常用運動機構匯總.ppt

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1、 第 1章 常用機構 常用機構有平面連桿機構 、 凸輪機構 、 間歇運動機構和變速 、 變向機構等 。 1.1 平面連桿機構 1.2 凸輪機構 1.3 間歇運動機構 1.4 變速機構和變向機構 1.5 常用機構的觀察與分析 1.1.1 運動副 所謂運動副是使兩構件直接接觸而又能產(chǎn)生一定相對運動的聯(lián)接。 根據(jù)運動副中兩構件的接觸形式不同，運動副又可分為低副和高副。 1低副 低副是指兩構件之間作面接觸的運動副。按兩構件的相對運動情況，可分為： (1)轉動副 兩構件在接觸處只允許作相對轉動。 (2)移動副 兩構件在接觸處只允許作相對移動。 (3)螺旋副 兩構件在接觸處只允許作一定關系的轉動和移動的復

2、合運動， 低副的接觸表面一般是平面或圓柱面，易制造和維修，承受載荷時的單位面積 壓力較小，較為耐用，傳力性能好。但低副是滑動摩擦，摩擦大而效率較低。 2高副 高副是指兩構件之間作點或線接觸的運動副。 高副由于是點或線的接觸，單位面積壓力較大，構件接觸處容易磨損，制造和 維修困難，但高副能傳遞較復雜的運動，比較靈活，易于實現(xiàn)預定的運動規(guī)律。 低 副 高 副 1.1.2 鉸鏈四桿機構的基本類型及其應用 當平面四桿機構中的運動副都是轉動副時，稱為鉸鏈四桿機構。如圖所示的鉸 鏈四桿機構中，桿 4是固定不動的，稱為機架。與機架相連的桿 1和桿 3稱為連架桿， 不與機架直接相連的桿 2，稱為連桿。如果桿

3、1(或桿 3)能繞鉸鏈 A(或鉸鏈 D)作整周的 連續(xù)旋轉，則此桿稱為曲柄。如果不能作整周的連續(xù)旋轉，而只能來回搖擺一個角 度，則此桿就稱為搖桿。 鉸鏈四桿機構 鉸鏈四桿機構中，機架和連桿總是存在的，因此可按曲柄存在情況，分為三 種基本形式：曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構。 1曲柄搖桿機構 在鉸鏈四桿機構中的兩連架桿，如果一個為曲柄，另一個為搖桿，那么該機 構就稱為曲柄搖桿機構。取曲柄 AB為主動件，當曲柄 AB作連續(xù)等速整周轉動時， 從動搖桿 CD將在一定角度內(nèi)作往復擺動。由此可見，曲柄搖桿機構能將主動件的 整周回轉運動轉換成從動件的往復擺動。剪刀機是通過原動機驅動曲柄轉動，通 過連桿

4、帶動搖桿往復運動，實現(xiàn)剪切工作。 1.1.2 鉸鏈四桿機構的基本類型及其應用 在曲柄搖桿機構中 ， 當搖桿為主動件時 ， 可將搖桿的往復擺動經(jīng)連桿轉換為曲柄 的連續(xù)旋轉運動 。 在生產(chǎn)中應用很廣泛 。 縫紉機的踏板機構 ， 當腳踏板 （ 相當于 搖桿 ） 作往復擺動時 ， 通過連桿帶動曲軸 （ 相當于曲柄 ） 作連續(xù)運動 ， 使縫紉機 實現(xiàn)縫紉工作 。 2雙曲柄機構 在鉸鏈四桿機構中，若兩個連架桿均為曲柄，則該機構稱為雙曲柄機構。兩曲 柄可分別為主動件。慣性篩中， ABCD為雙曲柄機構，工作時以曲柄 AB為主動件， 并作等速轉動，通過連桿 BC帶動從動曲柄 CD，作周期性的變速運動，再通過 E

5、點的 聯(lián)接，使篩子作變速往復運動。慣性篩就是利用從動曲柄的變速轉動，使篩子具 有一定的加速度，篩面上的物料由于慣性來回抖動，達到篩分物料的目的。 曲柄搖桿機構 剪刀機 縫紉機踏扳機構 1.1.2 鉸鏈四桿機構的基本類型及其應用 雙曲柄機構中 ， 當兩曲柄長度不相等時 ， 主動曲柄作等速轉動 ， 從動曲柄隨之作 變速轉動 ， 即從動曲柄在每一周中的角速度有時大于主動曲柄的角速度 ， 有時小 于主動曲柄的角速度 。 雙曲柄機構中 ， 常見的還有平行雙曲柄機構和反向雙曲柄機構 。 雙曲柄機構 慣性篩 （ 1）當兩曲柄的長度相等且平行時，稱為平行雙曲柄機構。 平行雙曲柄機構的兩曲柄的旋轉方向相同，角速

