1、1 由于實際工作的內(nèi)容各異，要求機器工作構(gòu)件的運動形式和運動規(guī)律也多種多樣，例如轉(zhuǎn)動、往復直線運動、擺動、間歇運動、按預定規(guī)律或軌跡運動等，因而機械中除應(yīng)用連續(xù)回轉(zhuǎn)傳動外，還需應(yīng)用變換運變換運動形式的傳動動形式的傳動。第五章第五章 轉(zhuǎn)變運動形式的傳動轉(zhuǎn)變運動形式的傳動2 平面連桿機構(gòu)是由（轉(zhuǎn)動副和移動副）聯(lián)接組成的機構(gòu)。這些構(gòu)件在同一平面或平行平面內(nèi)運動。 1.能夠?qū)崿F(xiàn)多種運動形式的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)多種運動形式的轉(zhuǎn)換，也可以實現(xiàn)各種預定的運動規(guī)律和復雜的運動軌跡，容易滿足生產(chǎn)中各種動作要求；2.構(gòu)件間接觸面上的比壓小、易潤滑、磨損輕、適用于傳遞較大載荷的場合；3.機構(gòu)中運動副運動副的元素形狀簡單、易于

2、加工制造和保證精度形狀簡單、易于加工制造和保證精度。 1.只能近似地滿足近似地滿足給定的運動規(guī)律和軌跡要求，且設(shè)計比較復雜；2. 運動構(gòu)件產(chǎn)生的慣性力難以平衡慣性力難以平衡，高速時會引起較大的振動，因此常用于速度較低的場合常用于速度較低的場合。 第一節(jié)第一節(jié)連桿傳動連桿傳動基本型式：平面連桿機構(gòu)的基本型式是平面連桿機構(gòu)的基本型式是鉸鏈四桿機構(gòu)其余四桿機構(gòu)均是由鉸鏈四桿機構(gòu)演化而成的二桿二桿三桿三桿, 不可能不可能.鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu) Revolute Four-bar Mechanism4四桿機構(gòu)四桿機構(gòu)具有四個構(gòu)件的平面連桿機構(gòu)。多桿機構(gòu)多桿機構(gòu)具有四個以上構(gòu)件的平面連桿機構(gòu)。5鉸鏈四

3、桿機構(gòu)各運動副都是鉸鏈的四桿機構(gòu)，見圖5-1 圖5-11234ABCD連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿機架機架曲柄曲柄搖桿搖桿( (擺桿擺桿) )( (整轉(zhuǎn)整轉(zhuǎn)) )( (擺轉(zhuǎn)擺轉(zhuǎn)) )機架機架frame、連桿、連桿coupler、連架桿、連架桿side link機架參考系（固定件）機架參考系（固定件）連架桿與機架相聯(lián)連架桿與機架相聯(lián)連桿不與機架相聯(lián)連桿不與機架相聯(lián)基本構(gòu)件基本構(gòu)件曲柄曲柄crank：可回轉(zhuǎn)：可回轉(zhuǎn)360360的連架桿的連架桿搖桿搖桿rocker：擺角小于：擺角小于360360的連架桿的連架桿滑塊滑塊slider：作往復移動的連架桿：作往復移動的連架桿連架桿連架桿全由全由轉(zhuǎn)動副

4、轉(zhuǎn)動副相聯(lián)的平面四桿機構(gòu)相聯(lián)的平面四桿機構(gòu)一一.鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)7平平面面四四桿桿機機構(gòu)構(gòu)基本形式基本形式 ( (全轉(zhuǎn)動副全轉(zhuǎn)動副) )演化形式演化形式(有移動副有移動副)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu) 雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu) 雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu) 曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu) 曲柄導桿機構(gòu)曲柄導桿機構(gòu) 曲柄搖塊機構(gòu)曲柄搖塊機構(gòu) 定塊機構(gòu)定塊機構(gòu) 四桿機構(gòu)的基本形式及其演化四桿機構(gòu)的基本形式及其演化81 1、曲柄搖桿機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)曲柄曲柄能作整周回轉(zhuǎn)的連架桿。搖桿搖桿只能在小于360范圍內(nèi)搖擺的連桿架桿。曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)具有曲柄和搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)。曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用廣泛，它可將曲柄的連

5、續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成搖桿的往復擺動。9 102 2、雙曲柄機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)具有兩個曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)。不等長雙曲柄機構(gòu)不等長雙曲柄機構(gòu)特點：特點：兩曲柄長度不相等，可將主動曲柄的等速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變成從動曲柄的變速轉(zhuǎn)動11圖中桿件1為機架，從動曲柄4變速轉(zhuǎn)動時，篩箱6差動移動，使物料能相對篩面輸送。慣性篩 (點擊圖片演示動畫) 12（平行四邊形機構(gòu)）特點：當主動曲柄等速轉(zhuǎn)動時，從動曲柄也等速轉(zhuǎn)動，而連桿平動。 圖5-11 平行四邊形機構(gòu) 13該機構(gòu)保證鏟斗中的土料不灑 鏟土機構(gòu) (點擊圖片演示動畫) 14該機構(gòu)保證天平盤總是水平2 1 天平機構(gòu) (點擊圖片演示動畫) 15平行四邊形機構(gòu)的缺

