机械基础(模块三).ppt

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1、课题一 平面机构简图,课题二 平面四杆机构,课题三 凸 轮 机 构,课题一 平面机构简图,任务 绘制平面机构的简图,1.了解运动副及机构运动简图的概念；,2.掌握运动副的分类、应用及简图的画法；,3.会分析常用机构的运动及绘制机构运动简图。,课题一 平面机构简图,任务 绘制平面机构的简图,任务 绘制平面机构的简图,任务引入,分析图3-1-1图3-1-4中组成机器 (机构)的各构件之间的连接及运动形式，并根据所学知识绘制出机器 (机构)的运动简图。,任务分析,组成机器 (机构)的各构件都要以一定的方式与其他构件相互连接，且有一定的相对运动。 图3-1-1所示起重机由4个杆件组成，且各杆件间能相对

2、转动。 图3-1-2所示手动抽水机构主要由活塞与唧筒组成，且活塞在唧筒内发生移动； 图3-1-3所示内燃机由齿轮机构、凸轮和曲柄滑块机构组成； 图3-1-4所示台虎钳由固定钳体和活动钳体组成，通过螺旋传动实现运动传递。,任务 绘制平面机构的简图,通过用简单的线条和符号就可以表示各构件之间的相对运动及运动特征，即用运动简图的形式来表达构件间的关系，减少和避免了在研究或设计机构时因机构复杂的结构外形对运动分析所带来的不便或混乱。如何画机构运动简图，这是本任务要研究的内容。,任务分析,任务 绘制平面机构的简图,一、运动副,运动副是指两构件直接接触而组成的可动连接。根据两构件之间接触形式（点、线或面）

3、的不同，运动副可分为高副与低副两大类，其应用和特点见表3-1-1。,相关知识,任务 绘制平面机构的简图,任务 绘制平面机构的简图,任务 绘制平面机构的简图,二、机构运动简图,构件是组成机构的运动单元。在机构运动简图中，构件均用直线或小方框表示，如图3-1-5a所示；若构件固连在一起，则涂以焊缝符号，如图3-1-5b所示；阴影线的构件表示机架(固定不动)，如图3-1-5c所示；小圆圈表示转动副。,1.构件的表示方法,任务 绘制平面机构的简图,二、机构运动简图,（1）转动副。两构件组成转动副的表示方法如图3-1-6所示。,2.运动副的表示方法,任务 绘制平面机构的简图,二、机构运动简图,（2）移动

4、副。两构件组成移动副的表示方法如图3-1-7所示。,2.运动副的表示方法,任务 绘制平面机构的简图,二、机构运动简图,（3）螺旋副。两构件组成螺旋副的表示方法如图3-1-8所示。,2.运动副的表示方法,任务 绘制平面机构的简图,二、机构运动简图,（4）高副。两构件组成平面高副的表示方法如图3-1-9所示。,2.运动副的表示方法,任务 绘制平面机构的简图,二、机构运动简图,（5）机构运动简图常用符号。见表3-1-2。,2.运动副的表示方法,任务 绘制平面机构的简图,任务 绘制平面机构的简图,任务 绘制平面机构的简图,二、机构运动简图,绘制平面机构运动简图一般应按下列步骤进行。 (1)分析机构的组

5、成，明确主动构件、从动构件和机架，并将构件用数字(或字母)编号。 (2)从主动构件开始，沿运动传递路线分析各构件间运动副的类型，并确定各构件的运动性质。 (3)选择视图平面及机构运动简图位置。 (4)选择适当比例，按照各运动副间的距离和相对位置，用规定的符号将各运动副画出，然后用线条将同一构件上的运动副连接起来。,3. 平面机构运动简图的绘制,任务 绘制平面机构的简图,任务实施,1.试分析图311所示起重机各构件间运动副的类型并绘制机构运动简图。 解：各构件间的运动副都为转动副，机构运动简图如图3-1-10所示。,任务 绘制平面机构的简图,任务实施,2.试分析图3-1-2所示手动抽水机构各构件