6、度也相等（圖 a）。平行雙曲柄機構應用很廣，機車聯(lián)動裝臵中，車輪相當 于曲柄，保證了各車輪同速同向轉動。此機車聯(lián)動裝臵中還增 設一個曲柄 EF作輔助構件，以防止平行雙曲柄機構 ABCD變成為 反向雙曲柄機構。 1.1.2 鉸鏈四桿機構的基本類型及其應用 (2)當雙曲柄機構對邊都相等 ， 但互不平行 ， 則稱其為反向雙曲柄機構 。 反向雙曲柄 的旋轉方向相反 ， 且角速度也不相等 。 車門啟閉機構中 ， 當主動曲柄 AB轉動時 ， 通 過連桿 BC使從動曲柄 CD朝反向轉過 ， 從而保證兩扇車門能同時開啟和關閉 。 3雙搖桿機構 在鉸鏈四桿機構中，若兩個連架桿均為搖桿時，則該機構稱為雙搖桿機構。

7、在雙 搖桿機構中，兩桿均可作為主動件。主動搖桿往復擺動時，通過連桿帶動從動搖桿 往復擺動。 雙搖桿機構在機械工程上應用也不少，汽車離合器操縱機構中 ,當駕駛員踩下踏 板時，主動搖桿 AB往右擺動，由連桿 BC帶動從動桿 CD也向右擺動，從而對離合器產(chǎn) 生作用。 機車主動輪聯(lián)動裝臵 車門啟閉機構 1.1.2 鉸鏈四桿機構的基本類型及其應用 載重車自卸翻斗裝臵中 ， 當液壓缸活塞向右伸出時 ， 可帶動雙搖桿 AB和 CD 向右擺動 ， 從而使翻斗車內(nèi)的貨物滑下 。 起重機中 ， 在雙搖桿 AB和 CD的配 合下 ， 起重機能將起吊的重物沿水平方向移動 ， 以省時省功 。 汽車離合器操縱機構 起重機

8、 自卸翻斗機構 1.1.3 鉸鏈四桿機構的曲柄存在條件 從鉸鏈四桿機構的三種基本形式可知，它們的根本區(qū)別在于連架桿是否為 曲柄。而連架桿能否成為曲柄，則取決于機構中各桿的長度關系和選擇哪個構 件為機架有關。即要使連架桿成為能整周轉動的曲柄，各桿必須滿足一定的長 度條件，這就是所謂的曲柄存在的條件。 下圖所示的曲柄搖桿機構，其中 AB為曲柄， BC為連桿， CD為搖桿， AD為機 架，它們的長度分別用 a、 b、 c、 d來表示，在 AB轉動一周中，曲柄 AB與機架 AD 兩次共線。借助這兩個位臵，可找出一些鉸鏈四桿機構的幾何關系。 當連桿在 B1點時，形成 B1C1D。根據(jù)三角形兩邊 之和必大

9、于第三邊的定理，得 b+cd+a 當連桿在 B2點時，形成 B2C2D, 得 (d-a)+cb 即 d+cb+a (d-a)+bc 即 d+bc+a 考慮到四桿位于同一直線時，則可寫成如下 形式 b+c d+a d+c b+a d+b c+a 將式、分別兩兩相加，則得 c a,b a, d a，即 AB桿為最短桿。 曲柄搖桿機構 1.1.3 鉸鏈四桿機構的曲柄存在條件 在曲柄搖桿機構中，要使連架桿 AB為曲柄，它必須是四桿中的最 短桿，且最短桿與最長桿長度之和應小于其余兩桿長度之和，考慮到 更一般的情形，可將鉸鏈四桿機構曲柄存在條件概括為： (1)連架桿與 機架中必有一個最短桿； (2)最短桿

10、與最長桿長度之和必小于或等于 其余兩桿長度之和。 上述兩條件必須同時滿足，否則機構中無曲柄存在，根據(jù)曲柄條 件，還可作如下推論： (1)若鉸鏈四桿機構中最短桿長度與最長桿長度之和小于或等于其 余兩桿長度之和，則可能有以下三種情況： 以最短桿的相鄰桿為機架，則最短桿為曲柄，而與機架相連的 另一桿為搖桿，則該機構為曲柄搖桿機構。 以最短桿為機架，則其相鄰兩桿均為曲柄，故該機構為雙曲柄 機構。 以最短桿相對桿為機架，則無曲柄存在，因此該機構為雙搖桿 機構。 (2)若鉸鏈四桿機構中最短桿長度與最長桿長度之和大于其余兩桿 長度之和，則無論以哪一桿為機架，均為雙搖桿機構。 1.1.4 鉸鏈四桿機構的演化及

11、其應用 除了鉸鏈四桿機構的上述三種形式外，人們還廣泛采用其他形式的平面四 桿機構。分析、研究這些平面四桿機構的運動特性可以發(fā)現(xiàn)：這些平面四桿機 構是由鉸鏈四桿機構通過一定途徑演化而來的。 1偏心輪機構 在圖 a所示的曲柄搖桿機構中，桿 1為曲柄，桿 3為搖桿，若將轉動副的銷釘 B的半徑逐漸擴大至超過曲柄的長度，便可得到如圖 b所示的機構，這時曲柄演 變成一幾何中心不與回轉中心相重合的圓盤，此圓盤稱偏心輪，該兩輪中心之 間的距離稱為偏心距，它等于曲柄長。曲柄為偏心輪的機構稱偏心輪機構 。 偏心輪機構一般多用于曲柄銷承受較大沖擊載荷或曲柄較短的機構， 如剪床、沖床以及破碎機等。 銷釘擴大 1.1.

