機械設計基礎 課件匯 胡孟謙 01機械設計概論 - 05機械常用機構介紹

《機械設計基礎》

課程內容第一章機械設計概論第二章平面機構運動簡圖第三章平面連桿機構第四章凸輪機構第五章其他常用機構第六章齒輪機構第七章蝸桿傳動第八章輪系第九章帶傳動與鏈傳動第十章聯(lián)接第十一章軸第十二章軸承第十三章聯(lián)軸器離合器制動器第十四章機械創(chuàng)新設計第一章機械設計概述【教學內容】1-1機械設計簡介

1-2機械設計課程簡介

1-3機械零件常用材料及選擇【學習目標】1.了解機械在生產(chǎn)和生活中的應用；2.重點了解機構、機器、機械和構件、零件、部件等概念；3.了解本課程的內容、性質及任務；4.了解設計機器的基本要求及程序?！局R點】1.機械設計的作用；2.機械、機器、機構、構件與零件的概念；機器的組成及其特征；3.機械設計的基本要求與一般程序4.本課程的研究對象內容、性質和任務一、機械設計的作用和意義機械廣泛應用于生產(chǎn)和生活，從最早的杠桿、斜面等最簡單的機械到起重機、汽車、飛機、各種機床設備、縫紉機、機器人、計算機、現(xiàn)代航天器等。1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇一、機械設計的作用和意義

人們在生產(chǎn)和生活中為了節(jié)省時間，提高效率，不斷改進所使用的工具，從而創(chuàng)造了機械并形成了相關技術和理論。純機械系統(tǒng)機電一體化的機械設備智能化的裝備1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇二、機械的基本概念1.機械在工程上，通常以“機械”一詞作為機器和機構的總稱。如：機床、變速器等。按功能分類：動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按產(chǎn)業(yè)分類：農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、紡織機械、包裝機械等；按工作原理分類：熱力機械、流體機械、仿生機械等。變速器機床1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇二、機械的基本概念本課程研究的對象是機械。機械是機器和機構的統(tǒng)稱。2.機器在生產(chǎn)實踐和日常生活中，廣泛地使用著各種機器，如自行車、拖拉機、汽車、起重機、機床等。機器的種類繁多，用途千差萬別，但都有著共同的特性。1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇二、機械的基本概念2.機器機器的作用是實現(xiàn)能量轉換或完成有用的機械功，用以減輕或代替人的勞動。常見的機器：自行車、內燃機、機床、汽車、火車、發(fā)電機、洗衣機等。氣缸體活塞2連桿5凸輪7頂桿8齒輪9排氣閥進氣閥1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇機器的組成機器由若干機構組成。最簡單的機器只包含一個機構，如電動機。如內燃機可視為下列三種機構的組合：①曲柄滑動機構，由活塞2、連桿3、曲柄4及機架組成，其作用是將活塞的往復運動轉化為曲柄的連續(xù)轉動；②齒輪機構，由齒輪5、6和機架構成其作用是改變轉速的大小和方向；③凸輪機構，由凸輪7、推桿8和機架組成作用是將凸輪的旋轉運動轉化為推桿的往復運動。1-缸筒2-活塞3-連桿4-曲柄5、6-齒輪7-凸輪8-推桿

圖1-1單缸內燃機1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇機器的特征機器可用來傳遞運動和變換運動形式，并具備以下三個特征：①人為的實物組合；②組成機器的各實物之間具有確定的相對運動；③能實現(xiàn)能量轉換或完成有用的機械功。3.機構機構是具有確定運動的構件組合。機構在機器中的作用是傳遞運動和力，實現(xiàn)運動形式和速度的變化。如單缸內燃機中的機構有：曲柄滑塊機構、凸輪機構、齒輪機構等。1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇氣缸體活塞2連桿5凸輪7頂桿8齒輪9排氣閥進氣閥例如單缸內燃機（動畫）1.曲柄滑塊機構（活塞、連桿、曲柄、氣缸）2.齒輪機構（齒輪、機架）3.凸輪機構（凸輪、推桿、氣缸組成）二、機械的基本概念1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇3.構件——組成機構的各個相對運動部分，是機構的基本運動單元。它可以是單一的零件，或者幾個零件聯(lián)接而成的運動單元。構件可以定義為由若干零件組成但無相對運動的剛性聯(lián)接。如圖1-1中的內燃機連桿、齒輪-凸輪軸。1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇4.零件零件是制造的基本單元。多個零件剛性組合：連桿單一零件：曲軸二、機械的基本概念1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇機械中常用機構和通用零件的工作原理、運動特性、結構特點、使用維護以及標準和規(guī)范。機械中經(jīng)常使用的機構稱為常用機構，如平面連桿機構、凸輪機構、齒輪機構和間歇運動機構等。

機械中普遍使用的零件稱為通用零件，如齒輪、軸、螺釘和彈簧等。只在某一類型機械中使用的零件稱為專用零件，如汽輪機的葉片、內燃機的活塞等。

通用零件專用零件二、機械的基本概念1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇通用零件可以按照零件的作用分成以下類型：傳動類零件

——例如齒輪、帶、鏈等；聯(lián)接類零件——例如螺釘、螺柱、螺栓、鍵、銷等；二、機械的基本概念1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇通用零件可以按照零件的作用分成以下類型：軸類零件

——主要包括軸、軸承以及軸上的聯(lián)軸器、離合器等；其它類零件

——例如彈簧等。二、機械的基本概念1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇三、機械設計的基本方法和基本程序（1）內插式設計。內插式設計是指在現(xiàn)有兩個不同設計參數(shù)的設計方案之間所做的設計。（2）外推式設計。外推式設計是指設計參數(shù)超出設計范圍時所做的設計。（3）開發(fā)性設計。開發(fā)性設計是指為了開發(fā)具有新功能的新機器，應用新原理、新技術所做的設計。1.機械設計的方法（1）明確設計任務。（2）方案設計。（3）技術設計。（4）試制評價，定型投產(chǎn)。2.機械設計的基本程序1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇四、機械設計的基本要求經(jīng)濟性要求功能要求社會性要求可靠性要求安全性要求標準化要求1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇一、課程的內容通用零部件掌握設計理論計算，像軸的強度核算；遵循國標選件，依規(guī)范確定標準件；考慮工況選合適零部件；掌握使用維護，如軸承安裝與潤滑要點。常用機構理解其工作原理，如凸輪機構運動轉換；把握運動特性，例如機構自由度分析；熟知結構特色，涵蓋構件與運動副類型。1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇二、課程的性質知識綜合：融合多學科知識，如高等數(shù)學等，用于機構與零部件設計。課程特性：具科學性，理論嚴謹；綜合性，跨多學科；實踐性，聯(lián)系實際應用。專業(yè)地位：在相關專業(yè)教學中極為重要，是培養(yǎng)機械類工程師的關鍵必修課程，為后續(xù)深入學習專業(yè)知識與從事機械設計、管理等工作筑牢根基。1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇三、課程的任務（1）掌握機構的結構、運動特性，初步具有分析和設計常用機構的能力。對機械動力學的某些基本知識有所了解。（2）掌握通用機械零、部件的工作原理、結構特點、設計計算和維護等基本知識，并初步具有設計機械傳動裝置的能力。（3）具有運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊等有關技術資料的能力。（4）獲得本學科實驗技能的初步訓練。1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇一、機械零件常用材料黑色金屬：碳鋼與合金鋼應用廣，依受力選碳素、優(yōu)質碳素或合金結構鋼并可熱處理；鑄鋼造重載復雜件，灰鑄鐵成本低造復雜件，球墨鑄鐵強度高用于沖擊件，可鍛鑄鐵適用于特殊尺寸形狀要求。有色金屬：銅合金耐蝕減摩，鋁合金密度小切削好，鈦合金性能優(yōu)應用廣。非金屬材料：橡膠彈性大絕緣好，塑料易成型，分熱固性與熱塑性。復合材料：多種材料組合，纖維復合材料用途廣。

