常用機構設計

1、第3章 常用機構,平面機構：各構件的相對運動平面互相平行（常用 的機構大多數為平面機構）。,空間機構：至少有兩個構件能在三維空間中相對運動。,機構：傳遞運動、動力或改變運動形式、軌跡等。,1、運動副的概念,畫機構的運動簡圖；,2、計算機構的自由度和機構具有確定運動的條件；,本章學習要點：,3、能判別四桿機構的類型和運動特性分析；,4、能設計簡單 四桿機構；,5、能分析凸輪機構的運動特性；,機器：是執(zhí)行機械運動的裝置，用來變換或傳遞能 量、物料與信息。是由零件裝配而成。 零件：是機器中不可拆卸的制造單元。 構件：一個零件，或是若干個零件的組合體。 機構：用運動副將若干個構件連接起來以傳遞運動和力

2、的系統(tǒng)。 運動副：構件與構件直接接觸所形成的可動聯(lián)接。,復習：,3-1 機構的結構分析,3.1.1 平面機構的組成,可動聯(lián)接：既保持直接接觸，又能產生一定的相對 運動。,從運動的角度看：由構件用運動副組成的可動聯(lián)接,1.機構的組成,運動視圖,高副：點、線接觸,3.運動副：,2）接觸元素：點、線、面,1）定義：構件間直接接觸所組成的可動聯(lián)接,3）類型,低副：面接觸,(1)低副：,轉動副(鉸鏈):兩構件間只能作相對轉動；,移動副:兩構件間只能作相對移動；,運動視圖,運動視圖,高副：施加1個約束，還剩2個自由度。,（2）高副：,凸輪副,齒輪副,總結：約束1個相對轉動而保留2個獨立移動的運動副 不可能

3、存在，故沒有其他運動副形式。,運動視圖,運動視圖,（3）空間運動副：,分析以下運動副的類型,（1）機 架:1個,（3）從動件:要有確定的運動規(guī)律，由主動件運動規(guī)律、 運動副類型、機構的運動尺寸確定。,（2）主動件:一個或數個,輸入獨立的確定運動規(guī)律,機構的組成,3.1.2 平面機構運動簡圖,1.定義：用規(guī)定的符號和線條按一定的比例表示構件和 運動副的相對位置，并能完全反映機構特征的簡圖。,2.繪制：,1）運動副的符號,（1）轉動副：,（2）移動副：,（3）齒輪副：,（4）凸輪副：,2）構件的符號,3）機構運動簡圖的繪制,（1）分析機構，觀察相對運動，數清所有構件的數目；,（2）確定所有運動副的

4、類型和數目；,（3）選擇合理的位置（即能充分反映機構的特性）；,（4）確定比例尺；,（5）用規(guī)定的符號和線條繪制成簡圖。 （從原動件開始畫),用“1、2、3”標明不同的構件； 用“A、B、C”標明不同的轉動副； 用箭頭表明原動件和轉向； 用多條斜短線標明機架。,4）機構運動簡圖的繪制要求,例1:試繪制如圖所示偏心輪機構的運動簡圖,例2:畫出圖示柱塞油泵機構的運動簡圖,注意：繪制機構運動簡圖時，原動件位置不同，所繪運動簡圖的圖形也不同。若原動件位置選擇不當，構件可能互相重疊或交叉，使圖形不易辨認。 可見，要清晰表達各構件的相互關系，應當選擇恰當的原動件位置來繪圖。,運動視圖,例3:試繪制內燃機的

5、機構運動簡圖,刨床的機構運動簡圖,3-2 平面連桿機構,3.2.1 鉸鏈四桿機構的類型及應用,1.基本概念,1)平面連桿機構：用低副連接而成的平面機構。,特點：運動副為低副，面接觸 承載能力大； 便于潤滑，壽命長; 幾何形狀簡單便于加工，成本低。,2）鉸鏈四桿機構：運動副都是轉動副的四桿機構。,鉸鏈四桿機構：,4機架,1，3連架桿定軸轉動,2連桿平面運動,曲柄：作整周轉動的連架桿,搖桿：非整周轉動的連架桿,動畫,組成,2.基本類型:根據兩連架桿的運動形式,1）曲柄搖桿機構 2）雙曲柄機構 3）雙搖桿機構,連架桿,應用1,應用2,應用1,應用4,應用3,應用2,應用1,應用2,3.2.2 鉸鏈四

6、桿機構的演化,1、擴大轉動副:偏心輪機構,2、轉動副轉化成移動副：曲柄滑塊機構,e=0， 對心曲柄滑塊機構,曲柄滑塊機構（偏距e）,e0，偏置曲柄滑塊機構,運動視圖,3.導桿機構與搖塊機構,曲柄滑塊機構,定塊機構,搖塊機構,導桿機構,擺動導桿機構,轉動導桿機構,應用,視圖,視圖,視圖,3.3.1 鉸鏈四桿機構有曲柄的條件,若1能繞A整周轉動， 則存在兩個特殊位置,a+db+c (1),bc+d-a 即a+bc+d (2),cb+d-a 即a+cb+d (3),(2)+(3)得 ad,(1)+(2)得2a+b+d2c+b+d即ac,(1)+(3)得 ab,如:ad,4 d,3-3 平面機構的工作

