机械设计教学课件.pdf

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1、第九章 凸轮机构第九章 凸轮机构 ? ? 教学要求教学要求教学要求教学要求 ? ? 教学重点与难点教学重点与难点教学重点与难点教学重点与难点 ? ? 教学内容教学内容教学内容教学内容 返回目录 了解凸轮机构的特点； 能按运动规律绘制 了解凸轮机构的特点； 能按运动规律绘制S-曲线； 掌握图解法设计凸轮轮廓，凸轮机构 基本尺寸的确定。 曲线； 掌握图解法设计凸轮轮廓，凸轮机构 基本尺寸的确定。 了解凸轮机构的特点；了解凸轮机构的特点；了解凸轮机构的特点；了解凸轮机构的特点； 能按运动规律绘制能按运动规律绘制能按运动规律绘制能按运动规律绘制S S- -曲线；曲线；曲线；曲线； 掌握图解法设计凸轮轮

2、廓，凸轮机构掌握图解法设计凸轮轮廓，凸轮机构掌握图解法设计凸轮轮廓，凸轮机构掌握图解法设计凸轮轮廓，凸轮机构 基本尺寸的确定。基本尺寸的确定。基本尺寸的确定。基本尺寸的确定。 教学要求教学要求教学要求教学要求 教学重点与难点教学重点与难点教学重点与难点教学重点与难点 重点:从动件常用运动规律； 凸轮轮廓曲线的绘制； 凸轮机构基本尺寸的确定。 难点:用反转法绘制凸轮轮廓曲线 重点:从动件常用运动规律； 凸轮轮廓曲线的绘制； 凸轮机构基本尺寸的确定。 难点:用反转法绘制凸轮轮廓曲线 重点重点重点重点: : : :从动件常用运动规律；从动件常用运动规律；从动件常用运动规律；从动件常用运动规律； 凸轮

3、轮廓曲线的绘制；凸轮轮廓曲线的绘制；凸轮轮廓曲线的绘制；凸轮轮廓曲线的绘制； 凸轮机构基本尺寸的确定。凸轮机构基本尺寸的确定。凸轮机构基本尺寸的确定。凸轮机构基本尺寸的确定。 难点难点难点难点: : : :用反转法绘制凸轮轮廓曲线用反转法绘制凸轮轮廓曲线用反转法绘制凸轮轮廓曲线用反转法绘制凸轮轮廓曲线 9-1 凸轮机构的功用和分类9-1 凸轮机构的功用和分类 9-2 从动件常用的运动规律9-2 从动件常用的运动规律 9-3 凸轮轮廓曲线设计9-3 凸轮轮廓曲线设计 9-4 凸轮机构基本尺寸的确定9-4 凸轮机构基本尺寸的确定 凸轮机构的功用和分类凸轮机构的功用和分类 一、凸轮机构的组成和特点

4、凸轮机构是由凸轮、从动轮、机架组成的高副机构，其功用是传动、 导向和控制。 凸轮机构的特点 优点：结构简单、紧凑、设计方便；可实现从动件任意预期运动。 缺点：点、线接触易磨损；凸轮轮廓加工困难；行程不大。 二、凸轮机构的分类 按凸轮形状 圆柱凸轮 移动凸轮 盘形凸轮 按从动件型式 平底从动件 滚子从动件 尖底从动件 按维持高副接触（封闭）的方式 等宽凸轮 等径凸轮 几何封闭 弹簧力、重力等力封闭 一、凸轮机构的基本名词术语： 基圆：凸轮理论轮廓曲线最小向径所作的圆。 行程：从动件由最低点到最高点的位移h（或摆角） 推程运动角：从动件由最低运行到最高位置，凸轮所转过的角。 回程运动角：从动件由最

5、高运行到最低位置，凸轮所转过的转角。 远休止角：从动件到达最高位置停留过程中凸轮所转过的角。 近休止角：从动件在最低位置停留过程中所转过的角。 偏距圆：从动件导路与凸轮回转中心O的偏心距离为e，并以e为 半径O为圆心所作的圆。 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律 C h A B s s D (t) s h s s 2 B 从动件位移线图：从动件位 移S与凸轮转角（或时间t）之间的 对应关系曲线。 从动件运动线图：从动件位 移线图、速度线图、加速度线图的 总称。 凸轮的轮廓形状取决于从动 件的运动规律，反之从动件不同的 运动规律要求凸轮具有不同的轮廓 曲线形状。 从动件常用的运动规律从动件