6、间运动副的类型并绘制机构运动简图。 解：各构件间运动副包含转动副和移动副。杆件1和杆件2，杆件1和杆件4，杆件2和唧筒3构成转动副，杆件4和唧筒3构成移动副。机构运动简图如图3-1-11所示。,任务 绘制平面机构的简图,任务实施,3.试分析图3-1-3所示内燃机各构件间运动副的类型并绘制机构运动简图。 解：各构件间的运动副包含转动副和移动副等低副及齿轮副和凸轮副等高副。机构运动简图如图3-1-12所示。,任务 绘制平面机构的简图,任务实施,4.试分析图3-1-4所示台虎钳各构件间运动副的类型并绘制机构运动简图。 解：各构件间运动副包含转动副、移动副和螺旋副。台虎钳机构运动简图如图3-1-13所

7、示。,任务 绘制平面机构的简图,课题一 平面机构简图,课题二 平面四杆机构,课题三 凸 轮 机 构,课题二 平面四杆机构,任务1 分析平面四杆机构的类型,任务2 掌握平面四杆机构的运动特点,1.了解铰链四杆机构的基本类型及运动特性；,2.掌握铰链四杆机构基本类型的判别方法；,3.了解铰链四杆机构的演化形式。,课题二 平面四杆机构,任务1 分析平面四杆机构的类型,任务1 分析平面四杆机构的类型,任务引入,图3-2-1a所示为汽车车窗刮水器实物图，图3-2-1b所示为其机构运动简图。各杆件长度已知，AB=210mm、BC=350mm、CD=330mm、AD=280mm。当刮水器工作时，通过CD杆的

8、延长部分往复摆动实现刮窗动作。那么，刮水器机构采用了哪种类型的运动机构？这种机构有何特点？各构件之间又是如何实现运动的？,任务分析,图3-2-1b所示的刮水器机构是由AB、BC、CD、AD 四个构件通过铰链相互连接而组成的铰链四杆机构。 铰链四杆机构是最基本、最常见的形式，那么铰链四杆机构还有哪些基本形式? 图3-2-1a所示刮水器机构属于哪种基本形式? 如何判断? 它们的特点是什么? 在机械传动中的具体应用又如何呢? 下面就来学习铰链四杆机构的相关知识。,任务1 分析平面四杆机构的类型,一、铰链四杆机构的组成,在图3-2-2所示的铰链四杆机构中，固定不动的构件AD称为机架。不与机架相连的构件

9、BC称为连杆。与机架以铰链 (低副)相连的构件AB和CD称为连架杆。连架杆按其运动特征可分为曲柄和摇杆两种。 曲柄:能绕其回转中心做整周转动的连架杆。 摇杆:仅能在小于360的某一角度内摆动的连架杆。,相关知识,任务1 分析平面四杆机构的类型,二、铰链四杆机构的分类及应用,在铰链四杆机构中，根据连架杆运动形式的不同，可分为以下三种类型:曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 1.曲柄摇杆机构：铰链四杆机构的两个连架杆中，其中一个是曲柄，另一个是摇杆的称为曲柄摇杆机构。 2.双曲柄机构：铰链四杆机构中两个连架杆均为曲柄的称为双曲柄机构。 3.双摇杆机构：铰链四杆机构中两个连架杆均为摇杆的称为双摇

10、杆机构。,任务1 分析平面四杆机构的类型,三、铰链四杆机构三种类型的判别方法,若铰链四杆机构中最短杆件与最长杆件长度之和小于或等于其余两杆件长度之和时，则铰链四杆机构3种类型的判别方法见表3-2-4。 若铰链四杆机构中最短杆件与最长杆件长度之和大于其余两杆件长度之和时，则无论以哪一杆件为机架，均为双摇杆机构。,任务1 分析平面四杆机构的类型,任务1 分析平面四杆机构的类型,任务实施,在图3-2-1所示的刮水器机构中，主动杆件AB 做匀速转动，由连杆BC带动从动杆件CD 往复摆动，由已知条件可判断: 最短杆AB=210mm，最长杆BC=350mm 因为 210+350330+280 即 AB+B

11、CCD+AD 又因为该机构以AD杆为机架，那么最短杆的邻边为机架，所以判断此机构为曲柄摇杆机构。 由此可以看出，铰链四杆机构基本类型不仅取决于机构中各构件相对长度之间的关系，还与选定哪个构件作为机架有关。,任务1 分析平面四杆机构的类型,一、曲柄滑块机构,知识链接,图3-2-4所示为曲柄滑块机构，当曲柄AB旋转时，通过连杆BC带动滑块C做往复直线运动，不难看出它是将图3-2-5所示曲柄摇杆机构中的摇杆CD转化为滑块而形成的一种演化机构。,任务1 分析平面四杆机构的类型,二、导杆机构,知识链接,机构中与另一运动构件组成移动副的构件称为导杆，连架杆中至少有一个构件为导杆的平面四杆机构称为导杆机构。

