做平面运动。•例2：ABCD构成一个双摇杆机构。摇杆AB摆动，带动摇杆CD摆动，使飞机轮子放下。•注意：此时AB与BC连线，主动件AB通过连杆作用于从动件CD上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使构件CD转动的“顶死”现象，机构的这种位置称为死点。这时无论飞机施加在AB上的力有多大，都不能使BC转动，保证飞机正常的着陆。铰链四杆机构存在曲柄的条件1.最短杆与最长杆的长度之和，小于或等于其他两杆长度之和；2.连架杆和机架中必有一个是最短杆。①铰链四杆机构中，若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，则取最短杆的相邻杆为机架时，得曲柄摇杆机构；取最短杆为机架时，得双曲柄机构；取与最短杆相对的杆为机架时，得双摇杆机构。②铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和，则不论取何杆为机架时均无曲柄存在，而只能得双摇杆机构。推论：3.2.2铰链四杆机构的演化形式•1、改变构件的形状和运动尺寸具有曲线导轨的曲柄滑块机构曲柄滑块机构•2、改变运动副的尺寸偏心轮机构•偏心轮机构的应用—鄂式破碎机：3、选用不同的构件为机架曲柄滑块机构中，当将曲柄AB改为机架时，就演化为导杆机构曲柄滑块机构中，当将连杆BC改为机架时，就演化为曲柄摇杆机构曲柄滑块机构中，当将滑块C改为机架时，就演化为直动滑块机构曲柄滑块机构导杆机构曲柄摇杆机构直动滑块机构小结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3.3凸轮机构端面凸轮圆柱凸轮槽沟凸轮（）b（）a（）c•主要内容：–认识凸轮机构–凸轮机构的类型–凸轮的材料–凸轮的结构–凸轮机构的应用认识凸轮机构•凸轮机构是通过凸轮与从动件之间的直接接触来传递运动和动力的，是一种常用的高副机构，在机械中应用也很广泛•例：观察下图汽车配气机构就是利用凸轮来控制气门的启闭•凸轮机构的组成：凸轮机构由凸轮1、从动件2和机架3三个基本构件及锁合装置组成，是一种高副机构。其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常作连续等速转动，而从动件则在凸轮轮廓的控制下按预定的运动规律作往复移动或摆动。•凸轮机构的优点：只要适当地设计凸轮轮廓，就可以使从动件实现预期的运动规律，结构简单、紧凑，易于设计。•凸轮机构的缺点：凸轮与从动件是高副接触，易磨损，制造困难，适用于传力不大的控制机构。123e凸轮机构的类型•按凸轮的形状分类盘形凸轮机构移动凸轮机构盘形凸轮机构移动凸轮机构盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮•按推杆的形状分类尖顶移动从动杆盘形凸轮机构滚子移动从动杆盘形凸轮机构平底移动从动杆盘形凸轮机构•根据推杆的运动形式的不同：有作往复直线运动的直动推杆和作往复摆动的摆动推杆尖顶移动从动杆盘形凸轮机构尖顶摆动从动杆盘形凸轮机构•按照凸轮与推杆保持接触的方式分类–力封闭的凸轮机构：其利用推杆的重力、弹簧力来使推杆与凸轮保持接触。–几何封闭的凸轮机构：其利用凸轮或推杆的特殊几何结构使凸轮与推杆保持接触。力封闭的凸轮机构几何封闭的凸轮机构凸轮机构的材料工作条件材料热处理低速轻载QT800-2、40、45调质中速轻载45、40Cr调质、表面淬火中速中载20、20Cr、20CrMnTi表面渗碳、淬火+低温回火高速重载GCr15淬火+低温回火35CrMo、38CrMoAlA表面渗氮凸轮的结构•当凸轮轮廓尺寸较小时，常将凸轮和轴做成一体。•当凸轮轮廓尺寸较大时，则凸轮与轴应分开制造而后装配在一起使用。凸轮在轴上的常见固定形式如下图所示。