機械設(shè)計基礎(chǔ)（第二版）課件 李春明 緒論、1.1 平面機構(gòu)及自由度 - 2.1帶傳動和鏈傳動

機械設(shè)計基礎(chǔ)緒論一、引言機器的重要性（先看幾個實例）控制器(控制)電動機(原動)帶(傳動)減速器(傳動)波輪(執(zhí)行)

機構(gòu)：僅具有機器的前兩個特征，即具有確定相對運動的人為的構(gòu)件組合系統(tǒng)。如齒輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等。機械：是機器和機構(gòu)的總稱。１）人為的多種構(gòu)件的組合體。２）組成機器的各構(gòu)件間具有確定的相對運動。３）能夠代替或減輕人的勞動，有效地完成能量轉(zhuǎn)換。如將熱能轉(zhuǎn)換為機械能（內(nèi)燃機）、將機械能轉(zhuǎn)換為電能（發(fā)電機）、將電能轉(zhuǎn)換為機械能（電動機）等。1、機器的共同特征二、機器的構(gòu)成及其特性內(nèi)燃機功用：內(nèi)燃機是將燃氣燃燒時的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的機器。組成：缸體１

活塞2連桿3曲柄4齒輪5齒輪6凸輪軸7進氣門推桿8排氣門推桿9進氣門10排氣門11

活塞下行，進氣閥打開，燃氣被吸入汽缸活塞上行，進氣閥關(guān)閉，壓縮燃氣點火后燃氣燃燒膨脹，推動活塞下行，經(jīng)連桿帶動曲軸輸出轉(zhuǎn)動

活塞上行，排氣閥打開，排出廢氣工作過程：動畫內(nèi)燃機工作視頻顎式破碎機顎式破碎機原理：動鄂向靜鄂運動，從而擠壓物料。機架偏心輪動鄂肘板判斷如下裝置是機器還是機構(gòu)？2、零件和構(gòu)件零件：機器中制造的最小單元。構(gòu)件：機器中運動的最小單元。多個零件的剛性組合——連桿構(gòu)件可以是一個零件，也可以是多個零件的剛性組合.通用零件：專用零件：

例如：齒輪、軸、聯(lián)軸器、離合器、滾動軸承、滑動軸承、螺栓、鍵、花鍵、銷；鉚、焊、膠結(jié)構(gòu)件；彈簧、機架、箱體等。

例如：葉片、犁鏵、槍栓等。零件可分為兩類：3、機器的組成原動機：機器動力的來源，即動力源，如：電動機、內(nèi)燃機（汽油機、柴油機）等。它可以把其他形式的能量轉(zhuǎn)換為機械能，產(chǎn)生驅(qū)動動力。執(zhí)行部分：是直接完成工作任務(wù)的部分。傳動部分：把原動機的運動和動力傳遞給執(zhí)行部分，介于原動機和執(zhí)行部分之間，起橋梁的作用?？刂撇糠郑嚎刂茩C器的其他組成部分，使操作者隨時實現(xiàn)或終止機器的各種預(yù)定功能。原動機傳動部分執(zhí)行部分控制部分三、機器設(shè)計的基本要求及一般程序1.機械設(shè)計的基本要求（１）預(yù)定功能要求（２）安全可靠與強度、壽命的要求（３）經(jīng)濟性要求（４）操作使用要求（5）其他要求2.機器設(shè)計的一般過程計劃階段總體方案設(shè)計階段結(jié)構(gòu)設(shè)計階段樣機的試制和鑒定產(chǎn)品的正式投產(chǎn)四機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)

機械設(shè)計基礎(chǔ)是機械學(xué)科中的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，研究的內(nèi)容主要包括力學(xué)、常用機構(gòu)的組成、工作原理、運動特性、設(shè)計的基本理論和方法，以及一般尺寸和參數(shù)的通用零部件的工作原理、特點、選用及設(shè)計的基本理論和方法。

對于從事機械加工及機械維修的技術(shù)人員，工作中要與各種機械直接打交道，如按圖樣要求采用適當(dāng)?shù)姆椒庸C械零件，把零件按機械設(shè)備的技術(shù)要求進行部件裝配和總裝配、調(diào)整和修配，對機械設(shè)備進行維護保養(yǎng)，對在使用中出現(xiàn)故障、損壞或長期使用后精度降低的機械設(shè)備進行維修等。這些工作都要求掌握機械的基礎(chǔ)知識和操作技能，了解機械設(shè)備的構(gòu)造和原理，分析機械的受力情況和工作能力，能按照標準和規(guī)范正確選擇機械的通用零部件等，這就是我們學(xué)習(xí)這門課程的目的。

學(xué)習(xí)本課程的目的為了幫助同學(xué)們學(xué)習(xí)好本課程，特提出以下幾點建議。（1）努力領(lǐng)會課本上所講述知識的內(nèi)涵。同學(xué)之間多討論，有疑問多向老師請教，帶著興趣去學(xué)習(xí)。（2）隨時觀察周圍的事物，把書本上的知識與實際相結(jié)合，將理論和實踐融會貫通，這有助于更好地掌握理論知識。（3）利用課余時間學(xué)習(xí)一些現(xiàn)代設(shè)計方法，比如CAD軟件的使用，然后對身邊的事物進行簡單的設(shè)計練習(xí)，并在設(shè)計中積極加入自己的創(chuàng)新思想。（4）本課程理論與實際聯(lián)系比較密切，學(xué)習(xí)時要堅持理論聯(lián)系實際的原則，重視生產(chǎn)實習(xí)、實驗和參觀。學(xué)習(xí)方法選擇題：1.利用機械能作功或者實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的裝置是

。A.機器B.機械C.機構(gòu)D.構(gòu)件2.

是主要用來傳遞和變換運動的裝置。A.機器B.機構(gòu)C.構(gòu)件D.零件3.

是機構(gòu)中參加運動的單元體，具有獨立的運動特性。A.機器B.機構(gòu)C.構(gòu)件D.零件4.機器的動力來源是

。A.原動機B.執(zhí)行部分C.傳動部分D.控制部分練習(xí)題：5.將原動機的運動和動力傳給工作部分，傳遞運動或轉(zhuǎn)換運動形式的是機器的

。A.原動機B.執(zhí)行部分C.傳動部分D.控制部分6.連桿機構(gòu)是機器的

。A.動力部分B.執(zhí)行部分C.傳動部分D.控制部分7.下列不屬于原動機的是

。A.柴油機B.汽油機C.電動機D.發(fā)電機8.

是機械中的制造單元，是組成機械的不可拆分的基本單元。A.構(gòu)件B.零件C.機構(gòu)

判斷題：1.機構(gòu)能完成有用的機械能或轉(zhuǎn)換機械能。（

）2.機器與機構(gòu)的主要區(qū)別是機器在結(jié)構(gòu)上更為復(fù)雜。（

）3.組成機器的各構(gòu)件之間應(yīng)具有確定的相對運動。（

）4.刨床的刨刀裝置是機器的動力部分。（

）5.構(gòu)件可以是單一的零件，也可以是多個零件組成的剛性結(jié)構(gòu)。（

）6.用來傳遞運動和力的、有一個構(gòu)件為機架的（固定件）、用構(gòu)件間能夠相對運動的連接方式組成的構(gòu)件系統(tǒng)稱為機構(gòu)。（

）7.一部機器可以只含有一個機構(gòu)，也可以由數(shù)個機構(gòu)組成。（

）8.零件是制造的單元，有時把部件也統(tǒng)稱為零件。（

）9.整體式連桿是最小的制造單元，所以它是零件而不是構(gòu)件。（）10.連桿中的螺栓、連桿體、軸瓦等都是零件。（）練習(xí)題：任務(wù)一平面機構(gòu)及其運動簡圖模塊一機械傳動機構(gòu)項目一平面機構(gòu)及其自由度任務(wù)二平面機構(gòu)的自由度機構(gòu)｛空間機構(gòu)平面機構(gòu)所有構(gòu)件的運動在同一平面或平行平面內(nèi)運動的機構(gòu)，稱為平面機構(gòu)。否則稱為空間機構(gòu)機構(gòu)：具有確定相對運動的構(gòu)件組合。一些常見的機構(gòu)一、平面機構(gòu)及其組成