1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇二、材料的選擇原則使用要求：依零件載荷、尺寸限制、重要程度選材料，強度受限選高強度材，接觸強度主導選表面強化材，依摩擦、高溫、腐蝕環(huán)境選對應材料。工藝要求：形狀復雜大尺寸件選鑄造或焊接，考慮焊接性、批量，鍛件依批量選模鍛或自由鍛，關注材料可加工性與熱處理性能。經(jīng)濟性要求：滿足使用下選價廉、利用率高、易維護、供應好的材料，特殊部位用貴材，其余部位選普通材以降成本。

1-1機設設計簡介1-2機械設計課程簡介1-3機械零件常用材料及選擇

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課程內容第一章機械設計概論第二章平面機構運動簡圖第三章平面連桿機構第四章凸輪機構第五章其他常用機構第六章齒輪機構第七章蝸桿傳動第八章輪系第九章帶傳動與鏈傳動第十章聯(lián)接第十一章軸第十二章軸承第十三章聯(lián)軸器離合器制動器第十四章機械創(chuàng)新設計第二章平面機構運動簡圖及自由度第一節(jié)運動副及其分類第二節(jié)平面機構的運動簡圖第三節(jié)平面機構自由度機構是具有確定運動的構件組合。機構的功用主要是轉換運動形式、改變運動速度。如將旋轉運動轉換為往復直線運動，將勻速旋轉運動轉換為有規(guī)律的變速旋轉運動等。

【學習目標】

掌握平面機構的分析方法；能夠繪制簡單機械的機構運動簡圖；對平面機構進行運動分析和自由度的計算，能夠判斷平面機構是否具有確定運動。

【知識點】

1.運動副及分類

2.平面機構的運動簡圖

3.約束與自由基度、平面機構自由度計算

4.平面機構具有確定運動的條件第一節(jié)運動副及其分類

機械一般由若干常用機構組成。構件之間是靠運動副進行聯(lián)接。平面機構是研究所有機構的基礎。

平面機構：組成機構的所有構件都在同一平面或相互平行的平面內運動的機構?？臻g機構：組成機構的某些構件的運動是非平行平面的空間運動。2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度一、運動副的概念

機構是若干個具有確定運動構件的組合，組成機構的構件都不是自由構件，而是以一定的方式與其他構件組成連接。如圖2-1所示。構件AB與構件BC既相互連接，又可以相對轉動。2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度

四桿機構運動副：使兩個構件之間直接接觸，并能產(chǎn)生一定相對運動的聯(lián)接。例如，自行車車輪與軸的連接，變速器中的齒輪嚙合等，都構成運動副。二、運動副分類

平面機構中構成運動副的各構件的運動均為平面運動。所以稱該運動副為平面運動副。兩構件組成運動副時，兩構件之間通過點、線、面實現(xiàn)接觸，按運動副的接觸特性平面運動副可分為低副和高副。2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度1.低副

兩構件通過面接觸組成的運動副稱為低副。

低副分為轉動副和移動副。

a）轉動副

b）轉動副

c）移動副

平面低副（1）轉動副轉動副（又稱回轉副），是兩構件只能作相對轉動的運動副。

轉動副常用符號（2）移動副

移動副是兩構件只能沿某一軸線相對移動的運動副

移動副常用符號2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度2.高副

兩構件之間通過點或線接觸組成的運動副稱為高副。車輪與鋼軌、凸輪與從動件、輪齒嚙合等均分別組成了高副，如圖2-5所示的。常用兩構件直接接觸處的輪廓表示。a）滾動副b）凸輪副c）齒輪副平面高副

a）凸輪副b）齒輪副高副符號除上述運動副外，還有螺旋副、球面副等，均為空間運動副。2-3平面機構自由度2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖a）螺旋副b）球面副空間運動副第二節(jié)

平面機構的運動簡圖一、機構的運動簡圖的概念機構運動簡圖：用規(guī)定的線條和符號表示構件和運動副，并按一定的比例確定運動副的相對位置及與運動有關的尺寸，表達各構件間相對運動關系的簡單圖形。機構示意圖：只定性地表示機構的組成及運動原理而不嚴格按比例繪制的機構運動簡圖。2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度二、機構的運動簡圖的繪制1.構件的分類構件分為三類：機架、原動件和從動件。機架（或稱固定件）：機構中支承活動構件的構件。原動件（或稱主定件）：機構中作用有驅動力或已知運動規(guī)律的構件。從動件：機構中除原動件以外的所有活動構件。

2.構件的簡化畫法運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度2-1運動副及其分類a）b）c）d）

e）f）g）h）3.機構運動簡圖的一般繪制步驟（1）機構的構造與運動分析①首先分析該機構的實際構造和運動情況，②找機構中的主動件（輸入構件）及從動件；③然后從主動件（輸入構件）開始，順著運動傳遞路線，仔細分析各構件之間的相對運動情況；④確定組成該機構的構件數(shù)、運動副數(shù)及性質。⑤按一定的比例及特定的構件和運動副符號，正確繪制出機構運動簡圖。注意：繪制時應撇開與運動無關的構件的復雜外形和運動副的具體構造。同時應注意，選擇恰當?shù)脑瓌蛹恢眠M行繪制，避免構件相互重疊或交叉。2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度（2）繪制機構運動簡圖的步驟1）分析機構組成，觀察相對運動，確定機構的機架、原動件和從動件；2）確定所有的構件（數(shù)目與形狀），運動副（數(shù)目和類型）；3）選擇合理的視圖平面和原動件位置，以便充分反映機構的運動關系；4）確定比例尺，；5）按各運動副間的位置與距離，用規(guī)定的符號和線條繪制成簡圖。（從原動件開始畫）2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度表2-1構件和運動副的簡圖符號（摘自GB/T4460—2013）2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度例2-1繪內燃機活塞連桿機構（壓縮行程）的運動簡圖2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度解：1）分析機構組成?；钊B桿機構由氣缸（機架）1、活塞2、連桿3和曲軸4組成2）確定所有的構件和運動副。氣缸（機架）、活塞、連桿和曲軸共四個構件組成。運動副共4個3）選擇合理的視圖平面和原動件位置。選擇機構的運動平面作為運動簡圖的視圖平面4）根據(jù)機構實際尺寸及圖樣大小確定比例尺。5）確定位置與距離，繪制簡圖。第三節(jié)平面機構自由度2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度一、平面機構的自由度計算

構件的自由度是構件獨立運動的數(shù)目。任何一個做平面運動的構件有三個獨立的運動。如圖構件M可沿x軸或y軸方向移動，以及繞任一垂直于xOy平面的軸線A的轉動。圖2-10自由構件的自由度2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度