12、4 鉸鏈四桿機構的演化及其應用 2曲柄滑塊機構 在圖 a所示的曲柄搖桿機構中，桿 1為曲柄，桿 3為搖桿，若在機架上作一弧形槽，槽的曲 率半徑等于搖桿 3的長度，把搖桿 3改成弧形滑塊，如圖 b所示，這樣盡管把轉動副改成了移動 副，但相對運動的性質(zhì)卻完全相同。如果將圓弧形槽的半徑增加到無窮大，則圓弧形槽變成了 直槽，這樣曲柄搖桿機構就演化成了偏臵的曲柄滑塊機構 (圖 c)，圖中 P為曲柄中心 A至直槽中 心線的垂直距離，稱偏心距。當時，稱為對心曲柄滑塊機構，常簡稱為曲柄滑塊機構 (圖 d)。 因此，可以認為曲柄滑塊機構是由曲柄搖桿機構演化而來的。 曲柄滑塊機構在機械中應用十分廣泛。如內(nèi)燃機、搓

13、絲機、自動送料裝臵以及 壓力機都是曲柄滑塊機構。在曲柄滑塊機構中，若曲柄為主動件，可將曲柄的連續(xù) 旋轉運動，經(jīng)連桿轉換為從動滑塊的往復直線運動，圖所示的壓力機，當曲柄連續(xù) 旋轉運動時，經(jīng)連桿帶動滑塊實現(xiàn)加壓工作；反之若滑塊為主動件，經(jīng)連桿轉換為 從動曲柄的連續(xù)旋轉運動。 曲柄搖桿機構的演化 壓 力 機 1.1.4 鉸鏈四桿機構的演化及其應用 3導桿機構 若將曲柄滑塊機構（圖 1a）中的構件 1作為機架，就演化成導桿機構（圖 1b）。 導桿機構可分轉動導桿機構和擺動導桿機構。 （ 1）轉動導桿機構 圖 1b所示導桿機構，當時，機架 1為最短桿，它的相鄰桿 2與 導桿 4均能繞機架作連續(xù)轉動，故稱

14、為轉動導桿機構（圖 2a）；圖 2b所示為插床機構， 其中構件 1、 2、 3、 4組成轉動導桿機構，工作時，導桿 4繞 A點回轉，帶動構件 5及插 刀 6往復運動，實現(xiàn)切削。 （ 2）擺動導桿機構 圖 1b所示導桿機構，當時，機架 1不是最短桿，它的相鄰構件 導桿 4只能繞機架擺動，故稱為擺動導桿機構（圖 3a）。圖 3b所示為刨床機構，其中 構件 1、 2、 3、 4組成擺動導桿機構，工作時，導桿 4繞 A點擺動，帶動構件 5及刨刀 6 往復運動，實現(xiàn)刨削。 圖 1 導桿機構 轉動導桿機構 擺動導桿機構 1.1.4 鉸鏈四桿機構的演化及其應用 4定塊機構 若將曲柄滑塊機構（圖 1）中的構件

15、 3作為機架，就演化成定塊機構（圖 2a)，此機 構中滑塊固定不動。圖 2b所示的抽水機，就應用了定塊機構。當搖動手柄 1時，在桿 2 的支撐下，活塞桿 4即在固定滑塊 3（唧筒作為靜件）內(nèi)上下往復移動，以達到抽水的 目的。 5搖塊機構 若將曲柄滑塊機構（圖 1）中的構件 2作為機架，就演化成搖塊機構（圖 3a)，此 機構中滑塊相對機架搖動。這種機構常應用于擺缸式內(nèi)燃機或液壓驅動裝臵。圖 3b 所示的自卸翻斗裝臵，也應用了搖塊機構。桿 1（車廂）可繞車架 2上的 B點擺動。桿 4（活塞桿），液壓缸 3（搖塊）可繞車架上 C點擺動，當液壓缸中的壓力油推動活塞 桿運動時，迫使車廂繞 B點翻轉，物料

16、便自動卸下。 圖 1 曲柄滑塊機構 圖 2 定塊機構 圖 3 搖塊機構 1.1.5 平面四桿機構的運動特性 1急回特性 圖所示為曲柄搖桿機構，設等速轉動的曲柄 AB為主動件，它在回轉一周的過程中， 與連桿 BC有兩次共線位臵 ABl和 AB2，此時從動件搖桿 CD分別位于左、右兩個極限位臵 ClD和 C2D，其夾角稱為搖桿的擺角。主動曲柄與連桿在兩共線位臵時所夾的銳角稱為 極位夾角。 圖 1 曲柄搖桿機構 21 2 2 1 1 1 2 212 1 180 180 CC v t tK vtCC t 當曲柄等速轉動時，搖桿來回擺動的速度是不同的， 其空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度，這種