6、點：平行四邊形機構(gòu)的缺點：當曲柄AB轉(zhuǎn)動一周時，將，見圖5-11（a）。圖中AB2C2D為一次四桿共線，另一次未畫出，應(yīng)在B點位于A點之左的關(guān)聯(lián)位置。在AB2C2D位置，當曲柄AB繼續(xù)運動到AB3位置時，C點可能運動到C3也可能運動到C3，即。圖5-11（b）是在平行四邊形機構(gòu)中增加輔助構(gòu)件，以消除機構(gòu)的運動不確定現(xiàn)象，其運動確定原理是上、下兩個平行四邊形不會同時共線。 16反向平行雙曲柄機構(gòu)反向平行雙曲柄機構(gòu)特點是連桿與機架等長、兩曲柄等長、反向且平行。見圖5-12和圖5-13。鉸接的氣缸推動曲柄AB轉(zhuǎn)動（圖中未畫出），車門能同步同角行程開、關(guān)。 圖5-12 逆平行四邊形機構(gòu)圖5-13 逆平

7、行四邊形機構(gòu)(點擊圖片演示動畫) 173 3、雙搖桿機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)兩連架桿都是搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)。 圖5-14 (點擊圖片演示動畫) 圖5-15 (點擊圖片演示動畫) 18圖5-14為鶴式起重機，重物升降靠繩輪機構(gòu)，繞機架軸線平移靠輪盤機構(gòu)（圖中均未畫出）。重物沿機架軸線的徑向平移靠ABCDE雙搖桿機構(gòu)，E點軌跡為近似直線，這可避免徑向平移重物時出現(xiàn)升降而改變其水平標高，從而增加司機操作量。圖5-15為車輛前輪的轉(zhuǎn)向機構(gòu)，特點是兩搖桿等長，這樣在車輪轉(zhuǎn)向時兩車輪始終平行。19存在曲柄的條件與四桿機構(gòu)中各桿的相對長度有關(guān)。1 1、曲柄存在條件、曲柄存在條件（推導過程自學，一

8、般了解）（推導過程自學，一般了解） 最短桿與最長桿長度之和不大于其它兩桿長度之和（桿長條件） 最短桿是或（最短構(gòu)件條件）202 2、鉸鏈四桿機構(gòu)類型判別、鉸鏈四桿機構(gòu)類型判別在滿足桿長條件時： (a)(a) 最短桿為機架是雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)（平行四邊形機構(gòu)任一桿為機架都是雙曲柄機構(gòu)）。 (b) 最短桿的對桿為機架是雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)。 (c) 最短桿的鄰桿為機架是曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)。 不滿足桿長條件時，不論哪一桿為機架，都是雙搖機構(gòu)雙搖機構(gòu)。211 1、 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副 回轉(zhuǎn)副化為移動副 (點擊圖片c或d演示動畫)（1 1）曲柄）曲柄滑塊機構(gòu)滑塊機構(gòu)22 將圖（

9、a）中的鉸鏈D下移至無窮遠處，則鉸鏈C的運動軌跡由曲線mm變?yōu)橹本€mm（參見圖（b），圖（a）所示的曲柄搖桿機構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閳D（c）、（d）所示的對心或偏置曲柄滑塊機構(gòu)。 曲柄滑塊機構(gòu)廣泛用于、和等（以曲柄為原動件），廣泛用于、等（以活塞為原動件），如圖所示23 24（2 2）雙滑塊機構(gòu)）雙滑塊機構(gòu) 如果把曲柄與連桿間的轉(zhuǎn)動副（鉸鏈）也演化成移動副，便成為雙滑塊機構(gòu)。 正弦機構(gòu)及其應(yīng)用縫紉機下針機構(gòu)圖（b）中曲柄1轉(zhuǎn)過角時，滑塊3的位移S3按正弦規(guī)律變化：S3l1sinl1sint 。 25圖中導桿1轉(zhuǎn)過角時，立桿3的位移S3按正弦規(guī)律變化： 正切機構(gòu)tHtgHtgS3 26 圖（a）中轉(zhuǎn)塊1相對機

10、架4順時針轉(zhuǎn)動時，直角導桿2向左插進轉(zhuǎn)塊1、同時向下退出轉(zhuǎn)塊A，并帶動轉(zhuǎn)塊A相對機架4也以相同順時針轉(zhuǎn)動。即主、從動轉(zhuǎn)塊轉(zhuǎn)速相等、轉(zhuǎn)向相同。圖（b）中左右軸不對中，但也能等速同向轉(zhuǎn)動。雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)及其應(yīng)用滑塊聯(lián)軸器雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)及其應(yīng)用(點擊圖片演示動畫)27圖中滑塊1、3沿機架的滑槽移動時，除A、B兩點及其中點外，連桿2上的各點能畫出長、短軸不同的橢圓。 雙滑塊機構(gòu)及其應(yīng)用橢圓儀 28圖(a)、(b)所示的曲柄搖桿和曲柄機構(gòu)中，當曲柄AB較短時，鉸鏈A、B會連通，為滿足結(jié)構(gòu)尺寸需要，可將回轉(zhuǎn)副B擴大到超過曲柄的長度，這時曲柄A就演化成偏心輪，偏心輪的回轉(zhuǎn)中心為A、幾何中心為B，見圖(c)、(d)。

11、2 2、 擴大回轉(zhuǎn)副擴大回轉(zhuǎn)副偏心輪機構(gòu)偏心輪機構(gòu)偏心輪機構(gòu)與演化前的曲柄搖桿和曲柄滑塊機構(gòu)本質(zhì)上相同，即運動特性未變。 293 3、選取不同的構(gòu)件為機架、選取不同的構(gòu)件為機架圖(a)為曲柄搖桿機構(gòu)；圖(b)為取桿1（最短桿）為機架后，得到的雙曲柄機構(gòu)；圖(c)為取桿2或桿4（是短桿鄰邊）為機架后，得到的雙曲柄搖桿機構(gòu)；圖(d)為取桿3（最短桿對邊）為機架得到的雙搖桿機構(gòu)。 30圖（圖（a a）是對心曲柄滑塊機構(gòu)）是對心曲柄滑塊機構(gòu)；圖（圖（b）是取桿是取桿2為機架得到為機架得到的導桿機構(gòu)，特點是的導桿機構(gòu)，特點是l 2l 3，桿，桿3和桿和桿1均可整周回轉(zhuǎn)，故稱為均可整周回轉(zhuǎn)，故稱為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動導

