1、平面機構：各構件的相對運動平面互相平行（常用平面機構：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）。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。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。機構：傳遞運動、動力或改變運動形式、軌跡等。1 1、運動副的概念、運動副的概念, ,畫機構的運動簡圖；畫機構的運動簡圖；2 2、計算機構的自由度和機構具有確定運動的條件；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：本章學習要點：3 3、能判別四桿機構的類型和運動特性分析；能判別四桿機構的類型和運動特性分析

2、；4 4、能能設計簡單設計簡單 四桿四桿機構；機構；5 5、能分析凸輪機構的運動特性；能分析凸輪機構的運動特性；n機器：是執行機械運動的裝置，用來變換或傳遞能機器：是執行機械運動的裝置，用來變換或傳遞能 量、物料與信息。是由零件裝配而成。量、物料與信息。是由零件裝配而成。n零件：是機器中不可拆卸的制造單元。零件：是機器中不可拆卸的制造單元。n構件：一個零件，或是若干個零件的組合體。構件：一個零件，或是若干個零件的組合體。n機構：用運動副將若干個構件連接起來以傳遞運動機構：用運動副將若干個構件連接起來以傳遞運動和力的系統。和力的系統。n運動副：構件與構件直接接觸所形成的可動聯接。運動副：構件與構

3、件直接接觸所形成的可動聯接。復習：復習：3-1 3-1 機構的結構分析機構的結構分析3.1.1 3.1.1 平面機構的組成平面機構的組成可動聯接：可動聯接：既保持直接接觸，又能產生一定的相對既保持直接接觸，又能產生一定的相對 運動。運動。從從運動運動的角度看：由構件用運動副組成的可動聯接的角度看：由構件用運動副組成的可動聯接1.1.機構的組成機構的組成OyAxyAx運動視圖運動視圖高副：點、線接觸高副：點、線接觸3.3.運動副：運動副：2 2）接觸元素：點、線、面接觸元素：點、線、面1 1）定義：構件間直接）定義：構件間直接接觸接觸所組成的所組成的可動聯接可動聯接3 3）類型）類型低副：面接觸

4、低副：面接觸(1)(1)低副：低副：轉動副轉動副(鉸鏈鉸鏈):兩構件間只能作相對轉動；兩構件間只能作相對轉動；移動副移動副: :兩構件間只能作相對移動；兩構件間只能作相對移動；xyxy運動視圖運動視圖運動視圖運動視圖高副：施加高副：施加1 1個約束，還剩個約束，還剩2 2個自由度。個自由度。（2 2）高副：）高副：凸輪副凸輪副齒輪副齒輪副總結：約束總結：約束1個相對轉動而保留個相對轉動而保留2個獨立移動的運動副個獨立移動的運動副 不可能存在，故沒有其他運動副形式。不可能存在，故沒有其他運動副形式。yyxx運動視圖運動視圖運動視圖運動視圖（3 3）空間運動副：）空間運動副：分析分析以下運動副的類

5、型以下運動副的類型（1 1）機）機 架架:1:1個個（3 3）從動件）從動件: :要有要有確定的運動規律，由確定的運動規律，由主主動件運動規律、動件運動規律、 運動副類型、機構的運動尺寸確定。運動副類型、機構的運動尺寸確定。（2 2）主主動件動件: :一個或數個一個或數個, ,輸入獨立的確定運動規律輸入獨立的確定運動規律機構的組成機構的組成3.1.2 3.1.2 平面機構運動簡圖平面機構運動簡圖1.1.定義：用規定的符號和線條按定義：用規定的符號和線條按一定的比例一定的比例表示構件和表示構件和 運動副的運動副的相對位置相對位置，并能完全反映機構特征的簡圖。，并能完全反映機構特征的簡圖。2.2.