12、 导杆机构中的转动导杆机构(LBC LAB)、摆动导杆机构(LBC LAB) 、曲柄摇块机构和移动导杆机构，都可以看做是在曲柄滑块机构中选取不同构件为机架演化而成，图3-2-6表示了曲柄滑块机构向导杆机构的演化关系。,任务1 分析平面四杆机构的类型,知识链接,任务1 分析平面四杆机构的类型,课题二 平面四杆机构,任务1 分析平面四杆机构的类型,任务2 掌握平面四杆机构的运动特点,1.掌握急回特性及相关参数的概念；,2.了解死点的概念；,3.掌握用图解法设计摆动导杆机构的方法。,课题二 平面四杆机构,任务2 掌握平面四杆机构的运动特点,任务2 掌握平面四杆机构的运动特点,任务引入,图3-2-7所

13、示为牛头刨床示意图，图3-2-8所示为牛头刨床主体机构运动简图。电动机通过带传动使小齿轮带动大齿轮 (曲柄)转动，大齿轮的侧面利用销轴装有滑块，当滑块随大齿轮转动时，导杆做往复摆动，使刨头做往复直线移动，从而使刨刀产生刨削动作。试设计一个能实现牛头刨床刨削动作的运动机构。,任务分析,牛头刨床是由床身、曲柄 (即大齿轮)、滑块、导杆和刨刀等构件组成的摆动导杆机构。刨头切削运动时，刨头左行时刨刀进行切削，要求刨头的速度较低且平稳，以提高切削质量。刨头右行时，刨刀不工作，要求刨头的速度较高，以提高生产率。如何设计一个能缩短非切削时间且提高工作效率的牛头刨床摆动导杆机构? 下面就来学习用图解法设计牛头

14、刨床摆动导杆机构的相关知识。,任务2 掌握平面四杆机构的运动特点,一、急回特性,急回特性是平面连杆机构具有的运动特性之一，如图3-2-9所示。急回特性的相关参数和定义见表3-2-7。,相关知识,任务2 掌握平面四杆机构的运动特点,任务2 掌握平面四杆机构的运动特点,一、急回特性,由分析可知：极位夹角越大，K 值越大，急回运动的性质也越显著，但机构运动的平稳性也越差。因此，在设计时，应根据其工作要求，恰当地选择K值，在一般机械中1K2。,任务2 掌握平面四杆机构的运动特点,二、死点位置,表3-2-1所示的缝纫机踏板机构中，踏板CD（即摇杆，为主动件）做往复摆动时连杆BC与曲柄AB在两处出现共线

15、(见图3-2-10)，致使曲柄AB不转动或出现倒转的现象，机构的这种状态位置称为死点位置。,1.死点位置的概念,任务2 掌握平面四杆机构的运动特点,二、死点位置,死点位置会使机构的从动件出现卡死或运动不确定现象，出现死点对传动机构来说是一种缺陷，这种缺陷可以利用回转机构的惯性或添加辅助机构来克服。,2.死点的危害及克服方法,家用缝纫机的脚踏机构就是利用带轮的惯性作用使机构能通过死点位置，从而连续正常运转。,任务2 掌握平面四杆机构的运动特点,二、死点位置,工程上有时也利用机构死点位置的性质来实现某些特殊要求。图3-2-11所示为飞机起落架机构，当飞机着陆时机轮5虽受力很大，但因摇杆1和连杆2共

16、线，机构处于死点位置，机轮5不能折回，从而提高了起落架的工作可靠性。,3. 死点位置的利用,任务2 掌握平面四杆机构的运动特点,任务实施,已知机架长度AD 和行程速比系数K，设计牛头刨床摆动导杆机构。设计步骤如下 (见图3212)。,1.计算极位夹角。 2.计算导杆摆角。 在摆动导杆机构中，极位夹角与导杆摆角相等。 3.确定铰链中心A 的位置。 任取一点为固定铰链中心D，作C1DC2 =，并作其角平分线，然后在角平分线上取机架长度AD，得固定铰链中心A。 4.确定曲柄长度。 过A点作导杆两极限位置的垂线AC1(或AC2)，则该线段即为曲柄长度。,任务2 掌握平面四杆机构的运动特点,课题一 平面