12、桿機構(gòu)動導桿機構(gòu)。 圖5-20 曲柄滑塊機構(gòu)的演化d:定塊機構(gòu)C:擺動導桿機構(gòu)31圖5-21是l 1 l 2的導桿機構(gòu)，桿2可整周回轉(zhuǎn)，桿4卻只能往復擺動，故稱為擺動導桿機構(gòu)。圖5-21 曲柄擺動導桿機構(gòu)(點擊圖片演示動畫） 32 牛頭刨床的主運動機構(gòu) (點擊圖片演示動畫） 擺動導桿機構(gòu)擺動導桿機構(gòu)的應(yīng)用的應(yīng)用33搖塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)的應(yīng)用的應(yīng)用圖5-20（C）是取桿3為機架得到的搖塊機構(gòu)。 34圖5-20（d）是取桿（塊）4為機架得到的定塊機構(gòu)。定塊機構(gòu)定塊機構(gòu)的應(yīng)用的應(yīng)用手動抽水機 (點擊圖片演示動畫) 351 1、急回運動、急回運動1 1）極位夾角）極位夾角 圖中曲柄轉(zhuǎn)圖中曲柄轉(zhuǎn)1 1周與連

13、桿兩次共線，搖桿對應(yīng)的處于兩個極周與連桿兩次共線，搖桿對應(yīng)的處于兩個極限位置，曲柄對應(yīng)的位置夾角（取銳角）限位置，曲柄對應(yīng)的位置夾角（取銳角） 稱為極位夾角。稱為極位夾角。 圖5-52 2、急回運動與行程速比系數(shù)、急回運動與行程速比系數(shù)在圖在圖420中，曲柄一般勻速轉(zhuǎn)動，中，曲柄一般勻速轉(zhuǎn)動， ，。對應(yīng)的搖桿的擺速。對應(yīng)的搖桿的擺速線速線速 。這說明搖桿右擺慢、左擺快，。這說明搖桿右擺慢、左擺快，或或去的慢、回的快去的慢、回的快，這種特性稱為急回特性。，這種特性稱為急回特性。2211ttt2121tt,21ttt21ttDCDCv37行程速比系數(shù)：行程速比系數(shù)： ，k 能表示急回程度，若能表示

14、急回程度，若0，則，則k1，有急回特性，有急回特性；越大、越大、k 也越大，說明急回程度越大；若也越大，說明急回程度越大；若=0，則，則k1，無急回特性，無急回特性。牛頭刨具有急回特性，能節(jié)省空回時間、提高生產(chǎn)率。牛頭刨具有急回特性，能節(jié)省空回時間、提高生產(chǎn)率。38）壓力角與傳動角）壓力角與傳動角 圖中連桿為二桿，對于搖桿上的C點，其受力F方向線與其速度vc方向線所夾銳角稱為壓力角。 連桿與搖桿所夾銳角是與角的余角，稱為傳動角。傳動角比壓力角直觀，也便于度量。 角越小或角越小或 角越大，對傳動就越有利。角越大，對傳動就越有利。通常min40 50 曲柄搖桿機構(gòu)的壓力角與傳動角394 4）最小傳

15、動角）最小傳動角 minmin出現(xiàn)的位置出現(xiàn)的位置四桿機構(gòu)的壓力角和傳動角都是變化的，在曲柄與機架共線的兩個位置之一，傳動角最小。40曲柄與連桿共線的兩個位置，傳動角=0，此時若以搖桿為主動件，通過連桿傳給曲柄上的力通過曲柄回轉(zhuǎn)中心，因此無論力有多大，都不能繞曲柄轉(zhuǎn)動。機構(gòu)在=0的位置稱為死點（參見5-圖）?？p紉機踏板處于死點位置時就踩不動。）死點）死點圖5-7 縫紉機踏板機構(gòu)41圖5-8是利用死點的實例，夾緊工件時連桿BC與連架桿CD共線，去掉F后無論R多大，工件都不會松脫。 對于傳動機構(gòu)，死點是有害的，通常借助機構(gòu)的慣性“闖過”死點。 連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題 機構(gòu)選型

16、機構(gòu)選型根據(jù)給定的運動要求選擇機根據(jù)給定的運動要求選擇機 構(gòu)的類型；構(gòu)的類型；尺度綜合尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)(長度長度 尺寸尺寸)。 同時要滿足其他輔助條件：同時要滿足其他輔助條件：a)結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長比恰當、結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長比恰當、 運動副結(jié)構(gòu)合理等）運動副結(jié)構(gòu)合理等）;b)動力條件（如動力條件（如min）;c)運動連續(xù)性條件等。運動連續(xù)性條件等。ADCB飛機起落架飛機起落架BC三類設(shè)計要求：三類設(shè)計要求：1)滿足預定的運動規(guī)律，滿足預定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如: 飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。函數(shù)機