6、繪制：繪制：1 1）運動副的符號）運動副的符號（1 1）轉動副：）轉動副：（2 2）移動副：）移動副：122112212112212121212（3 3）齒輪副：）齒輪副：（4 4）凸輪副：）凸輪副：11222 2）構件的符號）構件的符號 )(mmml圖上尺寸實際尺寸3 3）機構運動簡圖的繪制）機構運動簡圖的繪制（1 1）分析機構，觀察相對運動，數清所有構件的數目；）分析機構，觀察相對運動，數清所有構件的數目；（2 2）確定所有運動副的類型和數目；）確定所有運動副的類型和數目；（3 3）選擇合理的位置（即能充分反映機構的特性）；）選擇合理的位置（即能充分反映機構的特性）；（4 4）確定比例尺；

7、）確定比例尺；（5 5）用規定的符號和線條繪制成簡圖。）用規定的符號和線條繪制成簡圖。 （從原動件開始畫（從原動件開始畫) )n用用“1 1、2 2、3”3”標明不同的構件；標明不同的構件；n用用“A A、B B、C”C”標明不同的轉動副；標明不同的轉動副；n用箭頭表明原動件和轉向；用箭頭表明原動件和轉向；n用多條斜短線標明機架。用多條斜短線標明機架。4 4）機構運動簡圖的繪制要求）機構運動簡圖的繪制要求A41B23C例例1 1:試繪制如圖所示試繪制如圖所示偏心輪機構偏心輪機構的運動簡圖的運動簡圖 例例2:畫出圖示柱塞油泵機構的運動簡圖畫出圖示柱塞油泵機構的運動簡圖 注意：注意：繪制機構運動簡

8、圖時，原動件位置不同，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。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。恰當的原動件位置來繪圖。運動視圖運動視圖例例3:試繪制內燃機的機構運動簡圖 刨床的機構運動簡圖 3-2 3-2 平面連桿機構平面連桿機構3.2.1 3.2.1 鉸鏈四桿機構的類型及應用鉸鏈四桿機構的類型及應用1.1.基本概念基本概念1)1)平面連桿機構：用

9、平面連桿機構：用低副低副連接而成的平面機構。連接而成的平面機構。特點：運動副為低副，面接觸特點：運動副為低副，面接觸 承載能力大；承載能力大； 便于潤滑，壽命長便于潤滑，壽命長; ; 幾何形狀簡單幾何形狀簡單便于加工，成本低。便于加工，成本低。2 2）鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構：運動副都是轉動副的四桿機構。：運動副都是轉動副的四桿機構。鉸鏈四桿機構：鉸鏈四桿機構：44機架機架1 1，33連架桿連架桿定軸轉動定軸轉動22連桿連桿平面運動平面運動曲柄：作整周轉動的連架桿曲柄：作整周轉動的連架桿搖桿：非整周轉動的連架桿搖桿：非整周轉動的連架桿動畫動畫組成組成2.2.基本類型基本類型: :根據兩連架桿的

10、運動形式根據兩連架桿的運動形式1 1）曲柄搖桿機構）曲柄搖桿機構2 2）雙曲柄機構）雙曲柄機構3 3）雙搖桿機構）雙搖桿機構A14DB23C連架桿連架桿應用應用1 應用應用2應用應用1 1應用應用4應用應用3應用應用2 2應用應用1 1應用應用2 23.2.2 3.2.2 鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構的演化1 1、擴大轉動副、擴大轉動副: :偏心輪機構偏心輪機構C1BD32CA44A1B21D3BC42D3AC1BD32CA44A1B21D3BC42D3A2 2、轉動副轉化成移動副：、轉動副轉化成移動副：曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構e=0e=0， 對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構（偏

11、距曲柄滑塊機構（偏距e e）e0e0，偏置曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構運動視圖運動視圖DABCDBA12341234CKcKcB1A324CB241ACe33.3.導桿機構與導桿機構與搖塊機構搖塊機構A41B23CA41B23CA41B23CA41B23C曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構定塊機構定塊機構搖塊機構搖塊機構導桿機構導桿機構擺動導桿機構擺動導桿機構轉動導桿機構轉動導桿機構應用應用視圖視圖視圖視圖視圖視圖3.3.1 鉸鏈四桿機構有曲柄的條件鉸鏈四桿機構有曲柄的條件 BCa+dBCd-a若若1能繞能繞A整周轉動，整周轉動，則存在兩個特殊位置則存在兩個特殊位置a+db+c (1)bc+d-a即即a

