PPT第十二章 基本教案.ppt

第12章 常用机构,教学指导,习题解答,,,12.1 自由度及机构运动简图,运动副: 凸轮与推杆的接触（图12-1）、轴与轴承的配合（图12-2）两个齿轮的轮齿的啮合（图12-3）、滑块与导轨的接触（图12-4）等等，都构成了运动副 运动副之间的相对运动与它们所构成的运动副的性质有关，亦与该运动副对两构件间的相对运动所引入的约束情况有关12.1.1 自由度,第12章 常用机构,,,通常对运动副作如下分类： ①根据其引入约束数的多少分为五类，引入一个约束的运动副称为Ⅰ级副，引人两个约束的运动副称为Ⅱ级副，依此类推，尚有Ⅲ级副，IV级副和V级副； ②根据构成运动副的两构件的接触情况分为两类，凡两构件系通过点或线的接触而构成的运动副统称为高副（如图12-3所示由两齿轮轮齿所构成的运动副），而两构件通过面的接触而构成的运动副则统称为低副（如图12-2和图12-4所示的两种运动副）； ③根据构成运动副的两构件之间的相对运动的不同分为两类，把两构件之间的相对运动为转动的运动副称为转动副或称回转副（如图12-2所示），相对运动为移动的运动副称为移动副或直移副（如图12-4所示） 用运动副将构件联接起来以传递运动和动力的装置是机构。

在机构中,相对固定的构件称为机架；按给定的已知运动规律独立运动的构件称为原动件或主动件；而其余活动构件则称为从动件从动件的运动规律决定于原动件的运动规律和机构的结构教学指导,习题解答,第12章 常用机构,,,μl=,机构运动简图的常用符号见表12-1,下面举例具体说明机构运动简图的画法 例１２-１ 图12-6，a所示为一颚式碎矿机当曲轴1绕其固定轴线O连续回转时， 动颚板5绕其固定轴线F往复摆动，从而将矿石轧碎试绘制此碎矿机的机构运动简图教学指导,习题解答,12.1.2机构运动简图,对机械进行分析或设计新的机械时，都需要运用机构运动简图机构运动简图是一种用规定的简单图示符号表示构件和运动副，并按适当比例绘制的图形它能够表达各种构件的相对运动关系、揭示机构的运动规律和特性、其长度比例尺通常用 μl 表示：,第12章 常用机构,,,解 根据前述绘制机构运动筒图的步骤，先找出碎矿机的原动部分为曲轴1，工作部分为动颚板5然后循着运动传递的路线可以看出，此碎矿机是由曲轴1，构件2、3、4及动颚板5和机架6等六个构件组成的其中曲轴1和机架6在O点构成转动副，曲轴1和构件2也构成转动副，其轴心在A点。

而构件2还与构件3、4在D、B两点分别构成转动副；构件3还与机架6在E点构成转动副，动颚板5与构件4和机架6分别在C点和F点构成转动副将碎矿机的组成情况搞清楚后，再选定投影面和比例尺并定出转动副O、A、B、C、D、E、F的位置，即可绘出其机构运动简图，如图12—6b所示教学指导,习题解答,第12章 常用机构,,,12.1.3 机构具有确定运动的条件,为了按照一定的要求进行运动的传递及变换，当机构的原动件按给定的运动规律运动时，该机构中的其余构件的运动也都应是完全确定的机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目应等于其自由度数目12.1.4 平面机构自由度的计算,各构件的运动平面互相平行的机构称为平面机构对于图12-7所示的两个运动平面互相平行的构件１、２而言，当构件1尚未与构件2（坐标系0xy固定于构件2上）构成运动副时，共具有６个自由度（即分别沿x轴及y轴的移动，和绕与运动平面垂直的轴线的转动）设一平面机构共有n个活动构件（因机架固定，不计算在内），则当设此机构的各构件尚未通过运动副联接时，显然它们共有3n个自由度各构件互相联接构成运动副后，就引如了约束减少了自由度构成一个低副将引入两个约束，构成一个高副将引入一个约束。