17、構(gòu)函數(shù)機構(gòu)要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足函數(shù)滿足函數(shù) y=logxxy=logxABCD三類設(shè)計要求：三類設(shè)計要求：1)滿足預定的運動規(guī)律，滿足預定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如: 飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。前者要求兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，后者要求急回運動2)滿足預定的連桿位置要求，滿足預定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構(gòu)。如鑄造翻箱機構(gòu)。要求連桿在兩個位置要求連桿在兩個位置垂直地面且相差垂直地面且相差180 CBABDCQABCDE鶴式起重機鶴式起重機攪拌機構(gòu)攪拌機構(gòu)要求連桿上要求連桿上E點的軌點的軌跡為一條卵形曲線跡為一條卵形曲線要求連桿上要求連桿

18、上E點的軌點的軌跡為一條水平直線跡為一條水平直線QCBADE三類設(shè)計要求：三類設(shè)計要求：1)滿足預定的運動規(guī)律滿足預定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如: 飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。2)滿足預定的連桿位置要求，如滿足預定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構(gòu)。鑄造翻箱機構(gòu)。3)滿足預定的軌跡要求，如滿足預定的軌跡要求，如: 鶴式起重機鶴式起重機、攪拌機、攪拌機等。等。給定的設(shè)計條件：給定的設(shè)計條件：1)幾何條件幾何條件（給定連架桿或連桿的位置）（給定連架桿或連桿的位置）2)運動條件運動條件（給定（給定K）3)動力條件動力條件（給定（給定minmin）設(shè)計方法：設(shè)計方

19、法：圖解法、解析法、實驗法圖解法、解析法、實驗法 E 1、按給定的行程速比系數(shù)、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu)設(shè)計四桿機構(gòu)1) 曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)計算計算180(K-1)/(K+1);已知：已知：CD桿長，擺角桿長，擺角及及K， 設(shè)計此機構(gòu)。步驟如下：設(shè)計此機構(gòu)。步驟如下：任取一點任取一點D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰長為腰長為CDCD，夾角為，夾角為;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P P C1C2的外接圓，則的外接圓，則A A點必在此圓上。點必在此圓上。選定選定A A，設(shè)曲柄為，設(shè)曲柄為l1 ，連桿為，連桿為l2 ，則，則: :以以A A為圓心，為圓心，A A C

20、2為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得： l1 =EC1/ 2 l2 = A = A C1EC1/ 2,A,A C2= =l2- - l1= = l1 =( A A C1A A C2)/ 2 C2C1P=90,交于交于P;P; 90-P A A C1= = l1+ +l2DAC1C2ADmn=D2) 導桿機構(gòu)導桿機構(gòu)分析：分析： 由于由于與與導桿擺角導桿擺角相等，設(shè)計此相等，設(shè)計此 機構(gòu)時，僅需要確定曲柄機構(gòu)時，僅需要確定曲柄 a。計算計算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);任選任選D D作作mDnmDn， 取 取 A A 點 ， 使 得點 ， 使 得 A D =

21、 d , A D = d , 則則 : : a=dsin(a=dsin(/2)/2)。=Ad作角分線作角分線; ;已知：機架長度已知：機架長度d，K，設(shè)計此機構(gòu)。設(shè)計此機構(gòu)。E222ae3) 曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)H已知已知K K，滑塊行程，滑塊行程H H，偏，偏距距e e，設(shè)計此機構(gòu)，設(shè)計此機構(gòu) 。計算計算: 180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);作作C1 C2 H H作射線作射線C1O O 使使C2C1O=90, 以以O(shè) O為圓心，為圓心，C1O O為半徑作圓。為半徑作圓。以以A A為圓心，為圓心，A A C1為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得：作射線作射線

22、C2O O使使C1C2 O=90。 作偏距線作偏距線e e，交圓弧于，交圓弧于A A，即為所求。，即為所求。C1C29090-o9090-Al1 =EC2/ 2l2 = A = A C2EC2/ 22、按預定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)、按預定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)a)給定連桿兩組位置給定連桿兩組位置有唯一解。有唯一解。B2C2AD將鉸鏈將鉸鏈A、D分別選在分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設(shè)計要求。位置都能滿足設(shè)計要求。b)給定連桿上鉸鏈給定連桿上鉸鏈BC的三組位置的三組位置有無窮多組解。有無窮多組解。ADB2C2B3C3ADB1C1B1C1xyABCD

23、12343、給定兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)、給定兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)給定連架桿對應(yīng)位置：給定連架桿對應(yīng)位置：構(gòu)件構(gòu)件3和和構(gòu)件構(gòu)件1滿足以下位置關(guān)系：滿足以下位置關(guān)系：l1l2l3l4建立坐標系建立坐標系, ,設(shè)構(gòu)件長度為：設(shè)構(gòu)件長度為：l1 、l2、l3、l4在在x,yx,y軸上投影可得：軸上投影可得：l1+l2=l3+l4機構(gòu)尺寸比例放大時，不影響各構(gòu)件相對轉(zhuǎn)角機構(gòu)尺寸比例放大時，不影響各構(gòu)件相對轉(zhuǎn)角. . l1 coc + l2 cos = l3 cos + l4 l1 sin + l2 sin = l3 sin i if (i i ) i =1, 2, 3n設(shè)計此四桿機構(gòu)設(shè)計

24、此四桿機構(gòu)( (求各構(gòu)件長度求各構(gòu)件長度) )。令：令： l1 =1消去消去整理得：整理得：coscos l3 cos cos(- -) l3l4l42+ l32+1- l222l4P2代入移項得：代入移項得： l2 cos = l4 l3 cos cos 則化簡為：則化簡為：coccocP0 cos P1 cos( ) P2代入兩連架桿的三組對應(yīng)轉(zhuǎn)角參數(shù)，得方程組：代入兩連架桿的三組對應(yīng)轉(zhuǎn)角參數(shù)，得方程組：l2 sin = l3 sin sin 令: P0P1coccoc1P0 cos1 P1 cos(1 1 ) P2coccoc2P0 cos2 P1 cos(2 2 ) P2coccoc3