12、+bc+d (2)cb+d-a即即a+cb+d (3)(2)+(3)得得 ad(1)+(2)得得2a+b+d2c+b+d即即ac(1)+(3)得得 ab如如:adA1DB23Cabc4 d3-3 3-3 平面機構的工作特性平面機構的工作特性BCa+da+db+c (1)bc+(a-d)即即d+bc+a (2)c其余兩桿長度之和其余兩桿長度之和,故為雙搖桿機構故為雙搖桿機構.50200100例例1:判斷下圖所示四桿機構的類型判斷下圖所示四桿機構的類型解解:200max BCL25050200minmaxABBCLL50min ABL260100160 ADCD160最長桿與最短桿長度之和最長桿與

13、最短桿長度之和其余兩桿長度之和其余兩桿長度之和,且最短桿的相鄰桿為機架且最短桿的相鄰桿為機架,故為曲柄搖桿機構故為曲柄搖桿機構.如下圖所示鉸鏈四桿機構如下圖所示鉸鏈四桿機構ABCDABCD中，中，BC=50mmBC=50mm，CD=35mmCD=35mm，AD=30mmAD=30mm，取，取ADAD為機架為機架）如果該機構能成為曲柄搖桿機構，且）如果該機構能成為曲柄搖桿機構，且ABAB是曲柄，是曲柄， 求求ABAB的取值范圍；的取值范圍；）如果該機構能成為雙曲柄桿構，求）如果該機構能成為雙曲柄桿構，求ABAB的取值范圍；的取值范圍；）如果該機構能成為雙搖桿機構，求）如果該機構能成為雙搖桿機構，

14、求ABAB的取值范圍的取值范圍例例3若該機構為雙曲柄機構，則若該機構為雙曲柄機構，則ABAB桿的取值范圍為：桿的取值范圍為： 45AB55解解:1 1）該機構為曲柄搖桿機構，且）該機構為曲柄搖桿機構，且ABAB為曲柄，則為曲柄，則ABAB應為最短桿。應為最短桿。已知已知BCBC桿為最長桿桿為最長桿BC=50BC=50。 AB+BCAD+CD 0AB152 2）該機構如為雙曲柄機構，同樣應滿足曲柄存在的條件，）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。現應以最短桿為機架。現ADAD為機架，則最短桿為為機架，則最短桿為ADAD3030，最長桿可能為最長桿可能為BCBC桿，也

15、可能是桿，也可能是ABAB桿。桿。若若AB桿為最長桿桿為最長桿(AB50) ：AD+ABBC+CDAB55 即即50AB55若若BC桿為最長桿桿為最長桿(AB50) ：AD+BCAB+CDAB45 即即45AB50ABAD+CD+BC AB115 55AB115 3）欲使該機構為雙搖桿機構）欲使該機構為雙搖桿機構(1)最短桿與最長桿之和應大于另外二桿之和。現在的最短桿與最長桿之和應大于另外二桿之和。現在的關鍵是誰是最短、最長桿？關鍵是誰是最短、最長桿？ 若若AB桿最短桿最短(AB30)，則最長桿為，則最長桿為BC：AB+BCCD+AD 15AB30若若AD桿最短桿最短 AD+BCAB+CD 3

