第8章常用机构 常用机构有平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构和变速、 变向机构等。 81平面连杆机构 8.2凸轮机构 83间歇运动机构 8.4变速机构和变向机构 8.5常用机构的观察与分析
第8章 常用机构 常用机构有平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构和变速、 变向机构等。 8.1 平面连杆机构 8.2 凸轮机构 8.3 间歇运动机构 8.4 变速机构和变向机构 8.5 常用机构的观察与分析
81.1运动副 所谓运动副是使两构件直接接触而又能产生一定相对运动的联接。 根据运动副中两构件的接触形式不同,运动副又可分为低副和高副。 低副 低副是指两构件之间作面接触的运动副。按两构件的相对运动情况,可分为 1)转动副两构件在接触处只允许作相对转动。 (2)移动副两构件在接触处只允许作相对移动 (3)螺旋副两构件在接触处只允许作一定关系的转动和移动的复合运动, 低副的接触表面一般是平面或圆柱面,易制造和维修,承受载荷时的单位面积 压力较小,较为耐用,传力性能好。但低副是滑动摩擦,摩擦大而效率较低。 2.高副 高副是指两构件之间作点或线接触的运动副。 高副由于是点或线的接触,单位面积压力较大,构件接触处容易磨损,制造和 ●维修困难,但高副能传递较复杂的运动,比较灵活,易于实现预定的运动规律。 b)凸轮接触 (a)转动副 b)移动副 (c)爆旋副
8.1.1 运动副 所谓运动副是使两构件直接接触而又能产生一定相对运动的联接。 根据运动副中两构件的接触形式不同，运动副又可分为低副和高副。 1．低副 低副是指两构件之间作面接触的运动副。按两构件的相对运动情况，可分为： (1)转动副 两构件在接触处只允许作相对转动。 (2)移动副 两构件在接触处只允许作相对移动。 (3)螺旋副 两构件在接触处只允许作一定关系的转动和移动的复合运动， 低副的接触表面一般是平面或圆柱面，易制造和维修，承受载荷时的单位面积 压力较小，较为耐用，传力性能好。但低副是滑动摩擦，摩擦大而效率较低。 2．高副 高副是指两构件之间作点或线接触的运动副。 高副由于是点或线的接触，单位面积压力较大，构件接触处容易磨损，制造和 维修困难，但高副能传递较复杂的运动，比较灵活，易于实现预定的运动规律。 低 副 高 副
8.1.2铰链四杆机构的基本类型及其应用 当平面四杄机构中的运动副都是转动副时,称为铰链四杆机构。如图所示的铰 链四杄机构中,杄4是固定不动的,称为机架。与机架相连的杄1和杄3称为连架杄, 不与机架直接相连的杆2,称为连杄。如果杄1(或杆3)能绕铰链A(或铰链D作整周的 连续旋转,则此杄称为曲柄。如果不能作整周的连续旋转,而只能来回摇摆一个角 度,则此杄就称为摇杆。 (b) 铰链四杆机构 铰链四杄机构中,机架和连杄总是存在的,因此可按曲柄存在情况,分为三种 基本形式:曲柄摇杄机构、双曲柄机构、双摇杄机构。 1.曲柄摇杄机构 在铰链四杄机构中的两连架杄,如果一个为曲柄,另一个为摇杄,那么该机构 就称为曲柄摇杄机构。取曲柄AB为主动件,当曲柄AB作连续等速整周转动时, 从动摇杄CD将在一定角度内作往复摆动。由此可见,曲柄摇杄机构能将主动件的 整周回转运动转换成从动件的往复摆动。剪刀机是通过原动机驱动曲柄转动,通 过连杆带动摇杄往复运动,实现剪切工作