AAAA（a）（b）（c）整体式凸轮轴圆锥销固定圆锥套筒和双螺母固定键联接固定凸轮机构的应用•内燃机中的排气阀与进气阀就是靠凸轮来控制的3.4螺旋机构•主要内容：–螺旋机构的分类–滑动螺旋机构–滚动螺旋机构螺旋千斤顶螺旋压力机•螺旋机构的组成：–下图为最基本的螺旋机构，由螺杆、螺母和机架组成。–螺杆与螺母组成螺旋副，螺杆与机架组成转动副，螺线与机架组成移动副。机架螺母螺杆螺旋机构的组成螺旋机构的分类（按螺旋副的摩擦性质）种类特点应用滑动螺旋机构结构简单，制造方便，运转平稳，易于自锁；但摩擦阻力大，传动效率低（约30%～40%），有侧向间隙，反向有空行程，低速有爬行金属切削机床的进给、分度机构的传动螺旋，摩擦压力机、千斤顶的传力螺旋滚动螺旋机构传动效率高，具有传动的可逆性，运转平稳，低速不爬行；经调整预紧，可获得很高的定位精度和较高的轴向刚度，但结构复杂，抗冲击性能差，不具有自锁性，多由专业厂制造数控机床、精密机床、测试机械、仪器的传动螺旋和调整螺旋；飞行器、船舶等自动控制系统的传动螺旋静压螺旋机构传动效率高，具有传动的可逆性，运动平稳，无爬行现象；反向时无空行程，定位精度高，磨损很小；但螺母结构复杂，需有一套要求较高的供油系统精密机床的进给、分度机构的传动螺旋滑动螺旋机构•滑动螺旋机构在传动中螺杆与螺母之间产生滑动摩擦。•按用途可分为：–传力螺旋：以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力。–传导螺旋：以传递运动为主，有时也承担较大的轴向力。–调整螺旋：用于调整、固定零件的相对位置。•例1：传动螺旋•例2：传导螺旋车床的进给机构，通过螺杆的转动，使与刀架相连在一起的螺母水平移动，从而完成车刀切削进给动作。螺旋千斤顶螺旋压力机车床的进给机构螺杆开合螺母大拖板•例3：调整螺旋：台式虎钳，螺杆上装有活动钳口，螺母与固定钳口固连在一起，当转动手柄时，螺杆相对螺母作回转运动，并带动活动钳口一起沿轴向移动，这样，活动钳口和固定钳口之间的工件就可以被夹紧或松开。台式虎钳滚动螺旋机构•滚动螺旋装置主要由螺母、螺杆、滚珠和滚珠循环装置组成。螺杆上有螺旋槽，当螺杆或螺母转动时，滚珠沿螺旋槽滚道滚动，形成滚动摩擦。滚珠经导向装置可返回滚道，反复循环。•按滚珠的循环方式可将滚动螺旋机构分为内循环滚珠丝杆和外循环滚珠丝杆两类。•内循环中螺母的每圈螺纹装有一反向器，滚珠在同一圈滚道内形成封闭循环回路。•外循环可利用两端与工作滚道的始末相通的导管作为滚珠的返回通道。内循环滚珠丝杆外循环滚珠丝杆3.5间隙运动机构•在各种自动和半自动机械中，需要把主动件的连续运动变为从动件的周期性运动和停歇，实现这种间隙运动的机构称为间隙运动机构。•主要内容：–棘轮机构–槽轮机构棘轮机构•棘轮机构的组成：主要由棘轮、棘爪、止回棘爪和摇杆组成外接棘轮机构内接棘轮机构•工作原理：1.棘轮用键联接在机构的传动轴上，而主动杆则空套在主传动轴上，驱动棘爪与主动杆用转动副相联接。2.当主动杆逆时针方向摆动时，驱动棘爪借助弹簧或自重插入棘轮齿槽内，使棘轮转过一定角度。3.当主动杆顺时针方向摆动时，制动棘爪阻止棘轮顺时针转动，驱动棘轮在棘爪齿背上滑过，而棘轮静止不动，从而使主动杆作连续的往复摆动，而棘轮作单向间歇转动。•棘轮机构的类型：–单向间歇传动棘轮机构：当主动摇杆往复摆动一次时，棘轮只能单向地间歇转过一个角度。–双动式棘轮机构：棘轮机构装有两个主动棘爪，当主动摇杆往复摆动一次时，两个主动棘爪分别拨动棘轮沿同一方向作两次间歇运动。•例1：如图所示外接棘轮机构为单向间歇传动棘轮机构•例2：如图所示为可变向的单向棘轮机构把棘轮轮齿制成方形，当棘爪处于实线位置时，随着棘爪的摆动，棘轮逆时针间歇转动；当棘爪处于虚线位置时，随着棘爪的摆动，棘轮顺时针间隙转动。ABB′•例3：若要使摇杆来回摆动时都使棘轮向同一方向转动，则可采用下图所示的双动式棘轮机构此种机构的棘爪可制成钩头的或直推的。钩头式双动棘轮机构直推式双动棘轮机构•棘轮机构的应用——牛头刨床工作台的横向进给机构1234675AO1O2工作面•改变棘轮每次转过角度的