土木工程机械课件第二章.ppt

第二章 常用机构,概 述 2.1 机构运动简图及平面机构自由度 2.2 平面连杆机构 2.3 凸轮机构 2.4 棘轮机构,概 述,1. 连杆机构：是由若干构件通过低副连接而成，又称低副机构 2. 平面连杆机构：各构件的运动平面彼此相互平行的机构其余为空间连杆机构 3. 例子：,例1：刨床主传动机构,例2：雷达天线俯仰机构,概 述,4. 连杆机构的特点： （1）连杆连接处是面接触：压强小、磨损轻、因而适用于重载，使用寿命长 （2）接触表面是平面或圆柱面：易于加工，可以获得较高的精度，且能由本身几何形状保证运动副封闭 （3）运动副内有间隙，当构件数目较多或精度较低时，运动积累误差较大 （4）要精确实现任意预期运动规律，设计比较繁复2.1 机构运动简图及平面机构自由度,2.1.1 运动副及其分类： 运动副：当构件组成机械时，构件与构件之间通过一定的相互接触与制约，所构成保持相对运动的可动连接 1. 低副：两构件通过面接触构成的运动副，分为回转副和移动副两种1）回转副（或称铰链）：构成运动副的两构件只能在同一个平面内相对转动面接触,面接触,2.1 机构运动简图及平面机构自由度,2. 高副：两构件通过点线接触构成的运动副。

2）移动副：组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动面接触,点接触,线接触,2.1 机构运动简图及平面机构自由度,2.1.2 机构运动简图： 1. 机构运动简图：用于说明机构各构件间相对运动关系的简单图形见表2—11 特征：①用一些简单的线条和规定的符号来表示构件和运动副，②按比例定出各运动副的位置，③简图具有与原机构相同的运动特性 2. 构件的分类： 任何一个机构包括：固定件、原动件、从动件三种 （1）固定件：用来支承活动构件的构件研究机构中活动构件的运动时，常以固定件作为参考坐标系 （2）原动件：是运动规律已知的活动构件它的运动是由外界输入的，又称为输入构件2.1 机构运动简图及平面机构自由度,（3）从动件：是机构中随着原动件的运动而运动的其余活动构件，其中输出预期运动的从动件称为输出构件 3. 绘制运动简图的方法与步骤： 1. 例子：,,2.1 机构运动简图及平面机构自由度,2. 绘制运动简图的方法与步骤： ①定出原动件和输出构件，然后，搞清楚原动件和输出构件之间运动的传递路线，组成机构的构件数目及连接各构件的运动副的类型和数目，测量出各个构件上与运动有关的尺寸 ②选择投影面：一般可以选择机构的多数构件的运动平面作为投影面。

③绘出机构运动简图：选择适当的比例，定出各运动副的相对位置，以简单的线条和规定的符号绘出机构运动简图2.1 机构运动简图及平面机构自由度,2.1.3 平面机构自由度： 1. 平面机构自由度的计算公式： 平面机构：机构中各构件之间的相对运动彼此相互平行例1：无约束构件1相对构件2有3个自由度例2：低副a、b约束了两个移动自由度，保留回转自由度 c约束了一个移动自由度、一个回转自由度，保留了一个移动自由度低副d约束了一个n-n方向移动自由度、保留了一个回转自由度和一个移动自由度高副e约束了一个t-t方向移动自由度、保留了一个回转自由度和一个移动自由度2.1 机构运动简图及平面机构自由度,例1：计算颚式破碎机的自由度 解：机构含有：活动构件n=5； 低副：7个回转副PL=7 ； 高副：PH=0 F=3n－2PL－PH=3×5－2×7=1 该机构一个原动件，1个自由度，从动件有 确定的运动因此，在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度；每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度即：,2. 机构具有确定运动的条件：,2.1 机构运动简图及平面机构自由度,解：机构含有：活动构件n=4； 低副：回转副PL=5 ； 高副：PH=0 。