8.1.2 铰链四杆机构的基本类型及其应用 当平面四杆机构中的运动副都是转动副时，称为铰链四杆机构。如图所示的铰 链四杆机构中，杆4是固定不动的，称为机架。与机架相连的杆1和杆3称为连架杆， 不与机架直接相连的杆2，称为连杆。如果杆1(或杆3)能绕铰链A(或铰链D)作整周的 连续旋转，则此杆称为曲柄。如果不能作整周的连续旋转，而只能来回摇摆一个角 度，则此杆就称为摇杆。 铰链四杆机构 铰链四杆机构中，机架和连杆总是存在的，因此可按曲柄存在情况，分为三种 基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。 1．曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中的两连架杆，如果一个为曲柄，另一个为摇杆，那么该机构 就称为曲柄摇杆机构。取曲柄AB为主动件，当曲柄AB作连续等速整周转动时， 从动摇杆CD将在一定角度内作往复摆动。由此可见，曲柄摇杆机构能将主动件的 整周回转运动转换成从动件的往复摆动。剪刀机是通过原动机驱动曲柄转动，通 过连杆带动摇杆往复运动，实现剪切工作
8.1.2铰链四杄机构的基本类型及其应用 曲柄摇杆机构 剪刀机 缝纫机踏扳机构 在曲柄摇杄机构中,当摇杄为主动件时,可将摇杄的往复摆动经连杄转换为曲柄 的连续旋转运动。在生产中应用很广泛。缝纫机的踏板机构,当脚踏板(相当于 摇杄)作往复摆动时,通过连杄带动曲轴(相当于曲柄)作连续运动,使缝纫机 实现缝纫工作。 2.双曲柄机构 在铰链四杄机构中,若两个连架杄均为曲柄,则该机构称为双曲柄机构。两曲 枘可分别为主动件。惯性筛中,ABCD为双曲柄机构,工作时以曲柄AB为主动件 并作等速转动,通过连杆BC带动从动曲柄CD,作周期性的变速运动,再通过E点 的联接,使筛子作变速往复运动。惯性筛就是利用从动曲柄的变速转动,使筛子 具有一定的加速度,筛面上的物料由于惯性来回抖动,达到筛分物料的目的
8.1.2 铰链四杆机构的基本类型及其应用 在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，可将摇杆的往复摆动经连杆转换为曲柄 的连续旋转运动。在生产中应用很广泛。缝纫机的踏板机构，当脚踏板（相当于 摇杆）作往复摆动时，通过连杆带动曲轴（相当于曲柄）作连续运动，使缝纫机 实现缝纫工作。 2．双曲柄机构 在铰链四杆机构中，若两个连架杆均为曲柄，则该机构称为双曲柄机构。两曲 柄可分别为主动件。惯性筛中，ABCD为双曲柄机构，工作时以曲柄AB为主动件， 并作等速转动，通过连杆BC带动从动曲柄CD，作周期性的变速运动，再通过E点 的联接，使筛子作变速往复运动。惯性筛就是利用从动曲柄的变速转动，使筛子 具有一定的加速度，筛面上的物料由于惯性来回抖动，达到筛分物料的目的。 曲柄摇杆机构 剪刀机 缝纫机踏扳机构
8.1.2铰链四杆机构的基本类型及其应用 惯性筛 双曲柄机构 双曲柄机构中,当两曲柄长度不相等时,主动曲柄作等速转动,从动曲柄随之作 变速转动,即从动曲柄在每一周中的角速度有时大于主动曲柄的角速度,有时小 于主动曲柄的角速度。 双曲柄机构中,常见的还有平行双曲柄机构和反向双曲柄机构。 1)当两曲柄的长度相等且平行时,称为平行双曲柄机构。 平行双曲柄机构的两曲柄的旋转方向相同,角速度也相等(图 a)。平行双曲柄机构应用很广,机车联动装置中,车轮相当 (a) 于曲柄,保证了各车轮同速同向转动。此机车联动装置中还增 设一个曲柄EF作辅助构件,以防止平行双曲柄机构ABCD变成 为反向双曲柄机构
8.1.2 铰链四杆机构的基本类型及其应用 双曲柄机构中，当两曲柄长度不相等时，主动曲柄作等速转动，从动曲柄随之作 变速转动，即从动曲柄在每一周中的角速度有时大于主动曲柄的角速度，有时小 于主动曲柄的角速度。 双曲柄机构中，常见的还有平行双曲柄机构和反向双曲柄机构。 双曲柄机构 惯性筛 （1）当两曲柄的长度相等且平行时，称为平行双曲柄机构。 平行双曲柄机构的两曲柄的旋转方向相同，角速度也相等（图 a）。平行双曲柄机构应用很广，机车联动装置中，车轮相当 于曲柄，保证了各车轮同速同向转动。此机车联动装置中还增 设一个曲柄EF作辅助构件，以防止平行双曲柄机构ABCD变成 为反向双曲柄机构