兩構件組成運動副后，就限制了兩構件間的相對運動，這種對于相對運動的限制稱為約束。兩構件組成運動副時構件上參與接觸的點、線、面稱為運動副元素(1)當兩構件組成平面轉動副時，兩構件間只有一個獨立的相對轉動；(2)當兩構件組成平面移動副時，兩構件間只有一個獨立的相對移動。注意：平面機構中的低副引入兩個約束，僅保留一個自由度。

如圖所示，高副中兩構件沿公法線n-n方向的移動受到約束，而兩構件沿接觸點的切線t-t方向進行移動和繞接觸點進行轉動。

注意：平面機構中的高副引入一個約束，保留了兩個自由度。2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度

機構的自由度是指機構中各構件相對于機架所具有的獨立運動的數(shù)目。平面機構自由度與組成機構的構件數(shù)目、運動副的數(shù)目及運動副的性質有關。構件的自由度總數(shù)：3n（平面機構中包含有n個可動構件,機架為參考坐標系，相對固定而不計）若機構中有PL個低副和PH個高副。則所有運動副引入的約束數(shù)為2PL+PH。機構的自由度的計算公式為F＝3n-2PL-PH【中國學者創(chuàng)建統(tǒng)一的機構自由度分析原理】燕山大學黃真教授功創(chuàng)建的統(tǒng)一的機構自由度分析原理解決了困擾世界150年的難題，首創(chuàng)基于環(huán)路數(shù)學的拓撲理論和機構數(shù)學化圖庫等成果突破了當今機構學上的許多世界瓶頸問題。2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度

例1-1試計算內燃機活塞連桿機構的自由度。圖2-11內燃機主體機構解：機構有3個可動構件，即n=3；有4個低副，PL=4，（1個移動副、3個轉動副），沒有高副，PH=0。機構的自由度為：F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=12-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度二、平面機構自由度計算的注意事項

1.復合鉸鏈：由兩個以上構件組成兩個及以上共軸線的轉動副

構件在A處構成的復合鉸鏈。圖2-12復合鉸鏈三構件共組成兩個共軸線轉動副。當有k個構件在同一處構成復合鉸鏈時，就構成k-1個共線轉動副。例2-3計算圖2-13所示搖篩機構的自由度。2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度圖2-13搖篩機構解：機構在A、B、D、E、F處各有一個轉動副。C處為復合鉸鏈，故n=5，PL=7，PH=0。機構的自由度為F=3n-2PL-PH=3×5-2×7-0=12.局部自由度：與機構運動無關的自由度在計算機構自由度時，局部自由度應略去不計（將滾子3與從動件2看作一個構件）。

該機構中n=2，PL=2，PH=l機構自由度為：F=3n-2PL-PH=3×2-2×2-1=1

局部自由度雖然不影響機構的運動關系，但可以減少高副在接觸處的摩擦和磨損。因此，在機構中常用到具有局部自由度的結構。如滾動軸承、滾輪等。2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度3.虛約束：在一些特殊情況下，有些約束所起的限制作用是重復的，這種不起獨立限制作用的約束平面機構的虛約束常出現(xiàn)在下列情況：

1.兩構件間有多個具有相同作用的運動副：(1）兩構件間有多個在同一軸線上的轉動副。(2）兩構件構成多個導路互相平行或重合的移動副。(3）兩構件組成多處接觸點公法線重合的高副2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度2.兩構件上連接點的運動軌跡互相重合。3.機構中具有對運動不起限制作用的對稱部分。2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度機構的自由度必須大于零，才能保證除機架之外的其它構件能夠運動。(1)如果機構的自由度等于零，所有構件均不能運動，因此也就不能構成機構2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度三、機構具有確定運動的條件(3)如果原動件數(shù)大于自由度數(shù)，則機構中最薄弱的構建或運動服可能被破壞。(2)如果原動件數(shù)小于自由度數(shù)，則機構就會出現(xiàn)運動不確定的現(xiàn)象。2-1運動副及其分類2-2平面機構的運動簡圖2-3平面機構自由度作業(yè)：計算圖2-25所示各機構的自由由度，并說明哪處是復合鉸鏈、哪處是局部自由度、哪處是虛約束。a）推土機的推土結構b）沖壓機構c）鋸木機構d）縫紉機的送布機構e）壓力機工作機構f）行星齒輪機構圖2-25各機構自由度計算

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課程內容第一章機械設計概論第二章平面機構運動簡圖第三章平面連桿機構第四章凸輪機構第五章其他常用機構第六章齒輪機構第七章蝸桿傳動第八章輪系第九章帶傳動與鏈傳動第十章聯(lián)接第十一章軸第十二章軸承第十三章聯(lián)軸器離合器制動器第十四章機械創(chuàng)新設計第三章平面連桿機構第一節(jié)平面連桿機構概述第二節(jié)平面四面機構的基本形式及其演化第三節(jié)平面四桿機構存在曲柄的條件和基本特征【學習目標】通過本章的學習，掌握平面機構的基本類型；特性及其工作原理，掌握用作圖法設計平面四桿機構的原理及方法?！局R點】1.平面四桿機構基本形式2.平面機構的演化形式3.鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件4.平面四桿機構的運動特性與傳力特性3-1平面連桿機構概述3-2四面機構的基本形式及其演化3-3平面四桿機構存在曲柄的條件和基本特征一、平面連桿機構定義平面連桿機構是由若干構件通過低副聯(lián)接，且所有構件在相互平行平面內運動的機構。平面連桿機構常以其所含的構件（桿）數(shù)來命名。如：由四個構件通過低副連接而成的平面連桿機構，則稱為平面四桿機構。3-1平面連桿機構概述二、平面連桿機構的特點1.運動副為移動副或轉動副，承載能力較大，便于潤滑，耐磨損。2.結構較簡單，工作可靠，制造成本低。3.可通過改變桿件的長度改變從動件的運動規(guī)律，實現(xiàn)多種運動形式的改變。4.機構的運動副較多，低副的間隙無法消除，并形成運動誤差積累，影響運動精度。5.因機構運動時產(chǎn)生的動不平衡難以避免，不適于高速運動場合。3-1平面連桿機構概述三、平面連桿機構的應用平面連桿機構常應用于機床、動力機械、工程機械、包裝機械、印刷機械和紡織機械中。如：牛頭刨床中的導桿機構，活塞式發(fā)動機和空氣壓縮機中的曲柄滑塊機構，包裝機中的執(zhí)行機構等。3-1平面連桿機構概述【中國空間站機械臂】——由中國航天科技集團公司第五研究院（簡稱航天科技集團五院）研制，是我國目前智能程度最高、規(guī)模與技術難度最大、系統(tǒng)最復雜的空間智能制造系統(tǒng)，空間站機械臂由核心艙機械臂（大臂）和“問天”實驗艙機械臂（小臂）組成。3-1平面連桿機構概述平面四桿機構可分為鉸鏈四桿機構和滑塊四桿機構。

鉸鏈四桿機構是平面四桿機構的基本形式，滑塊四桿機構是平面四桿機構的演化形式。第二節(jié)