6、常用的运动规律 二、从动件常用运动规律二、从动件常用运动规律 1、等速运动规律 从动件在开始和结束时有刚性冲击。 只适用于低速轻载场合。 、等速运动规律 从动件在开始和结束时有刚性冲击。 只适用于低速轻载场合。 h s= h v= 0=a s o o o h s 、t v0 v a + 、t 、t 2、等加速等减速规律 推程等加速 回程等减速 加速度在A、B、C三处有有限突变， 由此产生柔性冲击。适用于中等 速 度 轻 载的场合。 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律 = = = 2 2 2 2 2 4 4 2 h a h v h s 2 0 = = = 2 2 2 2 2 4 )( 4

7、)( 2 h a h v h s 2 a v s o a0 CAB 2 2 22 h hh 654321 0 、t 、t 、t 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律 3、简谐运动规律（余弦运动规律） 推程时 加速度有有限突变，存在柔性冲击。 适用于中速、中载。 4、摆线运动规律（正弦运动规律） 推程时 加速度没有突变，不存在刚性冲击又 不存在柔性冲击，适用高速轻载。 = = = c o s 2 s in )c o s1( 2 2 22 h a h v h s = = = 2 s in 2 ) 2 c o s1( ) 2 s in 2 1 ( 2 2 h a h v hs a 0 v 0 s

8、 32 16 54 654321 h 2 h 、t 、t 、t 0 0 a v s 0 1 2 34 5 6 1 2 3 4 5 6 R h 、t 、t 、t 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律 三、从动件常用运动规律的选用原则 1、工作要求 只要求从动件完成一定的行程h h或，应采用易于加工的曲线作为凸轮轮廓曲 线； 对凸轮机构从动件的运动规律有严格的要求时必须按照机器所要求的运动规律 来选择。 2、动力特性 (1)尽可能选用加速度曲线连续的运动规律，同时还应考虑从动件不同的运动形 式。 (2)对质量较大从动件应选择v vmax较小的运动规律； (3)对高速运动的凸轮机构，应选择a a

9、max值较小的运动规律。 3、凸轮轮廓的加工 尽量选用使凸轮轮廓曲线易于加工的运动规律 四、改进型运动规律简介 用单一的运动规律很难满足从动件的运动规律的要求时，可采用几种运动规律 的组合，这种将两种或两种以上的运动规律组合而成的运动规律称为改进型运动规 律。 从动件常用的运动规律从动件常用的运动规律 各种运动规律组合时应遵循以下原则： 1、对于一般转速的凸轮机构，应使 位移曲线在衔接点处相切，以保证速度曲 线连续，加速度可有有限的突变，即允许 存在柔性冲击。但对质量较大的从动件， 应使vmax较小； 2、对于高速凸轮机构，不仅要求位 移曲线在衔接点处相切，还要求速度曲线 在衔接点处也相切，以

10、保证加速度曲线连 续且组合后运动规律的amax及其变化率应 尽可能小。 在凸轮转速较高且要求从动件必须 采用等速运动规律的凸轮机构中，可在从 动件等速运动规律的行程两端与摆线运动 规律相组合，以改善其动力性能。 O O C B A o h s v a 12 、t 、t 、t 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计 一、图解法 1、直动从动件盘形凸轮机构 （1）尖顶从动件 已知：从动件运动规律，凸轮以等 角速度顺时针方向转动，偏距 e，基园半径。 要求：绘出凸轮轮廓曲线 0 r 30 9 8 7 6 5 4 3 2 198765 432 1 e 30 r0 C9 C8 C7 C6 C5 C4 C3 C

11、2 C1 C0 B0 B1 B2 B3 B4 B9 B8 B6 B5 O B7180 90 60 h 0 O 1809060 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计 （2）滚子从动件 理论轮廓曲线：滚子中心形成的曲线。 实际轮廓曲线：滚子与凸轮轮廓接触点形 成的曲线。 滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的作图步骤 如下： ）滚子从动件 理论轮廓曲线：滚子中心形成的曲线。 实际轮廓曲线：滚子与凸轮轮廓接触点形 成的曲线。 滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的作图步骤 如下： 1)将滚子中心视为尖顶从动件的尖 顶，按尖顶从动件盘形凸轮轮廓曲线的作 图方法，画出理论轮廓曲线； 将滚子中心视为尖顶从动件的尖 顶，按尖顶从动

12、件盘形凸轮轮廓曲线的作 图方法，画出理论轮廓曲线； 2)以滚子半径为半径，以理论轮廓曲 线上各点为圆心画出一系列滚子圆，作这 些滚子圆的内包络线， 以滚子半径为半径，以理论轮廓曲 线上各点为圆心画出一系列滚子圆，作这 些滚子圆的内包络线，(对于有凹槽的 凸轮还应作外包络线 对于有凹槽的 凸轮还应作外包络线)，则就是滚 子从动件盘形凸轮的实际轮廓曲线。 （ ，则就是滚 子从动件盘形凸轮的实际轮廓曲线。 （3）平底从动件 作出不同位置平底的包络线，即为凸轮实 际轮廓曲线。 ）平底从动件 作出不同位置平底的包络线，即为凸轮实 际轮廓曲线。 B7O - e B5 B6 B8 B9 B4 B3 B2 B