16、0AB45.AB桿最長：桿最長：AD+ABBC+CD AB55綜上分析：綜上分析：AB桿的取值為：桿的取值為： 15AB45 或者或者 55AB115.BC桿最長桿最長(30AB50)(2)滿足長度條件滿足長度條件,但但BC不為最短桿不為最短桿,推論推論3不成立不成立3.3.2 鉸鏈四桿機構的基本特性鉸鏈四桿機構的基本特性 1.1.急回運動急回運動218018021211 1）極位夾角）極位夾角（C C2 2ACAC1 1）: : 搖桿處于極限位置時曲柄搖桿處于極限位置時曲柄所夾銳角。所夾銳角。工作行程工作行程: :從動件從動件空回行程空回行程: :ABAB1 1ABAB2 218011802

17、ABAB2 2ABAB1 11211tccv 平均速度1t時間2t時間2212tccv 平均速度AD1B2B1C1B22CC11180KK180180212112122112tttcctccvvK 原動件作勻速轉動，從動件作往復運動的機構，從動原動件作勻速轉動，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。件工作（正）行程和空回（反）行程的平均速度不相等。2 2）機構的急回運動特性：）機構的急回運動特性：1度從動件工作行程平均速度從動件空回行程平均速K3)3)行程速比系數行程速比系數2.2.壓力角和傳動角壓力角和傳動角1 1）壓力角）壓力角:從動件上點從動件上點

18、c的受力方向與速度方向的受力方向與速度方向所夾的銳角。所夾的銳角。2 2）傳動角）傳動角：壓力角的余角，：壓力角的余角，F F與與FnFn夾角，夾角，有效分力sincosFFFt有害分力cossinFFFn切向分力：切向分力：法向分力：法向分力： 90ntFFB2BAvcminB1D2Cmax1CFC3 3）最小傳動角）最小傳動角minmin 40min為了保證機構的傳力性能良好：為了保證機構的傳力性能良好：傳遞大功率的機構（沖床）：傳遞大功率的機構（沖床）： 50min最小傳動角出現在曲柄與機架兩次共線的一處。最小傳動角出現在曲柄與機架兩次共線的一處。ntFFB2BAvcminB1D2Cma

19、x1CFC經常用經常用衡量機構的傳動質量衡量機構的傳動質量, ,傳動角傳動角愈大，壓力角愈大，壓力角愈小，機構傳力性能愈好，傳動角愈小，機構傳力性能愈好，傳動角=90=90，傳動最有利。，傳動最有利。3.3.死點死點機構停在死點位置，不能起動。機構停在死點位置，不能起動。運轉時，靠慣性沖過死點。運轉時，靠慣性沖過死點。0,902C1CDP2BAB1運動視圖運動視圖利用死點實例利用死點實例下圖所示六桿機構中下圖所示六桿機構中, ,各構件的尺寸為各構件的尺寸為: :l lABAB30mm,30mm,l lBCBC55mm,55mm,l lADAD=50mm,=50mm,l lCDCD=40mm,=

20、40mm,l lDEDE20mm,20mm,l lEFEF60mm.60mm.滑塊為運滑塊為運動輸出構件動輸出構件. .試確定：試確定： ）四桿機構）四桿機構ABCDABCD的類型的類型 ）作滑塊的行程？）作滑塊的行程？ ）求機構的最小傳動角）求機構的最小傳動角minmin？ 例例4:）四桿機構）四桿機構ABCDABCD中，最短桿中，最短桿ABAB，最長桿，最長桿BCBC 因為因為l lABABl lBCBCl lCDCDl lADAD 且以最短桿且以最短桿ABAB的鄰邊為機架故四桿機構的鄰邊為機架故四桿機構ABCDABCD為曲為曲柄搖桿機構柄搖桿機構答案：答案：3)3)機構的最小傳動角機構的

21、最小傳動角minmin出現在出現在CDCD桿垂直于導路時桿垂直于導路時（即（即EDED導路）導路）COSCOSminminED/EF COSED/EF COSminmin1/31/3minmin78.478.4o o2)2)3-6 3-6 凸輪機構凸輪機構3.6.1 3.6.1 凸輪機構的組成、應用和分類凸輪機構的組成、應用和分類 1.組成：組成：凸輪：一個具有曲線輪廓或凹槽的構件，通過高副接觸凸輪：一個具有曲線輪廓或凹槽的構件，通過高副接觸從動件：平動，擺動從動件：平動，擺動機架機架工程實例工程實例1 工程實例工程實例2工程實例工程實例3工程實例工程實例42.應用：應用： 當從動件的位移、速