組成機構(gòu)的兩個基本要素是：構(gòu)件和運動副。1、構(gòu)件

構(gòu)件是機構(gòu)中運動的最小單元。一個構(gòu)件可以是一個零件，也可以是多個零件的剛性組合體。2、構(gòu)件的分類構(gòu)件機架（固定構(gòu)件）活動構(gòu)件原動件(主動件)從動件任務(wù)一平面機構(gòu)及其運動簡圖一般情況下，原動件與機架相連接。

在任何一個機構(gòu)中，只能有一個構(gòu)件作為機架。在活動構(gòu)件中至少有一個原動件，其余的活動構(gòu)件都是從動件。一個做平面運動的活動構(gòu)件具有三個自由度，有三個獨立運動。一個做空間運動的活動構(gòu)件具有六個自由度，有六個獨立運動。約束：對構(gòu)件獨立運動所施加的限制。二、構(gòu)件的自由度和約束：自由度：構(gòu)件具有獨立運動種類的數(shù)目。三、運動副及其分類

1、運動副：使兩個構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定的相對運動的連接稱為運動副。

2、分類

平面運動副：低副（面接觸）高副（點、線接觸）轉(zhuǎn)動副移動副空間運動副：螺旋副、球面副根據(jù)兩構(gòu)件間的相對運動形式，低副又可分為轉(zhuǎn)動副和移動副。轉(zhuǎn)動副的自由度為1，約束為2.鏈接動畫（一）低副1、轉(zhuǎn)動副（或鉸鏈）兩構(gòu)件只能在一個平面內(nèi)作相對轉(zhuǎn)動符號：

兩構(gòu)件只能沿某一方向線作相對移動的運動副稱為移動副。

移動副的自由度為1，約束為2.低副自由度為1，約束為2。

鏈接動畫2、移動副符號：

兩構(gòu)件通過點或線接觸組成的運動副稱為高副。高副自由度為2，約束為1。

（二）高副凸輪副齒輪副輪軌高副

高副的常見形式：（三）空間運動副球面副四、平面機構(gòu)運動簡圖1、平面機構(gòu)運動簡圖的概念

分析已有機構(gòu)或設(shè)計新機構(gòu)時，為了使問題簡化，在研究機構(gòu)的運動時，撇開那些與運動無關(guān)的機構(gòu)的外形和運動副的具體結(jié)構(gòu)，僅用簡單的線條和規(guī)定的運動副符號來表示構(gòu)件和運動副，并按比例畫出各運動副的相對位置。這種說明機構(gòu)各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡明圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖。2、構(gòu)件及運動副的表示方法

構(gòu)件的畫法：低副中的構(gòu)件常用線段或小方塊表示；高副中的構(gòu)件一般用相似的圖形表示。畫有斜線的構(gòu)件表示機架。

轉(zhuǎn)動副的表示方法如下：

移動副的表示方法如下：

平面高副的表示方法如下：b.齒輪副a.凸輪副3、平面機構(gòu)運動簡圖的繪制步驟（1）分析機構(gòu)的運動，找出機架、原動件和從動件。（2）沿著運動傳遞路線，逐一分析各構(gòu)件間的相對運動性質(zhì)，確定各運動副的類型和數(shù)目。（3）判斷運動副間的相對位置。

（4）選擇原動件的一個位置，采用構(gòu)件和運動副的規(guī)定符號按比例作圖。例試繪制內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖例繪制圖a所示抽水機的機構(gòu)運動簡圖。任務(wù)二平面機構(gòu)的自由度一、平面機構(gòu)的自由度

Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨｎ－活動構(gòu)件的數(shù)目（不包括機架）ＰＬ－低副數(shù)目（包括轉(zhuǎn)動副和移動副）ＰＨ－高副數(shù)目1、平面機構(gòu)自由度的概念平面機構(gòu)的自由度是指機構(gòu)中各構(gòu)件相對于機架所具有的獨立運動的數(shù)目。2、平面機構(gòu)自由度的計算公式n=3，

pL=4，pH=0F=3n－2PL－PH=3×3－2×4－0=1n=3,PL=4,PH=0

F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4－0=1例計算圖示機構(gòu)的自由度Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ=3×2－2×3=0F=0Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ=3×3－2×5=-1F＜0Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ＝4×3－2×5=2

F＞w三角形具有穩(wěn)定性，不能動EDC也構(gòu)成三角形，不能動鏈接動畫鏈接動畫運動不確定若F=w=2運動確定二、構(gòu)件組具有確定運動的條件教學(xué)視頻Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ＝3×3－

2×4=1

F＜w鏈接動畫鏈接動畫構(gòu)件破壞Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ＝3×3－

2×4=1

F=

w運動確定構(gòu)件組具有確定運動的條件是：構(gòu)件組的自由度Ｆ=主動件的個數(shù)W結(jié)論：(F=0不動；F＜0超靜定，F(xiàn)＜W時破壞；F＞W(wǎng)運動不確定。）1、復(fù)合鉸鏈播放動畫三、計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項兩個以上的構(gòu)件共用同一轉(zhuǎn)動軸線所構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副。由K個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈包含的轉(zhuǎn)動副數(shù)目應(yīng)為（K-1）個

復(fù)合鉸鏈符號表示：F=3n-2PL-PH=3×5-2×7-0=1F=3n-2PL-PH=3×7-2×10-0=1例：計算圖示機構(gòu)自由度。F=3×5－2×7－0=1復(fù)合鉸鏈F=3n-2PL-PH=3×2-2×2-1=1在計算機構(gòu)的自由度時，應(yīng)將滾子和推桿看做一體。

2、局部自由度在機構(gòu)中，某些不影響整個機構(gòu)運動的自由度。在計算機構(gòu)的自由度時，兩個忽略：1、n中小滾子忽略；2、轉(zhuǎn)動副中滾子中心小圓圈忽略。滾子凸輪機構(gòu)

在機構(gòu)中與其他運動副所起的限制作用重復(fù)，對機構(gòu)運動不起新的限制作用約束稱為虛約束。計算機構(gòu)的自由度時，虛約束應(yīng)除去不計。(1)平行的移動副：兩構(gòu)件構(gòu)成的多個平行導(dǎo)路上的移動副。

F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=13、虛約束(2)轉(zhuǎn)動副軸線重合：兩構(gòu)件構(gòu)成同一軸線上的轉(zhuǎn)動副。(3)機構(gòu)中存在的對稱部分計算中應(yīng)將對稱部分的構(gòu)件及其產(chǎn)生的運動副除去不計。

F=3n-2PL-PH=3×3-2×3-2=1（4）、軌跡重合：在機構(gòu)中，若被聯(lián)接到機構(gòu)上的構(gòu)件，在聯(lián)接點處的運動軌跡與機構(gòu)上的該點的運動軌跡重合時，該聯(lián)接引入的約束是虛約束，F(xiàn)=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1虛約束作用：對機構(gòu)的運動無關(guān)，但可以改善機構(gòu)的受力情況，增強機構(gòu)工作的穩(wěn)定性。例：求圖示機構(gòu)的自由度。F=3n-2PL-PH=3×7-2×9-1=2解:主動件數(shù)W=F機構(gòu)有確定運動n=7，PL=9，PH=1F=3×7－2×9－1=2例：求圖示大篩機構(gòu)的自由度，并判斷此裝置是否具有確定的相對運動．鏈接動畫n=9，PL=10+2=12，PH=2F=3×9-2×12-2=1例：求圖示機構(gòu)的自由度。n=7，PL=6+4=10PH=0F=3×7-2×10-0=1例：求圖示機構(gòu)的自由度。例：計算圖示機構(gòu)的自由度。n=3，PL=4，PH=0F=3×3－2×4－0=13n=7－1=6,PL=8,PH=1

(3與5同一構(gòu)件)F=3n－2PL－PH=3×6－2×8－1=1Ｆ＝W→機構(gòu)有確定運動例：計算圖示機構(gòu)的自由度。（1）F=0:增加一構(gòu)件帶進一平面低副（2）F>W:增加主動件數(shù)目或增加一個帶有兩個平面低副的構(gòu)件（3）F<W:減少主動件數(shù)目四、計算平面機構(gòu)自由度的實用意義1、判定機構(gòu)的運動設(shè)計方案是否合理F=0不動；F＜0超靜定；F＜W機構(gòu)被破壞；F＞W(wǎng)運動不確定；F=W具有確定的運動2、改進不合理的運動設(shè)計方案，使之具有確定的相對運動n=3，PL=4，PH=1，F(xiàn)=3×3-2×4-1=0n=4，PL=5，PH=1

