項(xiàng)目6 常用機(jī)構(gòu)《機(jī)械基礎(chǔ)》項(xiàng)目教學(xué)課件

《機(jī)械基礎(chǔ)》?精品課件合集機(jī)械基礎(chǔ)項(xiàng)目六

常用機(jī)構(gòu)任務(wù)一

平面連桿機(jī)構(gòu)任務(wù)二

凸輪機(jī)構(gòu)12目錄圖1所示為內(nèi)燃機(jī)氣缸工作機(jī)構(gòu)，你知道內(nèi)燃機(jī)氣缸由哪些機(jī)構(gòu)組成嗎？其中屬于平面連桿機(jī)構(gòu)的是哪個(gè)機(jī)構(gòu)？你還知道哪些鐵路設(shè)備中運(yùn)用了平面連桿機(jī)構(gòu)嗎？項(xiàng)目導(dǎo)入圖

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齒輪泵結(jié)構(gòu)分解圖內(nèi)燃機(jī)氣缸由凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組成，其中曲柄滑塊機(jī)構(gòu)屬于平面連桿機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)在其他鐵路設(shè)備也有應(yīng)用。圖2為鐵路機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用。圖3為Scharfenberg密接式車鉤鉤頭，常用于鐵路車輛的連接。掛鉤鏈環(huán)與車鉤鎖鉤板、中心樞軸、掛鉤鏈環(huán)滑槽組成了曲柄滑塊結(jié)構(gòu)。圖4為鐵路電力機(jī)車受電弓，也是平面四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用。項(xiàng)目導(dǎo)入圖2 鐵路機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖3 Scharfenberg密接式車鉤鉤頭圖4 鐵路電力機(jī)車受電弓任務(wù)一

平面連桿機(jī)構(gòu)【引入】一般平面連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件數(shù)目越多，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)越難，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)越復(fù)雜。最簡單的平面連桿機(jī)構(gòu)是四桿機(jī)構(gòu)，它是由四個(gè)構(gòu)件用四個(gè)低副依次連接組成的平面連桿機(jī)構(gòu)。平面四桿機(jī)構(gòu)雖然運(yùn)動(dòng)簡單，但其應(yīng)用卻極為廣泛。用四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副依次連接的平面四桿機(jī)構(gòu)，稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，如右圖所示。1

平面連桿機(jī)構(gòu)圖

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鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)1

平面連桿機(jī)構(gòu)圖6 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)（一）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的名稱機(jī)架：固定不動(dòng)的構(gòu)件，AD桿是機(jī)架。連架桿：與機(jī)架組成轉(zhuǎn)動(dòng)副A和D的AB桿和CD桿稱為連架桿，其運(yùn)動(dòng)是繞轉(zhuǎn)動(dòng)副A和D做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)連架桿都可以作原動(dòng)件。連桿：與連架桿組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的BC桿稱為連桿，它做復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)。1

平面連桿機(jī)構(gòu)一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)（一）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的名稱曲柄：能繞與機(jī)架組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的回轉(zhuǎn)中心做整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿稱為曲柄，機(jī)構(gòu)簡圖上一般用單向旋轉(zhuǎn)箭頭標(biāo)注，如右圖中AB桿的整周回轉(zhuǎn)標(biāo)注。搖桿：只能做往復(fù)擺動(dòng)（擺動(dòng)角小于360°）的連架桿稱為搖桿，機(jī)構(gòu)簡圖上一般用雙向回轉(zhuǎn)箭頭標(biāo)注，如右圖中CD桿的左右擺動(dòng)標(biāo)注。圖6 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件（二）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型和應(yīng)用根據(jù)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中有幾個(gè)曲柄，可將其進(jìn)行分類。1.