25、P0 cos3 P1 cos(3 3 ) P2可求系數(shù)可求系數(shù): :P0 、P1、P2以及以及: : l2 、 l3、 l4將相對桿長乘以任意比例系數(shù)，所得機構(gòu)都能滿足轉(zhuǎn)角要求。若給定兩組對應(yīng)位置，則有無窮多組解。舉例：舉例：設(shè)計一四桿機構(gòu)滿足連架桿三組對應(yīng)位置：設(shè)計一四桿機構(gòu)滿足連架桿三組對應(yīng)位置： 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 34545 50 50 90 90 80 80 135 135 110 1101 11 13 33 3代入方程得：代入方程得： cos90cos90=P=P0 0cos80cos80+P+P1 1cos(80cos(80-90-90)+P)+P2 2

26、cos135cos135=P=P0 0cos110cos110+P+P1 1cos(110cos(110-135-135)+P)+P2 2解得相對長度解得相對長度: : P P0 0 =1.533, P =1.533, P1 1=-1.0628, P=-1.0628, P2 2=0.7805=0.7805各桿相對長度為：各桿相對長度為：選定構(gòu)件選定構(gòu)件l1的長度之后，可求得其余桿的絕對長度。的長度之后，可求得其余桿的絕對長度。 cos45cos45=P=P0 0cos50cos50+P+P1 1cos(50cos(50-45-45)+P)+P2 2B1C1ADB2C2B3C32 22 2l1=

27、 =1 1l4 =- - l3 / P1 =1.442l2 =(=(l42+ l32+1-2l3P P2 2 )1/2 = =1.7831.783 l3 = P P0 0 = = 1.553, 54圖5-27 回轉(zhuǎn)副結(jié)構(gòu)連桿機構(gòu)運動簡圖的 幾何尺寸確定后，須根據(jù)工藝性和強度條件確定各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀、斷面尺寸和材料，在設(shè)計回轉(zhuǎn)副和移動副結(jié)構(gòu)時還需考慮潤滑問題。 通常情況下，曲柄可以做成圓盤銷軸狀（圖b所示）、曲軸狀（圖c所示）或桿件狀（圖d所示）。連桿和搖桿的結(jié)構(gòu)相對簡單，可以根據(jù)具體情況進行設(shè)計。57圖5-29桿長調(diào)節(jié)機構(gòu)（a）通過調(diào)節(jié)曲柄的長度改變搖桿CD的擺角，（b）通過調(diào)節(jié)連桿的長度調(diào)節(jié)

28、滑塊的起始位置圖5-28移動副結(jié)構(gòu)其約束條件可其約束條件可利用利用重力封閉重力封閉或或形封閉形封閉。圖圖a為常見的移為常見的移動副，圖動副，圖b重力重力封閉，圖封閉，圖c重力重力封閉與形封閉封閉與形封閉相結(jié)合。相結(jié)合。圖圖d為重力封閉為重力封閉點接觸式移動點接觸式移動副，圖副，圖e為柱面為柱面移動副結(jié)構(gòu)，移動副結(jié)構(gòu)，圖圖f為帶滑鍵的為帶滑鍵的柱面移動副結(jié)柱面移動副結(jié)構(gòu)，圖構(gòu)，圖g為形封為形封閉點接觸式移閉點接觸式移動副的結(jié)構(gòu)動副的結(jié)構(gòu)59第二節(jié)第二節(jié) 凸輪傳動凸輪傳動一、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用、特點與類型一、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用、特點與類型應(yīng)用：應(yīng)用：圖5-30走刀機構(gòu)60特點：特點：凸輪是一個具有曲線輪廓

29、或凹槽的構(gòu)件，凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，只要改變只要改變凸輪輪廓的外形，就能使從動件實現(xiàn)不同的運動規(guī)律凸輪輪廓的外形，就能使從動件實現(xiàn)不同的運動規(guī)律。與連桿機構(gòu)比較，凸輪機構(gòu)與連桿機構(gòu)比較，凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊結(jié)構(gòu)簡單緊湊、設(shè)計容設(shè)計容易易，且，且能實現(xiàn)復雜的運動能實現(xiàn)復雜的運動。但因凸輪輪廓與從動件之間。但因凸輪輪廓與從動件之間系點、線接觸，易磨損，故適用于有特殊要求的運動規(guī)系點、線接觸，易磨損，故適用于有特殊要求的運動規(guī)律而傳遞動力不大的場合。律而傳遞動力不大的場合。凸輪機構(gòu)的類型凸輪機構(gòu)的類型1、按凸輪形狀分類、按凸輪形狀分類 盤形盤形見圖見圖51 移動移動凸輪凸輪見圖見圖53

30、 圓柱形圓柱形見圖見圖522、按從動件的形式分類、按從動件的形式分類 尖頂尖頂 滾子滾子 平底平底尖頂從動件尖頂從動件滾子從動件滾子從動件平底從動件平底從動件圖形 尖尖端端從從動動件件 從動件的尖端能夠與任意復雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動件實現(xiàn)任意的運動規(guī)律。這種從動件結(jié)構(gòu)最簡單，但尖端處易磨損，故只適用于速度只適用于速度較低較低和傳力不大的傳力不大的場合場合。曲曲面面從從動動件件 為了克服尖端從動件的缺點，可以把從動件的端部做成曲面，稱為曲面從動件。這種結(jié)構(gòu)形式的從動件在生產(chǎn)中應(yīng)應(yīng)用較多。用較多。滾子從動件 為減小摩擦磨損，在從動件端部安裝一個滾輪，把從動件與凸輪之間的滑動摩擦變成滾動摩