13、1 B0 r0 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计 2、摆动从动件盘形凸轮机构 已知：基圆半径， 中心距a，摆杆长l l，从动件运 动规律。 要求：绘出凸轮轮廓曲线。 注意：通常从动杆作成曲 杆，以避免干涉。 0 r 180 2 A 3 A (a) A A4 5 B B6 5 A B7A6 90 3 C B4 6 C 7 C 5 4 C 0r 30 8 C 8 B C9 9 B 7 3 D 1A A a B3 C3 60 O C 2 B 2 D2 C 2 1 1 B C B 0 0 A9 1 1 D 0 A 8 O (b) 7 90 3 180 12 30 465980 60 54 3 2 1

14、6 max 8 7 二、解析法二、解析法 已知基圆，角速度，偏距e，运动规律，求凸轮轮 廓曲线。 1、凸轮理论廓线方程 2、凸轮实际廓线方程 号：上一组表示一条外包络线；下面一组表示内包络线。 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计 cossin)( sincos)( 0 0 essy essx += += 22 )()( / d dy d dx ddy rxX T + = 22 )()( / d dy d dx ddx ryY T + = )(SS = 0 r e rr 0B 0 B CD K O y x s 0s e 凸轮轮廓曲线设计凸轮轮廓曲线设计 3、刀具中心轨迹方程 对于滚子从动件凸轮机构

15、，加工凸轮时尽可能采用与滚子直径相同的刀具。 凸轮的理论廓线即为刀具中心的运动轨迹曲线，其方程就是刀具中心的运动轨 迹方程。 刀具中心的直角坐标参数方程 22 + = d dy d dx d rryY TcC m dx 22 + = d dy d dx d dy rrxX TcC 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定 一、凸轮机构的压力角的确定一、凸轮机构的压力角的确定 1、凸轮机构中的作用力与压力角的关系 凸轮机构的从动件速度方向与该点受 力方向的夹角。 ，机构传动不利。 ，凸轮机构自锁。此现象必须避免， 应。 对直动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构， 工作行程 回程 、凸轮机构中

16、的作用力与压力角的关系 凸轮机构的从动件速度方向与该点受 力方向的夹角。 ，机构传动不利。 ，凸轮机构自锁。此现象必须避免， 应。 对直动从动件凸轮机构 摆动从动件凸轮机构， 工作行程 回程 有害力 有用力 .sin .cos FF FF = = 压力角 FF F 0F 二、自由度计算时的注意事项 1、复合铰链 (b) (a) B 32 4 6 5 4 3 21 A o D C B 运动链自由度计算及确定成为机构的条件运动链自由度计算及确定成为机构的条件 2、局部自由度 (b) (a) 3 A 22 11 5 4 3 5 (C) (b) (a) 2 1 FE D C B A B 2 3 4 C

17、 D A E 1 F F 1 E A 5 D C 4 3 2 B 3、虚约束 1）轨迹重合 运动链自由度计算及确定成为机构的条件运动链自由度计算及确定成为机构的条件 2）两构件组成若干运动副时引入的虚约束（平行导路上多个移动副、 在同一轴线上形成多个回转副） n n A n n C B B C AA D D C B A (C)(a) (b) C A B B C 2 2 1 3 2 H A C D B E (a) (b) 3）对运动无作用 的对称部分 平面机构的结构分析平面机构的结构分析 一、高副低代 替代前后瞬时运动规律不变、自由度不变。 二、平面机构构成原理 将任何机构可分解为：基本杆组（）

18、依次联接于 原动件与机架而组成。 n246 Pl369 0=F nP L 2 3 = 基本杆组中的刚性构件包含内部副的个数越多，级别越高。 第三章 平面机构的运动分析 ? ? 教学要求教学要求教学要求教学要求 ? ? 教学重点与难点教学重点与难点教学重点与难点教学重点与难点 ? ? 教学内容教学内容教学内容教学内容 返回目录 掌握用相对运动图解法作平面机构的 运动分析，用瞬心法分析平面机构中各点 的速度； 能在设计新的机械或分析现有机械工 作性能时计算其运动参数。 掌握用相对运动图解法作平面机构的 运动分析，用瞬心法分析平面机构中各点 的速度； 能在设计新的机械或分析现有机械工 作性能时计算其