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若有一個(gè)連架桿為曲柄，另一個(gè)連架桿為搖桿，則稱該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。曲柄搖桿可實(shí)現(xiàn)曲柄的整周轉(zhuǎn)動(dòng)與搖桿往復(fù)擺動(dòng)的轉(zhuǎn)換。常見的是曲柄的主動(dòng)整周轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為搖桿的從動(dòng)往復(fù)擺動(dòng)。右圖所示的汽車前窗刮雨器機(jī)構(gòu)，在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)一周，搖桿往復(fù)擺動(dòng)一次，和連桿連在一起的刮雨器就能實(shí)現(xiàn)刮雨動(dòng)作。1

平面連桿機(jī)構(gòu)（a）汽車前窗刮雨器（b）汽車前窗刮雨器機(jī)構(gòu)簡圖圖7 汽車前窗刮雨器機(jī)構(gòu)1

平面連桿機(jī)構(gòu)下圖所示的顎式碎礦機(jī)，當(dāng)原動(dòng)件曲柄AB整周轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過連桿BC，使搖桿CD和固定斜板之間的夾角產(chǎn)生變化，達(dá)到破碎礦石的目的。（a）顎式碎礦機(jī)（b）顎式碎礦機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖圖

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顎式碎礦機(jī)機(jī)構(gòu)1

平面連桿機(jī)構(gòu)下圖所示的雷達(dá)天線機(jī)構(gòu)，當(dāng)原動(dòng)件曲柄1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過連桿2，使與搖桿3固結(jié)的拋物面天線做一定角度的擺動(dòng)，以調(diào)整天線的俯仰角度。（a）雷達(dá)天線（b）雷達(dá)天線機(jī)構(gòu)示意圖圖

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雷達(dá)天線機(jī)構(gòu)1

平面連桿機(jī)構(gòu)下圖為攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動(dòng)曲柄AB回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)桿CD做往復(fù)擺動(dòng)，利用和連桿BC相連的攪拌桿實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的上下左右平面運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到攪拌的目的。（a）攪拌機(jī)（b）攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)示意圖圖10 攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)1

平面連桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)也可以將搖桿為主動(dòng)件的往復(fù)擺動(dòng)，轉(zhuǎn)換為以曲柄為從動(dòng)件的整周轉(zhuǎn)動(dòng)。如下圖所示的縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)，就是將腳踏板CD的往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)換為帶輪AB的整周轉(zhuǎn)動(dòng)。（a）縫紉機(jī)（b）縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)示意圖圖

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縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)1

平面連桿機(jī)構(gòu)2.

雙曲柄機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿都能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，即兩連架桿均為曲柄，則稱該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)，雙曲柄機(jī)構(gòu)有三種類型：不等長雙曲柄機(jī)構(gòu)、平行雙曲柄機(jī)構(gòu)、反向雙曲柄機(jī)構(gòu)。（1）不等長雙曲柄機(jī)構(gòu)。不等長雙曲柄機(jī)構(gòu)，如上圖所示。當(dāng)主動(dòng)曲柄以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，從動(dòng)曲柄忽快忽慢地轉(zhuǎn)動(dòng)一周，即兩曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度不相等。如下圖所示的慣性篩機(jī)構(gòu)就是利用從動(dòng)曲柄變速產(chǎn)生的慣性，使物料來回抖動(dòng)，從而提高篩選效率。圖12 雙曲柄機(jī)構(gòu)圖13 慣性篩機(jī)構(gòu)1

平面連桿機(jī)構(gòu)（2）平行雙曲柄機(jī)構(gòu)。在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若兩對(duì)邊平行并且相等，且兩曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，則稱為平行雙曲柄機(jī)構(gòu)，如下圖所示。平行雙曲柄機(jī)構(gòu)的主動(dòng)曲柄與從動(dòng)曲柄的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同，瞬時(shí)角速度恒相等，連桿BC做平行移動(dòng)。圖14 雙曲柄機(jī)構(gòu)1

平面連桿機(jī)構(gòu)平行雙曲柄機(jī)構(gòu)特殊的構(gòu)件運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)使其在生產(chǎn)和生活中有廣泛的應(yīng)用。左圖所示的鐵道車輛車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，就是利用平行雙曲柄機(jī)構(gòu)，將固定于曲柄上的兩個(gè)車輪全部變成主動(dòng)輪，使它們的轉(zhuǎn)動(dòng)狀況完全相同；右圖所示的天平機(jī)構(gòu)，利用平行雙曲柄機(jī)構(gòu)的連桿做平行移動(dòng)，使天平盤始終處于水平位置。圖15 鐵路機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖

16 天平機(jī)構(gòu)1

平面連桿機(jī)構(gòu)（3）反向雙曲柄機(jī)構(gòu)。反向雙曲柄機(jī)構(gòu)如圖左所示，連桿與機(jī)架的長度相等且兩個(gè)曲柄長度相等，曲柄轉(zhuǎn)向相反的雙曲柄機(jī)構(gòu)。反向雙曲柄的應(yīng)用如右圖所示的公共汽車車門開閉機(jī)構(gòu)。圖17 反向雙曲柄機(jī)構(gòu)圖

18 車門啟閉機(jī)構(gòu)1

平面連桿機(jī)構(gòu)3.

雙搖桿機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿均為搖桿，則稱該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，如圖19所示。在雙搖桿機(jī)構(gòu)中，主動(dòng)搖桿擺動(dòng)一次，從動(dòng)搖桿也擺動(dòng)一次，其應(yīng)用也很廣泛。如20圖所示的鶴式起重機(jī)機(jī)構(gòu)，當(dāng)搖桿AB擺動(dòng)時(shí)，另一搖桿CD隨之?dāng)[動(dòng)，使得懸掛在E點(diǎn)的重物能沿水平直線的方向移動(dòng)。圖19 雙搖桿機(jī)構(gòu)圖圖

20 鶴式起重機(jī)機(jī)構(gòu)1

平面連桿機(jī)構(gòu)下圖所示為汽車前輪轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)，是兩搖桿長度相等的等腰梯形機(jī)構(gòu)。車輪分別固連在兩搖桿上，當(dāng)推動(dòng)搖桿時(shí)，兩前輪以不同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，使汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，兩輪能與地面做純滾動(dòng)，減小了輪胎的磨損。圖21 汽車前輪轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)（三）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件上述鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種形式，其區(qū)別在于機(jī)構(gòu)中有幾個(gè)曲柄。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是否有曲柄則由各桿相對(duì)長度來決定，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的桿長是指每個(gè)桿上兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副中心之間的距離。1.

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件連架桿或機(jī)架桿是最短桿（最短條件）。最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和（桿長條件）。2.

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件的推論（1）若四桿機(jī)構(gòu)中最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和，則①

當(dāng)最短桿為連架桿時(shí)，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。②

當(dāng)最短桿為機(jī)架時(shí)，為雙曲柄機(jī)構(gòu)。③

當(dāng)最短桿為連桿時(shí)，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。1

平面連桿機(jī)構(gòu)1

平面連桿機(jī)構(gòu)（2）若四桿機(jī)構(gòu)中最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿之和，則不論取任何桿為機(jī)架，都是雙搖桿機(jī)構(gòu)。a+d≤b+ca+d>b+c曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)與最短桿相鄰的桿固定最短桿固定與最短桿相對(duì)的桿固定任意桿固定注：1.

a—最短桿長度；d—最長桿長度；b，c—其余兩桿長度。2.

單向旋轉(zhuǎn)箭頭表示整周回轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)的構(gòu)件為曲柄，雙向回轉(zhuǎn)箭頭表示左右擺動(dòng)，對(duì)應(yīng)的構(gòu)件為搖桿。1

平面連桿機(jī)構(gòu)圖22 單移動(dòng)副四桿組合體二、其他四桿機(jī)構(gòu)下圖所示為用三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副依次相連接組成的一個(gè)移動(dòng)副四桿組合體。與滑塊構(gòu)件3組成移動(dòng)副的構(gòu)件4稱為導(dǎo)桿。在這樣的組合體中取不同的構(gòu)件為機(jī)架則得到不同的四桿機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)可以看成是由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化而來的。如圖（a）所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件1為曲柄，構(gòu)件3為搖桿。如果將其曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中D轉(zhuǎn)動(dòng)副擴(kuò)大，桿4做成一個(gè)環(huán)形槽，D點(diǎn)為槽的曲率中心，則桿3做成一個(gè)弧形滑塊，在環(huán)形槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)，如圖（b）所示。如果再將環(huán)形槽半徑擴(kuò)大為無窮大，即D點(diǎn)在無窮遠(yuǎn)處，則環(huán)形槽變成了直槽，轉(zhuǎn)動(dòng)副變成了移動(dòng)副，如圖（c）所示。此時(shí)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化成偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。1