22、度、加速度必須嚴格按照預定當從動件的位移、速度、加速度必須嚴格按照預定規律變化時，常用凸輪機構。規律變化時，常用凸輪機構。3.3.分類：分類：1 1）按凸輪的形狀：）按凸輪的形狀：盤形凸輪機構盤形凸輪機構平面凸輪機構平面凸輪機構移動凸輪機構移動凸輪機構平面凸輪機構平面凸輪機構圓柱凸輪機構圓柱凸輪機構空間凸輪機構空間凸輪機構2 2）按從動件的型式：）按從動件的型式：平底從動件：用于高速。平底從動件：用于高速。尖底從動件：用于低速；尖底從動件：用于低速；滾子從動件：應用最普遍；滾子從動件：應用最普遍；3 3）按從動件的運動形式：）按從動件的運動形式：直動從動件：往復直線運動直動從動件：往復直線運動

23、對心直動從動件對心直動從動件擺動從動件：往復擺動擺動從動件：往復擺動偏置直動從動件偏置直動從動件4 4）按鎖合的方式：）按鎖合的方式：力鎖合（重力、彈簧力）力鎖合（重力、彈簧力）幾何鎖合幾何鎖合運動視圖運動視圖3.6.2 3.6.2 凸輪機構工作過程及從動件常見運動規律凸輪機構工作過程及從動件常見運動規律 1.1.凸輪機構工作過程凸輪機構工作過程偏距偏距e e：1)1)幾個概念幾個概念尖底偏置直動從動件盤形凸輪機構尖底偏置直動從動件盤形凸輪機構基圓：凸輪輪廓上最小基圓：凸輪輪廓上最小 向徑為半徑的圓向徑為半徑的圓偏距圓偏距圓ABO0rDCe2 2）凸輪機構工作過程）凸輪機構工作過程近休止角：近

24、休止角：S S=AOD=AOD從動件位移線圖從動件位移線圖( (從動件速度線圖，加速度線圖從動件速度線圖，加速度線圖) )行程：行程：h(h(最大位移最大位移) )上升上升停停降降停停推程運動角：推程運動角：=BOB=AOBBOB=AOB1 1遠休止角：遠休止角：S=S=BOC=BBOC=B1 1OCOC1 1回程運動角：回程運動角：=C=C1 1ODOD AsCBhs D s ,tAB ABhOB0r sDC C1s1e2. 2. 從動件常見運動規律從動件常見運動規律剛性沖擊：剛性沖擊：由于加速度發生無窮大突變而由于加速度發生無窮大突變而引起的沖擊稱為剛性沖擊。引起的沖擊稱為剛性沖擊。1 1

25、）勻速運動規律（推程段）勻速運動規律（推程段）tvvts00dtdva000vdtdva000vdtdva行程起始位置：行程起始位置：行程終止位置：行程終止位置：- ,tav0 ,tv ,ths2 2）等加速等減速運動規律）等加速等減速運動規律柔性沖擊柔性沖擊 ：加速度發生有限值的突變加速度發生有限值的突變 （適用于中速場合）（適用于中速場合） 定義：從動件在一個推程或定義：從動件在一個推程或回程中，前半程作等加速運動，回程中，前半程作等加速運動，后半程作等減速運動。后半程作等減速運動。 加速度加速度 = 減速度減速度 22121202htaatstaatv0tavv009Aa0BC ,ta