17、性質(zhì)為機構的急回特性。為了表達這個特征的相對程度， 設 該值稱為從動件的行程速比系數(shù)。 K的大小表示急回的程度。由上式可知， K與 有關，當 =0時， K=1，說 明該機構無急回特性；當 0，則機構具有急回特性， 越大， K值越大， 急回特性越明顯。 與 K的關系為 1180 1KK 1.1.5 平面四桿機構的運動特性 2死點 在曲柄搖桿機構中，如圖所示，若取搖桿為主動件，當搖桿在兩極限位臵時，連桿與曲柄共 線，通過連桿加于曲柄的力 F經(jīng)過鉸鏈中心 A，該力對 A點的力矩為零，故不能推動曲柄轉動，從 而使整個機構處于靜止狀態(tài)。這種位臵稱為死點。 平面四桿機構是否存在死點位臵，決定于從動件是否與

18、連桿共線。凡是從動件與連桿共線的 位臵都是死點。 圖 1 死點位臵 對機構傳遞運動來說，死點是有害的，因為死點位臵常使機構從動件無法運動或出現(xiàn)運動不確 定現(xiàn)象。如圖 1所示的縫紉機踏板機構（曲柄搖桿機構），當踏板 CD為主動件并作往復擺動時，機 構在兩處有可能出現(xiàn)死點位臵，致使曲柄 AB不轉或出現(xiàn)倒轉現(xiàn)象。為了保證機構正常運轉，可在 曲柄軸上裝飛輪，利用其慣性作用使機構順利地通過死點位臵。 在工程上，有時也利用死點進行工作，如圖 2所示的鉸鏈四桿機構中，就是應用死點的性質(zhì)來 夾緊工件的一個實例。當夾具通過手柄 1，施加外力 F使鉸鏈的中心 B、 C、 D處于同一條直線上時， 工件 2被夾緊，此

19、時如將外力 F去掉，也仍能可靠地夾緊工件，當需要松開工件時，則必須向上扳 動手柄 1，才能松開夾緊的工件。 圖 2 夾緊機構 1.2.1 凸輪機構的特點和應用 凸輪機構由凸輪、從動件和機架組成（圖 1）。凸輪是主動件，從動件的運動規(guī)律由凸輪輪 廓決定。凸輪機構是機械工程中廣泛應用的一種高副機構。 圖 1 凸輪機構 凸輪機構常用于低速、輕載的自動機或自動機的控制機構。 圖 2所示為汽車內(nèi)燃機的配氣機構，當凸輪 1轉動時，依靠凸輪的輪廓，可以迫使從動件氣閥 2 向下移動打開氣門 (借助彈簧的作用力關閉 )，這樣就可以按預定時間，打開或關閉氣門，以完成 內(nèi)燃機的配氣動作。 凸輪是一個具有曲線輪廓或凹

20、槽的構件。它能控制從動件運動規(guī)律，因此凸輪通常作主動件 并作等速轉動，當凸輪運動時，借助它的曲線輪廓 (或凹槽 )，可使從動件作預期的運動。 凸輪機構的應用特點有： (1)便于準確地實現(xiàn)給定的運動規(guī)律。（ 2）結構簡單緊湊，易于設計； (3)凸輪機構可以高速起動，動作準確可靠。 (4)凸輪與從動件為高副接觸，不便潤滑，容易磨損，為延長使用壽命，傳遞動力不宜過大。 (5)凸輪輪廓曲線不易加工。 構結機燃內(nèi)車汽2圖 圖 3 自動車床的走刀機構 1.2.2 凸輪機構的 類型 凸輪機構按凸輪的形狀與從動件形式可分為不同類型。 1按凸輪形狀分 （ 1）盤形凸輪 凸輪的基本形式，應用最廣。但從動件的行程不

21、能太大，否則凸輪變化過大， 對凸輪機構的工作不利，所以一般應用于行程較短的場合。 （ 2）移動凸輪（板狀凸輪） 可視為回轉中心趨向于無窮遠的盤形凸輪，它相對于機架作直 線往復移動。圖 1中用以車制手柄的靠模就是采用移動凸輪機構。移動凸輪機構在靠模仿形機械 中應用較廣。 上述兩種凸輪組成機構時，凸輪與從動件的相對運動是平面運動，因此，上述兩種凸輪機構 稱為平面凸輪機構，其凸輪稱為平面凸輪。 （ 3）圓柱凸輪 在圓柱面上開有曲線凹槽，或在圓柱端面上制出曲線輪廓，可使從動件得到 較大的行程。屬于空間凸輪機構（圖 2)。 圖 1 移動凸輪機構 圖 2 端面圓柱凸輪機構 1.2.2 凸輪機構的 類型 2

22、按從動件的形式分類 根據(jù)從動件的運動形式和端部形狀區(qū)分，基本類型列于表 1。 表 1 凸輪機構從動件的基本類型 接觸形式 運動形式 主要特點 移動 擺動 尖頂 結構簡單、緊湊，可準確地實現(xiàn)任 意運動規(guī)律。但易磨損，適用于低 速、傳力小和動作靈敏的場合，如 儀表機構中 滾子 滾子接觸，摩擦阻力小，不易磨損， 承載能力較大，但運動規(guī)律有局限 性，不宜于高速，故可用于傳遞較 大的動力 平底 結構緊湊，潤滑性能好，摩擦阻力 小，適用于高速。但不能與內(nèi)凹的 輪廓接觸，因此運動規(guī)律受到一定 限制 曲面 介于滾子和平底之間 1.2.3 凸輪機構的 基本參數(shù) 1.基圓半徑 在圖 1所示的機構中，從動件 (桿