平面連桿機(jī)構(gòu)（a）（d）（b） （c）圖23 曲柄滑塊的演化過程在圖中取導(dǎo)桿4為機(jī)架組成的機(jī)構(gòu)稱為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如左圖所示。機(jī)構(gòu)的連架桿AB為曲柄做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿BC做復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)，滑塊做往復(fù)直線移動(dòng)。曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)一周，滑塊往復(fù)直線移動(dòng)一次。曲柄回轉(zhuǎn)中心到滑塊導(dǎo)路中心的距離e稱為偏心距，如果e=0則稱為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖（a）所示；如果e>0則稱偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖（b）所示。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊兩極限位置和的距離稱為機(jī)構(gòu)的行程（H）。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件：曲柄長與偏心距的和小于或等于連桿長。1

平面連桿機(jī)構(gòu)（a） （b）圖25 曲柄滑塊的演化過程圖24 單移動(dòng)副四桿組合體曲柄滑塊機(jī)構(gòu)可將曲柄的主動(dòng)整周轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滑塊的從動(dòng)往復(fù)移動(dòng)。如左圖所示為壓力機(jī)構(gòu)中的沖壓機(jī)構(gòu)，利用曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，把力傳到?jīng)_頭（滑塊），進(jìn)行沖壓工作；右圖所示為自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)利用滑塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)把物料送出去。1

平面連桿機(jī)構(gòu)圖26 壓力機(jī)中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖

27 自動(dòng)送料滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)也可將滑塊的主動(dòng)往復(fù)移動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲柄的從動(dòng)整周轉(zhuǎn)動(dòng)。如下圖所示的單缸內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)，利用活塞（滑塊）的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把力傳到活塞桿，驅(qū)使曲柄做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞動(dòng)力。1

平面連桿機(jī)構(gòu)(a)機(jī)構(gòu)示意 (b)

機(jī)構(gòu)簡圖圖28 內(nèi)燃機(jī)中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（二）偏心輪機(jī)構(gòu)在曲柄搖桿、曲柄滑塊或其他帶有曲柄的機(jī)構(gòu)中，如果曲柄很短，在曲柄兩端各有一個(gè)軸承時(shí)，則加工和裝配工藝?yán)щy，同時(shí)還影響構(gòu)件的強(qiáng)度。在這種情況下，往往采用偏心輪機(jī)構(gòu)。偏心輪機(jī)構(gòu)可以看成是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)副的銷釘半徑逐漸擴(kuò)大直至超過了曲柄長度演化而成的，其演化過程如下圖所示。由于偏心輪機(jī)構(gòu)中偏心輪的兩支承距離較小且偏心部分粗大，剛度和強(qiáng)度均較好，可承受較大的力和沖擊載荷。1

平面連桿機(jī)構(gòu)圖29 偏心輪的演化過程（三）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在圖（a）中取與導(dǎo)桿組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的構(gòu)件1為機(jī)架組成的機(jī)構(gòu)稱為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，即導(dǎo)桿與機(jī)架組成轉(zhuǎn)動(dòng)副。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的連架桿是曲柄做整周轉(zhuǎn)動(dòng)（一般它是主動(dòng)構(gòu)件），滑塊做復(fù)雜平面運(yùn)動(dòng)。根據(jù)導(dǎo)桿（一般為從動(dòng)構(gòu)件）的運(yùn)動(dòng)狀況，導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)可以分為如下機(jī)構(gòu)。1

