1、第第6章章 机机 构构即便是非常复杂的即便是非常复杂的机器机器，其机械部分也无非是由常用，其机械部分也无非是由常用机构组合而成，请问内燃机中采用了什么机构机构组合而成，请问内燃机中采用了什么机构（如图（如图6-1所示）？机械手采用了哪些机构（如图所示）？机械手采用了哪些机构（如图6-2所示）？所示）？图图6-1图图6-2第第6章章 机机 构构学习目标学习目标1了解平面运动副及其分类；了解平面运动副及其分类；2熟悉平面四杆机构的基本类型、特点和应用；熟悉平面四杆机构的基本类型、特点和应用；3了解含有一个移动副的四杆机构的特点和应用；了解含有一个移动副的四杆机构的特点和应用；4了解凸轮机构的组成、
2、特点、分类和应用；了解凸轮机构的组成、特点、分类和应用；5了解凸轮机构从动件的常用运动规律；了解凸轮机构从动件的常用运动规律；6了解棘轮机构的组成、特点和应用；了解棘轮机构的组成、特点和应用；7了解槽轮机构的组成、特点和应用了解槽轮机构的组成、特点和应用 能力目标能力目标1.具有识别平面机构的能力具有识别平面机构的能力2.具有测绘较简单的平面机构的能力具有测绘较简单的平面机构的能力3.能正确运用机构的特性分析问题，解决问题能正确运用机构的特性分析问题，解决问题 第第6 6章章 机机 构构n6.1.2 运动副运动副 两个构件直接接触并允许存在一定的相对运动的连接，即可动连接。称为运动副如下图所示
3、。1运动副及其分类运动副及其分类根据运动副中两构件的接触形式不同，可分为低副和高副。(1)1)低副低副两构件以面接触的运动副称为低副。根据它们之间的相对运动是转两构件以面接触的运动副称为低副。根据它们之间的相对运动是转动还是移动，运动副又可分为转动副和移动副和螺旋副三种动还是移动，运动副又可分为转动副和移动副和螺旋副三种转动副转动副 组成运动副的两构组成运动副的两构件之间只能绕某一轴线件之间只能绕某一轴线作相对转动的运动副称作相对转动的运动副称为为转动副转动副。通常转动副。通常转动副的具体形式是用铰链连的具体形式是用铰链连接接,即由圆柱销和销孔即由圆柱销和销孔所构成的转动副。所构成的转动副。转
4、动副 移动副 螺旋副移动副 组成运动副的两构件只能作相对直线移动的运动副称为移动副 螺旋副 组成运动副的两构件只能沿轴线作相对螺旋运动。即有一定关系的转动和移动的复合运动的运动副称为螺旋副(2)高副 两构件以点或线接触的运动副称为高副。轮齿1与轮齿2组成的高副。n2运动副符号运动副符号n运动副符号如图运动副符号如图6-4所示。图所示。图6-4(a,)为转动副符号，图为转动副符号，图6-4（b）为移动副符号，为移动副符号，图图 6-4（c）为高副符号。）为高副符号。（a）（b）（c）图图6-4运动副符号运动副符号构件及常见运动副符号见表构件及常见运动副符号见表6-1n3机构中构件的分类及组成机构
5、中构件的分类及组成n组成机构的的构件，根据运动副的性质可分为三类：（图组成机构的的构件，根据运动副的性质可分为三类：（图6-5）n(1)固定构件（机架）机构中用来支撑可动构件的部分。（构件固定构件（机架）机构中用来支撑可动构件的部分。（构件4）n(2)主动件（原动件）机构中作用有驱动力或驱动力矩的构件。主动件（原动件）机构中作用有驱动力或驱动力矩的构件。n（构件（构件1）n(3)从动件从动件 机构中除主动件机构中除主动件n以外的运动构件。（构件以外的运动构件。（构件2，3）n6.1.3 平面机构的运动简图平面机构的运动简图n1机构运动简图机构运动简图n机构运动简图：是用特定的构件和运动副符号表
6、示机构的一种简机构运动简图：是用特定的构件和运动副符号表示机构的一种简化示意图，仅着重表示结构特征。机构运动简图保持了其实际机化示意图，仅着重表示结构特征。机构运动简图保持了其实际机构的运动特征，它简明地表达了实际机构的运动情况。构的运动特征，它简明地表达了实际机构的运动情况。n2平面机构运动简图的绘制平面机构运动简图的绘制n绘制机构运动简图的步骤：绘制机构运动简图的步骤：n（1）分析机构，观察相对运动；）分析机构，观察相对运动；n（2）确定所有的构件（数目与形状），运动副（数目和类型）；）确定所有的构件（数目与形状），运动副（数目和类型）；n（3）选择合理的位置，即能充分反映机构的特性；）选
