1、机构的组成及运动简图平面连杆机构凸轮机构棘轮机构和螺旋机构技能实训12345模块小结6 学习目标1、掌握绘制机构运动简图所需要的一些基本概念、符号、绘图步骤等。2、掌握平面连杆机构中一些基本概念、基本理论，基本掌握平面四杆机构的类型、运动特性及这些运动特性在实际中的应用常识。3、掌握凸轮机构的组成、基本概念、分类方法和类型，凸轮机构的运动特性。4、掌握螺旋机构和棘轮机构的组成、分类方法、运动特性等。1、能够识读和绘制一些简单机构的运动简图。2、能够判断平面四杆机构的类型及其运动特性，能够识别应用在汽车中的典型平面四杆机构。3、能够识别凸轮机构的组成部分，凸轮机构的类型，能够识别应用在汽车中的典
2、型凸轮机构。4、能够识别螺旋机构和棘轮机构的各组成部分，能够识别应用在汽车的典型螺旋机构及棘轮机构。所有构件间的相对运动均为平面运动，且只用低副连接的机构，称为平面连杆机构平面连杆机构。在平面连杆机构中具有四个构件(包含机架)连杆机构，称为四四杆机构杆机构。机构的组成及运动简图图5-1 连杆1-连杆体；2-连杆螺栓；3-连杆盖由两构件直接接触组成的可动连接称为运动副。1 1）低副）低副（1）转动副，如图5-2a）、b）所示；（2）移动副，如图5-2c）所示；2 2）高副）高副如图5-2d）所示的齿轮副和图5-2e）所示的凸轮副均为高副；此外，常用运动副还有螺旋副，如图5-2f）所示。机构的组成
3、及运动简图1 1运动副概念及分类运动副概念及分类a)图5-2 运动副b）c）d）e）f）组成机构的构件，根据运动副性质可分为三类：（1）机架：机构中固定于参考系的构件称为机架。它用来支撑机构中可动构件（机构中相对于机架运动的构件），并以它作为参考坐标系，来研究其他可动构件的运动。（2）主动件（原动件）：机构中具有驱动力、驱动力矩或运动规律已知的构件称为主动件或原动件。它是机构中输入运动或动力的构件，故又称为输入构件。（3）从动件：机构中除了主动件和机架外，随着主动件的运动而运动的其余构件皆称为从动件。机构的组成及运动简图机构的组成及运动简图1 1机构运动简图及其应用机构运动简图及其应用名称简图
4、符号构件杆轴构件固定构件同一构件机构的组成及运动简图1 1机构运动简图及其应用机构运动简图及其应用名称简图符号构件二副元素三副元素平面低副转动副两构件均可以运动机构的组成及运动简图机构的组成及运动简图机构的组成及运动简图在绘制机构运动简图时，应排除构件的复杂外形和具体结构，采用规定的代表符号（表5-1）。再根据运动副之间的相对位置尺寸，按比例绘出。综上所述，机构运动简图的绘图步骤如下：(1)分析机构的结构和运动情况。(2)确定构件、运动副的类型和数目。(3)选择视图平面。(4)选定适当的比例尺。(5)绘制机构运动简图。2 2平面机构运动简图的绘制机构的组成及运动简图图-曲柄滑块机构运动简图 所
5、有构件间的相对运动均为平面运动，且只用低副连接的机构，称为平面连杆机构。平面连杆机构被广泛用于机器中的工作机构和控制机构，其根本原因是由于低副接触面积大、单位面积上承受的压强小，磨损小，使用寿命长同时也容易加工和保证精度，但是低副的两构件间存在间隙可能产生一定的运动误差。在平面连杆机构中具有四个构件(包含机架)连杆机构，称为四杆机构。1 1定义及组成定义及组成 平面连杆机构图-铰链四杆机构两连架杆中一个为曲柄、另一个为摇杆的铰链四杆机构，称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构主要用以实现将曲柄的匀速转动变成摇杆的摆动。2 2基本类型基本类型缝纫机脚踏板机构 平面连杆机构汽车雨刮器两连架杆均为曲柄的铰链
6、四杆机构，称为双曲柄机构。双曲柄机构中，通常主动曲柄作匀速转动，从动曲柄作同向变速转动。机车驱动轮联动机构 平面连杆机构2 2基本类型基本类型惯性筛机构 平面连杆机构2 2基本类型基本类型逆平行四边形机构逆平行四边形机构正正平行四边形机构平行四边形机构摄影车的升降机构摄影车的升降机构车门开启机构车门开启机构具有两个摇杆的铰链四杆机构，称为双摇杆机构。在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则此四杆机构称为双摇杆机构。平面连杆机构2 2基本类型基本类型离合器操纵机构起重机车辆前轮转向机构车辆前轮转向机构 平面连杆机构3 3基本特点基本特点(1)铰链四杆机构是低副机构，构件间的相对运动部分为面接触，