19、运动参数。 掌握用相对运动图解法作平面机构的掌握用相对运动图解法作平面机构的掌握用相对运动图解法作平面机构的掌握用相对运动图解法作平面机构的 运动分析，用瞬心法分析平面机构中各点运动分析，用瞬心法分析平面机构中各点运动分析，用瞬心法分析平面机构中各点运动分析，用瞬心法分析平面机构中各点 的速度；的速度；的速度；的速度； 能在设计新的机械或分析现有机械工能在设计新的机械或分析现有机械工能在设计新的机械或分析现有机械工能在设计新的机械或分析现有机械工 作性能时计算其运动参数。作性能时计算其运动参数。作性能时计算其运动参数。作性能时计算其运动参数。 教学要求教学要求 重点：用相对运动图解法、瞬心法分

20、 析运动，求解平面机构中各点的速度和加 速度 难点：机构的加速度分析 重点：用相对运动图解法、瞬心法分 析运动，求解平面机构中各点的速度和加 速度 难点：机构的加速度分析 重点：用相对运动图解法、瞬心法分重点：用相对运动图解法、瞬心法分重点：用相对运动图解法、瞬心法分重点：用相对运动图解法、瞬心法分 析运动，求解平面机构中各点的速度和加析运动，求解平面机构中各点的速度和加析运动，求解平面机构中各点的速度和加析运动，求解平面机构中各点的速度和加 速度速度速度速度 难点：机构的加速度分析难点：机构的加速度分析难点：机构的加速度分析难点：机构的加速度分析 教学重点与难点教学重点与难点 3-1 机构运

21、动分析的内容、目的和方法3-1 机构运动分析的内容、目的和方法 3-2 用相对运动图解作平面机构的运动分析3-2 用相对运动图解作平面机构的运动分析 3-3 用瞬心法分析平面机构中各点的速度3-3 用瞬心法分析平面机构中各点的速度 3-4 用解析法分析机构速度和加速度3-4 用解析法分析机构速度和加速度 3-5 机构运动线图3-5 机构运动线图 机构运动分析的内容、目的和方法机构运动分析的内容、目的和方法 一、目的： 在设计新的机械或分析现有机械的工作性能时，能 够计算其机构的运动参数。 二、方法： 图解法：有速度瞬心法和相对运动图解法等，具有 形象直观，精度不高的特点。 解析法：较高的精度，

22、工作量大。 用相对运动图解作平面机构的运动分析用相对运动图解作平面机构的运动分析 相对运动图解法：用相对运动原理，列出构件上点与点之间的相对 运动矢量方程，然后作图求解矢量的方法。 在同一构件上点之间的速度和加速度的求法（基点法）在同一构件上点之间的速度和加速度的求法（基点法） 已知机构各构件的长度及、，求： 1 1 3322 , ECEC aaVV (a) (b) (c) 三、瞬心位置的确定瞬心位置的确定 2、不形成运动副的两构件 1、若已知两构件的相对运动，用定义确定 (a)(b) M (c) M (d) 1 2 3 用瞬心法分析平面机构中各点的速度用瞬心法分析平面机构中各点的速度 一、速

23、度瞬心一、速度瞬心 两构件上相对速度为零的重合 点，瞬时绝对速度相同的重合点。 相对速度瞬心：两构件作相对平 面运动时相对速度为零的点。 绝对速度瞬心：两构件作相对平 面运动时绝对速度为零的点。 二、机构中瞬心的数目二、机构中瞬心的数目 2 ) 1( = kk N (a)(b) 6 2 ) 14(4 = =N 1、低副机构 四、用瞬心法分析平面机构中各点的速度用瞬心法分析平面机构中各点的速度 2、高副机构 一对心平底直动从动件盘状凸轮机构，已知凸轮l以角速度逆时 针方向回转。求该瞬时从动件2的速度 2 v 该机构的瞬心数目K=3，即 P12、P13、P23。 l PPvPv= 12131122

24、 (a) (b) 用解析法分析机构速度和加速度用解析法分析机构速度和加速度 解析法是通过对机构建立位置方程，然后将位置方程对时间求 导数，获得速度、加速度方程，从而解出各运动参数。以铰链四杆 机构为例，介绍用矢量投影法建立位置方程和求解速度、加速度。 已知各杆长分别为，求： 114321 ,llll， 323232 , 、建立矢量方程和投影方程，并求角位移 、求角速度 、求角加速度 23 , 32 , 32 , 1 2 3 4 机构运动线图机构运动线图 用图解法或解析法求出机构在一系列位置时的位移、速度和加速度， 或角位移、角速度和角加速度，然后将所得的一系列数值及其对应的时间 或原动件的转角