，F(xiàn)=3×4-2×5-1=1例修改手動沖床的設(shè)計增加一構(gòu)件，帶一低副n=3，PL=3，PH=2n=4，PL=5，PH=1，F(xiàn)=3n－2PL－PH

=3×4-2×5-1=1F=3n－2PL－PH

=3×3-2×3-2=1任務(wù)一平面機構(gòu)及其運動簡圖模塊一機械傳動機構(gòu)項目一平面機構(gòu)及其自由度任務(wù)二平面機構(gòu)的自由度機構(gòu)｛空間機構(gòu)平面機構(gòu)所有構(gòu)件的運動在同一平面或平行平面內(nèi)運動的機構(gòu)，稱為平面機構(gòu)。否則稱為空間機構(gòu)機構(gòu)：具有確定相對運動的構(gòu)件組合。一些常見的機構(gòu)一、平面機構(gòu)及其組成

組成機構(gòu)的兩個基本要素是：構(gòu)件和運動副。1、構(gòu)件

構(gòu)件是機構(gòu)中運動的最小單元。一個構(gòu)件可以是一個零件，也可以是多個零件的剛性組合體。2、構(gòu)件的分類構(gòu)件機架（固定構(gòu)件）活動構(gòu)件原動件(主動件)從動件任務(wù)一平面機構(gòu)及其運動簡圖一般情況下，原動件與機架相連接。

在任何一個機構(gòu)中，只能有一個構(gòu)件作為機架。在活動構(gòu)件中至少有一個原動件，其余的活動構(gòu)件都是從動件。一個做平面運動的活動構(gòu)件具有三個自由度，有三個獨立運動。一個做空間運動的活動構(gòu)件具有六個自由度，有六個獨立運動。約束：對構(gòu)件獨立運動所施加的限制。二、構(gòu)件的自由度和約束：自由度：構(gòu)件具有獨立運動種類的數(shù)目。三、運動副及其分類

1、運動副：使兩個構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定的相對運動的連接稱為運動副。

2、分類

平面運動副：低副（面接觸）高副（點、線接觸）轉(zhuǎn)動副移動副空間運動副：螺旋副、球面副根據(jù)兩構(gòu)件間的相對運動形式，低副又可分為轉(zhuǎn)動副和移動副。轉(zhuǎn)動副的自由度為1，約束為2.鏈接動畫（一）低副1、轉(zhuǎn)動副（或鉸鏈）兩構(gòu)件只能在一個平面內(nèi)作相對轉(zhuǎn)動符號：

兩構(gòu)件只能沿某一方向線作相對移動的運動副稱為移動副。

移動副的自由度為1，約束為2.低副自由度為1，約束為2。

鏈接動畫2、移動副符號：

兩構(gòu)件通過點或線接觸組成的運動副稱為高副。高副自由度為2，約束為1。

（二）高副凸輪副齒輪副輪軌高副

高副的常見形式：（三）空間運動副球面副四、平面機構(gòu)運動簡圖1、平面機構(gòu)運動簡圖的概念

分析已有機構(gòu)或設(shè)計新機構(gòu)時，為了使問題簡化，在研究機構(gòu)的運動時，撇開那些與運動無關(guān)的機構(gòu)的外形和運動副的具體結(jié)構(gòu)，僅用簡單的線條和規(guī)定的運動副符號來表示構(gòu)件和運動副，并按比例畫出各運動副的相對位置。這種說明機構(gòu)各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡明圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖。2、構(gòu)件及運動副的表示方法

構(gòu)件的畫法：低副中的構(gòu)件常用線段或小方塊表示；高副中的構(gòu)件一般用相似的圖形表示。畫有斜線的構(gòu)件表示機架。

轉(zhuǎn)動副的表示方法如下：

移動副的表示方法如下：

平面高副的表示方法如下：b.齒輪副a.凸輪副3、平面機構(gòu)運動簡圖的繪制步驟（1）分析機構(gòu)的運動，找出機架、原動件和從動件。（2）沿著運動傳遞路線，逐一分析各構(gòu)件間的相對運動性質(zhì)，確定各運動副的類型和數(shù)目。（3）判斷運動副間的相對位置。

（4）選擇原動件的一個位置，采用構(gòu)件和運動副的規(guī)定符號按比例作圖。例試繪制內(nèi)燃機的機構(gòu)運動簡圖例繪制圖a所示抽水機的機構(gòu)運動簡圖。任務(wù)二平面機構(gòu)的自由度一、平面機構(gòu)的自由度

Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨｎ－活動構(gòu)件的數(shù)目（不包括機架）ＰＬ－低副數(shù)目（包括轉(zhuǎn)動副和移動副）ＰＨ－高副數(shù)目1、平面機構(gòu)自由度的概念平面機構(gòu)的自由度是指機構(gòu)中各構(gòu)件相對于機架所具有的獨立運動的數(shù)目。2、平面機構(gòu)自由度的計算公式n=3，

pL=4，pH=0F=3n－2PL－PH=3×3－2×4－0=1n=3,PL=4,PH=0

F=3n－2PL－PH

=3×3－2×4－0=1例計算圖示機構(gòu)的自由度Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ=3×2－2×3=0F=0Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ=3×3－2×5=-1F＜0Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ＝4×3－2×5=2

F＞w三角形具有穩(wěn)定性，不能動EDC也構(gòu)成三角形，不能動鏈接動畫鏈接動畫運動不確定若F=w=2運動確定二、構(gòu)件組具有確定運動的條件教學(xué)視頻Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ＝3×3－

2×4=1

F＜w鏈接動畫鏈接動畫構(gòu)件破壞Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ＝3×3－

2×4=1

F=

w運動確定構(gòu)件組具有確定運動的條件是：構(gòu)件組的自由度Ｆ=主動件的個數(shù)W結(jié)論：(F=0不動；F＜0超靜定，F(xiàn)＜W時破壞；F＞W(wǎng)運動不確定。）1、復(fù)合鉸鏈播放動畫三、計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項兩個以上的構(gòu)件共用同一轉(zhuǎn)動軸線所構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副。由K個構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈包含的轉(zhuǎn)動副數(shù)目應(yīng)為（K-1）個

復(fù)合鉸鏈符號表示：F=3n-2PL-PH=3×5-2×7-0=1F=3n-2PL-PH=3×7-2×10-0=1例：計算圖示機構(gòu)自由度。F=3×5－2×7－0=1復(fù)合鉸鏈F=3n-2PL-PH=3×2-2×2-1=1在計算機構(gòu)的自由度時，應(yīng)將滾子和推桿看做一體。

2、局部自由度在機構(gòu)中，某些不影響整個機構(gòu)運動的自由度。在計算機構(gòu)的自由度時，兩個忽略：1、n中小滾子忽略；2、轉(zhuǎn)動副中滾子中心小圓圈忽略。滾子凸輪機構(gòu)

在機構(gòu)中與其他運動副所起的限制作用重復(fù)，對機構(gòu)運動不起新的限制作用約束稱為虛約束。計算機構(gòu)的自由度時，虛約束應(yīng)除去不計。(1)平行的移動副：兩構(gòu)件構(gòu)成的多個平行導(dǎo)路上的移動副。

F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=13、虛約束(2)轉(zhuǎn)動副軸線重合：兩構(gòu)件構(gòu)成同一軸線上的轉(zhuǎn)動副。(3)機構(gòu)中存在的對稱部分計算中應(yīng)將對稱部分的構(gòu)件及其產(chǎn)生的運動副除去不計。

F=3n-2PL-PH=3×3-2×3-2=1（4）、軌跡重合：在機構(gòu)中，若被聯(lián)接到機構(gòu)上的構(gòu)件，在聯(lián)接點處的運動軌跡與機構(gòu)上的該點的運動軌跡重合時，該聯(lián)接引入的約束是虛約束，F(xiàn)=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1虛約束作用：對機構(gòu)的運動無關(guān)，但可以改善機構(gòu)的受力情況，增強機構(gòu)工作的穩(wěn)定性。例：求圖示機構(gòu)的自由度。F=3n-2PL-PH=3×7-2×9-1=2解:主動件數(shù)W=F機構(gòu)有確定運動n=7，PL=9，PH=1F=3×7－2×9－1=2例：求圖示大篩機構(gòu)的自由度，并判斷此裝置是否具有確定的相對運動．鏈接動畫n=9，PL=10+2=12，PH=2F=3×9-2×12-2=1例：求圖示機構(gòu)的自由度。n=7，PL=6+4=10PH=0F=3×7-2×10-0=1例：求圖示機構(gòu)的自由度。例：計算圖示機構(gòu)的自由度。n=3，PL=4，PH=0F=3×3－2×4－0=13n=7－1=6,PL=8,PH=1