平面四桿機構的基本形式及其演化3-2平面四面機構的基本形式及其演化一、平面四桿機構的基本形式鉸鏈四桿機構：構件間連接都是轉動副的平面四桿機構。4-機架，1、3-連架桿，曲柄-2根據(jù)梁連架桿運動形式的不同，鉸鏈四桿機構共有三種基本型式：曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構。1234ABCD圖3-1鉸鏈四桿機構3-2平面四面機構的基本形式及其演化1.曲柄搖桿機構若鉸鏈四桿機構的兩個連架桿中一桿為曲柄另一個為搖桿，則稱之為曲柄搖桿機構。雷達天線俯仰角的調整機構。也可利用連桿的復雜運動實現(xiàn)所需的運動軌跡。攪拌器機構縫紉機踏板機構3-2平面四面機構的基本形式及其演化砂輪機構曲柄搖桿機構的應用2.雙曲柄機構兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構稱為雙曲柄機構。慣性篩機構

(a)慣性篩機構平行雙曲柄機構（或平行四邊形機構）：雙曲柄機構中相對的兩構件長度分別相等。

(b）雙曲柄機構3-2平面四面機構的基本形式及其演化機構的運動特點：兩曲柄的轉動方向相同且角速度相等，而連桿做平動。

(b）機車驅動輪聯(lián)動機構反平行雙曲柄機構或反平行四邊形機構：兩曲柄的轉向相反且角速度不等。(c）攝影車座斗機構3-2平面四面機構的基本形式及其演化運動不確定：在正平行雙曲柄機構中，當各構件共線時，可能出現(xiàn)從動曲柄與主動曲柄轉向相反的現(xiàn)象，而成為反平行雙曲柄機構。解決措施：可采用輔助曲柄或錯列機構等措施解決，如：機車聯(lián)動機構中采用三個區(qū)柄的目的就是為了防止其反轉。應用：在平行雙曲柄機構中，無論以哪個構件為機架都是雙曲柄機構。但如果選取較短構件為機架，則兩曲柄的轉動方向始終相同。反平行雙曲柄機構3-2平面四面機構的基本形式及其演化a）反平行雙曲柄機構

b）車門啟閉機構3.雙搖桿機構兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構稱為雙搖桿機構。通常情況下，兩搖桿的擺角不等，常用于操縱機構、儀表機構等。具體應用1：輪式車輛的前輪轉向機構，該機構兩搖AB、CD桿長度相等，又稱為等腰梯形機構。3-2平面四面機構的基本形式及其演化具體應用2：鶴式起重機，其變幅機構ABCD采用雙搖桿機構。3-2平面四面機構的基本形式及其演化二、四桿機構的演化形式鉸鏈四桿機構在實際的工程應用中，常演化為其他型式的四桿機構：曲柄滑塊機構、導桿機構、搖塊機構和定塊機構等。1.曲柄滑塊機構（1）鉸鏈四桿機構中一個轉動副轉化為移動副曲柄搖桿機構中的轉動副演化為移動副。圖3-6曲柄滑塊機構的演變3-2平面四面機構的基本形式及其演化具體應用：曲柄滑塊機構廣泛應用于活塞式內燃機、自動送料裝置、沖床等機械。圖3-7曲柄滑塊機構的應用3-2平面四面機構的基本形式及其演化（2）鉸鏈四桿機構中二個轉動副轉化為移動副

對心曲柄滑塊機構→雙滑道機構→正弦機構（直線滑道機構）（a）對心曲柄滑塊機構（b）雙滑塊機構（c）正弦機構圖3-8曲柄滑塊機構演化為正弦機構3-2平面四面機構的基本形式及其演化

將圖3-9a曲柄滑2.導桿機構塊機構中的機架AC變更為AB，則該機構演化為導桿機構。（b）導桿機構導桿機構包括轉動導桿機構和擺動導桿機構兩種形式。導桿：對滑塊起導向作用圖3-9曲柄滑塊機構演化為導桿機構（a）曲柄滑塊機構3-2平面四面機構的基本形式及其演化2.導桿機構圖3-11導桿機構的應用3-2平面四面機構的基本形式及其演化具體應用：導桿機構的傳力性能較好，常用于插床、牛頭刨床和送料裝置等。3-2平面四面機構的基本形式及其演化3.搖塊機構具體應用：該機構常用于搖擺式氣、液壓驅動裝置，如：自動貨車翻斗機構。

曲柄滑塊機構

搖塊機構

（b）自卸貨車翻斗機構3-2平面四面機構的基本形式及其演化4.定塊機構

曲柄滑塊機構

定塊機構具體應用：該機構常用于手動抽油機和手搖抽水泵。（b）手搖式抽水泵運動簡圖

（c）手搖式抽水泵3-2平面四面機構的基本形式及其演化第三節(jié)平面四桿機構存在曲柄的條件和基本特性3-3平面四桿機構存在曲柄的條件和基本特征整轉副：機構中能使被連接的兩個構件相對轉動360°的轉動副稱為整轉副。整轉副的存在是曲柄存在的必要條件。鉸鏈四桿機構的三種基本形式的區(qū)別：在于機構中有無曲柄和有幾個曲柄。一、鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件1.整轉副存在的條件——長度條件最長桿長度：L_max，最短桿長度：L_min，其余兩桿的長度：L^'〖L〗^″構件能做整轉副的條件為：L_max+L_min≤L^'+L^″。如果L_max+L_min＞L^'+L^″，則機構不存在整轉副。3-3平面四桿機構存在曲柄的條件和基本特征2.曲柄存在的條件（1）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和L_max+L_min≤L^'+L^″（2）連架桿好機架中必有一桿為最短桿。在鉸鏈四桿機構中，由以上推理可知：AB為曲柄、BC為連桿、CD為搖桿、AD為機架。圖3-153-3平面四桿機構存在曲柄的條件和基本特征3.鉸鏈四桿機構基本類型的判別方法（1）當最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和（L_max+L_min≤L^'+L^″）時：①若最短桿的相鄰桿為機架，則機構為曲柄搖桿機構；②若最短桿為機架，則機構為雙曲柄機構；③若最短桿的對邊桿為機架，則機構為雙搖桿機構。（2）當最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和（L_max+L_min>L^'+L^″）時，則無論取何桿為機架，機構均為雙搖桿機構。3-3平面四桿機構存在曲柄的條件和基本特征3.鉸鏈四桿機構基本類型的判別方法解：（1）由于L_max+L_min=50+20<L^'+L^″=30+45，所以最短桿兩端的兩個轉動副A、D能整轉，而B、C則不能整轉。（2）以AB桿或CD桿（最短桿AD的鄰桿）為機架，機構為曲柄搖桿機構；以BC桿（最短桿AD的對邊桿）為機架，機構為雙搖桿機構；以CD桿桿最短桿為機架，機構為雙曲柄機構。例3-1圖例3-1鉸鏈四桿機構ABCD的各桿長度如圖3-15所示（設長度單位為mm）（1）試判斷四個轉動副中，哪些能整轉？哪些不能整轉？（2）說明機構分別以AB、BC、CD、和AD各桿為機架時，屬于哪種機構？3-3平面四桿機構存在曲柄的條件和基本特征

二、平面四桿機構的運動特性1.極位、極位夾角、擺角極位：當曲柄為主動件時，從動件在做往復擺動或往復移動時的兩個極限位置。極位夾角：搖桿存在兩個極限位置時，此兩處曲柄之間所夾的銳角θ最大擺角：導桿對應兩個極位間的夾角