17、机构简图,课题二 平面四杆机构,课题三 凸 轮 机 构,课题三 凸 轮 机 构,任务1 认识凸轮机构,任务2 认识凸轮轮廓曲线,1.了解凸轮机构的组成及分类；,2.了解凸轮机构的工作过程；,3.了解影响凸轮机构工作的主要参数。,课题三 凸 轮 机 构,任务1 认识凸轮机构,任务1 认识凸轮机构,任务引入,图3-3-1所示为内燃机配气机构，工作时要求在一个工作循环内，气门迅速打开，随即迅速关闭，然后关闭不动，试分析其工作过程并说明如何控制气门的开启和关闭？,任务分析,配气机构是内燃机进、排气管道的控制机构。目前，四冲程汽车发动机都采用气门式配气机构，其功用是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，

18、定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气 (汽油机)或空气 (柴油机)得以及时进入汽缸，并及时排出废气。 图3-3-1所示的配气机构中，运用了凸轮机构。本任务通过学习凸轮机构的组成、工作原理、特点及主要参数来认识凸轮机构，并分析凸轮轴是怎样控制气门的开启和关闭的。,任务1 认识凸轮机构,一、凸轮机构的组成及特点,1.凸轮机构的组成,如图3-3-1b所示，凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组合而成的一种高副机构。其中凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通常作为主动件做等速转动或移动。,相关知识,任务1 认识凸轮机构,一、凸轮机构的组成及特点,2.凸轮机构的特点,凸轮机构的优点：结构简单、紧

19、凑，只要设计出适当的凸轮轮廓，就可以使从动件实现任意预期的运动规律。 凸轮机构的缺点：凸轮机构是高副机构，易磨损，只宜用于传力不大的场合；从动件的行程不宜过大，否则会使凸轮尺寸变化过大，机构变得笨重；凸轮精度要求较高，制造较复杂，一般需用数控机床进行加工。,任务1 认识凸轮机构,二、凸轮机构的类型，见表3-3-1。,任务1 认识凸轮机构,任务1 认识凸轮机构,任务1 认识凸轮机构,任务1 认识凸轮机构,三、凸轮机构的工作过程,如图3-3-3所示，为一对心尖顶移动从动件盘形凸轮机构的工作原理图。以其为例介绍凸轮机构工作过程中涉及的基本概念，详见表3-3-2。,任务1 认识凸轮机构,任务1 认识凸

20、轮机构,三、凸轮机构的工作过程,图3-3-3所示凸轮机构的工作过程可用表3-3-3表示。,任务1 认识凸轮机构,四、凸轮机构的主要参数,1. 压力角,从动件与凸轮表面任一接触点处，从动件的受力方向F与从动件的运动速度方向之间所夹的锐角叫做压力角(见图3-3-4)。各点的压力角是变化的。 F1 与F2 是F的两个分力。F1 是与从动件运动方向同的力，为有用分力；F2 是与从动件运动方向垂直的力，为有害分力。F1 =Fcos，F2 =Fsin。,任务1 认识凸轮机构,压力角越大，有用分力越小，有害分力越大，所以压力角不能过大。压力角过大会出现机构自锁，即卡死不能动的现象。为保证机构正常运转，必须规

21、定许用压力角，且要求。许用压力角的推荐值见表3-3-4 。,任务1 认识凸轮机构,四、凸轮机构的主要参数,2. 凸轮基圆半径 r0,设计凸轮机构时，基圆半径 r0 选得越小，所设计的机构越紧凑。但基圆半径的减小会使压力角增大(见图335)，对机构运动不利。所以一般情况下，为使凸轮结构紧凑些，在传动刚度允许的条件下，凸轮基圆半径尽量取小些。经验公式：,任务1 认识凸轮机构,四、凸轮机构的主要参数,3. 滚子半径 rT,一般情况下，按下式确定滚子半径:,任务1 认识凸轮机构,任务实施,根据所学凸轮机构的工作过程，分析四冲程汽车发动机采用的内燃机配气机构的4个工作过程。 1.推程 如图3-3-1所示