7、故单位面积上的压力较小。并且低副的构造便于润滑，摩擦磨损较小，寿命长，适于传递较大的动力。如动力机械、锻压机械等都可采用。(2)两构件的接触面为简单几何形状，便于制造，能获得较高精度。(3)构件间的相互接触是依靠运动副元素的几何形状来保证的，无需另外采取措施。(4)运动副中存在间隙，难以实现从动件精确的运动规律。平面连杆机构4 4铰链四杆机构曲柄存在的条件在图5-15所示的铰链四杆机构ABCD 中，AB 为曲柄，BC 为连杆，CD 为摇杆，AD 为机架，各杆的长度分别为a、b、c、d。曲柄AB 在回转一圈的过程中一定可以实现与机架AD 共直线两次，即直线B1AD；也可重叠共线，即直线AB2D。
8、图图5-15 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构()最长杆和最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和；()连架杆和机架中必有一个为最短杆。图5-16所示的曲柄摇杆机构中，当曲柄AB 为主动件并作等速回转时，摇杆CD 为从动件并作往复变速摆动，曲柄AB 在回转一周的过程中有两次与连杆BC 共线。这时摇杆CD 分别处在左、右两个极限位置 C1D、C2D。摇杆处在这两个极限位置时所对应的曲柄的两个极限位置所夹的锐角 称为极位夹角。机构的这种性质，称为机构的急回特性，通常用行程速度变化系数 来表示这种特性，即1 1急回运动特性急回运动特性 平面连杆机构002121121221180180tttCCtCCK从动
9、件进程平均速度从动件回程平均速度图图5-16 曲柄摇杆急回运动特性曲柄摇杆急回运动特性如图5-17所示的曲柄摇杆机构，当摇杆CD 为主动件，在曲柄与连杆共线的位置出现传动角等于00的状况（如图5-17中的AB2C2 位置），这时不论连杆BC 对曲柄AB 的作用力有多大，都不能使AB 转动，机构的这种位置称为死点。四杆机工程上常借用飞轮使机构渡过死点。如图5-6所示的缝纫机，如图5-18所示的机车车轮联动机构。2 2死点位置死点位置 平面连杆机构图图5-17 曲柄摇杆机构的死点位置曲柄摇杆机构的死点位置图图5-18 机车车轮联动机构机车车轮联动机构1 1.曲柄滑块机构曲柄滑块机构2 2.偏心轮机
10、构偏心轮机构 平面连杆机构凸轮机构在机械工业中是一种常用机构。图5-24所示为内燃机配气机构。图5-25所示为自动送料机构。1 1定义及组成定义及组成 凸轮机构图5-25 自动送料机构图5-24 内燃机气门机构1-凸轮 2-气门凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成，凸轮为主动件，做定轴等速转动，从动件随凸轮轮廓的变化而得到不同的运动规律。凸轮机构传动的特点是：（1）凸轮机构结构紧凑，只需改变凸轮的轮廓形状，就可以改变从动件的运动规律，容易实现复杂的运动规律，且可以实现高速启动，工作可靠、准确等。（2）凸轮轮廓和从动件是点接触或线接触，易于磨损，多用于传递动力不大的场合。凸轮机构（1 1）盘形
11、凸轮（2 2）圆柱凸轮 凸轮机构1 1按凸轮形状分按凸轮形状分（3 3）移动凸轮图5-26 按凸轮形状分类a）b）c）（1）顶尖式从动件顶尖式从动件，如图5-27a）、b)所示，结构简单易于磨损，只适用于作用力不大、速度不高的场合。（2）滚子式从动件滚子式从动件，如图5-27c）、d)所示，由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，所以磨损较小，用于传递较大的动力，应用较为广泛。（3）平底式从动件平底式从动件，如图5-27e）、f)所示，由于凸轮和从动件之间的作用力始终作用从动件的底平面，所以从动件受力平稳，而且凸轮与平底面间容易形成油膜，润滑较好，用于高速传动。凸轮机构2 2按从动件形式分按从动件形
12、式分图5-27 按从动件形式分类 凸轮机构1 1凸轮轮廓曲线与从动件的运动关系在图5-28a）所示的顶尖从动杆凸轮机构中，以凸轮轮廓最小半径的r0为半径的圆称为基圆基圆，r0称为基圆半基圆半径。如图5-28b)所示，将凸轮的转角与从动件的位移s的关系用曲线表示，此曲线称为从动件的位移曲线，即s-曲线。凸轮作等速转动时，转角与时间成正比，因此横坐标也代表时间t。图5-28 凸轮机构的运动过程 凸轮机构2 2等速运动规律（直线运动规律）当凸轮以等角速度 转动时，从动杆在升程或回程的速度为一常数，这种运动规律称为等速运动规律等速运动规律。如图5-29所示，分别以从动杆的位移s、速度 和加速度 为纵坐