7、择合理的位置，即能充分反映机构的特性；n（4）确定比例尺，（）确定比例尺，（5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画）原动件开始画）n例例6-1：绘制下图颚式破碎机主体机构的：绘制下图颚式破碎机主体机构的运动简图运动简图n例例6-2：绘制牛头刨床机构的：绘制牛头刨床机构的运动简图运动简图 例例6-3：绘制组合机构：绘制组合机构运动简图运动简图n6.2 平面四杆机构平面四杆机构n由几个构件通过低副联接，且所有构件由几个构件通过低副联接，且所有构件在相互平行平面内运动的机构称为平面在相互平行平面内运动的机构称为平面连杆机构。由四个杆状构件通过低副连连杆
8、机构。由四个杆状构件通过低副连接而成的平面连杆机构，则称为接而成的平面连杆机构，则称为平面四平面四杆机构。杆机构。n6.2.1铰链四杆机构铰链四杆机构n全部用回转副连接而成的平面四杆机构称全部用回转副连接而成的平面四杆机构称为铰链四杆机构，如为铰链四杆机构，如图图6-8所示所示。机构中。机构中的固定件的固定件2称为机架；与机架用回转副相称为机架；与机架用回转副相联接的杆联接的杆1和杆和杆3称为连架杆；不与机架称为连架杆；不与机架直接联接的杆直接联接的杆4称为连杆。能作整周转动称为连杆。能作整周转动的连架杆，称为曲柄。仅能在某一角度摆的连架杆，称为曲柄。仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆。铰链
9、四杆机构分动的连架杆，称为摇杆。铰链四杆机构分为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。机构、双摇杆机构。n1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构n在铰链四杆机构中，若两个连架杆中，在铰链四杆机构中，若两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构图四杆机构称为曲柄摇杆机构图6-8。通常。通常曲柄为原动件，并作匀速转动；而摇杆曲柄为原动件，并作匀速转动；而摇杆为从动件，作变速往复摆动。例如调整为从动件，作变速往复摆动。例如调整雷达天线俯仰角雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构、汽车的曲柄摇杆机构、汽车雨刮
10、、搅拌机雨刮、搅拌机。当摇杆作为原动件时，。当摇杆作为原动件时，可将摇杆的往复摆动转变为曲柄的连续可将摇杆的往复摆动转变为曲柄的连续转动。例如转动。例如缝纫机缝纫机踏板机构。踏板机构。n2.双曲柄机构双曲柄机构n在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，则在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，则称为称为双曲柄机构双曲柄机构。n在双曲机构中，如果两曲柄的长度不相等，主在双曲机构中，如果两曲柄的长度不相等，主动曲柄等速回转一周，从动曲柄变速回转一周，动曲柄等速回转一周，从动曲柄变速回转一周，如如惯性筛惯性筛。如果两曲柄的长度相等，且连杆与。如果两曲柄的长度相等，且连杆与机架的长度也相等，称为平行双曲柄
11、机构。这机架的长度也相等，称为平行双曲柄机构。这种机构运动的特点是两曲柄的角速度始终保持种机构运动的特点是两曲柄的角速度始终保持相等，在机器中应用也很广泛，如相等，在机器中应用也很广泛，如火车火车。n若两曲柄转向相反且角速度不等，则称为反向若两曲柄转向相反且角速度不等，则称为反向平行双曲柄机构。如平行双曲柄机构。如公共汽车车门启闭机构公共汽车车门启闭机构即即通过从动曲柄朝相反方向转动，从而保证两扇通过从动曲柄朝相反方向转动，从而保证两扇车门同时开启和关闭。车门同时开启和关闭。n3.双摇杆机构双摇杆机构n两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆双摇杆机构。机构。