平面連桿機(jī)構(gòu)（a）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（c）擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（b）轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖30 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的演化轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)當(dāng)連架桿長≥機(jī)架桿長，導(dǎo)桿可以做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，如圖（b）所示。擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)當(dāng)連架桿長<機(jī)架桿長，導(dǎo)桿只能做往復(fù)擺動(dòng)，稱為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，如圖（c）所示。1

平面連桿機(jī)構(gòu)（a）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（c）擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（b）轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖28 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的演化（四）搖塊機(jī)構(gòu)在圖（a）中取與滑塊組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的構(gòu)件2為機(jī)架組成的機(jī)構(gòu)稱為搖塊機(jī)構(gòu)，即搖塊3與機(jī)架2組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，如圖（b）所示。1

平面連桿機(jī)構(gòu)（b）搖塊機(jī)構(gòu)（a）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖29 搖塊機(jī)構(gòu)的演化下圖所示的汽車自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料機(jī)構(gòu)就是搖塊機(jī)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用。這時(shí)活塞桿4（導(dǎo)桿）為主動(dòng)件，車廂BC構(gòu)件1為從動(dòng)件，活塞缸3（搖塊）做往復(fù)擺動(dòng)。1

平面連桿機(jī)構(gòu)（b）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖（a）汽車自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料機(jī)構(gòu)示意圖圖30 汽車自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料機(jī)構(gòu)（五）定塊機(jī)構(gòu)在左圖（a）中取滑塊為機(jī)架組成的機(jī)構(gòu)稱為定塊機(jī)構(gòu)，如左圖（b）所示。該機(jī)構(gòu)的連架桿是搖桿做往復(fù)擺動(dòng)，連桿是主動(dòng)件做復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)桿是從動(dòng)件做往復(fù)的直線移動(dòng)。右圖所示的手壓泵機(jī)構(gòu)就是定塊機(jī)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用。1

平面連桿機(jī)構(gòu)（a）曲柄滑塊機(jī)構(gòu) （b）定塊機(jī)構(gòu)圖31 定塊機(jī)構(gòu)的演化（a）手壓泵機(jī)構(gòu) （b）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖圖32 手壓泵機(jī)構(gòu)件時(shí)，搖桿做往復(fù)擺動(dòng)。1

平面連桿機(jī)構(gòu)圖33 單移動(dòng)副四桿組合體三、平面四桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性平面四桿機(jī)構(gòu)在傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力時(shí)所顯示的傳動(dòng)特性，在實(shí)際中有著重要的作用。（一）平面四桿機(jī)構(gòu)位置和極位夾角在右圖所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，鉸鏈B的軌跡，是以鉸鏈A的轉(zhuǎn)動(dòng)中心為圓心，曲柄B的長度為半徑的圓周，稱為曲柄圓；鉸鏈C的軌跡，是以鉸鏈D的轉(zhuǎn)動(dòng)中心為圓心，搖桿CD的長度為半徑的圓弧，稱為搖桿弧。當(dāng)曲柄為主動(dòng)構(gòu)以A為圓心，連桿BC和曲柄AB之和為半徑交搖桿弧于

????1

點(diǎn)，

????1

D就是搖桿的右極限位置，這時(shí)曲柄與連桿伸展共線；以A為圓心，連桿BC和曲柄AB之差為半徑交曲柄圓于????2點(diǎn)，????2D就是搖桿的左極限位置，這時(shí)曲柄與連桿重疊共線。搖桿的兩極限位置????1D和????2D所夾銳角稱為搖桿擺角，用表示；搖桿的兩極限位????1D和????2D所對(duì)應(yīng)的兩曲柄位置A????1和A????2所夾銳角稱為極位夾角，用θ表示。1

平面連桿機(jī)構(gòu)圖34 單移動(dòng)副四桿組合體為了說明機(jī)構(gòu)急回特性，引入機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)，用K表示，即機(jī)構(gòu)有無急回特性取決于機(jī)構(gòu)的極位夾角θ。當(dāng)θ=0，K=1，快速=慢速，機(jī)構(gòu)沒有急回特性，如對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，其θ=0。當(dāng)θ≠0，K>1，機(jī)構(gòu)就有急回特性，如曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等都具有急回特性。機(jī)構(gòu)的極位夾角越大，機(jī)構(gòu)的急回特性越明顯。1

