常用機構設計1課件

第3章常用機構平面機構：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）?？臻g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。1、運動副的概念,畫機構的運動簡圖；2、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：3、能判別四桿機構的類型和運動特性分析；4、能設計簡單四桿機構；5、能分析凸輪機構的運動特性；1精選課件機器：是執(zhí)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。零件：是機器中不可拆卸的制造單元。構件：一個零件，或是若干個零件的組合體。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(tǒng)。運動副：構件與構件直接接觸所形成的可動聯(lián)接。復習：2精選課件§3-1機構的結構分析3.1.1平面機構的組成可動聯(lián)接：既保持直接接觸，又能產生一定的相對運動。從運動的角度看：由構件用運動副組成的可動聯(lián)接1.機構的組成運動視圖3精選課件高副：點、線接觸3.運動副：2）接觸元素：點、線、面1）定義：構件間直接接觸所組成的可動聯(lián)接3）類型低副：面接觸(1)低副：①轉動副(鉸鏈):兩構件間只能作相對轉動；②移動副:兩構件間只能作相對移動；運動視圖運動視圖4精選課件高副：施加1個約束，還剩2個自由度。（2）高副：②凸輪副①齒輪副總結：約束1個相對轉動而保留2個獨立移動的運動副不可能存在，故沒有其他運動副形式。運動視圖運動視圖5精選課件（3）空間運動副：6精選課件分析以下運動副的類型7精選課件（1）機架:1個（3）從動件:要有確定的運動規(guī)律，由主動件運動規(guī)律、運動副類型、機構的運動尺寸確定。（2）主動件:一個或數個,輸入獨立的確定運動規(guī)律機構的組成8精選課件3.1.2平面機構運動簡圖1.定義：用規(guī)定的符號和線條按一定的比例表示構件和運動副的相對位置，并能完全反映機構特征的簡圖。2.繪制：1）運動副的符號（1）轉動副：（2）移動副：9精選課件（3）齒輪副：（4）凸輪副：10精選課件2）構件的符號11精選課件3）機構運動簡圖的繪制（1）分析機構，觀察相對運動，數清所有構件的數目；（2）確定所有運動副的類型和數目；（3）選擇合理的位置（即能充分反映機構的特性）；（4）確定比例尺；（5）用規(guī)定的符號和線條繪制成簡圖。（從原動件開始畫)12精選課件用“1、2、3…”標明不同的構件；用“A、B、C…”標明不同的轉動副；用箭頭表明原動件和轉向；用多條斜短線標明機架。4）機構運動簡圖的繪制要求13精選課件例1:試繪制如圖所示偏心輪機構的運動簡圖14精選課件例2:畫出圖示柱塞油泵機構的運動簡圖

15精選課件

注意：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當，構件可能互相重疊或交叉，使圖形不易辨認?？梢姡逦磉_各構件的相互關系，應當選擇恰當的原動件位置來繪圖。16精選課件運動視圖例3:試繪制內燃機的機構運動簡圖

17精選課件18精選課件19精選課件刨床的機構運動簡圖

20精選課件§3-2平面連桿機構3.2.1鉸鏈四桿機構的類型及應用1.基本概念1)平面連桿機構：用低副連接而成的平面機構。特點：運動副為低副，面接觸①承載能力大；②便于潤滑，壽命長;③幾何形狀簡單——便于加工，成本低。2）鉸鏈四桿機構：運動副都是轉動副的四桿機構。21精選課件鉸鏈四桿機構：4—機架1，3—連架桿→定軸轉動2—連桿→平面運動曲柄：作整周轉動的連架桿搖桿：非整周轉動的連架桿動畫組成2.基本類型:根據兩連架桿的運動形式1）曲柄搖桿機構2）雙曲柄機構3）雙搖桿機構連架桿應用1應用2應用1應用4應用3應用2應用1應用222精選課件3.2.2鉸鏈四桿機構的演化1、擴大轉動副:偏心輪機構23精選課件2、轉動副轉化成移動副：曲柄滑塊機構e=0，對心曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構（偏距e）e≠0，偏置曲柄滑塊機構運動視圖24精選課件3.導桿機構與搖塊機構曲柄滑塊機構定塊機構搖塊機構導桿機構擺動導桿機構轉動導桿機構應用視圖視圖視圖25精選課件3.3.1鉸鏈四桿機構有曲柄的條件