12、n例如例如飞机起落架飞机起落架中，中，ABCD构成一个双摇杆机构，构成一个双摇杆机构，当摇杆当摇杆CD摆动，带动摇杆摆动，带动摇杆AB摆动，使飞机轮子摆动，使飞机轮子放下收起。保证飞机正常着陆。放下收起。保证飞机正常着陆。n港口用港口用起重机起重机运用了双摇杆原理。在主动摇杆运用了双摇杆原理。在主动摇杆的驱动下，随着机构的运动，连杆的外伸端点的驱动下，随着机构的运动，连杆的外伸端点M获得近似直线的水平运动，使吊重获得近似直线的水平运动，使吊重Q能作水平移能作水平移动而大大节省了移动吊重所需要的功率。动而大大节省了移动吊重所需要的功率。n6.2.2含有一个移动副的四杆机构含有一个移动副的四杆机构
13、n1铰链四杆机构的铰链四杆机构的演化演化n在图在图614（a）所示的曲柄摇杆机构中，当摇）所示的曲柄摇杆机构中，当摇杆杆3的长度增至无穷大时，铰链的长度增至无穷大时，铰链C的运动轨迹将的运动轨迹将变成直线，摇杆变成直线，摇杆CD演化为直线运动的滑块，原演化为直线运动的滑块，原来的运动副变为移动副，机构就演化为曲柄滑来的运动副变为移动副，机构就演化为曲柄滑块机构。块机构。n曲柄滑块机构通常分为曲柄滑块机构通常分为偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构和对和对心曲柄滑块机构心曲柄滑块机构。若滑块移动方位不通过曲柄。若滑块移动方位不通过曲柄转动中心，则称为偏置曲柄滑块机构。曲柄转转动中心，则称为偏置曲柄滑
14、块机构。曲柄转动中心线与滑块移动方位垂直距离称为偏距动中心线与滑块移动方位垂直距离称为偏距e，当移动方位线通过曲柄转动中心当移动方位线通过曲柄转动中心A时（即时（即e=0），），则称为对心曲柄滑块机构。则称为对心曲柄滑块机构。n（2）其他滑块机构）其他滑块机构n摇块机构摇块机构n在曲柄滑块机构中，取杆在曲柄滑块机构中，取杆2为固定件，即可得图为固定件，即可得图6-15b所示的摆动滑块机构，或称所示的摆动滑块机构，或称摇块机构摇块机构。如。如图图6-15a所示所示自卸卡车自卸卡车翻斗机构及其运动简图。翻斗机构及其运动简图。在该机构中，因为液压油缸在该机构中，因为液压油缸3绕铰链绕铰链C摆动，故摆
15、动，故称为摇块。称为摇块。n定块机构定块机构n在曲柄滑块机构中，取杆在曲柄滑块机构中，取杆3为固定件，即可得到为固定件，即可得到固定滑块机构或称固定滑块机构或称定块机构定块机构。这种机构常用于。这种机构常用于抽水唧筒抽水唧筒等机构中。见图等机构中。见图6-16。n导杆机构导杆机构 n 在曲柄滑块机构中若以杆在曲柄滑块机构中若以杆1作为机架，作为机架，则杆则杆2将绕铰链中心转动，而滑块将绕铰链中心转动，而滑块3则将则将以杆以杆4为导轨沿该构件作相对滑动。由此为导轨沿该构件作相对滑动。由此演化而来的机构则称为导杆机构。若杆演化而来的机构则称为导杆机构。若杆1杆杆2则称为则称为转动导杆机构转动导杆机
16、构，若杆，若杆1杆杆2则称为则称为摆动导杆机构摆动导杆机构。导杆机构常用于。导杆机构常用于牛头刨床牛头刨床、插床和回转式油泵中。、插床和回转式油泵中。n6.2.3 平面四杆机构的特征平面四杆机构的特征n1铰链四杆机构有曲柄的条件铰链四杆机构有曲柄的条件n（1）曲柄为最短构件，又称最短构件条件；）曲柄为最短构件，又称最短构件条件；n（2）最短构件与最长构件长度之和小于或等于其他两构）最短构件与最长构件长度之和小于或等于其他两构件长度之和，又称构件长度和条件。件长度之和，又称构件长度和条件。n结论：结论：n在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和小于或在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之
17、和小于或等于其余两杆长度之和时：等于其余两杆长度之和时：n（1）取最短杆为连架杆，得曲）取最短杆为连架杆，得曲柄摇杆机构柄摇杆机构n（2）取最短杆为机架，得）取最短杆为机架，得双曲柄机构双曲柄机构n（3）取最短杆为连杆，得）取最短杆为连杆，得双摇杆机构双摇杆机构n在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论取哪一个构件为机架，都只能余两杆长度之和时，则不论取哪一个构件为机架，都只能得到双摇杆机构。得到双摇杆机构。n例：如图例：如图6-19，已知已知L140mm，L2=50mm，L355mm，L4=60mm，构件，构