(3與5同一構(gòu)件)F=3n－2PL－PH=3×6－2×8－1=1Ｆ＝W→機構(gòu)有確定運動例：計算圖示機構(gòu)的自由度。（1）F=0:增加一構(gòu)件帶進一平面低副（2）F>W:增加主動件數(shù)目或增加一個帶有兩個平面低副的構(gòu)件（3）F<W:減少主動件數(shù)目四、計算平面機構(gòu)自由度的實用意義1、判定機構(gòu)的運動設(shè)計方案是否合理F=0不動；F＜0超靜定；F＜W機構(gòu)被破壞；F＞W(wǎng)運動不確定；F=W具有確定的運動2、改進不合理的運動設(shè)計方案，使之具有確定的相對運動n=3，PL=4，PH=1，F(xiàn)=3×3-2×4-1=0n=4，PL=5，PH=1

，F(xiàn)=3×4-2×5-1=1例修改手動沖床的設(shè)計增加一構(gòu)件，帶一低副n=3，PL=3，PH=2n=4，PL=5，PH=1，F(xiàn)=3n－2PL－PH

=3×4-2×5-1=1F=3n－2PL－PH

=3×3-2×3-2=1任務(wù)一鉸鏈四桿機構(gòu)模塊一機械傳動機構(gòu)項目二平面連桿機構(gòu)任務(wù)三平面連桿機構(gòu)的設(shè)計任務(wù)二鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性連桿機構(gòu)（低副機構(gòu)）平面連桿機構(gòu)四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)

一、認識幾個基本概念任務(wù)一鉸鏈四桿機構(gòu)二、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式1、基本形式連架桿｛搖桿曲柄一曲一搖二曲

二搖

根據(jù)連架桿運動形式的不同，鉸鏈四桿機構(gòu)可分為：2、基本類型（一）曲柄搖桿機構(gòu)

定義

兩個連架桿中，一個為曲柄，一個為搖桿。

特性

可實現(xiàn)曲柄轉(zhuǎn)動與搖桿擺動的相互轉(zhuǎn)換。曲柄常為主動件，作勻速轉(zhuǎn)動，搖桿為從動件，作變速擺動。

應(yīng)用實例

曲柄搖桿機構(gòu)雷達天線俯仰機構(gòu)腳踏縫紉機驅(qū)動機構(gòu)汽車前窗刮雨器破碎機攪拌機

（二）雙曲柄機構(gòu)

定義

兩個連架桿均為曲柄。

特性

當(dāng)主動曲柄勻速轉(zhuǎn)動時，從動曲柄可作同向或反向、等速或變速轉(zhuǎn)動。一般雙曲柄機構(gòu)正平行四邊形機構(gòu)反平行四邊形機構(gòu)機車驅(qū)動機構(gòu)

應(yīng)用實例

車門啟閉機構(gòu)

（三）雙搖桿機構(gòu)定義

兩連架桿均為搖桿。特性可實現(xiàn)兩個搖桿擺動的相互轉(zhuǎn)換。雙搖桿機構(gòu)等腰梯形機構(gòu)應(yīng)用實例汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)鶴式起重機攝影平臺曲柄搖桿機構(gòu)轉(zhuǎn)化方法改變構(gòu)件的形狀和尺寸(搖桿長度l3增至無窮大)。

三、鉸鏈四桿機構(gòu)的演化形式（以曲柄搖桿機構(gòu)為例）1、轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化成移動副對心曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)圓弧導(dǎo)軌曲柄滑塊機構(gòu)特性可實現(xiàn)曲柄（搖桿）轉(zhuǎn)動與滑塊移動的相互轉(zhuǎn)換2、取不同的構(gòu)件為機架曲柄滑塊機構(gòu)回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機構(gòu)牛頭刨床擺動導(dǎo)桿機構(gòu)牛頭刨床搖塊機構(gòu)定塊機構(gòu)翻斗車壓井曲柄滑塊機構(gòu)可以形成導(dǎo)桿機構(gòu)、搖塊機構(gòu)、定塊機構(gòu)。雙滑塊機構(gòu)

擴大轉(zhuǎn)動副B的半徑，使其大于曲柄AB的長度，成為偏心輪機構(gòu)，偏心距ｅ=曲柄長。ABC3、擴大運動副（改變構(gòu)件的形狀）擴大轉(zhuǎn)動副一、鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄的條件(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。(2)機架或連架桿為最短桿。二、鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判別方法：

1）滿足格拉肖夫判別式，且(1)以最短桿的鄰邊為機架時，是曲柄搖桿機構(gòu)；(2)以最短桿為機架時是雙曲柄機構(gòu)；（3）以最短桿的對邊為機架時為雙搖桿機構(gòu)。2）若不滿足格拉肖夫判別式，則無論以何桿為機架，均為雙搖桿機構(gòu)。任務(wù)二平面四桿機構(gòu)的基本特性例：已知AB=40mm,BC=120mm,CD=70mm,AD=100mm,判斷下面機構(gòu)的類型。ABCD例：判斷下列鉸鏈四桿機構(gòu)的類型。三、機構(gòu)的急回特性和行程速比系數(shù)急回特性：

機構(gòu)在空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度(v2>v1)的這種性質(zhì)稱為連桿機構(gòu)的急回特性。急回程度用行程速比系數(shù)K來表示。以曲柄搖桿機構(gòu)為例分析：C2D—C1D:工作行程；C1D—C2D：空回行程θ為極位夾角：搖桿位于兩極限位置時，主動曲柄之間所夾的銳角。行程速比系數(shù)K：

空回行程和工作行程的平均速度的比值。對心的曲柄滑塊機構(gòu)中：極位夾角θ=0.

由公式得K=1.v1=v2，機構(gòu)無急回特性。

動畫

擺動導(dǎo)桿機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)結(jié)論：①若行程速比系數(shù)K>1，說明機構(gòu)有急回特性，其值越大，急回性質(zhì)越顯著，②有無急回特性，取決于極位夾角θ，（只要θ≠0，就有急回特性）③急回特性的作用：縮短非生產(chǎn)時間，提高工作效率。四、壓力角和傳動角壓力角：

從動件所受的驅(qū)動力F的方向與受力點的速度v方向之間所夾銳角，用α表示。傳動角：

傳動角是壓力角的余角，即γ=900-α，（也只能是銳角）。

顯然，壓力角α角越小，傳動角γ就越大，使從動桿運動的有效分力Ft就越大，對機構(gòu)傳動越有利。注意：隨著機構(gòu)的運動，傳動角γ是不斷變化的，什么位置出現(xiàn)最小傳動角γmin

，是設(shè)計機構(gòu)時考慮的主要問題。一般機構(gòu)的最小傳動角要求推薦值γ=40°~50°。

γmin對于曲柄滑塊機構(gòu)，當(dāng)主動件為曲柄時，最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機架垂直的位置。對于擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，以曲柄為主動件時，由于在任何位置時主動曲柄通過滑塊傳給從動桿的力的方向，與從動桿上受力點的速度方向始終一致，所以傳動角等于90度。5、機構(gòu)的死點位置死點：壓力角α=900

，傳動角γ=0°。此時，無論驅(qū)動力多大，都不能驅(qū)動從動件，且轉(zhuǎn)向也不能確定，應(yīng)予以避免。

當(dāng)機構(gòu)處于死點位置時，從動件將發(fā)生自鎖，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象；或受到突然外力的影響，從動件則會出現(xiàn)運動方向不確定現(xiàn)象。

在曲柄搖桿機構(gòu)中，以搖桿為主動件時，當(dāng)搖桿CD處于C1D、C2D兩極限位置時，連桿BC與從動件曲柄AB出現(xiàn)兩次共線，這兩個位置就是死點位置。