23、)在最低位臵時，尖頂在點 (圖 1a)，以凸輪的最小半徑所作 的圓稱為基圓，稱為基圓半徑。 圖 1 凸輪機構的位移曲線 圖 2 凸 輪 機 構 的 壓 力 角 2行程和轉角 當凸輪按逆時針方向轉過一個角度 時 (圖 1b)，從動件將上升一段距離，即產(chǎn)生一段位移 s。 當凸輪轉過 0時，從動件到達最高位臵 (圖 1c)，此時從動件的最大升距稱為行程，用 h表示。 凸輪轉動角度 ，稱為轉角 (也稱為動作角或運動角 )。 3位移曲線 如果將從動件的位移 s與凸輪轉角 的關系用曲線表示（圖 1d），此曲線稱為從動件 (桿 ) 的位移曲線（ s- 曲線）。 4壓力角 圖 2所示的凸輪機構中，從動件 (桿

24、 )與凸輪輪廓在 A點接觸，凸輪給從動件一作用力 F，其 方向為沿接觸點的法線方向，我們把這個力的作用線與從動件運動方向之間的夾角，叫做凸輪 機構在該點的壓力角，用 表示。 1.2.4 從動件常用運動規(guī)律 從動件的運動規(guī)律是指其位移、速度和加速度隨時間變化的規(guī)律。從動件的運動規(guī)律是根據(jù) 機器工作要求確定的。從動件不同的運動規(guī)律對應于不同的凸輪輪廓。在設計凸輪機構時， 首先選定從動件的運動規(guī)律，再根據(jù)運動規(guī)律設計凸輪輪廓。最常用的運動規(guī)律有以下兩 種。 1.等速運動規(guī)律 當凸輪以等角速度轉動時，從動件在推程和回程的速度為常數(shù)，這種運動規(guī)律叫做等速運動 規(guī)律 (圖 1)。 圖 1 等速運動規(guī)律 2

25、.等加速等減速運動規(guī)律 這種運動規(guī)律是從動件在一個推程或者回程中，前半段做等加速運動，后半段做等減速運 動；而且前后兩段加速度的絕對值相等。 圖 2 等加速等減速運動規(guī)律 1.2.5 凸輪機構輪廓曲線的畫法 當從動件運動規(guī)律選定后，即可根據(jù)該運動規(guī)律和其他給定條件（如凸輪轉向、基圓半徑等） 確定凸輪的輪廓曲線。確定凸輪輪廓曲線的方法有圖解法和解析法。圖解法的特點是簡便、 直觀，但不夠精確，不過其準確度已足以滿足一般機器的工作要求。 1 “ 反轉法 ” 作圖方法 凸輪輪廓曲線作圖的方法是 “ 反轉法 ” 。為了作圖方便起見，可以看成凸輪在圖紙上不轉動， 而將從動件的位臵看成是相反于凸輪的旋轉方向

26、轉動，并以此方向作圖，這就是 “ 反轉 法 ” 。這種方法的優(yōu)點是容易作圖。 2輪廓曲線畫法步驟 (1)先畫出從動件的位移曲線圖。用凸輪轉角作橫坐標，以從動件的位移作縱坐標，由從動 件的運動規(guī)律作出位移曲線，如圖 b所示。 (2)再畫凸輪輪廓曲線。在凸輪基圓上作等分角線，用 “ 反轉法 ” 以與位移曲線相同的比例 截取各對應點 (位移行程 )，連接各點，即可得凸輪輪廓曲線。如圖 a所示。 尖 頂 式 移 動 凸 輪 的 畫 法 1.3.1 棘輪機構 1棘輪機構的工作原理及應用 典型的棘輪機構（圖 1）是由棘輪 1、棘爪 2、機架以及止回棘爪 5等組成。彈簧 6使止回棘爪 5 和棘輪 1始終保持

27、接觸。當曲柄連續(xù)轉動時，搖桿作往復擺動。當搖桿逆時針擺動時，棘爪 便嵌入棘輪的齒槽中，棘爪被推動向逆時針方向轉過一個角度；當搖桿順時針擺動時，棘 爪便在棘輪齒背上滑過，這時止回棘爪阻止棘輪順時針轉動，故棘輪靜止不動。這樣，當 搖桿作連續(xù)擺動時，棘輪就作單向的間歇運動。 棘輪機構的類型很多，按照工作原理可分為齒嚙式和摩擦式，按結構特點可分為外接式和 內(nèi)接式。下面介紹幾種常用的棘輪機構。 (1)具有棘齒的棘輪機構 單動式棘輪機構 (圖 1), 雙動式棘輪機構 (圖 2), 可變向棘輪機構 (圖 3), 前述棘輪機構，棘輪的轉角都是以棘輪的輪齒為單位的，即棘輪轉角的改變都是有級的， 若要無級地改變棘