若1能繞A整周轉動，則存在兩個特殊位置a+d≤b+c(1)b<c+d-a即a+b≤c+d(2)c<b+d-a即a+c≤b+d(3)(2)+(3)得a≤d(1)+(2)得2a+b+d≤2c+b+d即a≤c(1)+(3)得a≤b如:a≤d4d§3-3平面機構的工作特性26精選課件a+d≤b+c(1)b<c+(a-d)即d+b≤c+a(2)c<b+(a-d)即d+c≤b+a(3)(2)+(3)得d≤a(1)+(2)得a+b+2d≤2c+b+a即d≤c(1)+(3)得d≤b如:a≥dB”4d27精選課件（2）最短桿與最長桿的長度之和小于等于其它兩桿長度之和。鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件（1）機架和曲柄中必有一構件為的最短桿。推論:(鉸鏈四桿機構的類型判別)（1）最短桿與最長桿的長度之和大于其他兩桿長度之和，所有運動副均為擺動副，則為雙搖桿機構。（2）最短桿與最長桿的長度之和小于等于其他兩桿長度之和，最短桿上兩個轉動副均為整轉副。①取最短桿為機架——雙曲柄機構②取最短桿任一相鄰桿為機架——曲柄搖桿機構③取最短桿對面的桿件為機架——雙搖桿機構28精選課件50200130100例2:判斷下圖所示四桿機構的類型解:最長桿與最短桿長度之和>其余兩桿長度之和,故為雙搖桿機構.29精選課件50200100例1:判斷下圖所示四桿機構的類型解:160最長桿與最短桿長度之和<其余兩桿長度之和,且最短桿的相鄰桿為機架,故為曲柄搖桿機構.30精選課件如下圖所示鉸鏈四桿機構ABCD中，BC=50mm，CD=35mm，AD=30mm，取AD為機架．１）如果該機構能成為曲柄搖桿機構，且AB是曲柄，求AB的取值范圍；２）如果該機構能成為雙曲柄桿構，求AB的取值范圍；３）如果該機構能成為雙搖桿機構，求AB的取值范圍．例331精選課件∴若該機構為雙曲柄機構，則AB桿的取值范圍為：

45≤AB≤55解:1）該機構為曲柄搖桿機構，且AB為曲柄，則AB應為最短桿。已知BC桿為最長桿BC=50。∴AB+BC≤AD+CD∴0<AB≤152）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?，FAD為機架，則最短桿為AD＝30，最長桿可能為BC桿，也可能是AB桿。①若AB桿為最長桿(AB≥50)：AD+AB≤BC+CD∴AB≤55即50＜AB≤55②若BC桿為最長桿(AB≤50)：AD+BC≤AB+CD∴AB≥45即45≤AB≤5032精選課件AB＜AD+CD+BCAB＜115

∴55<AB<115

3）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?，F在的關鍵是誰是最短、最長桿？①

若AB桿最短(AB≤30)，則最長桿為BC：∴AB+BC＞CD+AD∴15<AB≤30②若AD桿最短∴AD+BC＞AB+CD∴30≤AB<45ⅱ.AB桿最長：AD+AB＞BC+CDAB＞55綜上分析：AB桿的取值為：15＜AB＜45或者55＜AB＜115ⅰ.BC桿最長(30≤AB≤50)(2)滿足長度條件,但BC不為最短桿,推論3不成立33精選課件3.3.2鉸鏈四桿機構的基本特性

1.急回運動1）極位夾角θ（∠C2AC1）:搖桿處于極限位置時曲柄所夾銳角。工作行程:從動件空回行程:AB1→AB2AB2→AB134精選課件原動件作勻速轉動，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。2）機構的急回運動特性：3)行程速比系數35精選課件2.壓力角和傳動角1）壓力角α:從動件上點c的受力方向與速度方向所夾的銳角。2）傳動角γ：壓力角的余角，F與Fn夾角，切向分力：法向分力：36精選課件3）最小傳動角γmin為了保證機構的傳力性能良好：傳遞大功率的機構（沖床）：最小傳動角出現在曲柄與機架兩次共線的一處。經常用γ衡量機構的傳動質量,傳動角γ愈大，壓力角α愈小，機構傳力性能愈好，傳動角γ=90°，傳動最有利。37精選課件3.死點機構停在死點位置，不能起動。運轉時，靠慣性沖過死點。38精選課件運動視圖利用死點實例39精選課件下圖所示六桿機構中,各構件的尺寸為:lAB＝30mm,lBC＝55mm,lAD=50mm,lCD=40mm,lDE＝20mm,lEF＝60mm.滑塊為運動輸出構件.試確定：