四桿機構(gòu)存在死點的特點：

從動件與連桿共線

實際應(yīng)用中，在死點位置常使機構(gòu)從動件無法運動或出現(xiàn)運動的不確定現(xiàn)象,如縫紉機踏板機構(gòu)。夾緊機構(gòu)

死點的克服方法：

1）利用自身或飛輪的慣性

2）多組機構(gòu)，死點錯開

3）改變主動件的位置

死點的利用：項目練習(xí)一、選擇題1.在曲柄揺桿機構(gòu)中，若曲柄為主動件，且做等速轉(zhuǎn)動時，則從動件搖桿一般做______。

A.往復(fù)等速轉(zhuǎn)動B.往復(fù)變速轉(zhuǎn)動C.往復(fù)勻速擺動D.往復(fù)加速擺動2.要使鉸鏈四桿機構(gòu)存在一個曲柄，要求必須滿足長度和條件，且最短桿是______。

A.連架桿B.機架C.連桿D.曲柄3.下列機構(gòu)，不屬于鉸鏈四桿機構(gòu)的是______。

A.曲柄滑塊機構(gòu)B.雙曲柄機構(gòu)C.曲柄搖桿機構(gòu)D.雙搖桿機構(gòu)4.在鉸鏈四桿機構(gòu)中，如果最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其余兩桿的之和，最短桿為機架，這個機構(gòu)是______。

A.曲柄搖桿機構(gòu)B.雙搖桿機構(gòu)C.雙曲柄機構(gòu)D.曲柄滑塊機構(gòu)

5.在鉸鏈四桿機構(gòu)中，如果最短桿與最長桿的長度之和大于其余兩桿的長度之和，最短桿為機架，這個機構(gòu)是______。

A.曲柄搖桿機構(gòu)B.雙搖桿機構(gòu)C.雙曲柄機構(gòu)D.曲柄滑塊機構(gòu)

6.機構(gòu)的急回特性程度通常采用______來衡量。

A.壓力角B.傳動角C.行程速比系數(shù)D.效率7.在平面四桿機構(gòu)中，如果存在急回特性，則其行程速比系數(shù)______。

A.K>1B.K=1C.K<1D.以上都不正確8.鉸鏈四桿機構(gòu)具有急回特性的條件是______。

A.θ>00B.θ=00C.K=1D.以上都不正確9.偏置曲柄滑塊機構(gòu)以由柄為主動件時，機構(gòu)______急回特性。

A.一定有B.一定無C.可能有10.對心曲柄滑塊機構(gòu)______急回特性。

A.有B.沒有C.可能有11.在平面連桿機構(gòu)中，當(dāng)傳動角γ較大時，則______。

A.構(gòu)的傳力性能較好B.可以滿足機構(gòu)的自鎖要求C.機構(gòu)的效率較低D.機構(gòu)的傳力性能差12.在曲柄搖桿機構(gòu)中，當(dāng)______處于共線位置時，機構(gòu)會出現(xiàn)最小傳動角位置。

A.曲柄與連桿B.曲柄與機架C.搖桿與機架D.以上都不正確13.在擺動導(dǎo)桿機構(gòu)中，當(dāng)曲柄為主動件時，其導(dǎo)桿的傳動角始終為______。

A.90°B.0°C.45°D.以上都不正確14.在曲柄搖桿機構(gòu)中，最小傳動角出現(xiàn)在______的位置。

A.曲柄與連桿共線B.搖桿與連桿共線C.搖桿與曲柄共線D.曲柄與機架共線15.曲柄滑塊機構(gòu)最小傳動角γmin出現(xiàn)在曲柄與______垂直的位置。

A.連桿B.機架(導(dǎo)路)C.搖桿D.曲柄16.在曲柄搖桿機構(gòu)中，當(dāng)以______為主動件時，機構(gòu)會有死點位置出現(xiàn)。

A.曲柄B.搖桿C.連桿D.以上都不正確17.當(dāng)平面連桿機構(gòu)在死點位置時,其壓力角與傳動角分別為______。

A.00、00B.00、900C.900、00D.900、900

18.以搖桿為主動件的曲柄搖桿機構(gòu)，在______時，會出現(xiàn)死點位置。

A.曲柄與連桿共線B.搖桿與連桿共線C.搖桿與曲柄共線D.曲柄與機架垂直二、判斷題1.鉸鏈四桿機構(gòu)是由平面低副組成的四桿機構(gòu)。（

）2.鉸鏈四桿機構(gòu)的兩個連架桿只能一個成為曲柄，一個成為搖桿。（

）3.鉸鏈四桿機構(gòu)根據(jù)各桿的長度，即可判斷其類型。（

）4.曲柄滑塊機構(gòu)能把主動件的等速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變成從動件的往復(fù)直線運動。（

）5.在曲柄長度不相等的雙曲柄機構(gòu)中，主動曲柄和從動曲柄都做等速轉(zhuǎn)動。（

）6.在鉸鏈四桿機構(gòu)中，只要以最短桿作為機架，就能得到雙曲柄機構(gòu)。（

）7.在存在曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)中，機架一定是最短桿。（

）8.在某鉸鏈四桿機構(gòu)中，機架最短，則該機構(gòu)一定為雙曲柄機構(gòu)。（

）9.在鉸鏈四桿機構(gòu)中，只要機架或連架桿為最短桿，則機構(gòu)必然存在曲柄。（

）10.在雙搖桿機構(gòu)中，其最短桿與最長桿的長度之和肯定大于其余兩桿長度之和。（

）11.極位夾角越大，機構(gòu)的急回特性越顯著。（

）12.對于曲柄滑塊機構(gòu)，滑塊在做往復(fù)直線運動時，不會出現(xiàn)急回特性。（

）13.對于曲柄滑塊機構(gòu)，只要以曲柄為主動件，一定具有急回特性。（

）14.對于鉸鏈四桿機構(gòu)，當(dāng)極位夾角

θ=1，機構(gòu)無急回特性。（

）15.極位夾角和壓力角均可反映一個機構(gòu)的傳力性能。（

）16.在各種導(dǎo)桿機構(gòu)中導(dǎo)桿的往復(fù)運動有急回特性。（

）17.壓力角a愈大，傳動角y愈小，機構(gòu)的傳動性能愈好。（

18.對于鉸鏈四桿機構(gòu)，當(dāng)連桿與從動件的夾角為銳角時，傳動角就等于這個夾角。（

）19.在曲柄滑塊機構(gòu)中，最小傳動角γmin出現(xiàn)在曲柄與導(dǎo)路平行位置。（

）20.四桿機構(gòu)中是否存在死點位置，取決于從動件與連桿是否共線。（

）21.實際上，曲柄搖桿機構(gòu)的死點位置就是在搖桿的兩個極限位置。（

）22.四桿機構(gòu)的“死點位置即為該機構(gòu)的最小傳動角位置。（

）2.鉸鏈四桿機構(gòu)中各桿長度為:LAB=120mm，IBC=300mm，LCD

=200mm，LAD

=250mm。試問:(1)取AD為機架時，是否有曲柄存在?(2)若各桿長度不變，能否選用不同的機架得到雙搖桿或雙曲柄機構(gòu)，如何獲得?