圖3-16曲柄搖桿機構的極位3-3平面四桿機構存在曲柄的條件和基本特征

急回特性：從動件空回行程速度比工作行程速度快。行程速比系數(shù)K：回程平均速度與進程平均速度之比

極位夾角θ的計算公式為

極位夾角θ表示了急回程度的大小，θ越大，K值越大，機構的急回程度越強，極位夾角θ一般取k=1.1~1.3；對于對心曲柄滑塊機構，因θ=0，所以機構無急回特性。3-3平面四桿機構存在曲柄的條件和基本特征2.急回特性1.壓力角和傳動角壓力角α：機構從動件上受力點的速度方向與該作用力方向之間所夾的銳角。作用：判斷機構傳動性能的優(yōu)劣。傳動角γ：壓力角α的余角作用：判斷機構傳力性能的優(yōu)劣3-3平面四桿機構存在曲柄的條件和基本特征三、平面四桿機構的傳力特性在機構運轉時，壓力角和傳動角是隨機構的位置而變化的。最小傳動角γmin的選擇：對于一般工作機構，通常取γmin≥40°；對于顎式破碎機、沖床等大功率機械，最小傳動角應當取大一些，可取γmin≥50°；對于小功率的控制機構和儀表，γmin可略小于40°。曲柄搖桿機構的壓力角與傳動角

止點位置（或稱死點位置）：平面連桿機構在壓力角α=90°、傳動角γ＝0°的位置。當機構處于止點位置時，會出現(xiàn)“卡死”或運動不確定（即工作件在該位置可能向反方向轉動）的情況。對于具有極位的四桿機構，當主動件做往復運動時，機構具有兩個止點位置。

對于傳動機構而言，存在止點位置是不利的。圖3-18機構止點位置3-3平面四桿機構存在曲柄的條件和基本特征2.止點位置

采取措施：一、利用從動件的慣性順利地通過死點位置，如縫紉機踏板機構中的大帶輪就相當于飛輪，利用慣性通過止點?？p紉機踏板機構3-3平面四桿機構存在曲柄的條件和基本特征

二、采用錯位排列地方式順利地通過止點位置

V型發(fā)動機多個活塞連桿機構止點位置相互錯開，可使曲軸順利通過止點位置，保證了發(fā)動機的平穩(wěn)運轉。

圖3-20錯位排列的多缸發(fā)動機3-3平面四桿機構存在曲柄的條件和基本特征

在摩擦的作用下，無論驅動力（或驅動力矩）多大都不能使原來不動的機構產(chǎn)生運動的現(xiàn)象稱為自鎖。具體應用：鉆床夾具夾緊工件時處于死點位置，工件的反作用力再大也不能使夾具松開，若要松開夾具就在手柄上施加壓力P。飛機起落架機構，在機輪放下時處于止點位置，以便承受著陸時的巨大沖擊。3-3平面四桿機構存在曲柄的條件和基本特征3.自鎖現(xiàn)象

《機械設計基礎》謝謝！下次課再見！《機械設計基礎》

課程內容第一章機械設計概論第二章平面機構運動簡圖第三章平面連桿機構第四章凸輪機構第五章其他常用機構第六章齒輪機構第七章蝸桿傳動第八章輪系第九章帶傳動與鏈傳動第十章聯(lián)接第十一章軸第十二章軸承第十三章聯(lián)軸器離合器制動器第十四章機械創(chuàng)新設計

第四章凸輪機構【學習目標】

掌握凸輪、棘輪和槽輪的類型、結構；能夠根據(jù)輪廓曲線按照從動件的運規(guī)律設計出來；著重研究盤狀凸輪輪廓曲線繪制的基本方法和凸輪設計中的相關問題?！局R點】

1.凸輪機構的組成、分類及特點。2.從動件常用的運動規(guī)律。3.圖解法繪制凸輪輪廓的基本方法。4.設計凸輪機構應注意的問題。一、凸輪機構的應用

凸輪機構由凸輪、從動件和機架三個基本構件組成。4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構具體應用1.內燃機的配氣機構：凸輪機構控制進（排）氣門的打開和關閉

內燃機配氣凸輪機構1-3凸輪結構的分類4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構

2.自動機床：凸輪機構控制刀架運動的。凸輪機構廣泛用于自動化和半自動化機械中

自動機床上控制刀架運動的凸輪機構1-1凸輪結構的應用1-2凸輪結構的特點1-3凸輪結構的分類4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構3、應用小結：

1.凸輪一般作連續(xù)等速轉動，從動件可作連續(xù)或間歇的往復運動或擺動。2.凸輪機構廣泛用于自動化和半自動化機械中。3.凸輪輪廓與從動件間為點、線接觸而易磨損，所以不宜承受重載或沖擊載荷。1-1凸輪結構的應用1-2凸輪結構的特點1-3凸輪結構的分類4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構【古代秦弩凸顯中華智慧】——弩源于弓，威力又遠遠大于弓。弩機機身內的零件：望山（瞄準器）、懸刀（扳機）、鉤心和鍵（銷軸）。

秦弩待機狀態(tài)擊發(fā)狀態(tài)弩機1-1凸輪結構的應用1-2凸輪結構的特點1-3凸輪結構的分類4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構二、凸輪機構的特點

優(yōu)點：凸輪輪廓曲線使從動件實現(xiàn)各種預期的運動規(guī)律。其結構簡單、緊湊，工作可靠，應用廣泛。缺點：凸輪與從動件間為高副接觸，易磨損，多用于傳遞動力不大的自動機械、儀表、控制機構及調節(jié)機構中。1-2凸輪結構的特點1-3凸輪結構的分類1-1凸輪結構的概述4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構三、凸輪機構的分類

⒈按凸輪的形狀分類

1.盤形凸輪——基本型式特點：盤形凸輪構件的結構簡單，應用也較廣泛，但推桿的行程不能太大。1-2凸輪結構的特點1-3凸輪結構的分類4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構特點：移動凸輪可視為轉軸在無窮遠處的盤形凸輪。凸輪結構的特點1-2凸輪結構的特點1-3凸輪結構的分類2.移動凸輪3.圓柱凸輪特點：利用圓柱凸輪可使推桿得到較大的行程。4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構

第二節(jié)

凸輪機構從動件常用運動規(guī)律一、凸輪機構的工作過程二、從動件的運動規(guī)律

2-2從動件的運動規(guī)律對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構，角速度ω凸輪的基圓與基圓半徑rb行程h：從動件在最低位置和最高位置之間的位移一、凸輪機構的工作過程4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構

2-2從動件的運動規(guī)律（1）推程——推桿由最低位置被推到最高位置的過程

推程運動角——凸輪相應的轉角δ0（2）遠停程——推桿將處于最高位置而靜止不動

遠停程角：凸輪相應的轉角δS4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構二、從動件的運動規(guī)律

1.等速運動規(guī)律2.等加速等減速運動規(guī)律3.簡諧運動規(guī)律4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構

1.等速運動規(guī)律——從動件的運動速度為定值。從動件的運動方程為：等速運動規(guī)律的位移、速度和加速度的運動線圖。4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構

2.等加速等減速運動規(guī)律——前半程為等加速運動，后半程為等減速運動運動特點：運動起點、中點和終點的加速度存在突變，產(chǎn)生有限的柔性沖擊，適于中速、中載。

4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構

前半程（0≤δ≤δ0/2）等加速運動方程為：后半程（δ0/2≤δ≤δ0）等減速運動方程為：4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構

3.簡諧運動規(guī)律——質點做勻速圓周運動時，它在該圓直徑上投影所形成的運動。從動件的加速度按余弦曲線變化，故又稱余弦加速度運動規(guī)律。運動方程為：從動件的加速度按余弦曲線變化，故又稱余弦加速度運動規(guī)律。4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構第四節(jié)