28、輪的轉角，可采用無棘齒的摩擦棘輪機構 (圖 4），該機構是摩擦棘輪機構中 的一種。摩擦式棘輪機構的使用優(yōu)點是無噪聲，多用于輕載間歇運動機構。 圖 1 棘 輪 機 構 圖 2 雙動式棘輪機構 圖 3 可變向棘輪機構 圖 4 摩擦式棘輪機構 1.3.2 槽輪機構 1槽輪機構的工作原理 槽輪機構能把主動軸的等速連續(xù)運動轉變?yōu)閺膭虞S周期性的間歇運動，槽輪機構 常用于轉位或分度機構。圖 1所示為一單圓外嚙合槽輪機構，它由帶圓柱銷 2的 主動撥盤 1、具有徑向槽的從動槽輪 3和機架等組成。槽輪機構工作時，撥盤為 主動件并以等角速度連續(xù)回轉，從動槽輪作時轉時停的間歇運動。 當圓銷 2未進入槽輪的徑向槽時，由

29、于槽輪的內(nèi)凹鎖止弧被撥盤的外凸圓弧卡住， 故槽輪靜止不動。圖 1a所示為圓銷 2剛開始進入槽輪徑向槽的位臵。這時鎖止弧剛好 被松開，隨后槽輪受圓銷 2的驅使而沿反向轉動。當圓銷 2開始脫出槽輪的徑向槽時 （圖 1b），槽輪的另一內(nèi)凹鎖止弧又被曲柄的外凸圓弧卡住，致使槽輪又靜止不動， 直到曲柄上的圓銷 2進入下一徑向槽時，才能重復上述運動。這樣撥盤每轉一周，槽 輪轉過兩個角度。 圖 1 槽輪機構 1.3.2 槽輪機構 2槽輪機構的特點和應用 構造簡單，外形尺寸小，工作可靠。但槽輪的轉角大小不能調(diào)節(jié)，圓銷與輪槽間沖擊 較嚴重，尤其是在槽輪徑向槽數(shù)目較少的情況下更為明顯，因此在設計槽輪機構時不能將

30、槽輪的槽數(shù)選得很少，在生產(chǎn)實際中用的槽輪機構，其槽數(shù)常取 4 8。 槽輪機構一般應用在轉速不高、要求斷續(xù)地轉過某一特定角度的裝臵中。例如：在自 動機上，用以間歇地轉動刀架或工作臺；在化工廠管道系統(tǒng)中，用以啟閉閥門；在電影放 映機中，用作卷片機構（圖 1），為了適應人們的視覺暫留現(xiàn)象，要求影片作間歇運動， 它采用四槽槽輪機構，當傳動軸帶動圓銷每轉過一周，槽輪相應地轉過 90 ，因此能使影 片的畫面作短暫的停留。圖 2所示為六角自動車床的刀架轉位機構，為了滿足零件加工工 藝要求自動變換所需刀具，采用六槽的槽輪機構，當圓銷 1進、出槽輪一次，則可推動槽 輪 2轉過 60 ，并且使下一工序的刀具轉到工

31、作位臵。 圖 1 放映機的卷片機構 圖 2 刀架轉位機構 1.4.1 變速機構 和變向機構 變速機構是指在輸入轉速不變的條件下，使從動輪 (軸 )得到不同轉速的傳動裝臵。例 如機床主軸的變速傳動系統(tǒng)是將動力源 (主電動機 )的恒定轉速通過變速箱變換為主軸的多 級轉速。 機床、汽車和其他機械上常用的變速機構有滑移齒輪變速機構、塔齒輪變速機構、倍 增變速機構和拉鍵變速機構等。但無論哪一種變速機構，都是通過改變一對齒輪傳動比大 小，從而改變從動輪 (軸 )的轉速。 1塔齒輪變速機構 如圖所示為塔齒輪變速機構。導向鍵 14裝在主軸 15的長鍵槽中，其上裝有滑移齒輪 11 和撥叉 10，并可沿軸滑動。主

32、軸 15可通過齒輪 11、中間齒輪 12將運動傳給塔齒輪 1中的任 意一個，使軸 2轉動。由于塔齒輪由小到大，所以齒輪箱殼體上就制成斜形插孔板 8，用插 銷 9插入定位，以限制齒輪 11在運轉時軸向移動。軸 2轉動時，可通過離合器 3和 4傳給絲杠 5，或通過齒輪 7傳給光桿 6。它是通過滑移齒輪 11分別與塔形齒輪嚙合，使絲杠或光桿得 到不同的轉速。 塔 齒 輪 變 速 機 構 1.4.1 變速機構 2倍增齒輪變速機構 如圖 1所示為倍增變速機構，它是由三根軸和滑移、空套、固定齒輪組成。軸 1是主動 軸，其上裝有三個二聯(lián)齒輪 Z28 42，其中一個固定在軸 1上，其余兩個是空套的。在軸上 空

33、套三個二聯(lián)齒輪。 Z42 56，右端邊上還有一個。 Z56齒輪空套在軸上。在軸 3上裝有一 個滑移齒輪，以便與軸上任意一個 Z56齒輪嚙合。這樣可以得到四種傳動比。 第一級 第二級 第三級 第四級 113 3 42 28 142 56 2ni n 113 3 56 28 128 56ni n 113 3 5 6 4 2 5 6 2 8 22 8 4 2 2 8 5 6ni n 113 3 56 42 56 42 56 28 428 42 28 42 28 56ni n 3.拉鍵變速機構 圖 2所示為拉鍵變速機構， Z1、 Z3、 Z5和 Z7四個齒輪固定 在軸 2上， Z2、 Z4、 Z6和