１）四桿機構ABCD的類型．

２）作滑塊Ｆ的行程Ｈ？３）求機構的最小傳動角γmin？例4:40精選課件１）四桿機構ABCD中，最短桿AB，最長桿BC．

因為lAB＋lBC≤lCD＋lAD

且以最短桿AB的鄰邊為機架．故四桿機構ABCD為曲柄搖桿機構．答案：3)機構的最小傳動角γmin出現在CD桿垂直于導路時．（即ED⊥導路）∴COSγmin＝ED/EF∴COSγmin＝1/3∴γmin＝78.4o2)41精選課件§3-6凸輪機構3.6.1凸輪機構的組成、應用和分類1.組成：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，擺動機架工程實例1工程實例2工程實例3工程實例442精選課件2.應用：當從動件的位移、速度、加速度必須嚴格按照預定規(guī)律變化時，常用凸輪機構。3.分類：1）按凸輪的形狀：①盤形凸輪機構——平面凸輪機構②移動凸輪機構——平面凸輪機構③圓柱凸輪機構——空間凸輪機構43精選課件2）按從動件的型式：③平底從動件：用于高速。①尖底從動件：用于低速；②滾子從動件：應用最普遍；44精選課件3）按從動件的運動形式：①直動從動件：往復直線運動①對心直動從動件②擺動從動件：往復擺動②偏置直動從動件45精選課件4）按鎖合的方式：力鎖合（重力、彈簧力）幾何鎖合運動視圖46精選課件3.6.2凸輪機構工作過程及從動件常見運動規(guī)律1.凸輪機構工作過程⑵偏距e：1)幾個概念尖底偏置直動從動件盤形凸輪機構⑴基圓：凸輪輪廓上最小向徑為半徑的圓⑶偏距圓47精選課件2）凸輪機構工作過程⑸近休止角：φS′=∠AOD從動件位移線圖(從動件速度線圖，加速度線圖)⑴行程：h(最大位移)上升——停——降——停⑵推程運動角：φ=∠BOB′=∠AOB1⑶遠休止角：φS=∠BOC=∠B1OC1⑷回程運動角：φ′=∠C1OD48精選課件2.從動件常見運動規(guī)律剛性沖擊：由于加速度發(fā)生無窮大突變而引起的沖擊稱為剛性沖擊。1）勻速運動規(guī)律（推程段）行程起始位置：行程終止位置：49精選課件2）等加速等減速運動規(guī)律柔性沖擊：加速度發(fā)生有限值的突變（適用于中速場合）⑴定義：從動件在一個推程或回程中，前半程作等加速運動，后半程作等減速運動。∣加速度∣=∣減速度∣50精選課件3）余(簡)弦運動規(guī)律運動特征：若為零，無沖擊，若不為零，有沖擊51精選課件3.6.3盤形凸輪輪廓曲線設計設計方法：作圖法，解析法轉向,作圖法設計凸輪輪廓.已知反轉法52精選課件1、尖底直動從動件盤形凸輪機構凸輪輪廓設計：已知轉向步驟：1.作基圓、偏距圓和從動件導路；2.將推程、回程運動角作若干等分；3.以oc0開始，將基圓按推程、遠休止、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C；4.過相應點作偏距圓的切線；5.沿切線自基圓開始取從動件相應的位移量得到一系列點B；6.用光滑的曲線將B點串聯(lián)即得；53精選課件（3）在理論輪廓上畫出一系列滾子，畫出滾子的內包絡線——實際輪廓曲線。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曲線的基圓半徑。2、滾子從動件（1）去掉滾子，以滾子中心為尖底。（2）按照上述方法作出輪廓曲線——理論輪廓曲線計算機輔助設計54精選課件3.6.4凸輪工作輪廓的校核1.運動失真滾子半徑rT必須小于理論輪廓曲線外凸部分的最小曲率半徑ρmin.55精選課件回程[α]=70°~80°2.凸輪機構的壓力角和自鎖1）壓力角：接觸點法線與從動件作用點速度方向所夾的銳角。2)自鎖3）許用壓力角壓力角↑，有效分力↓，有害分力↑，到一定程度將卡死。直動從動件推程[α]=30°~40°56精選課件4）壓力角的影響因數壓力角↓，基圓半徑↑，結構尺寸↑∴為保證結構緊湊，壓力角不宜過小。凸輪軸半徑57精選課件§3.7間歇運動機構

3.7.1棘輪機構1.棘輪機構的工作原理擺桿1左右擺動，當擺桿左擺時，棘爪4插入棘輪3的齒內推動棘輪轉過某一角度。當擺桿右擺時，棘爪4滑過棘輪3，而棘輪靜止不動，往復循環(huán)。制動爪5——防止棘輪反轉