31、擦，因此摩擦磨損較小，可用來傳遞較大的動力傳遞較大的動力，故這種形式的從動件應(yīng)用很廣應(yīng)用很廣。平底從動件 從動件與凸輪輪廓之間為線接觸，接觸處易形成油膜，潤滑狀況好。此外，在不計摩擦時，凸輪對從動件的作用力始終垂直于從動件的平底，受力平穩(wěn)，傳動傳動效率高，常用于高效率高，常用于高速場合。速場合。缺點是與之配合的凸凸輪輪輪廓必須全部為外凸形狀輪廓必須全部為外凸形狀。3、按保持接觸的方式分類、按保持接觸的方式分類 力封閉力封閉 形封閉形封閉66 從動件的運動規(guī)律是機構(gòu)設(shè)計的基本要求，凸輪的形狀應(yīng)使從動件能實現(xiàn)其運動規(guī)律。二、從動件的常用運動規(guī)律二、從動件的常用運動規(guī)律 凸輪以1 順時針轉(zhuǎn)動時，在輪

32、廓線AB段，頂桿上升，在CD段頂桿下降，在BC、DA兩段，頂桿不動。頂桿升降過程中其位移、速度、加速度隨凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律稱為從動件的運動規(guī)律。67CBDr0Ao1t凸輪的基圓初始位置CD2B凸輪的基圓以凸輪的最小向徑r0所作的圓稱為基圓。行程Sht推程運動角s遠休止角h回程運動角s 近休止角推程運動角t 從動件推程過程，對應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角稱為推程運動角近休止角s 推桿在最低位置靜止不動，凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角遠休止角s推桿在最高位置靜止不動，凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角回程 從動件從距離凸輪回轉(zhuǎn)中心最遠位置到起始位置，從動件移向凸輪軸線的行程，稱為回程。對應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角h稱為回程運動角。推程從動件從距離凸輪回轉(zhuǎn)中心最近位置

33、到距離凸輪回轉(zhuǎn)中心最遠位置的過程，稱為推程。相應(yīng)移動的距離h稱為行程22s68當凸輪勻速轉(zhuǎn)動時，頂桿在上升和下降的過程中都作等速運動。頂桿的位移、速度、加速度見右圖。等速運動的凸輪機構(gòu)加速度大、沖擊力大，適用于低速、輕載的場合。1 1、等速運動規(guī)律（剛性沖擊）、等速運動規(guī)律（剛性沖擊）圖5-35 69等加速運動：等加速運動：頂桿上升或下降時，前半段時間作等加速運動。等減速運動：頂桿上升或下降時，后半段時間作等減速運動。頂桿的位移、速度、加速度見右圖。2 2、等加速、等減速運動規(guī)律、等加速、等減速運動規(guī)律 70149410h142356o tt等加速等減速運動規(guī)律從動件位移曲線繪制方法等加速等減

34、速運動規(guī)律從動件位移曲線繪制方法2s1因為20221tas 當t=1,2,3時,則29 ,24 ,210002aaas 若已知h 1829321201020hashaaht1”2”3”12371頂桿作等加速或等減速運動的意義：V2=a0t s2=a0t2/2縮短運動時間，減小機構(gòu)沖擊。與等速運動比較，等加速、等減速運動所產(chǎn)生的沖擊較?。ㄈ嵝詻_擊），適用于中速、輕載的場合適用于中速、輕載的場合。723 3、（余弦加速度）簡諧運動規(guī)律、（余弦加速度）簡諧運動規(guī)律 質(zhì)點作勻速圓周運動時，在質(zhì)點作勻速圓周運動時，在直線上投影點的運動規(guī)律直線上投影點的運動規(guī)律稱為簡諧運動規(guī)律。如圖5-37，質(zhì)點從點O順

35、時針轉(zhuǎn)到點6時，它在S2軸線上依次投影出若干個高度，把這些轉(zhuǎn)角和對應(yīng)的高度畫在1S2坐標系中，就得到簡諧運動的位移曲線。2s圖5-37 余弦加速度運動規(guī)律73由加速度曲線看出，質(zhì)點運動半周的首尾有突變，但是當質(zhì)點作連續(xù)圓周運動時，頂桿不停的升降升運動，加速度曲線就成為連續(xù)曲線（見虛線）。這樣簡諧運動就消除了沖擊，故爾可用于高速運動的場合可用于高速運動的場合。 211 cos2hstt211sin2hvttt22211cos2hattt744 4、擺線運動規(guī)律（正弦加速度規(guī)律）、擺線運動規(guī)律（正弦加速度規(guī)律） 設(shè)有一半徑為設(shè)有一半徑為R的圓，沿縱坐標軸作勻速滾動的圓，沿縱坐標軸作勻速滾動，圓周上

36、圓周上某點某點A在縱坐標軸上投影點的運動規(guī)律在縱坐標軸上投影點的運動規(guī)律，稱為擺線運動規(guī)律，見圖510。75 由擺線運動規(guī)律加速度圖可見，頂桿在初始點和終止點的加速度均為零，說明機構(gòu)運動平穩(wěn)無沖擊，可用于高速場合?？捎糜诟咚賵龊?。凸輪機構(gòu)的設(shè)計程序：凸輪機構(gòu)的設(shè)計程序：根據(jù)工作要求確定頂桿的運動規(guī)律，再據(jù)運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓，輪廓設(shè)計有圖解法（精度較低）和解析法（精度較高）兩種。1.1.凸輪廓線設(shè)計方法的基本原理凸輪廓線設(shè)計方法的基本原理凸輪輪廓曲線的設(shè)計凸輪輪廓曲線的設(shè)計圖解法設(shè)計凸輪的輪廓圖解法設(shè)計凸輪的輪廓2.2.用作圖法設(shè)計凸輪廓線用作圖法設(shè)計凸輪廓線1)1)對心直動尖頂從動件盤形凸輪