34、Z8四個齒輪空套在套筒軸 3上，中間用 墊圈隔開。套筒軸 3的孔中插入手柄軸 4，并在軸的前端設有彈 簧鍵 1，可以從套筒軸 3的穿通的長槽中彈出，以便嵌入四個空 套齒輪中的一個。在圖 8.54所示位臵，鍵 1嵌在齒輪 Z8內(nèi)孔的鍵 槽中，這樣軸 2的運動通過齒輪 Z7與 Z8的嚙合傳給軸 3。此時 Z2、 Z4、 Z6也以各自的轉速空轉。 圖 1 倍 增 變 速 機 構 圖 2 拉 鍵 變 速 機 構 1.4.1 變速機構 4滑移齒輪變速機構 曾在前面輪系部分介紹過滑移齒輪變速的原理，故此處不再詳述。 上面所講的變速機構為有級變速機構，它們的變速可靠、傳動比準確、結構緊湊。但 所用的零件多、

35、質(zhì)量大、高速轉動不平穩(wěn)、變速時有噪聲。 5無級變速機構 圖所示，是摩擦盤式無級變速機構的傳動原理結構圖。錐形盤 1裝在電動機軸上，電 動機軸線傾斜一個角度。端面盤 2裝在底板支架 6上，借彈簧 3的壓力使其與錐形盤 1的斜面 貼緊。當轉動齒輪 5通過固定在底板上的齒條 4移動支架 6時，就可以改變接觸半徑，因而 可得到不同的傳動比。 摩擦盤無級變速機構 12 21 nRi nR 式中： n1、 n2 錐形盤 1和端面盤 2的轉速， r min； R1、 R2 錐形盤 1和端面盤 2接觸點半徑。 1.4.1 變速機構 4滑移齒輪變速機構 曾在前面輪系部分介紹過滑移齒輪變速的原理，故此處不再詳述。

36、 上面所講的變速機構為有級變速機構，它們的變速可靠、傳動比準確、結構緊湊。但 所用的零件多、質(zhì)量大、高速轉動不平穩(wěn)、變速時有噪聲。 5無級變速機構 圖所示，是摩擦盤式無級變速機構的傳動原理結構圖。錐形盤 1裝在電動機軸上，電 動機軸線傾斜一個角度。端面盤 2裝在底板支架 6上，借彈簧 3的壓力使其與錐形盤 1的斜面 貼緊。當轉動齒輪 5通過固定在底板上的齒條 4移動支架 6時，就可以改變接觸半徑，因而 可得到不同的傳動比。 摩擦盤無級變速機構 12 21 nRi nR 式中： n1、 n2 錐形盤 1和端面盤 2的轉速， r min； R1、 R2 錐形盤 1和端面盤 2接觸點半徑。 1.4.

37、2 變向機構 所謂變向機構是指在輸入旋轉方向不變的條件下，改變從動輪 (軸 )旋轉方向的裝臵。常用 的有三星齒輪變向機構、滑移齒輪變向機構和圓錐齒輪變向機構等。 1三星齒輪變向機構 圖 1所示，由 Z1、 Z2、 Z3和 Z4四個齒輪，以及三角形杠桿架組成。 Zl和 Z4兩齒輪用鍵裝在位 臵固定的軸上，并可與軸一起轉動 2和 3兩齒輪空套在三角形杠桿架的軸上，杠桿架通過搬動 手柄可繞齒輪 Z4軸心轉動。在圖示位臵，齒輪通過齒輪 Z3帶動齒輪 Z4，使齒輪 z4按一定方向旋 轉，齒輪 Z2空轉。若手柄向下搬動，這時 Z1和 Z3兩齒輪脫開嚙合， Z1和 Z2進入嚙合，這樣齒輪 Z1通過齒輪 2和

38、 3而帶動齒輪 4，由于多了一個中間齒輪 Z2，當齒輪 Z1的旋轉方向不變，齒輪在 Z4的旋轉方向就改變了。 2滑移齒輪變向機構 圖 2所示為滑移齒輪變向機構。由 Z1、 Z2、 Z3、 Z4和中間齒輪 2組成； Z1和 Z3為二聯(lián)滑移齒 輪，用導向鍵或花鍵與軸聯(lián)接。 Z2和 Z4固定在軸上。在圖示位臵，當齒輪 Z1的轉動通過中間齒 輪 Z帶動齒輪 Z2轉動時，則齒輪 Zl和 Z2的旋轉方向相同。 圖 1 三 星 齒 輪 變 向 機 構 圖 2 滑 移 齒 輪 變 向 機 構 1.4.2 變向機構 若將二聯(lián)齒輪 Z1和 Z3向右移動時，使齒輪 Zl與中間齒輪 Z脫開嚙合，齒輪 Z3和 Z4進入