平面連桿機(jī)構(gòu)

v2

t1

1

180

2 180

K

v快v慢 v1 t21

平面連桿機(jī)構(gòu)，它是主動(dòng)力F在速度????????方向的分力。圖35 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和壓力角（三）傳動(dòng)角和壓力角在機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件上，主動(dòng)力作用點(diǎn)的速度方向與主動(dòng)力方向所夾銳角，稱為機(jī)構(gòu)壓力角，用α表示；機(jī)構(gòu)壓力角α的余角

90

稱為機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角。在右圖所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，曲柄1為主動(dòng)件，搖桿3為從動(dòng)件。曲柄1通過連桿2，作用于搖桿3的主動(dòng)力作用點(diǎn)是鉸鏈C點(diǎn)；該點(diǎn)的速度方向vC垂直于搖桿CD；該點(diǎn)受到的主動(dòng)力F沿連桿BC方向。力F與速度????????

所夾銳角就是機(jī)構(gòu)壓力角α。真正推動(dòng)從動(dòng)搖桿克服阻力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力是機(jī)構(gòu)有效分力Ft=Fcosα=Fsin

可以看出：機(jī)構(gòu)壓力角α越?。▊鲃?dòng)角越大），有效分力Ft越大，機(jī)構(gòu)傳力性能越好，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率越高。由于角便于觀察和測量，工程上常以傳動(dòng)角來衡量機(jī)構(gòu)的傳力性能。在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，壓力角和傳動(dòng)角的大小是隨機(jī)構(gòu)位置而變化的，傳動(dòng)角變動(dòng)范圍必有最大角和最小角。為保證機(jī)構(gòu)的良好傳力性能，設(shè)計(jì)時(shí)通常應(yīng)使≥40°。1

平面連桿機(jī)構(gòu)在圖34所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，曲柄為主動(dòng)件時(shí)，其最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線的兩個(gè)位置，其最小的傳動(dòng)角，就是機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角。圖36 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和壓力角1

平面連桿機(jī)構(gòu)對(duì)于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動(dòng)件為曲柄時(shí)，最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架垂直的位置，如圖35所示。圖36所示的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，由于在任何位置時(shí)主動(dòng)曲柄通過滑塊傳給從動(dòng)桿的力的方向，與從動(dòng)桿受力的速度方向始終一致，所以傳動(dòng)角始終等于90°。圖38 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角圖37 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角圖1

平面連桿機(jī)構(gòu)圖39 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置圖（四）機(jī)構(gòu)死點(diǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到某一位置時(shí)，機(jī)構(gòu)的壓力角α=90°（傳動(dòng)角

=0°）稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。在右圖所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若搖桿CD為原動(dòng)件，曲柄AB為從動(dòng)件，當(dāng)搖桿CD擺到????1D或????2D的極限位置時(shí)，連桿BC與曲柄AB兩次共線，此時(shí)，搖桿經(jīng)連桿施加給曲柄的力????1或????2必然通過鉸鏈中心A，曲柄不能獲得轉(zhuǎn)矩，機(jī)構(gòu)將趨于靜止?fàn)顟B(tài)，機(jī)構(gòu)所處的這個(gè)位置即為死點(diǎn)位置。死點(diǎn)位置存在的條件是從動(dòng)件和連桿共線。由于機(jī)構(gòu)在死點(diǎn)位置的有效分力????????=0，則不論主動(dòng)力多大都不能使從動(dòng)件產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)從動(dòng)件卡死不動(dòng)或運(yùn)動(dòng)不確定的現(xiàn)象。在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)滑塊為主動(dòng)件，曲柄為從動(dòng)件時(shí)，死點(diǎn)位置是連桿與曲柄伸展和重疊共線位置，如右圖所示；擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)導(dǎo)桿為主動(dòng)件，曲柄為從動(dòng)件時(shí)，死點(diǎn)位置是導(dǎo)桿與曲柄垂直的兩個(gè)位置。1