37、對心直動尖頂從動件盤形凸輪3)3)滾子直動從動件盤形凸輪滾子直動從動件盤形凸輪4)4)對心直動平底從動件盤形凸輪對心直動平底從動件盤形凸輪2)2)偏置直動尖頂從動件盤形凸輪偏置直動尖頂從動件盤形凸輪5)5)擺動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)擺動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)一、凸輪廓線設(shè)計方法的基本原理一、凸輪廓線設(shè)計方法的基本原理反轉(zhuǎn)原理：反轉(zhuǎn)原理：依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法依據(jù)此原理可以用幾何作圖的方法設(shè)計凸輪的輪廓曲線，例如：設(shè)計凸輪的輪廓曲線，例如： 給整個凸輪機構(gòu)施以給整個凸輪機構(gòu)施以- -時，不影響各構(gòu)件之間時，不影響各構(gòu)件之間的相對運動，此時，凸輪將靜止，而從動件尖頂復合的相對運動，此時，凸

38、輪將靜止，而從動件尖頂復合運動的軌跡即凸輪的輪廓曲線運動的軌跡即凸輪的輪廓曲線。O O-3 31 12 23 33 31 11 12 22 260rmin120-1對心直動尖頂對心直動尖頂從動件從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑凸輪的基圓半徑rmin，角速度角速度和從動和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。設(shè)計步驟小結(jié)：設(shè)計步驟小結(jié)：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r rminmin。反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置。將各尖頂

39、點連接成一條光滑曲線。將各尖頂點連接成一條光滑曲線。1.1.對心直動尖頂對心直動尖頂從動件從動件盤形凸輪盤形凸輪135782345 67 8910111213149090A1876543214131211109二、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制二、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制 6012090901 3 5 7 8911 13 15s91113121410911 13 151 3 5 7 8O OeA A偏置直動尖頂偏置直動尖頂從動件從動件凸輪機構(gòu)中，凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑已知凸輪的基圓半徑rmin，角速度角速度和從動件的運動規(guī)律和偏心距和從動件的運動規(guī)律和偏心距e，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。設(shè)

40、計該凸輪輪廓曲線。2.2.偏置直動尖頂偏置直動尖頂從動件從動件盤形凸輪盤形凸輪13578911131214-612345781514131211109設(shè)計步驟小結(jié)：設(shè)計步驟小結(jié)：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r rminmin; ; 反向等分各運動角反向等分各運動角; ; 確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置; ; 將各尖頂點連接成一條光滑曲線。將各尖頂點連接成一條光滑曲線。1514131211109k9k10k11k12k13k14k1512345678k1k2k3k5k4k6k7k8 601209090ss911 13 151 3 5 7 8rmin

41、A120-1設(shè)計步驟小結(jié)：設(shè)計步驟小結(jié)：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r rminmin。反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動件尖頂在各等份點的位置。將各尖頂點連接成一條光滑曲線。將各尖頂點連接成一條光滑曲線。135789111312142345 67 8910111213146090901876543214131211109理論輪廓理論輪廓實際輪廓實際輪廓作各位置滾子圓的內(nèi)作各位置滾子圓的內(nèi)( (外外) )包絡(luò)線。包絡(luò)線。3.3.滾子直動從動件盤形凸輪滾子直動從動件盤形凸輪滾子直動從動件凸輪機構(gòu)中，已

42、知凸輪滾子直動從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑的基圓半徑rmin，角速度角速度和從動件的和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。 601209090a工作輪廓的曲率半徑，工作輪廓的曲率半徑，理論輪廓的曲率半徑，理論輪廓的曲率半徑， rT滾子半徑滾子半徑rT arT rT 輪廓失真輪廓失真滾子半徑的確定滾子半徑的確定arT rT arT0輪廓正常輪廓正常輪廓變尖輪廓變尖內(nèi)凹內(nèi)凹arTrTrT rT arT 輪廓正常輪廓正常外凸外凸rTas911 13 151 3 5 7 8rmin對心直動平底對心直動平底從動件從動件凸輪機構(gòu)中，已知凸輪機構(gòu)中，已知凸輪的基圓半徑

43、凸輪的基圓半徑rmin，角速度角速度和從動和從動件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。件的運動規(guī)律，設(shè)計該凸輪輪廓曲線。設(shè)計步驟：設(shè)計步驟：選比例尺選比例尺l作基圓作基圓r rminmin。反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。反向等分各運動角。原則是：陡密緩疏。確定反轉(zhuǎn)后，從動件平底直線在各等份點的位置。確定反轉(zhuǎn)后，從動件平底直線在各等份點的位置。作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。作平底直線族的內(nèi)包絡(luò)線。4.4.對心直動平底對心直動平底從動件從動件盤形凸輪盤形凸輪8765432191011121314-A13578911131214123456781514131211109 601209090對平底推桿凸輪