7、特性,a+db+c (1),bc+(a-d) 即d+bc+a (2),cb+(a-d) 即d+cb+a (3),(2)+(3)得 da,(1)+(2)得a+b+2d2c+b+a即dc,(1)+(3)得 db,如: ad,B”,4 d,（2）最短桿與最長桿的長度之和小于等于其它兩桿 長度之和。,鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件,（1）機架和曲柄中必有一構件為的最短桿。,推論:(鉸鏈四桿機構的類型判別),（1）最短桿與最長桿的長度之和大于其他兩桿長度之和，所有運動副均為擺動副，則為雙搖桿機構。,（2）最短桿與最長桿的長度之和小于等于其他兩桿長度之和，最短桿上兩個轉動副均為整轉副。,取最短桿為機架,雙曲柄

8、機構,取最短桿任一相鄰桿為機架,曲柄搖桿機構,取最短桿對面的桿件為機架,雙搖桿機構,50,200,130,100,例2:判斷下圖所示四桿機構的類型,解:,最長桿與最短桿長度之和其余兩桿長度之和, 故為雙搖桿機構.,50,200,100,例1:判斷下圖所示四桿機構的類型,解:,160,最長桿與最短桿長度之和其余兩桿長度之和, 且最短桿的相鄰桿為機架,故為曲柄搖桿機構.,如下圖所示鉸鏈四桿機構ABCD中，BC=50mm，CD=35mm， AD=30mm，取AD為機架 ）如果該機構能成為曲柄搖桿機構，且AB是曲柄， 求AB的取值范圍； ）如果該機構能成為雙曲柄桿構，求AB的取值范圍； ）如果該機構能

9、成為雙搖桿機構，求AB的取值范圍,例3,若該機構為雙曲柄機構，則AB桿的取值范圍為： 45AB55,解:,1）該機構為曲柄搖桿機構，且AB為曲柄，則AB應為最短桿。,已知BC桿為最長桿BC=50。,AB+BCAD+CD, 0AB15,2）該機構如為雙曲柄機構，同樣應滿足曲柄存在的條件，,應以最短桿為機架?，F(xiàn)AD為機架，則最短桿為AD30，,最長桿可能為BC桿，也可能是AB桿。,若AB桿為最長桿(AB50) ：AD+ABBC+CD,AB55 即50AB55,若BC桿為最長桿(AB50) ：AD+BCAB+CD,AB45 即45AB50,ABAD+CD+BC AB115 55AB115,3）欲使該

10、機構為雙搖桿機構,(1)最短桿與最長桿之和應大于另外二桿之和?，F(xiàn)在的 關鍵是誰是最短、最長桿？,若AB桿最短(AB30)，則最長桿為BC：,AB+BCCD+AD 15AB30,若AD桿最短, AD+BCAB+CD 30AB45,.AB桿最長：AD+ABBC+CD AB55,綜上分析：AB桿的取值為： 15AB45 或者 55AB115,.BC桿最長(30AB50),(2)滿足長度條件,但BC不為最短桿,推論3不成立,3.3.2 鉸鏈四桿機構的基本特性,1.急回運動,1）極位夾角（C2AC1）: 搖桿處于極限位置時曲柄 所夾銳角。,工作行程:,從動件,空回行程:,AB1AB2,AB2AB1,原動

11、件作勻速轉動，從動件作往復運動的機構，從動件工作（正）行程和空回（反）行程的平均速度不相等。,2）機構的急回運動特性：,3)行程速比系數,2.壓力角和傳動角,1）壓力角:從動件上點c的受力方向與速度方向 所夾的銳角。,2）傳動角：壓力角的余角，F(xiàn)與Fn夾角，,切向分力：,法向分力：,3）最小傳動角min,為了保證機構的傳力性能良好：,傳遞大功率的機構（沖床）：,最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機架兩次共線的一處。,經常用衡量機構的傳動質量,傳動角愈大，壓力角 愈小，機構傳力性能愈好，傳動角=90，傳動最有利。,3.死點,機構停在死點位置，不能起動。 運轉時，靠慣性沖過死點。,運動視圖,利用死點實例,下圖

12、所示六桿機構中,各構件的尺寸為:lAB30mm,lBC55mm,lAD=50mm,lCD=40mm,lDE20mm,lEF60mm.滑塊為運動輸出構件.試確定： ）四桿機構ABCD的類型 ）作滑塊的行程？ ）求機構的最小傳動角min？,例4:,）四桿機構ABCD中，最短桿AB，最長桿BC 因為lABlBClCDlAD 且以最短桿AB的鄰邊為機架故四桿機構ABCD為曲柄搖桿機構,答案：,3)機構的最小傳動角min出現(xiàn)在CD桿垂直于導路時 （即ED導路）COSminED/EF COSmin1/3 min78.4o,2),3-6 凸輪機構,3.6.1 凸輪機構的組成、應用和分類,1.組成：,凸輪：一