F=3n-2PL-PH=3×4－2×5－0=2 结论：两种情况①一个原动件，机构无确定的运动；②两个原动件，机构的运动是确定的例3：计算右图所示机构的自由度解：机构含有：活动构件n=4； 低副：回转副PL=6 高副：PH=0 F=3n－2PL－PH=3×4－2×6－0=0,例2：计算右图平面五连杆机构的自由度,2.1 机构运动简图及平面机构自由度,因此，机构具有确定运动的条件是： ① 机构的自由度F0 ② 机构的原动件数等于机构的自由度 3. 计算平面机构自由度的注意事项：,,（1）复合铰链：三个或三个以上构件在同一轴线上用回转副相连接构成复合铰链若有m个构件构成同轴复合铰链，则应具有m－1个回转副解：机构含有：活动构件n=5； 低副：回转副PL=7(包括C点复合铰链m-1=3-1=2) 高副：PH=0 F=3n－2PL－PH=3×5－2×7－0=1 因此，机构具有确定的运动例4：计算右图所示机构的自由度2.1 机构运动简图及平面机构自由度,（2）局部自由度（或多余自由度）：不影响机构中输出与输人运动关系的个别构件的独立运动)，在计算机构自由度时应予排除例5：计算右图所示凸轮机构的自由度。

解： 分析得知：无论凸轮4正转还是反转，都不影响从动杆2的运动规律；因此凸轮4为局部自由度(多余自由度) 机构含有：活动构件n=2； 低副：回转副PL=2（一个回转副、一个移动副） 高副：PH=1 F=3n－2PL－PH=3×2－2×2－1=1 因此，机构具有确定的运动2.1 机构运动简图及平面机构自由度,（3）虚约束(或消极约束) ：在运动副引入的约束中，有些约束对机构自由度的影响与其他约束重复的约束在计算机构自由度时由应除去不计 例6：下图所示机构（a），各构件的长度为lAB＝lCD＝lEF，lBC＝lAD，lCE=lDF，计算其自由度分析得知：构件EF与回转副E、F的存在与否对整个机构的运动并无影响在计算自由度时应将产生虚约束的构件连同带入的 运动副一起除去不计见b） 机构含有：活动构件n=3；低副：回转副PL=4；高副：PH=0 F=3n-2PL－PH=3×3－2×4－0=1 因此，机构具有确定的运动 若图a改为图c，则构件EF不是虚约束，自由度F=0，机构不能运动2.1 机构运动简图及平面机构自由度,虚约束实例： ①多导路平行移动副,,②多轴线重合的回转副,③行星齿轮上的行星轮只有一个行星轮起约束作用，其余行星轮为虚约束。

2.2 平面连杆机构的基本知识,2.2.1 铰链四连杆机构的基本形式： （1）平面连杆机构的基本形式：铰链四连杆机构 （2）各部分名称：,机架,连架杆,连架杆,连杆,（3）铰链四连杆机构分为：,,曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构,2.2 平面连杆机构的基本知识,1. 曲柄摇杆机构：在铰链四杆机构的两个连架杆中，其中一个是曲柄，另一个是摇杆若曲柄为原动件，作匀速转动，而从动摇杆作变速往复摆动，连杆作平面复合运动2.2 平面连杆机构的基本知识,2. 双曲柄机构：两个连架杆都可以相对于机架作整周转动 （1）不等双曲柄机构：两曲柄长度不等的双曲柄机构特点：主动曲柄以等角速度连续旋转时，从动曲柄则以变角速度连续转动，且其变化幅度相当大，其最大值和最小值之比可达2～3倍2.2 平面连杆机构的基本知识,（2）平行双曲柄机构：其相对的两杆平行且相等，又称平行四边形机构运动特点是：两曲柄以相同的角速度沿相同的方向回转，而连杆作平移运动机车车轮联动机构,载重汽车司机座椅摆动机构,2.2 平面连杆机构的基本知识,缺点：是存在转折点：存在被动曲柄运动不确定的现象 解决办法：①在机构中安装一个大质量的飞轮，利用其惯性闯过转折点；②利用多组机构来消除运动不确定现象。