44、機構(gòu)，也有失真現(xiàn)象。對平底推桿凸輪機構(gòu)，也有失真現(xiàn)象。Ormin可通過增大可通過增大r rminmin解決此問題。解決此問題。rmin三、擺動三、擺動從動件從動件盤形凸輪機構(gòu)盤形凸輪機構(gòu)2max18012060o1 2 3 4 5 67 8 910（1）作出角位移線圖；（2）作初始位置；（4）找從動件反轉(zhuǎn)后的一系列位置AiBi，再按角位移規(guī)律得 C1、C2、 等點，即為凸輪輪廓上的點。A1A2A3A5A6A7A8A9A10A40000000000（3）按- 方向劃分圓R得A0、 A1、A2等點；即得機架 反轉(zhuǎn)的一系列位置；0rbB0L18060120B1B2B3B4B5B6B7B8B9B101

45、C12C23C3C4C5C6C7C8C9C10ROA0a-凸輪機構(gòu)的壓力角與作用力的關(guān)系凸輪機構(gòu)的壓力角與作用力的關(guān)系圖中：圖中：VA2=V2是頂桿絕對速度；是頂桿絕對速度；VA1是凸輪上是凸輪上A點的速度，點的速度，又稱牽連速度；又稱牽連速度；VA2A1是頂桿相對凸輪的是頂桿相對凸輪的 速度，簡稱相對速度。速度，簡稱相對速度。式中均為頂桿運動規(guī)律參數(shù)，是設(shè)計的上游式中均為頂桿運動規(guī)律參數(shù)，是設(shè)計的上游尺寸，只有基圓半徑是結(jié)構(gòu)尺寸，即壓力角與基圓半徑有尺寸，只有基圓半徑是結(jié)構(gòu)尺寸，即壓力角與基圓半徑有關(guān)。關(guān)。 小，機構(gòu)緊湊，但大，傳力性能差，適于受力??；小，機構(gòu)緊湊，但大，傳力性能差，適于受力

46、?。?大，機構(gòu)龐大，但小，傳力性能好，適于受力大。大，機構(gòu)龐大，但小，傳力性能好，適于受力大。1202)( srVtg 122S、V0r0rOA87測試題測試題1：圖示為一偏置直動從動件盤形凸輪。已知AB段為推程段廓線，試在圖上標注推程運動角t。BABt以O(shè)為圓心作圓并與導路相切，此即為偏距圓。O特別強調(diào)：推程運動角并非推程廓線所對應(yīng)的圓心角特別強調(diào)：推程運動角并非推程廓線所對應(yīng)的圓心角過B點作偏距圓的下切線，此線為凸輪與從動件在B點接觸時，導路的方向線。圖中為推程運動角的標法。882：圖示為一偏置直動從動件盤形凸輪。已知凸輪為以C為圓心的圓盤，問作圖標示尖頂從動件與凸輪在D點接觸時壓力角。D

47、ODOvF延長導路方向線。以延長導路方向線。以O(shè)為圓心作圓并與導路相切，此即為偏距圓。為圓心作圓并與導路相切，此即為偏距圓。 如圖所示。 過過D點作偏距圓的下切線，此線為凸輪與從動件在點作偏距圓的下切線，此線為凸輪與從動件在D點接觸時，點接觸時，導路的方向線導路的方向線連接連接OD凸輪與從動件在凸輪與從動件在D點接觸時的壓力角如圖所示。點接觸時的壓力角如圖所示。（從動件速度方向）。（從動件速度方向）。（正壓力方向）（正壓力方向）89第三節(jié)步進傳動第三節(jié)步進傳動一、棘輪機構(gòu)一、棘輪機構(gòu)外接棘輪機構(gòu)(點擊圖片演示動畫)內(nèi)接棘輪機構(gòu)摩擦式棘輪機構(gòu)(點擊圖片演示動畫)1 1 、棘輪機構(gòu)的工作原理和類型

48、、棘輪機構(gòu)的工作原理和類型90、棘輪機構(gòu)的特點和應(yīng)用、棘輪機構(gòu)的特點和應(yīng)用優(yōu)點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、運動可靠、調(diào)整方便；缺點：缺點：有噪聲和沖擊、容易磨損。應(yīng)用：應(yīng)用：低速、輕載下實現(xiàn)間歇運動。91工作臺的橫向進給指垂直于刨刀運動方向圖中：1、2 齒輪機構(gòu)2、3、4 曲柄搖桿機構(gòu)4、5、7 棘輪機構(gòu)6 絲杠齒輪1勻速轉(zhuǎn)動，搖桿4帶動棘爪往復運動，棘輪帶動絲杠間歇單向轉(zhuǎn)動，絲母（圖中未畫出）帶動工作臺及工件橫向進給。改變滑塊A的位置可改進橫向進給量。牛頭刨床工作臺的橫向進給機構(gòu)(點擊圖片演示動畫)92 93二二 槽輪機構(gòu)槽輪機構(gòu)1 1、 槽輪機構(gòu)的工作原理和類型槽輪機構(gòu)的工作原理和類型外嚙合槽輪機構(gòu)(點擊圖片演示動畫)圖5-44 內(nèi)槽輪步進機構(gòu)942 2、槽輪機構(gòu)的主要參數(shù)、槽輪機構(gòu)的主要參數(shù)953 3、槽輪機構(gòu)的特點及應(yīng)用、槽輪機構(gòu)的特點及應(yīng)用l特點：特點：結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、一個嚙合周期內(nèi)時而平穩(wěn)，時而沖擊，能準確控制轉(zhuǎn)角，但不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角。l應(yīng)用：應(yīng)用：低速、間歇轉(zhuǎn)動的裝置中。96三、不完全齒輪機構(gòu)三、不完全齒輪機構(gòu)鎖止弧S防止從動輪在停歇期間游動外嚙合不完全齒輪機構(gòu) 97不完全齒輪機構(gòu)的特點和應(yīng)用不完全齒輪