8.1.2铰链四杆机构的基本类型及其应用 C 机车主动轮联动装置 车门启闭机构 (2)当双曲柄机构对边都相等,但互不平行,则称其为反向双曲柄机构。反向双曲柄 的旋转方向相反,且角速度也不相等。车门启闭机构中,当主动曲柄AB转动时,通 过连杆BC使从动曲柄CD朝反向转过,从而保证两扇车门能同时开启和关闭。 3.双摇杆机构 在铰链四杄机构中,若两个连架杄均为摇杄时,则该机构称为双摇杄机构。在双 摇杄机构中,两杆均可作为主动件。主动摇杄往复摆动时,通过连杄带动从动摇杆 往复摆动。 双摇杄机构在杋械工程上应用也不少,汽车离合器操纵杋构中,当驾驶员踩下踏板 时,主动摇杆AB往右摆动,由连杆BC带动从动杆CD也向右摆动,从而对离合器产 生作用
8.1.2 铰链四杆机构的基本类型及其应用 (2)当双曲柄机构对边都相等，但互不平行，则称其为反向双曲柄机构。反向双曲柄 的旋转方向相反，且角速度也不相等。车门启闭机构中，当主动曲柄AB转动时，通 过连杆BC使从动曲柄CD朝反向转过，从而保证两扇车门能同时开启和关闭。 3．双摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两个连架杆均为摇杆时，则该机构称为双摇杆机构。在双 摇杆机构中，两杆均可作为主动件。主动摇杆往复摆动时，通过连杆带动从动摇杆 往复摆动。 双摇杆机构在机械工程上应用也不少，汽车离合器操纵机构中,当驾驶员踩下踏板 时，主动摇杆AB往右摆动，由连杆BC带动从动杆CD也向右摆动，从而对离合器产 生作用。 机车主动轮联动装置 车门启闭机构
8.1.2铰链四杆机构的基本类型及其应用 汽车离合器操纵机构 自卸翻斗机构 起重机 载重车自卸翻斗装置中,当液压缸活塞向右伸出时,可带动双摇杆AB和 CD向右摆动,从而使翻斗车内的货物滑下。起重机中,在双摇杄AB和CD 的配合下,起重机能将起吊的重物沿水平方向移动,以省时省功
8.1.2 铰链四杆机构的基本类型及其应用 载重车自卸翻斗装置中，当液压缸活塞向右伸出时，可带动双摇杆AB和 CD向右摆动，从而使翻斗车内的货物滑下。起重机中，在双摇杆AB和CD 的配合下，起重机能将起吊的重物沿水平方向移动，以省时省功。 汽车离合器操纵机构 自卸翻斗机构 起重机
8.1.3铰链四杄机构的曲柄存在条件 从铰链四杆机构的三种基本形式可知,它们的根本区别在于连架杆是否为曲 柄。而连架杄能否成为曲柄,则取决于机构中各杄的长度关系和选择哪个构件 为机架有关。即要使连架杄成为能整周转动的曲柄,各杆必须满足一定的长度 条件,这就是所谓的曲柄存在的条件。 下图所示的曲柄摇杄机构,其中AB为曲柄,BC为连杆,CD为摇杆,AD为 机架,它们的长度分别用a、b、C、d来表示,在AB转动一周中,曲柄AB与机 架AD两次共线。借助这两个位置,可找出一些铰链四杆机构的几何关系。 当连杆在B1点时,形成B1C1D。根据三角形两边 之和必大于第三边的定理,得b+c>d+a① 当连杆在B2点时,形成△B2C2D,得 d-a)+C>b即d+c>b+a② (d-a)+b>C即d+b>c+a③ 考虑到四杆位于同一直线时,则①②③可写成如下形 式 b+c≥d+a④ d+C≥b+a⑤ d+b≥c+a⑥ 曲柄摇杆机构 将式④、⑤、⑥分别两两相加,则得C≥ab≥a, d≥a,即AB杆为最短杆
8.1.3 铰链四杆机构的曲柄存在条件 从铰链四杆机构的三种基本形式可知，它们的根本区别在于连架杆是否为曲 柄。而连架杆能否成为曲柄，则取决于机构中各杆的长度关系和选择哪个构件 为机架有关。即要使连架杆成为能整周转动的曲柄，各杆必须满足一定的长度 条件，这就是所谓的曲柄存在的条件。 下图所示的曲柄摇杆机构，其中AB为曲柄，BC为连杆，CD为摇杆，AD为 机架，它们的长度分别用a、b、c、d来表示，在AB转动一周中，曲柄AB与机 架AD两次共线。借助这两个位置，可找出一些铰链四杆机构的几何关系。 当连杆在B1点时，形成△B1C1D。根据三角形两边 之和必大于第三边的定理，得b+c>d+a① 当连杆在B2点时，形成△B2C2D, 得 (d-a)+c>b 即d+c>b+a ② (d-a)+b>c 即d+b>c+a ③ 考虑到四杆位于同一直线时，则①②③可写成如下形 式 b+c≥d+a ④ d+c≥ b+a ⑤ d+b≥ c+a ⑥ 将式④、⑤、⑥分别两两相加，则得c≥a,b≥a, d≥a，即AB杆为最短杆。 曲柄摇杆机构