1.已知鉸鏈四桿機構(gòu)各構(gòu)件的長度分別為a=240mm，b=600mm，c=400mm，d=500mm，當(dāng)分別取a、b、c、a為機架時，將得到何種機構(gòu)?任務(wù)三平面連桿機構(gòu)的設(shè)計◆設(shè)計的任務(wù)按照給定的條件確定四桿機構(gòu)各構(gòu)件的長度?！粼O(shè)計方法圖解法形象，直觀，概念清楚。解析法利用計算機進行，精確，效率高。實驗法可解決一些復(fù)雜的設(shè)計問題，簡便，實用?！馜B1C1B2C2A●ABCD步驟：

1、連接B1B2，C1C22、作B1B2，

C1C2中垂線

3、在中垂線上取一點作A，D4、連AB1C1D1、已知:連桿BC長L2及連桿兩個位置B1C1,B2C2固定鉸A必在B1B2垂直平分線上固定鉸D必在C1C2垂直平分線上分析解:無窮多解一、按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)連桿給定的三個位置

鉸點已給定B1C1B2C2B3C3AD步驟：1.連接B1B2

，B2B3

；2.作各連線中垂線；3.B1B2，B2B3中垂線之交點即為點A；4.C1C2，C2C3中垂線之交點即為點D；5.連接AB1C1D即為所求。2、已知:連桿BC長L2及連桿三個位置B1C1，B2C2，B3C3唯一解二、按給定行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu)已知條件：搖桿長度l=10cm，搖桿擺角

，行程速比系數(shù)K=1.5設(shè)計：鉸鏈A的位置。模塊一機械傳動機構(gòu)項目三凸輪機構(gòu)任務(wù)一

凸輪機構(gòu)任務(wù)二凸輪機構(gòu)的設(shè)計方法任務(wù)三間歇運動機構(gòu)

凸輪機構(gòu)是通過凸輪與從動件間的接觸來傳遞運動和動力，是一種常見的高副機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單。從動件的運動規(guī)律與凸輪的輪廓曲線有直接的關(guān)系，只要設(shè)計出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，就可以使從動件實現(xiàn)任何預(yù)定的復(fù)雜運動規(guī)律。凸輪動畫任務(wù)一

凸輪機構(gòu)

一、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用：配氣機構(gòu)自動車床上的走刀機構(gòu)二、組成：凸輪，從動件，機架三、作用：將凸輪的轉(zhuǎn)動或移動轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭蛹囊苿踊驍[動四、特點:(1)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，工作可靠，容易設(shè)計；

(2)高副接觸，易磨損。五、應(yīng)用：適用于傳力不大的控制機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)六、凸輪機構(gòu)的類型1、按凸輪的形狀和運動分類(1)、盤形回轉(zhuǎn)凸輪(2)平板移動凸輪

(3)、圓柱回轉(zhuǎn)凸輪

2、按從動件的形狀分類(1)、尖頂從動件(2)、滾子從動件(3)、平底從動件

3、按從動件的運動形式擺動從動件移動從動件4、按鎖合方式的不同力鎖合凸輪，如靠重力、彈簧力鎖合的凸輪等；形鎖合凸輪，如溝槽凸輪、等徑及等寬凸輪、共軛凸輪等。內(nèi)燃機七、常用的從動件運動規(guī)律1、凸輪機構(gòu)的工作過程★基圓：以凸輪最小向徑r0所作的圓，r0稱為凸輪的基圓半徑。★推程、推程運動角：★從動件與凸輪的運動關(guān)系：從動件的位移線圖：橫坐標代表凸輪轉(zhuǎn)角，縱坐標代表從動件位移量?！镞h休止、遠休止角：★回程、回程運動角：★近休止、近休止角：★行程：h★位移：s=r-r0

運動特性：從動件在運動的起點和終點因速度有突變，在理論上加速度值為瞬時無窮大，使從動件產(chǎn)生非常大的慣性力，致使凸輪受到很大的沖擊，這種沖擊稱為剛性沖擊。推程運動線圖：適用場合：低速、輕載。2、常用的從動件運動規(guī)律

1）等速運動規(guī)律從動件在運行過程中速度為常數(shù)，

運動特性：從動件在起點、中點和終點加速度有突變，因而從動件的慣性力也將有突變，由此而引起的沖擊稱為柔性沖擊。

適用場合：中速、輕載。2）等加速等減速運動規(guī)律

從動件的前半行程等加速，后半行程等減速，兩次的加速度大小相等，方向相反。位移線圖的繪制中標序號：縱向：沿從動件運動方向標注橫向：沿凸輪轉(zhuǎn)角從小到大標注凸輪轉(zhuǎn)角0°~90°90°~150°150°~270°270°~360°從動件運動等速上升10cm不動等加速等減速下降至原位不動例：設(shè)凸輪以等角速度w逆時針轉(zhuǎn)動，從動件與凸輪的運動關(guān)系如下：試繪制從動件的位移線圖。解：1）繪制直角坐標系，在x軸上取合適長度表示360°角，并在x軸上按比例找到90°、150°、270°的位置，過對應(yīng)的位置作垂線；2）作10cm的比例線段，然后在y軸上取對應(yīng)的長度，然后作水平線；3）在對應(yīng)的位置按照從動件的運動規(guī)律位移線圖的作法依次作圖即可。任務(wù)二用圖解法設(shè)計盤形凸輪輪設(shè)計方法：圖解法，解析法一、圖解法設(shè)計凸輪輪廓曲線

假想給整個機構(gòu)加一公共角速度ω,凸輪：相對靜止不動從動件：一方面隨導(dǎo)軌以ω繞凸輪軸心轉(zhuǎn)動，另一方面又沿導(dǎo)軌作預(yù)期的往復(fù)移動。從動件尖頂在這種復(fù)合運動中的運動軌跡即為凸輪輪廓曲線。(一)圖解法的原理反轉(zhuǎn)法1、對心尖頂移動從動件盤形凸輪機構(gòu)①.選取適當(dāng)?shù)谋壤嫵鰪膭蛹奈灰凭€圖，并將推程和回程運動角若干等分；②.按相同的比例作基圓，并按①的要求在基圓上找出對應(yīng)的分點；③利用反轉(zhuǎn)法在基圓相應(yīng)的方向上量取對應(yīng)長度，④將各線段的端點用平滑的曲線連接，即得凸輪外廓形狀。(二)反轉(zhuǎn)法設(shè)計凸輪輪廓的方法和步驟例：設(shè)凸輪以等角速度w逆時針轉(zhuǎn)動，從動件與凸輪的運動關(guān)系如下：凸輪基圓半徑rb=10cm，試設(shè)計該凸輪輪廓曲線。凸輪轉(zhuǎn)角0°~90°90°~150°150°~270°270°~360°從動件運動等速上升10cm不動等加速等減速下降至原位不動作圖方法：1）根據(jù)從動件的運動規(guī)律作位移線圖，如圖所示，2）將位移線圖的推程運動角和回程運動角若干等分，并過所有的分點作垂線；3）按比例作基圓，在基圓內(nèi)按凸輪轉(zhuǎn)向的反方向劃分推程運動角、遠休止角、回程運動角和近休止角，并將推程運動角和回程運動角按與2）中相同的份數(shù)等分，過對應(yīng)的分點作射線，然后在射線上從基圓向外依次量取對應(yīng)角處的位移，得到一系列的點，最后用平滑的曲線將點相連即得凸輪輪廓。2、對心滾子移動從動件盤形凸輪機構(gòu)

已知條件:凸輪的基圓半徑為rb,滾子半徑rT,凸輪沿逆時針方向等速回轉(zhuǎn)。推桿的運動規(guī)律如圖所示。試設(shè)計對心滾子直動從動件盤形凸輪機構(gòu)的凸輪廓線。作圖方法：1）先按尖頂從動件凸輪機構(gòu)的繪圖方法繪制凸輪的理論輪廓曲線；2）以理論輪廓曲線上的點為圓心，以滾子半徑為半徑作若干小圓；3）作這許多小圓的內(nèi)公切線，即為凸輪的實際輪廓曲線。

滾子與凸輪輪廓之間是滾動摩擦，可以減少磨損，所以滾子從動件是凸輪機構(gòu)中應(yīng)用最廣泛的一種從動件。從減小凸輪與從動件之間的接觸應(yīng)力來看，滾子半徑愈大愈好，但是必須注意，滾子半徑增大后，對凸輪實際輪廓曲線有很大影響。三、凸輪機構(gòu)設(shè)計中的幾個問題1、滾子半徑變尖交叉rT過大，實際廓線會變尖或交叉，引起運動失真；rT過小，滾子及滾子銷的強度會不夠。根據(jù)經(jīng)驗，可取滾子半徑rT=（0.1~0.5）rb。滾子半徑的選擇光滑2、凸輪機構(gòu)的壓力角

壓力角a越大，機構(gòu)的傳動性能就越差，傳動效率就越低。當(dāng)壓力角a增大到一定程度時，無論凸輪對從動件的作用力多大，從動件都不能運動，這種現(xiàn)象稱為自鎖。所以從傳動效率的觀點來看，壓力角越小越好。(1)凸輪機構(gòu)的壓力角定義及壓力角與凸輪機構(gòu)傳動特性的關(guān)系

凸輪機構(gòu)的壓力角是指在不計摩擦的情況下，高副接觸點的法向力方向與從動件上力作用點的線速度方向之間所夾的銳角，用a表示。壓力角大小是衡量凸輪機構(gòu)傳動性能優(yōu)劣的重要參數(shù)之一。(2)壓力角與機構(gòu)尺寸的關(guān)系