教学指导,习题解答,第12章 常用机构,,,各构件间共构成了pl个低副和ph个高副，那末它们将共引入(2pl+ph）个约束于是，该机构的自由度应为 F＝3n一（2pl十ph）＝3n一2pl-ph （12-1） 下面结合具体的例子说明该公式的应用 例12-２ 试计算图12-6所示颚式碎矿机的自由度 解 由其机构运动简图不难看出，此机构共有5个活动构件（即构件1、2、3、4、5），7个低副（即转动副0、A、B、C、D、E及F），而没有高副，故根据式（12-1）可求得其自由度为 F=3n一2pl一ph＝35一27一0＝1 在应用公式(12-1)计算机构的自由度时，有些应该注意的事项要正确考虑1．复合铰链,两个以上的构件同时在一处以转动副相联接，就构成了所谓复合铰链如图12-8a所示，就是3个构件在一起以转动副相联接而构成的复合铰链教学指导,习题解答,第12章 常用机构,,,2．局部自由度 在有些机构中，其中一些构件所能产生的局部运动，并不影响其他构件的运动形式这些构件所能产生的这种运动的自由度就称为局部自由度例如在图12-9a所示的滚子推杆凸轮机构中，为了减少高副元素的磨损，在推杆3上安装了一个滚子2。

此时在该机构中n=3，pl =3，ph =1 F=3n-2pl-ph=33-23-11=2 但是，由于滚子2绕其自身轴线的转动，并不影响其他构件的运动，因而它只是一种局部自由度如图12-9b所示，如设想将滚子2和推杆3焊在一起，显然并不影响其他构件的运动形式所以，应将机构中的局部自由度除去不计即F=3×2－2×2－1×1=1,教学指导,习题解答,3．虚约束 在机构中，有些运动副带入的约束，对机构的运动实际上不起到约束作用这种约束称为虚约束在图12-10所示的平行四边形机构中，连杆3作平移运动，BC线上各点的轨迹均为圆心在AD线上而半径等于AB的圆周对于b）图，构件5与构件2、4相互平行且长度相等，对机构的运动不产生任何影响所以在计算自由度时要将构件5和两个转动副E、F全都去除不计 图12—10 平行四边形机构中的虚约束 1—机架 2、4、5—连架杆 3—连杆,,,第12章 常用机构,教学指导,习题解答,,,12.2铰链四杆机构,第12章 常用机构,12.2.1铰链四杆机构的类型及运用,所有构件全部用低副联接而成的平面机构称为平面连杆机构按机构中构件数目的多少，可分为二杆机构、四杆机构、五杆机构……。

由四个构件组成的平面四杆机构不仅应用广泛，而且往往是多杆机构的基础例如图12-11所示的插床机构，可看作是由ABCD和DEF两个四杆机构组成的当四杆机构中的运动副都是转动副时，称为铰链四杆机构 图12-12所示的铰链四杆机构是四杆机构的基本型式在此机构中，AD为机架，AB、CD两杆与机架相连称为连架杆，而BC 杆称为连杆在连架杆中，能作整周回转的称为曲柄，而只能在某一定角度范围内摇摆者则称为摇杆教学指导,习题解答,,,第12章 常用机构,铰链四杆机构根据其两连架杆运动形式的不同，又可分为三种型式： 1．曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中，若其两个连架杆一为曲柄，一为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构在这种机构中，当曲柄为原动件（主动件）时，可将连续转动转变成往复摆动；当摇杆为原动件时，可将往复摆动转变为连续转动教学指导,习题解答,,,第12章 常用机构,2．双曲柄机构 在铰链四杆机构中，若两个连架杆都是曲柄，则称为双曲柄机构这种机构的运动特点是当主动曲柄连续转动时，从动曲柄也能作连续转动图12-15所示惯性筛的四杆机构ABCD便是双曲柄机构此机构中当主动曲柄AB等速转动时，从动曲柄CD作变速转动，从而使筛子6具有较大变化的加速度，被筛的材料颗粒则将因惯性作用而被筛分。