25、画成图，这些图称为机构运动线图。从运动线图可以看出 任一瞬时运动参数的数值，并可清楚地看出机构运动的变化规律。 曲柄滑块机构的运动线图 第八章 平面连杆机构第八章 平面连杆机构 ? ? 教学要求教学要求教学要求教学要求 ? ? 教学重点与难点教学重点与难点教学重点与难点教学重点与难点 ? ? 教学内容教学内容教学内容教学内容 返回目录 了解平面连杆机构的组成及其优缺点； 熟悉平面四杆机构的工作特性； 掌握平面四杆机构的基本形式； 平面连杆机构的运动设计。 了解平面连杆机构的组成及其优缺点； 熟悉平面四杆机构的工作特性； 掌握平面四杆机构的基本形式； 平面连杆机构的运动设计。 了解平面连杆机构的

26、组成及其优缺点；了解平面连杆机构的组成及其优缺点；了解平面连杆机构的组成及其优缺点；了解平面连杆机构的组成及其优缺点； 熟悉平面四杆机构的工作特性；熟悉平面四杆机构的工作特性；熟悉平面四杆机构的工作特性；熟悉平面四杆机构的工作特性； 掌握平面四杆机构的基本形式；掌握平面四杆机构的基本形式；掌握平面四杆机构的基本形式；掌握平面四杆机构的基本形式； 平面连杆机构的运动设计。平面连杆机构的运动设计。平面连杆机构的运动设计。平面连杆机构的运动设计。 教学要求教学要求 重点：平面四杆机构的工作特性； 平面连杆机构的运动设计。 难点：平面连杆机构的运动设计 重点：平面四杆机构的工作特性； 平面连杆机构的运

27、动设计。 难点：平面连杆机构的运动设计 重点：重点：重点：重点：平面四杆机构的工作特性；平面四杆机构的工作特性；平面四杆机构的工作特性；平面四杆机构的工作特性； 平面连杆机构的运动设计。平面连杆机构的运动设计。平面连杆机构的运动设计。平面连杆机构的运动设计。 难点：难点：难点：难点：平面连杆机构的运动设计平面连杆机构的运动设计平面连杆机构的运动设计平面连杆机构的运动设计 教学重点与难点教学重点与难点 8-1 平面连杆机构的组成及其优缺点8-1 平面连杆机构的组成及其优缺点 8-2 平面四杆机构的基本形式及其演化8-2 平面四杆机构的基本形式及其演化 8-3 平面四杆机构的工作特性8-3 平面四

28、杆机构的工作特性 8-4 平面连杆机构的运动设计8-4 平面连杆机构的运动设计 平面连杆机构的组成及其优缺点平面连杆机构的组成及其优缺点 平面连杆机构是由一些刚性构件用平面低副相联连接而成，并可在同一 平面内或相互平行平面内运动的机构。 平面连杆机构的主要优点： 各构件之间为面接触，单位面积所受的压力较小，易于润滑，摩擦及磨损较小； 各构件之间的接触面为圆柱面或平面，所以制造比较简单，能获得较高的精度； 各构件之间的接触是靠本身的几何封闭来实现的，不需要锁紧弹簧，所以结构简 单； 能够实现多种运动形式的转换，当主动件等速连续运动时，从动件能实现等速、 变速连续运动或间歇运动等多种运动规律，以满

29、足生产中不同的运动要求。 平面连杆机构的主要缺点： 组成平面连杆机构的构件和运动副数目多，易产生自锁，累计误差大，降低了机构 的运动精度；机构中作平面复杂运动和往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡，这样 使机构在高速运转时产生较大的振动和动载荷。因此，连杆机构常用于速度较低的场合。 平面四杆机构的基本形式及其演化平面四杆机构的基本形式及其演化 铰连四杆机构：各构件之间均 由转动副相连接的平面四杆机构。 一、铰链四杆机构的基本形式及其 应用 一、铰链四杆机构的基本形式及其 应用 铰链四杆机构，4为机架，2为 连杆，构件1、3称为连架杆，其中 能绕其轴线作整轴回转的连架杆1称 为曲柄，只能绕轴线往

30、复摆动的连 架杆3称为摇杆。 1 2 4 3 铰链四杆机构的三种基本形式： 1、曲柄摇杆机构 两个连杆架之一是曲柄，另一个是摇杆的铰链四杆机构为曲柄摇杆机构。 曲柄摇杆机构可将曲柄的整周连续转动变成摇杆的往复摆动；也可将摇杆的 往复摆动转变成曲柄的整周转动。 2、双曲柄机构 两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。双曲柄机构中，两 曲柄可分别作主动件。一般当主动曲柄等速转动时，从动曲柄作变速转动。 平面四杆机构的基本形式及其演化平面四杆机构的基本形式及其演化 平行双曲柄机构（平行 四边形机构）的两曲柄角速 度相等，转向相同，连杆始 终作平动；具有等传动比的 特点。 反向双曲柄机构（逆平