18、件1为原动件。为原动件。n（1）机构是否存在曲柄？）机构是否存在曲柄？（2）以）以AD构件作为机架，可构构件作为机架，可构成什么机构？成什么机构？解：（解：（1）因为）因为 L1+L4=40+60L2+L3=50+55，满，满足铰链四杆机构曲柄存在条件，且足铰链四杆机构曲柄存在条件，且构件构件1为最短杆，所以，构件为最短杆，所以，构件1 为为曲柄。曲柄。（2）根据机构性质，以）根据机构性质，以AD构件构件作为机架，作为机架，该机构为曲柄摇杆机构。如图所示。该机构为曲柄摇杆机构。如图所示。n2急回特性急回特性n 如图所示导杆机构。主动件如图所示导杆机构。主动件2（曲柄）以等角速度转动时，从动件（
19、曲柄）以等角速度转动时，从动件3（摇杆）往复摆动的平均速（摇杆）往复摆动的平均速度不相等。从动件回程速度比工作行程速度快。这个性质称为机构的急回特性。我们把回程平均度不相等。从动件回程速度比工作行程速度快。这个性质称为机构的急回特性。我们把回程平均速度与工作行程平均速度之比称为速度变化系数，用速度与工作行程平均速度之比称为速度变化系数，用K表示。表示。111800KK称为极位夹角称为极位夹角 n3压力角和传动角压力角和传动角n图图6-21所示的曲柄摇杆机构，作用在从动件上的驱动力所示的曲柄摇杆机构，作用在从动件上的驱动力F与该力作用点与该力作用点绝对速度绝对速度c之间所夹的锐角之间所夹的锐角称
20、为压力角，压力角的余角称为压力角，压力角的余角称为传动角。称为传动角。n因因90，所以压力角越小，传动角越大，机构传力性能越好；，所以压力角越小，传动角越大，机构传力性能越好；反之，压力角越大，传动角越小，机构传力越费劲，传动效率越低。反之，压力角越大，传动角越小，机构传力越费劲，传动效率越低。n4.机构死点机构死点n（1）机构死点的概念）机构死点的概念n如图如图622曲柄摇杆机构中，若以摇杆曲柄摇杆机构中，若以摇杆CD为主动件，当摇杆处于两个为主动件，当摇杆处于两个极限位置极限位置C1D和和C2D时，连杆时，连杆BC与曲柄与曲柄AB共线，连杆传给曲柄的力共线，连杆传给曲柄的力通过曲柄的回转中
21、心，其力矩为零，因此不能推动曲柄转动。机构的通过曲柄的回转中心，其力矩为零，因此不能推动曲柄转动。机构的这种位置称为死点位置。这种位置称为死点位置。死点位置影响机构的正常传动，死点位置影响机构的正常传动，因此要设法使它能顺利地通过因此要设法使它能顺利地通过死点位置。通常是在曲柄上安死点位置。通常是在曲柄上安装质量较大的飞轮，利用飞轮装质量较大的飞轮，利用飞轮的惯性使机构按原来的转向通的惯性使机构按原来的转向通过死点位置，例过死点位置，例如颚式破碎机。如颚式破碎机。可用多组可用多组机构错位排列机构错位排列的方法，的方法，即使各组机构的死点位置错开即使各组机构的死点位置错开 死点的应用死点的应用夹
22、具夹具，飞机起落架飞机起落架n6.3 凸轮机构凸轮机构n在各种机器中，尤其是自动化机器中，为实现各种复杂的运动要求，常在各种机器中，尤其是自动化机器中，为实现各种复杂的运动要求，常采用凸轮机构。如图内燃机的进气排气的控制就由凸轮机构来实现。采用凸轮机构。如图内燃机的进气排气的控制就由凸轮机构来实现。n6.3.1 凸轮机构凸轮机构n1凸轮机构的应用凸轮机构的应用n凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成。凸轮是凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成。凸轮是凸轮机构的主动件。凸轮机构的主动件。n（1）凸轮机构在内燃机）凸轮机构在内燃机配气机构配气机构中的应用。中的应用。n（2）凸轮机构在自动机床上）凸轮机构在自