教学指导,习题解答,,,第12章 常用机构,在双曲柄机构中，若其相对的两杆平行且相等（如图12-16所示）时，则成为平行四边形机构这种机构的运动特点是其两曲柄可以相同的角速度同向转动，而连杆作平移运动图12-17所示机车车轮的联动机构及图12-18所示的摄影平台升降机构即为其应用实例对于如图12—16所示的平行四边形机构在运动过程中，当两曲柄与连杆共线时，在主动曲柄转向不变的条件下，从动曲柄会出现转动方向不确定的现象为了避免这种现象，常用增加回转构件质量的办法以产生较大的惯性力，使从动曲柄转向不变或者采用增加平行构件的方法（如图12—17、12—19所示），以保持从动曲柄的转向不变教学指导,习题解答,,,第12章 常用机构,3．双摇杆机构,若铰链四杆机构中两连架杆都是摇杆，则称为双摇杆机构图12-20所示为双摇杆机构在鹤式起重机中的应用当摇杆AB摆动时，另一摇杆CD随之摆动，使得悬挂在E点上的重物在近似的水平直线上运动，避免重物平移时因不必要的升降而消耗能量在双摇杆机构中，若两摇杆长度相等，则形成等腰梯形机构图12-21所示为汽车前轮的转向机构，即为其应用实例教学指导,习题解答,,,第12章 常用机构,12.2.2铰链四杆机构有曲柄的条件,在铰链四杆机构中，有的连架杆能作整周回转而成为曲柄，有的则不能。

下面分析铰链四杆机构中存在曲柄的条件在图12-22所示的铰链四杆机构中，设分别以a、b、c、d表示机构中各构件的长度，且设a＜d如果构件AB为曲柄，则AB能绕轴A相对机架作整周转动为此构件AB应能占据与构件AD拉直共线和重迭共线的两个位置AB′及AB″由图可见，为了使构件AB能够转至位置AB′，显然各构件的长度关系应满足 a+d≤b+c （12-2） 为了使构件AB能够转至位置AB″，各构件的长度关系应满足 b≤（d-a）+c 或 c≤（d-a）+b 即 a+b≤d+c （12-3） a+c≤d+b （12-4）,教学指导,习题解答,,,第12章 常用机构,将式（12-2）、（12-3）、（12-4）分别两两相加，则得 a ≤c （12-5） a ≤b （12-6） a ≤d （12-7） 同理，当设ab时，亦可得出 d+a≤b+c （12-8） d+b≤a+b （12-9） d+c≤a+b （12-10） 及 d≤c （12-11） d≤b （12-12） d≤a （12-13） 分析以上诸式，即可得出铰链四杆机构有曲柄的条件为： 1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆。

2）最短杆与最长杆长度之和不大于其他两杆长度之和 上述两个条件必须同时满足，否则机构中便不可能存在曲柄，因而只能是双摇杆机构教学指导,习题解答,,,第12章 常用机构,12.2.3铰链四杆机构有曲柄的条件,1．急回运动 图12-23所示为一曲柄摇杆机构，设曲柄AB为主动件，在其转动一周的过程中，,曲柄有两次与连杆共线这时从动摇杆CD分别位于两极限位置C1D和C2D将此时主动曲柄对应位置之间所夹的锐角θ称为极位夹角 如图12-23所示，当曲柄以等角速度ω1顺时针转α1＝180°＋θ时，摇杆由位置C1D摆到C2D，摆角为Ψ，设所需时间为t1，C点的平均速度为ｖ1当曲柄继续转过α2＝180°一θ时，摇杆又从位置C2D回到C1D，摆角仍然是Ψ，设所需时间为t2C点的平均速度为ｖ2由于摇杆往复摆动的摆角虽然相同，但是相应的曲柄转角不等,即α1α2，而曲柄又是等速转动的，所以有t1t2，v1v2摇杆的这种运动称为急回运动 为了表明急回运动的相对程度，通常用行程速比系数K来衡量，即,教学指导,习题解答,,,第12章 常用机构,上述分析表明：当曲柄摇杆机构在运动过程中，极位夹角θ不等于零度时，则机构便具有急回运动特性。

而且θ角愈大，K值愈大，机构的急回运动也愈显著 四杆机构的这种急回作用，在各种机器中可以用来节省空回行程的时间，以节省动力和提高生产率例如在牛头刨床中采用导杆机构就有这种目的2．压力角与传动。