8.1.3铰链四杄机构的曲柄存在条件 在曲柄摇杄机构中,要使连架杄AB为曲柄,它必须是四杄中的最短 杆,且最短杄与最长杆长度之和应小于其余两杆长度之和,考虑到更 一般的情形,可将铰链四杄机构曲柄存在条件概括为:(1)连架杄与机 架中必有一个最短杆;(2最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余 两杆长度之和。 上述两条件必须同时满足,否则机构中无曲柄存在,根据曲柄条件, 还可作如下推论: (1)若铰链四杄机构中最短杆长度与最长杆长度之和小于或等于其余 两杆长度之和,则可能有以下三种情况 ①以最短杄的相邻杄为机架,则最短杄为曲柄,而与机架相连的另 杆为摇杄,则该机构为曲柄摇杆机构。 ②以最短杄为机架,则其相邻两杆均为曲柄,故该机构为双曲柄机 构构 ③以最短杄相对杄为机架,则无曲柄存在,因此该机构为双摇杄机 (2)若铰链四杄机构中最短杆长度与最长杄长度之和大于其余两杆长 度之和,则无论以哪一杆为机架,均为双摇杄机构
8.1.3 铰链四杆机构的曲柄存在条件 在曲柄摇杆机构中，要使连架杆AB为曲柄，它必须是四杆中的最短 杆，且最短杆与最长杆长度之和应小于其余两杆长度之和，考虑到更 一般的情形，可将铰链四杆机构曲柄存在条件概括为：(1)连架杆与机 架中必有一个最短杆； (2)最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余 两杆长度之和。 上述两条件必须同时满足，否则机构中无曲柄存在，根据曲柄条件， 还可作如下推论： (1)若铰链四杆机构中最短杆长度与最长杆长度之和小于或等于其余 两杆长度之和，则可能有以下三种情况： ①以最短杆的相邻杆为机架，则最短杆为曲柄，而与机架相连的另 一杆为摇杆，则该机构为曲柄摇杆机构。 ②以最短杆为机架，则其相邻两杆均为曲柄，故该机构为双曲柄机 构。 ③以最短杆相对杆为机架，则无曲柄存在，因此该机构为双摇杆机 构。 (2)若铰链四杆机构中最短杆长度与最长杆长度之和大于其余两杆长 度之和，则无论以哪一杆为机架，均为双摇杆机构
8.1.4铰链四杆机构的演化及其应用 除了铰链四杆机构的上述三种形式外,人们还广泛采用其他形式的平面四 杄机构。分析、研究这些平面四杄机构的运动特性可以发现:这些平面四杄机 构是由铰链四杆机构通过一定途径演化而来的。 1.偏心轮机构 在图a所示的曲柄摇杄机构中,杆1为曲柄,杄3为摇杄,若将转动副的销钉 B的半径逐渐扩大至超过曲柄的长度,便可得到如图b所示的机构,这时曲柄演 变成一几何中心不与回转中心相重合的圆盘,此圆盘称偏心轮,该两轮中心之 间的距离称为偏心距,它等于曲柄长。曲柄为偏心轮的机构称偏心轮机构 9排 销钉扩大 偏心轮的结构形式 偏心轮机构般多用于曲柄销承受较大冲击载荷或曲柄较短的机构,如 剪床、冲床以及破碎机等
8.1.4 铰链四杆机构的演化及其应用 除了铰链四杆机构的上述三种形式外，人们还广泛采用其他形式的平面四 杆机构。分析、研究这些平面四杆机构的运动特性可以发现：这些平面四杆机 构是由铰链四杆机构通过一定途径演化而来的。 1．偏心轮机构 在图a所示的曲柄摇杆机构中，杆1为曲柄，杆3为摇杆，若将转动副的销钉 B的半径逐渐扩大至超过曲柄的长度，便可得到如图b所示的机构，这时曲柄演 变成一几何中心不与回转中心相重合的圆盘，此圆盘称偏心轮，该两轮中心之 间的距离称为偏心距，它等于曲柄长。曲柄为偏心轮的机构称偏心轮机构。 偏心轮机构一般多用于曲柄销承受较大冲击载荷或曲柄较短的机构，如 剪床、冲床以及破碎机等。 销钉扩大 偏心轮的结构形式