平面連桿機(jī)構(gòu)圖40 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和壓力角1

平面連桿機(jī)構(gòu)在機(jī)構(gòu)傳動(dòng)中，為了使機(jī)構(gòu)能夠順利地通過死點(diǎn)，繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可采用下述兩種方法。利用構(gòu)件自身或飛輪的慣性使機(jī)構(gòu)順利通過死點(diǎn)，如左圖所示的縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)就是利用帶輪的慣性通過死點(diǎn)。兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列，使兩組機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)相互錯(cuò)開，如右圖所示的鐵路機(jī)車車輪的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)左右兩側(cè)機(jī)構(gòu)曲柄位置相錯(cuò)90o。圖42 鐵路機(jī)車車輪的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖41 縫紉機(jī)的飛輪機(jī)構(gòu)圖1

平面連桿機(jī)構(gòu)圖40 工件夾緊機(jī)構(gòu)圖39 縫紉機(jī)的飛輪機(jī)構(gòu)圖對(duì)有夾緊或固定要求的機(jī)構(gòu)，則可在設(shè)計(jì)中利用死點(diǎn)的特點(diǎn)，來達(dá)到目的。如左圖所示的飛機(jī)起落架，當(dāng)機(jī)輪放下時(shí)，BC桿與CD桿共線，機(jī)構(gòu)處在死點(diǎn)位置，地面對(duì)機(jī)輪的力不會(huì)使CD桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使飛機(jī)降落可靠。右圖所示的夾具，工件夾緊后B、C、D連成一條線，工作時(shí)工件的反力再大，也不能使機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)，使夾緊牢固可靠。1—工件；2—夾具1

平面連桿機(jī)構(gòu)四、平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：低副是面接觸，承載較大。接觸面積大，磨損慢。形狀簡單，易于加工。改變各個(gè)構(gòu)件的相對(duì)長度和取不同的構(gòu)件為機(jī)架，可以得到不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和不同類型的機(jī)構(gòu)，從而滿足不同的運(yùn)動(dòng)要求。平面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)：低副中存在間隙，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度不高。運(yùn)動(dòng)不易控制，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。從動(dòng)件通常為變速運(yùn)動(dòng)，存在慣性力，不適合高速場合。任務(wù)二

凸輪機(jī)構(gòu)2

凸輪機(jī)構(gòu)圖1所示是單缸內(nèi)燃機(jī)氣閥凸輪機(jī)構(gòu)，你知道這個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)的工作過程和工作特點(diǎn)是什么嗎？單缸內(nèi)燃機(jī)氣閥凸輪機(jī)構(gòu)是通過凸輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)氣門桿克服彈簧力進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氣門的開閉，氣門的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪的曲線輪廓形狀。平面連桿機(jī)構(gòu)一般只能近似地實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)精度要求不高的場合，而且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，在各種機(jī)器中，特別是自動(dòng)化機(jī)器中，為實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)要求，常采用凸輪機(jī)構(gòu)。圖41 單缸內(nèi)燃機(jī)氣閥凸輪機(jī)構(gòu)2

凸輪機(jī)構(gòu)（a）移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) （b）擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)圖42 凸輪機(jī)構(gòu)的組成一、凸輪機(jī)構(gòu)組成及應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成，凸輪、從動(dòng)件與機(jī)架組成低副，凸輪與從動(dòng)件是以點(diǎn)或線接觸，組成平面高副，故凸輪為高副機(jī)構(gòu)。凸輪是具有曲線輪廓的構(gòu)件，在凸輪機(jī)構(gòu)中一般是主動(dòng)構(gòu)件，如下圖所示。

1—凸輪；2—從動(dòng)件；3—機(jī)架當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過凸輪與從動(dòng)件的高副接觸帶動(dòng)從動(dòng)件產(chǎn)生預(yù)期的周期性運(yùn)動(dòng)，即從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（指位移、速度、加速度等）取決于凸輪輪廓的曲線形狀；反之，按機(jī)器的工作要求給定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以后，可合理地設(shè)計(jì)出凸輪的曲線輪廓。凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化機(jī)械、儀表和自動(dòng)控制裝置中。右圖所示為自動(dòng)車床靠模機(jī)構(gòu)。拖板帶動(dòng)從動(dòng)刀架沿靠模凸輪運(yùn)動(dòng)時(shí)，刀刃走出手柄外形軌跡。手柄的曲線形狀取決于凸輪的曲線輪廓形狀。2