39、嚙合，因 為少了一個中間齒輪在該變向機構中，所以齒輪 Z3和 Z4的旋轉方向相反。在該變向機構中，若， 則只是一個變向機構；若則既是一個變向機構，又是一個變速機構，即可同時完成變向和變速 要求。 3圓錐齒輪變向機構 圖所示為圓錐齒輪變向機構。在圖 a中，兩個端面帶有爪形齒的圓錐齒輪 Z2和 Z3，空套在 水平軸上，這兩個圓錐齒輪能與同軸上可滑移的雙向爪形離合器嚙合或分離，雙向爪形離合器 和水平軸用鍵聯(lián)接。另一個圓錐齒輪 Z1固定在垂直軸上。當圓錐齒輪 Z1旋轉時，帶動水平軸上 兩個圓錐齒輪 Z2和 Z3，這兩個齒輪同時以相反的方向在軸上空轉。如果雙向離合器向左移動， 與左面圓錐齒輪 Z2上的端

40、面爪形齒嚙合，那么運動由左面的圓錐齒輪 Z2通過雙向離合器傳給水 平軸；若雙向離合器向右移動，與圓錐齒輪 Z3端面爪形齒嚙合，那么運動將由圓錐齒輪 Z3通過 雙向離合器傳給水平軸，且旋轉方向相反。 圖 b所示為滑移齒輪式變向機構。通過 水平軸上的滑移齒輪，使左或右齒輪與主 動輪分別嚙合，水平軸可得到轉向相反的 轉動。 圓錐齒輪變向機構 1.5 常用機構觀察與分析 1.實驗目的 (1)初步了解 機械基礎 課程所研究的各種常用機構的結構 、 類型 、 特點及應用實例 。 (2)增強學生對機構與機器的感性認識 。 2.實驗方法 陳列室展示各種常用機構的模型 ， 通過模型的動態(tài)展示 ， 增強學生對機

41、構與機器的感性認識 。 實驗教師只作簡單介紹 ， 提出問題 ， 供學生思考 ， 學生通過觀察 ， 對常用機構的結構 、 類型 、 特點有一定的了解 ， 對學習機 械基礎課程產(chǎn)生一定的興趣 。 3. 實驗內(nèi)容 (1)對機器的認識 通過實物模型和機構的觀察 ， 學生可以認識到：機器是由一個機構或幾 個機構按照一定運動要求組合而成的 。 所以只要掌握各種機構的運動特性 ， 再去研究任何機器的特性就不困難了 。 在機械原理中 ， 運動副是以兩構件 的直接接觸形式的可動聯(lián)接及運動特征來命名的 。 如：高副 、 低副 、 轉動 副 、 移動副等 。 1.5 常用機構觀察與分析 (2)平面四桿機構 平面連桿

42、機構中結構最簡單 ， 應用最廣泛的是四桿機構 ， 四桿機構分成三大 類： 即鉸鏈四桿機構；單移動副機構；雙移動副機構 。 鉸鏈四桿機構分為：曲柄搖桿機構 、 雙曲柄機構 、 雙搖桿機構 ， 即根據(jù)兩連架 桿為曲柄 ， 或搖桿來確定 。 單移動副機構 ， 它是以一個移動副代替鉸鏈四桿機構中的一個轉動副演化而成 的 。 可分為：曲柄滑塊機構 ， 曲柄搖塊機構 、 轉動導桿機構及擺動導桿機構等 。 雙移動副機構是帶有兩個移動副的四桿機構 ， 把它們倒臵也可得到：曲柄移 動導桿機構 、 雙滑塊機構及雙轉塊機構 。 (3)凸輪機構 凸輪機構常用于把主動構件的連續(xù)運動 ， 轉變?yōu)閺膭蛹栏竦匕凑疹A定規(guī)律的

43、 運動 。 只要適當設計凸輪廓線 ， 便可以使從動件獲得任意的運動規(guī)律 。 由于凸輪機 構結構簡單 、 緊湊 ， 因此廣泛應用于各種機械 ， 儀器及操縱控制裝臵中 。 凸輪機構主要有三部分組成 ， 即：凸輪 (它有特定的廓線 )、 從動件 (它由凸輪廓 線控制著 )及機架 。 凸輪機構的類型較多 ， 學生在參觀這部分時應了解各種凸輪的特點和結構 ， 找出 其中的共同特點 。 1.5 常用機構觀察與分析 4 其他常用機構 其他常用機構常見的有棘輪機構；摩擦式棘輪機構；槽輪機構；不完全齒輪機構； 凸輪式間歇運動機構；萬向節(jié)及非圓齒輪機構等 。 通過各種機構的動態(tài)演示學生應 知道各種機構的運動特點及

44、應用范圍 。 5 機構的串 、 并聯(lián) 展柜中展示有實際應用的機器設備 、 儀器儀表的運動機構 。 從這里可以看出 ， 機器都是由一個或幾個機構按照一定的運動要求串 、 并聯(lián)組合而成的 。 所以在學習 機械基礎課程中一定要掌握好各類基本機構的運動特性 ， 才能更好地去研究任何機 構 (復雜機構 )特性 。 思考與分析： 1 在你所觀察到的機械中所采用的鉸鏈四桿機構是否有不足 ， 如 何加以改進 ？ 2 哪些機械中的四桿機構利用了急回特性 ， 有何實際意義 ？ 3 凸輪機構中凸輪的輪廓曲線如何設計的 ？ 常用凸輪從動件的運 動規(guī)律如何的 ？ 4 在生活或生產(chǎn)實際中你還了解其它哪些常用機構的應用嗎 ？ 謝謝