31、 行四边形机构）的两曲柄角 速度不相等且转向相反。 为防止平行双曲柄机构在运动过程中 变成反向双曲柄机构可采取以下措施： 在从动曲柄上装一飞轮靠惯性保证 其转向不变； 在机构中增装一辅助曲柄以构成虚 约束使从动曲柄不能反向转动。 平面四杆机构的基本形式及其演化平面四杆机构的基本形式及其演化 3、双摇杆机构 两个连架杆都是摇杆的铰链四 杆机构称为双摇杆机构。 在双摇杆机构中，两摇杆可分别作 主动件。 港口起重机采用双摇杆机 构。该机构利用双摇杆机构中 连杆延长部分上的M点只作平 移来吊货物，避免了不必要的 升降，减少了能量损失。 在双摇杆机构中，若两摇 杆的长度相等，则称为等腰梯 形机构。 平面

32、四杆机构的基本形式及其演化平面四杆机构的基本形式及其演化 二、铰接四杆机构的演化二、铰接四杆机构的演化 4 1 2 (e) 3 (c) 1 4 2 1 3 (a) 4 2 3 (f) 4 1 2 (d) 3 4 2 1 (b) 4 3 2 3 1、扩大转动副的半径、扩大转动副的半径 平面四杆机构的基本形式及其演化平面四杆机构的基本形式及其演化 2、转动副转化成移动副2、转动副转化成移动副 铰链四杆机构的变为曲柄滑块机构。 当e=0时，为对心曲柄滑块机构； 当e0时，为偏置曲柄滑块机构。 4 1 2 3 1 2 4 3 平面四杆机构的基本形式及其演化平面四杆机构的基本形式及其演化 3取不同的构件

33、为机架 曲柄摇块机构移动导杆机构 曲柄滑块机构 转动导杆机构 11 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 单移动副机构的演化 将转动导杆机构的构件2作的比构件1短些，就可变成得摆动导杆机构。 铰链四杆机构的演化 双摇杆机构曲柄摇杆机构 1 双曲柄机构 曲柄摇杆机构 4 2 4 3 2 1 1 2 3 4 1 2 3 4 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 一、铰接四杆机构曲柄存在的条件一、铰接四杆机构曲柄存在的条件 4 1 2 3 1、曲柄存在的条件 最短构件与最长构件长度之和 小于或等于其它两构件之和； 以最短构件为机架或连架杆。 3、曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机

34、构曲柄存 在的条件：b-ae； 对心曲柄滑块机构曲柄存 在的条件：ba。 2、铰链四杆机构类型判断 最短构件与最长构件的长度之和小于或等于其它两构件的长度之和。 最短构件与最长构件的长度之和大于其它两构件的长度之和。 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 二、压力角和传动角二、压力角和传动角 压力角：从动件摇杆所受 作用力F的方向与该点速度方 向之间所夹锐角。 压力角愈小对机构传动愈有 利。为保证机构具有良好的 传力性能，应使max。 传动角：压力角的余 角，即=90-。 愈小愈大，对机构工作 与越有利。机构的传力条件： min 设计时一般应使min40， 高速和大功率转动中，应使 m

35、in50。 铰链四杆机构工作时，min在 机构中位置的确定： e a min b 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 三、死点位置三、死点位置 曲柄摇杆机构中，以摇杆为主动 件，曲柄为从动件，当摇杆位于两 极限位置时，连杆与曲柄共线重 合，此时机构的转动角=0，压力 角=90，摇杆经连杆作用于曲柄 上的力F通过其回转中心A，使曲柄 不能转动，整个机构处于静止状 态，这种位置称为机构的死点位置。 机构死点位置克服的措施： 在从动件上加装飞轮靠惯性闯过 死点位置； 双摇杆机构中通过限制摇杆的摆 动角度来避免机构处于死点位置。 4 a 1 2 b 3 d c 当=0时，K=1，机构无急回特

36、性；当0时，K=1，机构有急回特 性，且K愈大，急回程度愈明显，但从动件的加速度愈大，惯性力愈大，机 构振动愈严重，所以一般K2。 平面四杆机构的工作特性平面四杆机构的工作特性 四、急回运动和行程速比系数四、急回运动和行程速比系数 a 1 b 4 d 2 3 c 急回运动特性：当以曲柄为主动件且作等速转动时从动件在前进行程有 慢的平均速度，在回程有快的行程速度性质。 极位夹角()：摇杆处于极限位置时曲柄相应位置AB1与AB2之间所夹锐角。 即曲柄摇杆机构具有急回运动的特性。 摆动导杆机构、偏置曲柄滑块机构、不等长双曲柄机构都有急回运动特性。 = 1 8 0 2+= 180 1 1 1 =t 2