由圖可知，壓力角越大，則其基圓半徑越小，相應(yīng)機構(gòu)尺寸也越小。所以，從機構(gòu)尺寸緊湊的觀點看，壓力角大些好。(3)許用壓力角

一般情況下，既要求凸輪機構(gòu)有較高的傳動效率，又要求其機構(gòu)尺寸緊湊。因此，壓力角不能過大，也不能太小，應(yīng)有一許用值，用[a]表示。通常要求amax≤[a]。一般工程中推薦的許用值：推程：移動從動件[a]=30o；擺動從動件[a]=45o。回程：通常不會引起自鎖問題，但為了使從動件不至產(chǎn)生過大的加速度從而引起不良后果，[a]=70o~80o。3、凸輪基圓半徑的確定

rb越大，a越小，凸輪機構(gòu)傳力性能越好，但機構(gòu)不緊湊。d為安裝凸輪處的軸徑凸輪基圓半徑rb減小，壓力角a就增大，若超過許用壓力角，機構(gòu)傳動效率降低，甚至發(fā)生自鎖。間歇運動機構(gòu)的概念:

能夠?qū)⒅鲃蛹倪B續(xù)運動轉(zhuǎn)換成從動件有規(guī)律的運動和停歇的機構(gòu)，稱為間歇運動機構(gòu)。類型：1.棘輪機構(gòu)：主動件往復(fù)擺動，從動件間歇轉(zhuǎn)動。2.槽輪機構(gòu)：主動件連續(xù)轉(zhuǎn)動，從動件間歇轉(zhuǎn)動。3.不完全齒輪機構(gòu)：主動件連續(xù)轉(zhuǎn)動，從動件間歇轉(zhuǎn)動。應(yīng)用：

間歇運動機構(gòu)在自動生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)位機構(gòu)、步進機構(gòu)、計數(shù)裝置和許多復(fù)雜的輕工機械中有著廣泛的應(yīng)用。任務(wù)三間歇運動機構(gòu)一、棘輪機構(gòu)

機構(gòu)主要由棘輪、主動搖桿、驅(qū)動棘爪、制動爪和機架組成。彈簧使制動爪和棘輪保持接觸。

1、棘輪機構(gòu)的工作原理、基本類型和應(yīng)用

工作原理：

當(dāng)搖桿逆時針擺動時，驅(qū)動爪推動棘輪轉(zhuǎn)動；搖桿順時針擺動時，棘爪在棘輪上滑過，制動爪使棘輪靜止不動。齒嚙式棘輪機構(gòu)摩擦式棘輪機構(gòu)特點靠摩擦力傳動，棘輪轉(zhuǎn)角可作無級調(diào)節(jié)，傳動平穩(wěn)無噪聲。適合于低速輕載對傳動精度要求不高的場合。2、棘輪機構(gòu)的類型外嚙合內(nèi)嚙合雙動式可變向特點結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，運動可靠。棘輪的轉(zhuǎn)角在很大范圍內(nèi)可調(diào)。有較大的沖擊和噪聲、運動精度不高，常用于低速場合，及超越離合器、防逆轉(zhuǎn)器中。外摩擦內(nèi)摩擦滾柱式3、棘輪機構(gòu)的功能1）送進和輸送牛頭刨床進給機構(gòu)2）制動

4、棘輪轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)搖桿擺動角度的大小，控制棘輪的轉(zhuǎn)角用遮板調(diào)節(jié)棘輪轉(zhuǎn)角

齒式棘輪機構(gòu)運動可靠，從動棘輪容易實現(xiàn)有級調(diào)節(jié)，但是有噪聲、沖擊，輪齒易摩損，高速時尤其嚴重，常用于低速、輕載的間歇傳動。二、槽輪機構(gòu)2、槽輪機構(gòu)的工作原理

當(dāng)撥盤上的圓柱銷沒有進入槽輪的徑向槽時，槽輪的內(nèi)凹鎖止弧面被撥盤上的外凸鎖止弧面卡住，槽輪靜止不動。當(dāng)圓柱銷進入槽輪的徑向槽時，鎖止弧面被松開，則圓柱銷驅(qū)動槽輪轉(zhuǎn)動。

當(dāng)撥盤上的圓柱銷離開徑向槽時，下一個鎖止弧面又被卡住，槽輪又靜止不動。由此將主動件的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為從動槽輪的間歇運動。

1、組成：由具有圓柱銷的主動銷輪、具有直槽的從動槽輪及機架組成。

2、槽輪機構(gòu)的類型、特點及應(yīng)用

優(yōu)點

結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、效率高，比較平穩(wěn)。

缺點

圓柱銷突然進入與脫離徑向槽，傳動存在柔性沖擊，不適合高速場合，轉(zhuǎn)角不可調(diào)節(jié)，只能用在定角場合。

實例

電影放映機，蜂窩煤壓制，車床刀架轉(zhuǎn)為機構(gòu)外嚙合內(nèi)嚙合優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，從動輪的運動時間和靜止時間的比例不受機構(gòu)結(jié)構(gòu)的限制。缺點：從動輪在轉(zhuǎn)動開始及終止時速度又突變，沖擊較大，一般僅用于低速、輕載場合。三、不完全齒輪機構(gòu)1、不完全齒輪機構(gòu)的工作原理和類型內(nèi)嚙合不完全齒輪機構(gòu)任務(wù)一帶傳動的類型和應(yīng)用模塊二機械傳動形式項目一帶傳動和鏈傳動任務(wù)三帶傳動的設(shè)計任務(wù)二帶傳動的受力分析任務(wù)四鏈傳動及其簡單設(shè)計帶、鏈傳動的應(yīng)用通過中間撓性件傳遞運動和動力,適用于兩軸中心距較大場合。任務(wù)一帶傳動的類型和應(yīng)用主動帶輪1、從動帶輪2、緊套在兩輪上的傳動帶3。一、帶傳動的組成基本概念：帶的周長（帶長），包角a1、a2，中心距a，傳動比i二、帶傳動的特點優(yōu)點：1）有緩沖吸振作用，傳動平穩(wěn)噪音?。◣в袕椥裕?）有過載保護作用，防止其他零件遭受破壞（過載打滑)；3）適用于遠距離傳動（中心距a大）；4）結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝精度要求不高，維護方便缺點：1）有彈性滑動，使傳動比i不恒定；2）張緊力較大（與嚙合傳動相比），軸上壓力較大；3）結(jié)構(gòu)尺寸較大、不緊湊；4）打滑，使帶壽命變短；5）帶與帶輪間會產(chǎn)生摩擦放電現(xiàn)象，不適宜高溫、易燃、易爆的場合；6）效率低。三、帶傳動的應(yīng)用

帶傳動適用于要求傳動平穩(wěn)、傳動比不要求準確、中小功率的遠距離傳動。一般帶傳動的傳遞功率P<50kW，帶速v=5~25m/s，高速帶的帶速可達60m/s，傳動比i<7。1、摩擦式帶傳動（1）平帶

平帶的截面形狀為扁平矩形，內(nèi)表面為工作面。平帶傳動，結(jié)構(gòu)簡單，帶輪也容易制造，在傳動中心距較大的場合應(yīng)用較多。四、帶傳動的類型（2）V帶：截面形狀為等腰梯形，兩側(cè)面為工作表面。應(yīng)用最廣的帶傳動是Ｖ帶傳動，在同樣的張緊力下，Ｖ帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力。手扶拖拉機

汽車發(fā)動機

(3）多楔帶：它的橫截面是多楔形。其工作面是楔的側(cè)面。多楔帶傳動兼有平帶的柔軟和Ｖ帶摩檫力大的優(yōu)點，主要用于傳遞大功率、結(jié)構(gòu)要求緊湊的場合。（4）圓形帶：橫截面為圓形。只用于小功率傳動，如縫紉機、家用電器設(shè)備中。2)嚙合式帶傳動同步帶傳動是一種嚙合傳動，具有的優(yōu)點是：無滑動，能保證固定的傳動比；帶的柔韌性好，所用帶輪直徑可較小;傳遞功率大。用于要求傳動平穩(wěn),傳動精度較高的場合，如數(shù)控機床，機器人，轎車發(fā)動機等。內(nèi)燃機中的帶傳動機器人手臂上的同步帶傳動機器人操作臺上的同步帶傳動