26、,t211Ov46543 ,th1s403 3）余）余( (簡簡) )弦運動規律弦運動規律運動特征：運動特征：若若 為零，無沖擊，為零，無沖擊，若若 不為零，有沖擊不為零，有沖擊 ,ss,ss3 ,ta ,t21O1v2543 ,tshs5463.6.3 3.6.3 盤形凸輪輪廓曲線設計盤形凸輪輪廓曲線設計設計方法：作圖法，解析法設計方法：作圖法，解析法轉向轉向, ,作圖法設計凸輪輪廓作圖法設計凸輪輪廓. .已知已知wSer,0反反轉轉法法2345876r0O1 1 1、尖底直動從動件盤形凸輪機構凸輪輪廓設計：、尖底直動從動件盤形凸輪機構凸輪輪廓設計：已知已知 轉向轉向wSer,0步驟：步驟：

27、1.1.作基圓、偏距圓和從動件導路；作基圓、偏距圓和從動件導路；2.2.將推程、回程運動角作若干等分；將推程、回程運動角作若干等分；3.3.以以ococ0 0開始，將基圓按推程、遠休開始，將基圓按推程、遠休止、回程、近休止角分別畫出，并止、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將推程、回程角分成相應等分的點C C；4.4.過相應點作偏距圓的切線；過相應點作偏距圓的切線；5.5.沿切線自基圓開始取從動件相應沿切線自基圓開始取從動件相應的位移量得到一系列點的位移量得到一系列點B B；6.6.用光滑的曲線將用光滑的曲線將B B點串聯即得；點串聯即得；98708 h3 6 4 5 6

28、BB4B154C5C3 0C69 0OKeC787B( C )BB100C9B92 36 0CB81C1 8 01 8 02 O1 21 sC3B3C2B2r03 06 09 07 4365（3 3）在理論輪廓上畫出一系列滾子，畫出滾子的）在理論輪廓上畫出一系列滾子，畫出滾子的 內包絡線內包絡線實際輪廓曲線。實際輪廓曲線。設計滾子從動件凸輪機構時，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凸輪的基圓半徑是指理論輪廓曲線的基圓半徑曲線的基圓半徑。2 2、滾子從動件、滾子從動件（1 1）去掉滾子，以滾子中心為尖底。）去掉滾子，以滾子中心為尖底。（2 2）按照上述方法作出輪廓曲線）按照上述

29、方法作出輪廓曲線理論輪廓曲線理論輪廓曲線滾子實際理論即：rrrB20r Oe91B 0B B8BB45B3B67BB計算機輔助設計計算機輔助設計3.6.4 3.6.4 凸輪工作輪廓的校核凸輪工作輪廓的校核1.運動失真運動失真滾子半徑滾子半徑r rT T必須小于理論必須小于理論輪廓曲線外凸部分的最小輪廓曲線外凸部分的最小曲率半徑曲率半徑minmin. . T r BTr Or TACrT回程回程=70=7080802.2.凸輪機構的壓力角和自鎖凸輪機構的壓力角和自鎖1 1）壓力角：接觸點法線與從動件）壓力角：接觸點法線與從動件作用點速度方向所夾的銳角。作用點速度方向所夾的銳角。2)2)自鎖自鎖3

30、 3）許用壓力角）許用壓力角有效分力cos1FF 有害分力sin2FF 壓力角壓力角，有效分力，有效分力，有害分力，有害分力，到一定程度將卡死。，到一定程度將卡死。直動從動件直動從動件推程推程=30=304040BnBdBvNAAfNQAerbO nF c o s FfNF s in N4 4）壓力角的影響因數）壓力角的影響因數壓力角壓力角，基圓半徑，基圓半徑，結構尺寸，結構尺寸為保證結構緊湊，壓力角不宜過小。為保證結構緊湊，壓力角不宜過小。mmrrs)107(8 . 10凸輪軸半徑凸輪軸半徑3.7 3.7 間歇運動機構間歇運動機構 3.7.1 3.7.1 棘輪機構棘輪機構 1.1.棘輪機構的工作原理棘輪機構的工作原理 擺桿擺桿1 1左右擺動，當擺桿左左右擺動，當擺桿左擺時，棘