13、标，以凸轮转角（或时间t）为横坐标，作s-、v-及 a-线图。由于速度v为常数，所以速度曲线为平行于横坐标的直线。位移曲线为斜直线，故这种运动规律又称为直线运动规律。因速度为常数，故加速度为零。然而，在行程开始位置，速度由0突变为，其加速度为无穷大。同样，在行程终止位置，速度由 突变为0，其加速度也为无穷大。图5-29 等速运动规律 凸轮机构3 3等加速-等减速运动规律图图5-30 等等加速加速-等减速运动规律等减速运动规律如图5-30所示，这种运动规律的位移曲线由两段光滑相连的抛物线所构成，故这种运动规律又称为抛物线运动规抛物线运动规律。由图可见，等加速-等减速运动规律当有远停程和近停程时，
14、在升程和回程的两端及中点，其加速度仍存在突变，但惯性力为有限值，由此而产生的冲击称为柔性冲击。因此，等加速-等减速运动规律只适用于中速、轻载的场合。凸轮机构4 4如图5-31所示，这种运动规律的加速度是按余弦曲线变化的。加速度曲线是余弦曲线，速度曲线是正弦曲线，而位移曲线是简谐运动曲线，故这种运动规律又称为简谐运动规律简谐运动规律（质点在圆周上做等速运动，它在这个圆的直径上的投影所构成的运动为变速运动，称为简谐运动）。余弦加速度运动规律（简谐运动规律）图图5-31 余弦余弦加速加速度运动规律度运动规律 凸轮机构1 1在选择凸轮材料时，主要应考虑凸轮机构所受的冲击载荷和磨损等问题。通常凸轮采用4
15、5钢或40Cr制造，淬硬到5258HRC；要求更高时，可用15钢或20Cr渗碳淬火到5662HRC，渗碳深度一般为0.81.5mm；或采用可进行渗氮处理的钢材，氮化处理后，表面硬度达到6067HRC，以增强凸轮表面的耐磨性。轻载时可采用优质球墨铸铁或45钢调质处理。凸轮材料的选择 凸轮机构2 2当凸轮的基圆半径较小时，凸轮与轴可做成一体，如图5-32所示的汽车发动机里面的凸轮轴将16个凸轮做到同一根轴上，轴和凸轮成为一体，故被称为凸轮轴。凸轮结构形式图5-23 凸轮轴典型的棘轮机构如图5-33所示。该机构由棘轮3、棘爪2、摇杆1、弹簧5和止动爪4组成。1 1棘轮机构的工作原理和特点 棘轮机构和
16、螺旋机构图5-33 棘轮机构 2 2棘轮机构的类型与应用 棘轮机构和螺旋机构图图5-34 内内啮合棘轮机构啮合棘轮机构图图5-35 可变向外啮合式棘轮机构可变向外啮合式棘轮机构2 2棘轮机构的类型与应用 棘轮机构和螺旋机构图5-37 可变棘轮转角的棘轮机构 1-摇杆 2-棘爪 3-棘轮 4-棘轮罩图5-36 双动式棘轮机构图5-38 摩擦式棘轮机构 1-摇杆 2-棘爪 3-棘轮有螺旋副联接的机构称为螺旋机构，用来传递运动和动力。图5-39所示是最基本的螺旋机构，它是由螺杆、螺母和机架组成。1 1概述概述 棘轮机构和螺旋机构1-螺杆 2-螺母 3-机架图5-39 螺旋机构 1）普通螺旋传动。根据
17、螺旋的作用分为：（1）传递动力就是用较小的力转动螺杆（螺母），使螺母（螺杆）产生较大的轴向力或轴向运动，例如螺旋千斤顶（图5-40）等。（2）传导运动要求有较高的运动精度，如千分尺（图5-41）等。（3）调整位置主要调整零件或部件间相对位置，例如钣金工用成型辊子平行调整丝杠及各类夹具的调整螺旋等。2 2螺旋机构的类型和应用 棘轮机构和螺旋机构1-托盘；2-螺母；3-手柄；4-螺杆图5-41 千分尺螺旋机构图5-40 螺旋千斤顶2）螺旋传动的运动形式。（1）螺母不动，螺杆转动并做直线运动。常用于螺杆位移式台式虎钳（图5-42）、千分尺（图5-41）等。（2）螺杆不动，螺母回转并做直线运动。用于千斤顶（图5-40）等。（3）螺杆原位转动，螺母做直线运动。常用于车床的进给机构（图5-39）等（4）螺母原位转动，螺杆往复运动。用于游标卡尺的微调装置等。2 2螺旋机构的类型和应用 棘轮机构和螺旋机构 图5-42 台虎钳螺旋机构1-螺杆；2-活动钳口；3-固定钳口；4-螺母为了提高螺旋机构的传动效率，在螺杆与螺母的螺纹滚道间装上滚动体（常为滚珠，也有少数用滚子）。如图5-43所示，当螺杆或螺母转动时，滚动体在螺纹滚道内滚动，摩擦状态为滚动摩擦。2 2螺旋机构的类型和应用 棘轮机构和螺旋机构图图5-43 滚动滚动螺旋机构螺旋机构 模块小结