13、個具有曲線輪廓或凹槽的構件，通過高副接觸,從動件：平動，擺動,機架,工程實例1,工程實例2,工程實例3,工程實例4,2.應用：,當從動件的位移、速度、加速度必須嚴格按照預定規(guī)律變化時，常用凸輪機構。,3.分類：,1）按凸輪的形狀：,盤形凸輪機構平面凸輪機構,移動凸輪機構平面凸輪機構,圓柱凸輪機構空間凸輪機構,2）按從動件的型式：,平底從動件：用于高速。,尖底從動件：用于低速；,滾子從動件：應用最普遍；,3）按從動件的運動形式：,直動從動件：往復直線運動,對心直動從動件,擺動從動件：往復擺動,偏置直動從動件,4）按鎖合的方式：,力鎖合（重力、彈簧力）,幾何鎖合,運動視圖,3.6.2 凸輪機構工作

14、過程及從動件常見運動規(guī)律,1.凸輪機構工作過程,偏距e：,1)幾個概念,尖底偏置直動從動件盤形凸輪機構,基圓：凸輪輪廓上最小 向徑為半徑的圓,偏距圓,2）凸輪機構工作過程,近休止角：S=AOD,從動件位移線圖(從動件速度線圖，加速度線圖),行程：h(最大位移),上升停降停,推程運動角：=BOB=AOB1,遠休止角：S=BOC=B1OC1,回程運動角：=C1OD,2. 從動件常見運動規(guī)律,剛性沖擊： 由于加速度發(fā)生無窮大突變而引起的沖擊稱為剛性沖擊。,1）勻速運動規(guī)律（推程段）,行程起始位置：,行程終止位置：,2）等加速等減速運動規(guī)律,柔性沖擊 ： 加速度發(fā)生有限值的突變 （適用于中速場合）,定

15、義：從動件在一個推程或 回程中，前半程作等加速運動， 后半程作等減速運動。,加速度=減速度,3）余(簡)弦運動規(guī)律,運動特征： 若 為零，無沖擊， 若 不為零，有沖擊,3.6.3 盤形凸輪輪廓曲線設計,設計方法：作圖法，解析法,反轉法,1、尖底直動從動件盤形凸輪機構凸輪輪廓設計：,已知 轉向,步驟：,1.作基圓、偏距圓和從動件導路；,2.將推程、回程運動角作若干等分；,3.以oc0開始，將基圓按推程、遠休 止、回程、近休止角分別畫出，并 將推程、回程角分成相應等分的點C；,4.過相應點作偏距圓的切線；,5.沿切線自基圓開始取從動件相應 的位移量得到一系列點B；,6.用光滑的曲線將B點串聯(lián)即得；

16、,（3）在理論輪廓上畫出一系列滾子，畫出滾子的 內包絡線實際輪廓曲線。,設計滾子從動件凸輪機構時， 凸輪的基圓半徑是指理論輪廓 曲線的基圓半徑。,2、滾子從動件,（1）去掉滾子，以滾子中心為尖底。,（2）按照上述方法作出輪廓曲線理論輪廓曲線,計算機輔助設計,3.6.4 凸輪工作輪廓的校核,1.運動失真,滾子半徑rT必須小于理論輪廓曲線外凸部分的最小曲率半徑min.,回程=7080,2.凸輪機構的壓力角和自鎖,1）壓力角：接觸點法線與從動件 作用點速度方向所夾的銳角。,2)自鎖,3）許用壓力角,壓力角，有效分力，有害分力，到一定程度將卡死。,直動從動件,推程=3040,4）壓力角的影響因數,壓力

17、角，基圓半徑，結構尺寸,為保證結構緊湊，壓力角不宜過小。,凸輪軸半徑,3.7 間歇運動機構,3.7.1 棘輪機構,1.棘輪機構的工作原理,擺桿1左右擺動，當擺桿左擺時，棘爪4插入棘輪3的齒內推動棘輪轉過某一角度。,當擺桿右擺時，棘爪4滑過棘輪3，而棘輪靜止不動，往復循環(huán)。制動爪5防止棘輪反轉,這種有齒的棘輪其進程的變化最少是1個齒距，且工作時有響聲。,動畫,2.棘輪機構的其它類型,1)摩擦棘輪（無聲棘輪）,組成:外套筒1、內套筒3之間裝有受壓縮彈簧作用的滾子2。,當外套筒順時針轉動，滾子楔緊，內套筒轉動。,當外套筒逆時針轉動，滾子松開，內套筒不動。,由于摩擦傳動會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，不適于從動件轉角要求精確的地方