凸輪機構常用材料與結構一、凸輪機構常用材料及熱處理二、凸輪機構的結構三、凸輪工作圖

一、凸輪機構常用材料及熱處理凸輪機構屬于高副機構，凸輪與從動件接觸應力大，相對滑動時產(chǎn)生嚴重磨損；凸輪機構零件：表面硬度高，心部韌性好4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構二、凸輪機構的結構凸輪結構示意圖a）凸輪軸b）鍵連接c）圓錐銷聯(lián)接d）彈性開口錐套螺母聯(lián)接4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構凸輪基圓較小：凸輪軸（凸輪與軸為一個整體）

凸輪基圓較大：凸輪用套裝結構（凸輪開孔套在軸上）。

滾子從動件從動件的滾子：圓柱體（圖a、b）、滾動軸承（圖c）。連接方式：螺栓連接（圖a）、銷軸連接（圖、b、c）。4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構三、凸輪工作圖（1）標注凸輪的向徑值（2）凸輪的加工精度：凸輪工作輪廓的向徑公差、表面粗糙度和基準孔公差帶4-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構

（2）凸輪的加工精度：凸輪工作輪廓的向徑公差、表面粗糙度和基準孔公差帶凸輪的公差和表面粗糙度

凸輪精度公差等級或極限偏差/mm表面粗糙度Ra/μm向徑/mm基準孔凸輪槽寬凸輪工作廓面凸輪槽壁低±0.2~0.5H8，H9H8，H93.23.2一般±0.1~0.3H8，H7H81.6~3.21.6~3.2較高±0.05~0.1H7H8（H7）0.81.6高±0.01~0.05H7，H6H70.2~0.40.4~0.84-1凸輪機構概述4-2凸輪機構從動件常用運動規(guī)律4-3凸輪機構常用材料與結構《機械設計基礎》

謝謝！下次課再見！機械常用機構介紹

【學習目標】

掌握螺旋傳動、棘輪機構、槽輪和不完全齒輪棘輪、槽輪和不完全齒輪工作原理、類型和應用。【知識點】1.螺旋機構、棘輪和槽輪機構的組成、分類及特點。2.棘輪、槽輪和不完全齒輪工作原理和應用。第五章課程內容第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪機構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構第一節(jié)螺旋結構一、螺旋傳動的結構、類型與特點二、螺旋傳動機構的傳動效率和自鎖一、機構組成：螺桿、螺母和機架。主要功能：將旋轉運動變換為直線運動，并同時傳遞運動和動力螺旋機構分類：1.按用途和受力情況分類：傳遞運動、傳遞動力和用于調整機構；2.按摩擦性質分類：滑動螺旋機構、滾動螺旋機構和靜壓螺旋機構。

螺旋機構優(yōu)點：結構簡單、工作連續(xù)平穩(wěn)、傳動比大、承載能力強、傳遞運動準確、易實現(xiàn)自鎖等優(yōu)點，故應用廣泛螺旋機構缺點：摩擦損耗大、傳動效率低?！尽肮こ虣C械之王”——盾構機】——盾構機，即使用盾構法的全斷面隧道掘進機，是當前主流的隧道施工機械，多用于地鐵和高鐵建設，被譽為“工程機械化之王”。第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構二、螺旋傳動機構的傳動效率和自鎖

在一定工作范圍內，螺紋升角?越大，傳動效率η越高；摩擦角ρ_v越大（即當量摩擦系數(shù)f_v大），傳動效率η越低。因此，對傳動用螺旋機構，螺紋牙形的選擇直接影響其傳動效率，一般常用矩形、梯形螺紋。螺旋機構的傳動效率η為螺母轉動一周的有效功與輸入功之比。

5-1螺旋機構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構第二節(jié)棘輪機構一，棘輪機構的工作原理棘輪機構由棘輪、棘爪、搖桿和機架組成。在搖桿做往復擺動，棘輪做單向的間歇轉動。。備注：通常鋸齒形齒的棘輪用于單向轉動的棘輪機構，棘爪隨搖桿連續(xù)地往復擺動時，棘輪只作單向的間歇運動。如圖5-7自行車飛輪即為單動式棘輪機構。外嚙合式棘輪機構5-2棘輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構二、棘輪機構的類型及應用棘輪機構分類：齒式棘輪機構摩擦式棘輪機構。外嚙合式棘輪機構內嚙合式棘輪機構雙動棘爪棘輪機構矩形齒棘輪機構5-2棘輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構

外摩擦式棘輪機構滾子式內摩擦棘輪機構調節(jié)曲柄長度改變棘輪轉角調節(jié)覆蓋罩角度改變棘輪轉角雙動棘爪調節(jié)棘輪轉角5-2棘輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構第三節(jié)槽輪機構一、槽輪機構組成與分類槽輪機構也屬于間歇運動機構，由槽輪、撥盤和機架組成。槽輪機構雙圓柱銷外槽輪機構5-3槽輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構二、槽輪機構的特點及應用1.特點：結構簡單，工作可靠，轉動的角度準確可控。2.應用：電影放映機卷片機構電影放映機卷片機構自動傳送鏈裝置5-3槽輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構一、不完全齒輪機構工作原理

不完全齒輪機構：主動輪齒數(shù)較少，從動齒輪是完整齒輪或齒條，或為不完全齒輪。運動：主動輪連續(xù)轉動，從動輪間歇轉動。不完全齒輪機構5-4不完全齒輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪機構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構二、不完全齒輪機構特點及應用1.特點：結構簡單，制造方便，從動輪的運動時間和靜止時間的比例可不受機構結構的限制。2.分類：外嚙合式、內嚙合式和齒輪齒條式等3.應用：低速或輕載場合，如多工位間歇轉位機構、間歇進給機構和計數(shù)機構等外嚙合式內嚙合式齒輪齒條式5-4不完全齒輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪機構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構《機械設計基礎》謝謝！下次課再見！《機械設計基礎》主編：胡孟謙張曉娜

機械工業(yè)出版社2024年11月

課程內容第一章機械設計概論第二章平面機構運動簡圖第三章平面連桿機構第四章凸輪機構第五章其他常用機構第六章齒輪機構第七章蝸桿傳動第八章輪系第九章帶傳動與鏈傳動第十章聯(lián)接第十一章軸第十二章軸承第十三章聯(lián)軸器離合器制動器第十四章機械創(chuàng)新設計【學習目標】掌握螺旋傳動、棘輪機構、槽輪和不完全齒輪棘輪、槽輪和不完全齒輪工作原理、類型和應用。【知識點】1.螺旋機構、棘輪和槽輪機構的組成、分類及特點。2.棘輪、槽輪和不完全齒輪工作原理和應用。

第五章第五章其他常用機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構一、螺旋傳動的結構、類型與特點機構組成：螺桿、螺母和機架主要功能：將旋轉運動變換為直線運動，并同時傳遞運動和動力。螺旋機構分類：1.按用途和受力情況分類：傳遞運動、傳遞動力和用于調整機構；2.按摩擦性質分類：滑動螺旋機構、滾動螺旋機構和靜壓螺旋機構。螺旋機構優(yōu)點：結構簡單、工作連續(xù)平穩(wěn)、傳動比大、承載能力強、傳遞運動準確、易實現(xiàn)自鎖等優(yōu)點，故應用廣泛螺旋機構缺點：摩擦損耗大、傳動效率低?！尽肮こ虣C械之王”——盾構機】——盾構機，即使用盾構法的全斷面隧道掘進機，是當前主流的隧道施工機械，多用于地鐵和高鐵建設，被譽為“工程機械化之王”。