V帶有普通V帶、窄V帶、寬V帶、汽車V帶、大楔角V帶等。其中以普通V帶和窄V帶應(yīng)用較廣，本章主要討論普通V帶傳動。

1、V帶傳動的主要參數(shù)

1）普通V帶的截面:標準V帶都制成無接頭的環(huán)形帶，其橫截面結(jié)構(gòu)如圖所示?？估w的結(jié)構(gòu)形式有簾布結(jié)構(gòu)(制造方便,抗拉強度高)和線繩結(jié)構(gòu)(柔韌性好,抗彎強度高,適用帶輪直徑小,轉(zhuǎn)速較高場合)。一、V帶與V帶輪任務(wù)二

帶傳動的受力分析

按截面尺寸的不同分為Y、Z、A、B、C、D、E共7種型號，其截面尺寸已標準化。在同樣的條件下，截面尺寸大則傳遞的功率就大。2）標準:V帶裝在帶輪上，和bp相對應(yīng)的帶輪直徑稱為基準直徑dd。V帶在規(guī)定的張緊力下，位于帶輪基準直徑上的周線長度稱為基準長度Ld，它是V帶的公稱長度，普通V帶的標記為：截型基準長度標準編號標記示例：B型帶，基度長度為1000mm，標記為：B1000GB/T11544-1997

1）材料:

帶輪常用材料為鑄鐵，帶速v<25m/s時，可采用HT150，v=25~30m/s時可用HT200，速度更高時可采用鑄鋼，鋁合金帶輪和塑料帶輪常用于小功率傳動。

2）帶輪結(jié)構(gòu)

帶輪的結(jié)構(gòu)一般由輪緣、輪轂、輪輻三部分組成。1—輪緣2—輪輻3—輪轂2、V帶輪的輪槽結(jié)構(gòu)及截面尺寸

輪緣上制有槽，槽的結(jié)構(gòu)尺寸和數(shù)目應(yīng)與所用V帶的型號、根數(shù)相對應(yīng)。帶輪槽角規(guī)定為32°，34°，36°和38°，而V帶楔角a為40°，這是考慮到帶在帶輪上彎曲時，截面形狀的變化使角減小，從而使帶和帶輪槽面接觸良好。

帶輪結(jié)構(gòu)形式：根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同，常用V帶輪有實心式、腹板式、孔板式和輪輻式四種形式。

實心式腹板式孔板式輪輻式1、帶的受力分析為保證傳動帶的正常工作，傳動帶必須以一定的張緊力套在帶輪上。帶傳動尚未工作時，帶兩邊的拉力相等，稱為初拉力F0。帶傳動工作時，由于帶輪和帶之間的摩擦力，帶兩邊的拉力不再相等，一邊拉緊，一邊放松，緊邊拉力為F1，松邊拉力為F2。

二、帶傳動的工作性能分析有效拉力F（又稱帶所傳遞的圓周力）：帶的緊邊拉力與松邊拉力之差。有效拉力F=F1－F2

根據(jù)帶所傳遞的圓周力F和帶與帶輪之間產(chǎn)生的極限摩擦力Ffmax的關(guān)系，可以把帶傳動的工作情況分為以下三種狀態(tài)：★正常工作狀態(tài)（F＜Ffmax）★臨界狀態(tài)（F=Ffmax

）★打滑狀態(tài)（F＞Ffmax

）當(dāng)傳遞的圓周力超過極限摩擦力總和時，帶將沿帶輪表面全面滑動，這種現(xiàn)象稱為打滑。它使帶的磨損加劇，從動輪的轉(zhuǎn)速急劇降低，甚至停止轉(zhuǎn)動，失去正常工作能力。

傳動帶是彈性體，受拉力后產(chǎn)生彈性伸長，并隨拉力大小的變化而改變。帶由緊邊繞過主動輪進入松邊時，由于拉力的減少，其彈性伸長量也相應(yīng)減少，帶相對于輪向后縮了一段，因而帶和帶輪面間局部出現(xiàn)相對滑動，并使帶的速度落后于主動輪的圓周速度。這種由于帶的彈性變形而引起帶與帶輪面間的局部相對滑動稱為彈性滑動。隨著緊、松邊拉力差的增大，帶的彈性滑動區(qū)域擴展至帶與帶輪的整個接觸面時，即發(fā)生打滑。彈性滑動也存在于帶與從動輪面間，但情況相反，帶由松邊進入緊邊，拉力增加，帶逐漸伸長，使帶的速度超前于從動輪的圓周速度。在工作時，從緊邊到松邊，傳動帶所受的拉力是變化的，因此帶的彈性變形也是變化的。2、帶傳動的彈性滑動彈性滑動與打滑的區(qū)別1.產(chǎn)生原因：

彈性滑動是由于帶的彈性變形引起的

打滑是由于過載引起的;2.是否可以避免：

彈性滑動是不可避免的;

打滑是可以避免的.3.影響：

彈性滑動時機器正常工作；

打滑時機器不能正常工作。任務(wù)三

普通V帶傳動的設(shè)計1、失效形式

1）打滑；2）帶的疲勞破壞。2、設(shè)計準則：保證帶在不打滑的前提下，有足夠的疲勞強度和壽命。一、帶傳動的失效形式和設(shè)計準則

二、帶傳動的設(shè)計內(nèi)容

已知條件：帶傳動的用途、工作情況和原動機種類；傳遞的功率Ｐ，主、從動輪的轉(zhuǎn)速n1，n2(或傳動比)；其它要求，如外廓尺寸及安裝位置要求等。

設(shè)計內(nèi)容：確定V帶的型號、帶的基準長度、帶的根數(shù)。三、V帶傳動的設(shè)計步驟

1、確定計算功率PC2、選擇V帶型號3、確定帶輪的基準直徑dd1

、dd2

4、驗算帶速v5、計算中心距和帶長6、驗算小帶輪包角7、確定V帶根數(shù)1、確定計算功率PC=KAPKA---工作情況系數(shù)工況KA空、輕載啟動重載啟動每天工作小時數(shù)（h）＜1010~16＞16＜1010~16＞16載荷變動最小液體攪拌機、通風(fēng)機和鼓風(fēng)機（≤7.5kW）、離心式水泵和壓縮機、輕負荷輸送機1.01.11.21.11.21.3載荷變動小帶式輸送機（不均勻負荷）、通風(fēng)機（＞7.5kW）、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機（非離心式）、發(fā)電機、金屬切削機床、印刷機、旋轉(zhuǎn)篩、鋸木機和木工機械1.11.21.31.21.31.4載荷變動較大制磚機、斗式提升機、往復(fù)式水泵和壓縮機、起重機、磨粉機、沖剪機床、橡膠機械、振動篩、紡織機械、重載輸送機1.21.31.41.41.51.6載荷變動很大破碎機（旋轉(zhuǎn)式、顎式等）、磨碎機（球磨、棒磨、管磨）1.31.41.51.51.61.8注：1．空、輕載啟動—電動機（交流啟動、三角啟動、直流并勵）、四缸以上的內(nèi)燃機、裝有離心式離合器、液力聯(lián)軸器的動力機；2．重載啟動—電動機（聯(lián)機交流啟動、直流復(fù)勵或串勵）、四缸以下的內(nèi)燃機。2、確定帶的型號根據(jù)計算功率Pc和小帶輪轉(zhuǎn)速n1由圖選擇V帶型號。

為降低帶的彎曲應(yīng)力，小帶輪的基準直徑dd1應(yīng)大于或等于該型號帶輪的最小直徑dmin。

大帶輪直徑由公式求得，并圓整，取標準系列值。3、確定帶輪基準直徑dd1、dd2

普通V帶輪最小基準直徑（單位：㎜）型號YZABC最小基準直徑dmin205075125200注：普通V帶輪的基準直徑（㎜）系列：2022.4252831.535.540455056636771758085901001061121181251321401501601701802002122242362502652803003153553754004254505005305606006306707107508009001000等。5、計算中心距和帶長

初定中心距：如果中心距未給出，可按下式初選中心距a0

確定帶長：初定帶長L0可按下列幾何長度計算公式求得

根據(jù)初定的L0由表選取相近的基準長度L。傳動的實際中心距可近似按下式確定：

L0=2