23、动机床上控制刀架控制刀架的运动。的运动。n（3）凸轮机构在）凸轮机构在绕线机构绕线机构 的应用。的应用。n2 凸轮机构的分类凸轮机构的分类n按凸轮形状分按凸轮形状分n(1)盘形凸轮盘形凸轮 n(2)移动凸轮移动凸轮 n(3)圆柱凸轮圆柱凸轮 n按从动件端部形状分按从动件端部形状分 n(1)尖顶从动件尖顶从动件 n(2)滚子从动件滚子从动件 n(3)平底从动件平底从动件 n6.3.2 从动件的运动规律从动件的运动规律n1等速运动规律等速运动规律 n运动方程运动方程ns=tn =n=00th等速运动规律曲线等速运动规律曲线 n2等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律 n运动方程运动方程s=210
24、t2=0t=0 等加速等减速运动规律曲线等加速等减速运动规律曲线n6.3.3 平面凸轮轮廓的绘制方法平面凸轮轮廓的绘制方法n凸轮机构工作时，通常凸轮是运动的。凸轮机构工作时，通常凸轮是运动的。用图解法绘制凸轮轮廓曲线时，却需要用图解法绘制凸轮轮廓曲线时，却需要凸轮与图面相对静止。为此，我们应用凸轮与图面相对静止。为此，我们应用“反转法反转法”作图。作图。n1对心移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓对心移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制的绘制n已知从动件的位移运动规律，凸轮的基已知从动件的位移运动规律，凸轮的基圆半径圆半径rb，以及凸轮以等角速度，以及凸轮以等角速度逆时逆时针回转，要求绘出此凸轮的轮廓。针回
25、转，要求绘出此凸轮的轮廓。对心移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制对心移动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制n6.3.4 凸轮的常用材料和结构凸轮的常用材料和结构n1凸轮的常用材料凸轮的常用材料n凸轮和从动件应具有足够的强度和耐磨凸轮和从动件应具有足够的强度和耐磨性，性，凸轮常用材料为碳素钢及合金钢。凸轮常用材料为碳素钢及合金钢。n2凸轮的结构凸轮的结构n工程上常用凸轮的结构工程上常用凸轮的结构 n凸轮轴凸轮轴 n整体式凸轮整体式凸轮 n组合式凸轮组合式凸轮 n6.4 间歇运动机构间歇运动机构n6.4.1 棘轮机构棘轮机构n1棘轮机构的组成、工作特点及类型棘轮机构的组成、工作特点及类型n棘轮机构是由棘爪
26、、棘轮、止动爪和机架组成。棘轮具棘轮机构是由棘爪、棘轮、止动爪和机架组成。棘轮具有结构简单、加工方便、运动可靠等特点。但冲击、噪有结构简单、加工方便、运动可靠等特点。但冲击、噪音大，且运动精度低。音大，且运动精度低。n棘轮分为棘轮分为外接棘轮机构外接棘轮机构和和内接棘轮机构内接棘轮机构。n(1)棘轮机构的工作原理棘轮机构的工作原理n(2)棘轮机构类型棘轮机构类型n单动式单动式棘轮机构棘轮机构n双动式双动式棘轮机构棘轮机构n可变向可变向棘轮机构棘轮机构 n2.棘轮机构的应用棘轮机构的应用n棘轮机构常用于转位分度、进给、单向离合器、超越离棘轮机构常用于转位分度、进给、单向离合器、超越离合器、制动器
27、等。合器、制动器等。n6.4.2 槽轮机构槽轮机构n1槽轮机构的及工作原理和型式槽轮机构的及工作原理和型式n槽轮机构槽轮机构是由槽轮、带有圆柱销的拨盘和是由槽轮、带有圆柱销的拨盘和机架组成。机架组成。n平面槽轮机构有两种型式：外槽轮机构和平面槽轮机构有两种型式：外槽轮机构和内槽轮机构。内槽轮机构。n2槽轮机构的应用槽轮机构的应用n槽轮机构一般应用于转速不高和要求间歇槽轮机构一般应用于转速不高和要求间歇转动的机械当中，如转动的机械当中，如自动机床自动机床刀架、轻工刀架、轻工机械、机械、放映机送片机构放映机送片机构等。等。图图6-8铰链四杆机构铰链四杆机构图图512左右旋螺纹左右旋螺纹简易机器人简易机器人 n曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构n双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构