凸輪機(jī)構(gòu)圖43 靠模成型切削機(jī)構(gòu)圖所示為自動(dòng)機(jī)床的進(jìn)刀機(jī)構(gòu)，當(dāng)圓柱凸輪回轉(zhuǎn)時(shí)，圓柱上凹槽的側(cè)面迫使從動(dòng)件做往復(fù)擺動(dòng)，通過從動(dòng)件上的扇形齒輪與刀架上的齒條嚙合，控制刀架的自動(dòng)進(jìn)刀和退刀。其進(jìn)刀和退刀的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，取決于圓柱凸輪凹槽的曲線輪廓形狀。凸輪的其他應(yīng)用如下圖所示。2

凸輪機(jī)構(gòu)圖45 造型機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)圖46 銑削加工靠模凸輪機(jī)構(gòu)圖47 繞線機(jī)構(gòu)圖48 縫紉機(jī)挑線機(jī)構(gòu)圖44 自動(dòng)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)1—圓柱凸輪；2—挑線桿。2

凸輪機(jī)構(gòu)二、凸輪機(jī)構(gòu)分類（一）按凸輪的形狀分類盤形凸輪盤形凸輪與機(jī)架組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，它的外形是一個(gè)由轉(zhuǎn)動(dòng)中心到曲線輪廓距離有變化的盤形構(gòu)件，如單缸內(nèi)燃機(jī)氣閥凸輪機(jī)構(gòu)，造型機(jī)凸輪機(jī)構(gòu)，銑削加工靠模凸輪機(jī)構(gòu)，繞線凸輪機(jī)構(gòu)均為盤型凸輪。盤形轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪是凸輪的最基本形式，屬于平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)簡單，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)范圍（行程或擺角）不宜過大，應(yīng)用最為廣泛。移動(dòng)凸輪又稱板狀凸輪，相當(dāng)于回轉(zhuǎn)半徑趨于無窮大的盤型凸輪。移動(dòng)凸輪與機(jī)架組成移動(dòng)副，也是具有曲線輪廓的盤形構(gòu)件，屬于平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，常用于仿形機(jī)械中。2

凸輪機(jī)構(gòu)3.

圓柱凸輪圖9為圓柱凸輪，分為圓柱凸輪和端面凸輪兩種。圓柱凸輪的圓柱體外表面具有一定曲線輪廓凹槽，端面凸輪則是圓柱體的端面上有一定的曲線輪廓。圓柱凸輪與從動(dòng)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)，屬于空間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可用較小的徑向尺寸得到較大的行程。1—圓柱凸輪；2—從動(dòng)桿圖49 圓柱凸輪機(jī)構(gòu)（二）按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分類移動(dòng)從動(dòng)件從動(dòng)件與機(jī)架組成移動(dòng)副，做往復(fù)直線移動(dòng)，如圖（a）。從動(dòng)件移動(dòng)直線中心通過凸輪回轉(zhuǎn)中心時(shí)稱為對(duì)心從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，否則為偏置從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)。擺動(dòng)從動(dòng)件從動(dòng)件與機(jī)架組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，做往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，如圖（b）。2

凸輪機(jī)構(gòu)（a）移動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu) （b）擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)圖50 凸輪機(jī)構(gòu)的組成1—凸輪；2—從動(dòng)件；3—機(jī)架（三）按從動(dòng)件與凸輪接觸端部的結(jié)構(gòu)分類1.

尖頂從動(dòng)件從動(dòng)件的端部以尖頂與凸輪曲線輪廓接觸，如圖（a）所示。尖頂從動(dòng)件結(jié)構(gòu)簡單，尖頂能與任何復(fù)雜的凸輪輪廓接觸，可精確地