（3）反向双曲柄机构：如果相对两杆长相等，但彼此不平行的双曲柄机构 特点是：两曲柄转向相反，角速度相等反向双曲柄机构实例,反向双曲柄机构实例：双折车门开闭机构,2.2 平面连杆机构的基本知识,3. 双摇杆机构：两个连架杆都可以相对于机架作摆动双摇杆机构,飞机起落架机构,2.2 平面连杆机构的基本知识,特点：是两摇杆在同一时间内，所摆动的角度在一般情况下不相等汽车车轮转向机构,2.2 平面连杆机构的基本知识,2.1.2 平面四杆机构的演化： 1. 改变杆件长度的演变：,,,AD、CD长度为：∞转变为,圆弧m—m转变为直线,摇杆CD转化为作直线运动的滑块,①对心曲柄滑块机构 e=0,②偏置曲柄滑块机构 e≠0,2.2 平面连杆机构的基本知识,螺纹搓丝机构,自动送料机构,曲柄滑块机构 4为机架,曲柄滑块机构 2为机架,2. 改变不同杆作机架的演变,2.2 平面连杆机构的基本知识,移动导杆机构 滑块3作为机架,转动导杆机构 最短杆为机架,,转动导杆机构 l1＞l2,2.2 平面连杆机构的基本知识,3. 其它演变形式： （1）含有两个移动副的四连杆机构正弦机构导杆3的运动方程为：s=asinj,跳针机构,双滑块机构,椭圆仪机构,2.2 平面连杆机构的基本知识,（2）扩大运动副的尺寸：,曲柄摇杆机构,偏心轮机构,曲柄滑块机构,,偏心轮与轴做成一体,2.2 平面连杆机构的基本知识,2.2.3 铰链四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念 1. 铰链四杆机构曲柄存在的条件： （1）曲柄存在的条件： 曲柄：相对机架能作360°整周回转的连架杆。

右图中设：l1—曲柄； l2—连杆； l3—摆杆； l4—机架；取l1 ＜l4右图四杆机构必须通过的两个特殊位置（ l1 和l2 共线）：,①直线B1AC1；②直线AB2C2当l1处于AB1位置时，形成△AC1D，各杆的长度应满足以下关系：,l3≤(l2－l1) ＋l4 或 l4≤(l2－l1) ＋l3,2.2 平面连杆机构的基本知识,得： l3＋ l1 ≤ l2＋l4 l4＋l1 ≤ l2＋l3,当l1处于AB2位置时，形成△AC2D，则应满足以下关系：,l1＋ l2 ≤ l3＋l4,将以上三式两两相加可得：,l1≤ l2 , l1 ≤ l3, l1 ≤l4;即l1为最短杆分析可得出铰链四杆机构中存在曲柄的条件是：最短杆长加上最长杆长小于或等于其余二杆长之和否则为双摇杆机构杆长条件）,2.2 平面连杆机构的基本知识,（2）平面四连杆机构三种基本形式的组成规律为： (a)当最长杆长度＋最短杆的长度其余两杆长度之和时： ① 以最短杆件相邻的任意杆件为机架时，机构为曲柄摇杆机构②以最短杆件为机架时，机构为双曲柄机构2.2 平面连杆机构的基本知识,③以最短杆件相对的杆件为机架时，机构为双摇杆机构。

b) 当最长杆长度＋最短杆的长度其余两杆长度之和时，无论那种情况机构都是双摇杆机构2. 曲柄摇杆机构的急回特性和行程速比系数：,(a) 急回特性：摆杆工作行程摆动慢，返回行程摆动快的特性2.2 平面连杆机构的基本知识,(b) 行程速比系数K： ① 极位夹角：摇杆处于极限位置时，曲柄所对应的这两个位置之间的锐角 ② 行程速比系数K：,因此，有无急回作用取决于极位夹角：极位夹角越大，K值就越大，机构的急回特性就越明显；极位夹角 为零，则K值为零，机构无急回特性对心曲柄滑块机构无急回作用偏置曲柄滑块机构有急回作用2.2 平面连杆机构的基本知识,摆动导杆机构：导杆处于两个极限位置时，极位夹角≠0，因此具有急回作用3. 压力角a与传动角g： （1）压力角a：连杆BC作用于从动杆DC的力F的方向与F的作用点C的速度vC方向之间的夹角F在vC方向上的分力： Ft=Fcosa F在CD方向上的分力：Fn=Fsina Ft为有效分力，Fn为有害分力 A越大有效分力越小，有害分力越大2.2 平面连杆机构的基本知识,（2）传动角g：压力角a的余角即： g = 90°－a设计时通常应使g min≥[g ]。

对于导杆机构：滑块对从动导杆的作用力F始终垂直于。