第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構圖5-1硬巖掘進機“中鐵859號”第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪機構第三節(jié)槽輪機構基本傳動形式傳動示意圖應用特點螺母固定、螺桿轉動并軸向移動

可獲得較高的傳動檔度，適合干行程較小的場合，如千斤頂、壓力機、臺虎鉗螺桿固定、螺母轉動并軸向移動

結構簡單、緊湊，但精度較差，使用不便，應用較少螺母轉動、螺桿軸間移動

結構較復雜，用于僅器調節(jié)機構，如螺旋千分尺的微調機構螺桿轉動，螺母軸向移動

結構緊湊、剛性好，適用于行程較大的場合，如車床的絲杠進給機構說明：1.φ為螺桿或螺母轉角；2.用左（右）手定則判別移動方向：四指握向代表轉動方向，拇指指向代表移動方向。右旋螺紋用右手定則，左旋螺紋用左手定則1.滑動螺旋機構按螺桿上螺旋副的數(shù)目分為：單螺旋機構和雙螺旋機構兩種。單螺旋機構組成：1個螺桿、1個螺母

移動速度（mm/s）：

n：主動件轉速（r/min）；：導程（mm）。n：主動件轉速（r/min）；：導程（mm）。第四節(jié)不完全齒輪機構（2）雙螺旋機構：兩個螺母、螺桿有兩段不同螺紋分類：差動螺旋機構、復式螺旋機構備注：在雙螺旋機構中，螺桿具有的兩段不同螺紋分別與兩個螺母組成兩個螺旋副。如圖5-2所示，根據(jù)兩螺旋副的旋向組合，雙螺旋機構可分為差動螺旋機構和復式螺旋機構兩種傳動形式。1）差動螺旋機構差動螺旋機構中兩螺旋副的螺紋旋向相同，螺桿為主動件轉動，螺母1固定，螺母2只能移動不能轉動。當螺桿轉過φ角時，移動螺母相對機架的位移為s當兩處螺紋的導程Ph1和Ph2相差很小時，位移s可以很小。差動螺旋機構應用于各種微動裝置中，如測微器、分度機構、精密機械進給機構及精密加工力具等。2）復式螺旋機構復式螺旋機構的兩螺旋副中的螺紋旋向相反。螺母2為左旋螺紋，螺母2'為右旋螺紋移動螺母相對機架3的位移s為復式螺旋機構中的螺母能產(chǎn)生很大的位移，可應用于需快速移動或調整的裝置中，故也稱為倍速機構或增速機構。實際應用中，如要求兩構件同步移動，只需使Ph1=Ph2即可。臺鉗定心夾緊機構（倍速機構，螺母A和螺母B的旋向相反）第三節(jié)槽輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構1-螺桿2、2'-螺母3-機架1-機架2-移動螺桿3-螺桿4-手輪圖5-3差動螺旋微調機構雙螺旋機構傳動示意圖工作過程：當轉動螺桿，臺鉗的左右兩個鉗口同時向中間移動，夾緊工件；當反向旋轉螺桿時，兩個鉗口同時向中間外移動，工件取下。2.滾動螺旋機構在螺桿和螺母的螺旋面上制出弧形螺旋槽，在螺旋副間形成滾道，并放人鋼球，成為滾動摩擦式的螺旋機構，稱為滾動螺旋機構。第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪機構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構滾動螺旋機構復式螺旋機構二、螺旋傳動機構的傳動效率和自鎖1.傳動效率螺旋機構的傳動效率η為螺母轉動一周的有效功與輸入功之比。

第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪機構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構第三節(jié)槽輪機構第二節(jié)

棘輪機構一、棘輪機構的工作原理棘輪機構由棘輪、棘爪、搖桿和機架組成。在搖桿做往復擺動，棘輪做單向的間歇轉動。二、棘輪機構的類型及應用棘輪機構分類：齒式棘輪機構

摩擦式棘輪機構。1.齒式棘輪機構齒式棘輪機構有外嚙合式（圖5-6）和內嚙合式（圖5-7）兩種類型。外嚙合棘輪機構的棘齒在棘輪的外緣，內嚙合棘輪機構的棘齒在棘輪的內緣。棘輪一般分為鋸齒形和矩形兩種齒形。齒式棘輪機構根據(jù)運動方式還可分為單動式、雙動式和可變向式三種棘輪機構。單動式棘輪機構中的棘輪只作單向的間歇運動；雙動式棘輪機構的棘爪往復擺動一次，棘輪沿同一方向間歇轉動兩次。第四節(jié)不完全齒輪機構圖5-8雙動棘爪棘輪機構圖5-7內嚙合式棘輪機構圖5-6外嚙合式棘輪機構1.矩形齒的棘輪，如：牛頭刨床中工作臺橫向進給機構

轉動棘爪2.摩擦式棘輪機構——通過棘爪與棘輪之間的摩擦力來實現(xiàn)傳動。特點：工作時噪聲較少，接觸面間容易發(fā)生滑動。摩擦式棘輪機構分類：外摩擦式棘輪機構、滾子式內摩擦棘輪機構外摩擦式棘輪機構由棘爪1、棘輪2和止回棘爪3組成。滾子式內摩擦棘輪機構由外套1、星輪2和滾子3組成。第三節(jié)槽輪機構第二節(jié)棘輪結構第一節(jié)螺旋機構第四節(jié)不完全齒輪機構圖5-11外摩擦式棘輪機構

圖5-12滾子式內摩擦棘輪機構圖5-10轉動棘爪棘輪機構圖5-9矩形齒棘輪機構三、棘輪轉角的調整方法1.調節(jié)曲柄長度通過改變曲柄長度，可調節(jié)搖桿的最大擺角ψ的大小，從而改變棘輪轉角。2.調節(jié)覆蓋罩角度在搖桿擺角ψ不變的前提下，調節(jié)覆蓋罩的角度，改變棘輪上被遮擋的部分，使棘爪在每次擺動過程中撥動的棘齒齒數(shù)發(fā)生變化，因此棘輪轉角也隨之變化。