37、 2=t ， 21 tt 21 vv m Q A m RmFFRm m A Q m (a) (b) mm 三、考虑摩擦时求解物体的平衡问题的特点三、考虑摩擦时求解物体的平衡问题的特点 摩擦的概念及类型摩擦的概念及类型 （1）分析物体受力时，必须考虑接触面间切向的摩擦力F Ff f，通常增加 了未知量的数目； （2）列出补充方程，即，补充方程的数目与摩擦力数目 相同； （3）由于物体平衡时摩擦力有一定的范围（即）， 所以有摩擦时平衡问题的解也有一定的范围，而不是一个确定的值。 Nf fFF Nf fFF 0 例例物块重G G=1500N，放于倾 角为30的斜面上，它与斜面间 的静摩擦系数为=0.

38、2，动摩 擦系数=0.18。物块受水平力 F=400N。问物块是否静止，并求 此时摩擦力的大小与方向。 f f 30 0 F FN Ff G o 摩擦的概念及类型摩擦的概念及类型 四、滚动摩擦的概念四、滚动摩擦的概念 在物体与水平面接触处，存在的阻碍磙子转动的反力偶M称为滚动 摩擦力偶， 滚动摩阻力偶矩的变化范围为max 0MM 滚动摩擦定律 N FM= max 滚子滚动所需的水平拉力 G rr F r M F N = max 滚 滚子滑动所需的水平拉力fGfFFF N = max滑 一般情况下，有f r 因而在铅垂力PP和相同的情况下，槽面摩擦力比平面摩擦力大。f 运动副及机构中的摩擦运动副

39、及机构中的摩擦 2、螺旋副中的摩擦 （1）矩形螺纹副中的摩擦 d zp d L =tan 拧紧螺母时： ()+=tanQF ()+=tan 22 Q dd FM 防止螺母加速松脱时：()=tanQF ()= =tan 22 Q dd FM 当时，为负值。即若要使滑块下滑，则必须施加一个反 向的力矩。 v 运动副及机构中的摩擦运动副及机构中的摩擦 3、转动副中的摩擦 （1）径向轴颈的摩擦 当时，轴颈将加速转动； 当时，轴颈将等速旋转； 当时，若轴颈原来是静止的，则仍保持原来的状态。 摩擦圆半径rfv= 自锁条件为e e =e FN21 FR 21 Ff 21 Q FR 21 FR 21 Q r

40、O r O （2）止推轴径摩擦 对非跑合的止推轴承 运动副及机构中的摩擦运动副及机构中的摩擦 22 33 3 2 rR rR QfM f = 对跑合的止推轴承 fQ rR M f 2 + = 2 2 1 机械效率与自锁机械效率与自锁 一、机械效率一、机械效率 d r W W = 机械效率是衡量机械工作质量的重要指标。 由于机械中总有摩擦存在，因而输出功总是小于输入功，又因 fdr WWW=则 d f d fd W W W WW = =1 随损耗系数的增大，机械效率在下降。 d f W W 即 frd WWW+= 机械在稳定运转时期，输入功 d W 等于输出功 r W 与损耗功 f W之和。 机

41、械效率与自锁机械效率与自锁 二、机械的自锁二、机械的自锁 如果机械效率，若机械原来是运动的，则它仍运动，保持机 械的总动能不变；若机械原来是静止的，那么不论驱动力有多大，机械不 能运动，即机械自锁。 如果机械效率，这时机器原来是否运动，最终必处于静止状 态。 机械自锁的条件为 矩形螺旋机构的自锁条件为 0= 0106）:内燃机气门弹簧；电磁制动器弹簧 类弹簧（N=103-105）：调速器弹簧；安全阀弹簧，一般车辆弹簧 类弹簧（N4545c)c)不宜选用具有橡胶或尼龙作弹性不宜选用具有橡胶或尼龙作弹性不宜选用具有橡胶或尼龙作弹性不宜选用具有橡胶或尼龙作弹性 元件的联轴器；考虑安装尺寸元件的联轴器

42、；考虑安装尺寸元件的联轴器；考虑安装尺寸元件的联轴器；考虑安装尺寸 2.2.尺寸选择尺寸选择尺寸选择尺寸选择 据被联接轴的直径，转速，计算转矩选择据被联接轴的直径，转速，计算转矩选择据被联接轴的直径，转速，计算转矩选择据被联接轴的直径，转速，计算转矩选择 一、离合器的分类一、离合器的分类 作用：离合器用来联接两根轴，使之一起转动并传递转矩，在工作中主、从作用：离合器用来联接两根轴，使之一起转动并传递转矩，在工作中主、从 动部分可分离可接合。动部分可分离可接合。 按其工作原理可分为按其工作原理可分为 啮合式：利用牙齿啮合传递转矩，可保证两轴同步运转，但只能在低速或停啮合式：利用牙齿啮合传递转矩，