22、，凸轮逆时针回转，当凸轮的曲线轮廓BA部分 (向径逐渐增大)与气门杆平底接触时，轮廓迫使气门杆(从动件)克服弹簧力向下移动，从而使气门打开，即凸轮转过推程运动角1 ，从动件完成推程运动。 2.远停程 当凸轮继续回转，凸轮的曲线轮廓AD 部分 (等半径圆弧)通过气门杆时，气门杆静止不动，气门保持打开状态，即凸轮转过远停程角2 ，从动件完成远停程。,任务1 认识凸轮机构,任务实施,3.回程 当凸轮曲线轮廓DC部分(向径逐渐减小)与气门杆平底接触时，气门杆 (从动件)在弹簧力的作用下向上移动，从而使气门关闭，即凸轮转过回程运动角3 ，从动件完成回程运动。 4.近停程 当凸轮曲线轮廓CB部分(等半径圆

23、弧)通过气门杆时，气门杆静止不动，气门保持关闭状态，即凸轮转过近停程角4 ，从动件完成近停程。 由以上分析可知，凸轮的形状决定着气门杆的运动规律，凸轮的形状影响气门的开闭时刻及高度。凸轮轴每转一周，推动气门杆按预定的要求打开或关闭阀门，从而完成进气和排气动作。,任务1 认识凸轮机构,课题三 凸 轮 机 构,任务1 认识凸轮机构,任务2 认识凸轮轮廓曲线,课题三 凸 轮 机 构,任务2 认识凸轮轮廓曲线,1.了解从动件的常用运动规律及适用场合；,2.掌握用“反转法”设计对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线。,任务2 认识凸轮轮廓曲线,任务引入,如图3-3-7所示，已知一对心尖顶移动从动件盘形凸轮机

24、构，凸轮逆时针方向回转，基圆半径r0=20mm，从动件的运动规律见表3-3-5，试设计该凸轮的轮廓曲线。,任务分析,凸轮的轮廓形状取决于从动件的运动规律，按照选定的运动规律和其他具体条件 (凸轮的转向、基圆半径、偏距等)就可进行凸轮轮廓的设计。本任务主要学习常见的从动件运动规律及怎样设计凸轮轮廓曲线。,任务2 认识凸轮轮廓曲线,一、从动件常见的运动规律,1.等速运动规律,等速运动规律是指从动件在运动过程中的速度为常数，即速度保持不变。如图3-3-8所示。 适用于凸轮做低速回转，从动件质量小的场合。,相关知识,任务2 认识凸轮轮廓曲线,二、凸轮轮廓曲线的设计方法,凸轮轮廓曲线的设计方法有图解法和

25、解析法两种，常用图解法。 图解法设计盘形凸轮轮廓采用的方法是反转法。 设计时，首先根据从动件的运动规律作出位移曲线并作出等分线，然后按同一比例画出基圆，将基圆按与凸轮转向相反的方向进行相对应的等分，在基圆的等分线延长线上截取与位移曲线图中对应的等分线段，得到交点，将各点光滑相连即可得所需设计的凸轮轮廓曲线。,任务2 认识凸轮轮廓曲线,知识链接,设计对心滚子移动从动件盘形凸轮轮廓曲线，还是用反转法按设计对心尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓曲线的画法画出，即得到滚子移动从动件盘形凸轮的理论轮廓曲线。在此曲线上取若干个点为圆心，以滚子半径为半径作圆，画出这些圆的内包络线，即得到滚子移动从动件盘形凸轮的实际

26、轮廓曲线，如图3-3-12所示。,任务2 认识凸轮轮廓曲线,绘制平面机构的简图包括运动副的概念、分类、应用及简图的画法，以及分析常用机构的运动及机构运动简图的绘制等内容。 铰链四杆机构分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构，掌握三种机构的判别方法及演化形式。实际生产中，合理利用急回特性、死点位置特性，克服死点的危害。 凸轮机构由凸轮、从动件和机架组合，是一种高副机构。结构简单、紧凑，但易磨损，只宜用于传力不大的场合；从动件的行程不宜过大，且凸轮精度要求较高，制造较复杂，一般需用数控机床进行加工。凸轮机构分为多种类型。影响凸轮机构工作的主要参数有压力角、凸轮基圆半径、滚子半径。从动件常见的运动规律有等速运动规律、等加速等减速运动规律。,本模块小结,