3.用雙動棘爪調節(jié)棘輪轉角雙動式棘輪機構的棘爪往復擺動一次，兩個棘爪交替推動棘輪沿同一方向間歇轉動兩次。如提起其中一個棘爪使其不工作，則棘輪隨棘爪的每次往復擺動只轉動一次。第三節(jié)槽輪機構第二節(jié)棘輪結構第一節(jié)螺旋機構第四節(jié)不完全齒輪機構圖5-14調節(jié)覆蓋罩角度改變棘輪轉角圖5-13調節(jié)曲柄長度改變棘輪轉角第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構第三節(jié)槽輪機構一、槽輪機構組成與分類槽輪機構也屬于間歇運動機構，由槽輪、撥盤和機架組成。平面槽輪機構有兩種型式：外槽輪機構（圖5-15a）和內槽輪機構（圖5-15b）。槽輪轉動的次數(shù)取決于主動銷數(shù)量k備注：槽輪每一次轉動所轉過的角度為=2π/z（z為槽數(shù)），而主動撥盤轉動一周，槽輪轉動的次數(shù)取決于主動銷數(shù)量k，如果k=2，即為雙圓柱銷外槽輪機構，撥盤轉動一周。槽輪將反向轉動兩次。二、槽輪機構的特點及應用1.特點：結構簡單，工作可靠，轉動的角度準確可控。2.應用：電影放映機卷片機構第四節(jié)不完全齒輪機構電影放映機卷片機構圖5-16雙圓柱銷外槽輪機構圖5-15槽輪機構3.自動傳送鏈裝置圖5-18自動傳送鏈裝置第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪機構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構一、不完全齒輪機構工作原理不完全齒輪機構：主動輪齒數(shù)較少，從動齒輪是完整齒輪或齒條，或為不完全齒輪。運動：主動輪連續(xù)轉動，從動輪間歇轉動。二、不完全齒輪機構特點及應用1.特點：結構簡單，制造方便，從動輪的運動時間和靜止時間的比例可不受機構結構的限制。2.分類：外嚙合式、內嚙合式和齒輪齒條式等3.應用：低速或輕載場合，如多工位間歇轉位機構、間歇進給機構和計數(shù)機構等a）外嚙合式

b）內嚙合式c）齒輪齒條式不完全齒輪機構

《機械設計基礎》謝謝！下次課再見！機械常用機構介紹

主編：胡孟謙張曉娜

機械工業(yè)出版社2024年12月

課程內容1.螺旋機構2.棘輪機構3.槽輪機構4.不完全齒輪機構一·螺旋機構一、螺旋傳動的結構、類型與特點機構組成：螺桿、螺母和機架主要功能：將旋轉運動變換為直線運動，并同時傳遞運動和動力。螺旋機構分類：1.按用途和受力情況分類：傳遞運動、傳遞動力和用于調整機構；2.按摩擦性質分類：滑動螺旋機構、滾動螺旋機構和靜壓螺旋機構。螺旋機構優(yōu)點：結構簡單、工作連續(xù)平穩(wěn)、傳動比大、承載能力強、傳遞運動準確、易實現(xiàn)自鎖等優(yōu)點，故應用廣泛螺旋機構缺點：摩擦損耗大、傳動效率低?！尽肮こ虣C械之王”——盾構機】——盾構機，即使用盾構法的全斷面隧道掘進機，是當前主流的隧道施工機械，多用于地鐵和高鐵建設，被譽為“工程機械化之王”。5-1螺旋機構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構5-1螺旋機構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構二、螺旋傳動機構的傳動效率和自鎖1.傳動效率螺旋機構的傳動效率η為螺母轉動一周的有效功與輸入功之比。η=tan?/tan(?+ρ_v)（5-2）式中，?是螺紋升角，ρ_v是摩擦角，ρ_v=arctanf_v，f_v=f/cosβ為當量摩擦系數(shù)，各種螺紋的f_v為矩形螺紋〖α=0°f〗_v=f鋸齒形螺紋〖α=33°f〗_v=1.001f梯形螺紋〖α=30°f〗_v=1.035f普通螺紋〖α=60°f〗_v=1.155ff為螺旋副材料的摩擦因數(shù)，如鋼對鋼f=0.11~0.17鋼對銅f=0.08-0.1鋼對鑄鐵f=0.12~0.15在一定工作范圍內，螺紋升角?越大，傳動效率η越高；摩擦角ρ_v越大（即當量摩擦系數(shù)f_v大），傳動效率η越低。5-1螺旋機構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構二·棘輪機構二、棘輪機構的類型及應用棘輪機構分類：齒式棘輪機構摩擦式棘輪機構。1.齒式棘輪機構齒式棘輪機構有外嚙合式（圖5-6）和內嚙合式（圖5-7）兩種類型。外嚙合棘輪機構的棘齒在棘輪的外緣，內嚙合棘輪機構的棘齒在棘輪的內緣。棘輪一般分為鋸齒形和矩形兩種齒形。5-2棘輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構5-2棘輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構摩擦式棘輪機構分類：外摩擦式棘輪機構、滾子式內摩擦棘輪機構外摩擦式棘輪機構由棘爪1、棘輪2和止回棘爪3組成。滾子式內摩擦棘輪機構由外套1、星輪2和滾子3組成。5-2棘輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構三·槽輪機構槽輪機構也屬于間歇運動機構，由槽輪、撥盤和機架組成。平面槽輪機構有兩種型式：外槽輪機構（圖5-15a）和內槽輪機構（圖5-15b）。槽輪轉動的次數(shù)取決于主動銷數(shù)量k5-3槽輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構第三節(jié)槽輪機構四·不完全齒輪機構一、不完全齒輪機構工作原理不完全齒輪機構：主動輪齒數(shù)較少，從動齒輪是完整齒輪或齒條，或為不完全齒輪。運動：主動輪連續(xù)轉動，從動輪間歇轉動。二、不完全齒輪機構特點及應用1.特點：結構簡單，制造方便，從動輪的運動時間和靜止時間的比例可不受機構結構的限制。2.分類：外嚙合式、內嚙合式和齒輪齒條式等5-4不完全齒輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪機構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構

《機械設計基礎》謝謝！下次課再見！《機械設計基礎》主編：胡孟謙張曉娜

機械工業(yè)出版社2024年11月

課程內容第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪機構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構第一節(jié)螺旋機構一、螺旋傳動的結構、類型與特點二、螺旋傳動機構的傳動效率和自鎖

一、螺旋傳動的結構、類型與特點機構組成：螺桿、螺母和機架主要功能：將旋轉運動變換為直線運動，并同時傳遞運動和動力。螺旋機構分類：1.按用途和受力情況分類：傳遞運動、傳遞動力和用于調整機構；2.按摩擦性質分類：滑動螺旋機構、滾動螺旋機構和靜壓螺旋機構。螺旋機構優(yōu)點：結構簡單、工作連續(xù)平穩(wěn)、傳動比大、承載能力強、傳遞運動準確、易實現(xiàn)自鎖等優(yōu)點，故應用廣泛螺旋機構缺點：摩擦損耗大、傳動效率低。【“工程機械之王”——盾構機】——盾構機，即使用盾構法的全斷面隧道掘進機，是當前主流的隧道施工機械，多用于地鐵和高鐵建設，被譽為“工程機械化之王”。

5-1螺旋機構第三節(jié)槽輪機構第四節(jié)不完全齒輪機構第一節(jié)螺旋機構第二節(jié)棘輪結構

按螺桿上螺旋副的數(shù)目分為：單螺旋機構和雙螺旋機構兩種。

（1）單螺旋機構組成：1個螺桿、1個螺母

表5-1單螺旋機構基本傳動形式及特點

基本傳動形式 傳動示意圖 應用特點

螺母固定、螺桿轉動并軸向移動

可獲得較高的傳動檔度，適合干行程較小的場合，如千斤頂、壓力機、臺虎鉗

螺桿固定、螺母轉動并軸向移動 結構簡單、緊湊，但精度較差，使用不便，應用較少

螺母轉動、螺桿軸間移動 結構較復雜，用于僅器調節(jié)機構，如螺旋千分尺的微調機構

螺桿轉動，螺母軸向移動 結構緊湊、剛性好，適用于行程較大的場合，如車床的絲杠進給機構

說明：1.φ為螺桿或螺母轉角；2.用左（右