43、可保证两轴同步运转，但只能在低速或停 车时进行离合车时进行离合 摩擦式：利用工作表面的摩擦传递扭矩，能在任何转速下离合，有过载保护摩擦式：利用工作表面的摩擦传递扭矩，能在任何转速下离合，有过载保护 但不能保证两轴同步运转但不能保证两轴同步运转 按离合控制方法不同，可分为操纵式和自动式两类；按离合控制方法不同，可分为操纵式和自动式两类； 按操纵方式分有机械操纵式、电磁操纵式、液压操纵式和气压操纵式等；按操纵方式分有机械操纵式、电磁操纵式、液压操纵式和气压操纵式等； 可自动离合的离合器有超越离合器、离心离合器和安全离合器等，它们能可自动离合的离合器有超越离合器、离心离合器和安全离合器等，它们能 在

44、特定条件下，自动地接合或分离。在特定条件下，自动地接合或分离。 12122离合器2离合器 12122离合器2离合器 对离合器的基本要求对离合器的基本要求 分离、接合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠；分离、接合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠； 结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全，效率高；结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全，效率高； 接合元件耐磨性好，使用寿命长，散热条件好；接合元件耐磨性好，使用寿命长，散热条件好； 操纵方便省力，制造容易，调整维修方便。操纵方便省力，制造容易，调整维修方便。 二、二、牙嵌离台器牙嵌离台器 单圆盘摩擦离合器单圆盘摩擦离合器

45、 多圆盘摩擦离合器多圆盘摩擦离合器 三、摩擦离合器三、摩擦离合器 电磁摩擦离合器电磁摩擦离合器 膜片弹簧离合器膜片弹簧离合器 膜片弹簧 离合器盖 压盘 从动盘 径向切槽 外端圆孔，可 防止应力集中。 弹性杠杆 离合器盖飞轮 膜片弹簧 膜片弹簧支承圈 分离钩 三、磁粉离合器三、磁粉离合器 磁粉离合器的工作原理如图17-15a所示，主动轴与轮芯1固定联 接，在轮芯外缘的槽内绕有环形激磁线圈2，从动外轮鼓4与轮芯间 形成的气隙中填入了导磁率高的铁粉混合物3。当线圈通电时，将 形成一个经主动壳体、间隙、环形从动件中而闭合的磁通，铁粉被 磁场化形成磁粉链。当主动件旋转时，由于磁粉的剪切阻力带动外 鼓轮从

46、而传递转矩。当断电时，铁粉处于自由松散状态，离合器即 被分离。 磁粉离合器的工作原理如图17-15a所示，主动轴与轮芯1固定联 接，在轮芯外缘的槽内绕有环形激磁线圈2，从动外轮鼓4与轮芯间 形成的气隙中填入了导磁率高的铁粉混合物3。当线圈通电时，将 形成一个经主动壳体、间隙、环形从动件中而闭合的磁通，铁粉被 磁场化形成磁粉链。当主动件旋转时，由于磁粉的剪切阻力带动外 鼓轮从而传递转矩。当断电时，铁粉处于自由松散状态，离合器即 被分离。 磁粉离合器的主要特点有： （1）励磁电流I与转矩T间呈线 性关系，所以转矩控制方便、 精度高，调节范围宽； （2）可实现恒张力控制，为一 些有特殊要求的场合提供

47、恒张 力； （3）过载时磁粉层打滑，可以 起到过载保护作用； （4）可用作制动器。 磁粉离合器的主要特点有： （1）励磁电流I与转矩T间呈线 性关系，所以转矩控制方便、 精度高，调节范围宽； （2）可实现恒张力控制，为一 些有特殊要求的场合提供恒张 力； （3）过载时磁粉层打滑，可以 起到过载保护作用； （4）可用作制动器。 五、安全离合器五、安全离合器 安全离合器：具有过载保护作用。 （1） 安全离合器：具有过载保护作用。 （1）牙嵌式安全离合器牙嵌式安全离合器：当转矩超过限定值时，接合牙伤的轴向力克服弹簧 压紧力和摩擦阻力而使离合器分离。 （2） ：当转矩超过限定值时，接合牙伤的轴向力克服弹簧 压紧力和摩擦阻力而使离合器分离。 （2）摩擦式安全离合器摩擦式安全离合器：无操纵结构，用弹簧力将摩擦片压紧。过载时，摩 擦片打滑。 ：无操纵