1、機 械 設 計 基 礎 第一章 緒 論 從一個機械設計師的角度出發(fā)，運用本課程的內(nèi)容和方法去分析問題和解決問題。 本章要點包括： 1. 機械的組成。 2. 機械設計的基本要求和一般程序。 3. 機械零件設計的基本知識和設計方法。本課程的研究對象：機械 機械為機器與機構(gòu)的總稱第一節(jié) 機械的組成一、機器 工廠中：車床、刨床、銑床、磨床等機加工設備。 農(nóng)村中：拖拉機、收割機等。 家庭中：冰箱、洗衣機、自行車等。 機器具有以下共同特征：（1）機器的主體是若干機構(gòu)的組合；（2）用于傳遞運動和動力；（3）具有變換或傳遞能量、物料或信息的功能。二、機構(gòu) 機構(gòu)是若干構(gòu)件的組合，各構(gòu)件間具有確定的相對運動，但不

2、具備機器的變換或傳遞能量、物料、信息的功能。 常用機構(gòu)： 連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、間歇機構(gòu)、齒輪機構(gòu)等。連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)齒輪機構(gòu)間歇機構(gòu)三、構(gòu)件和零件1. 構(gòu)件 機構(gòu)中作相對運動的各個運動單元稱為構(gòu)件。 構(gòu)件是運動的單元：可能是單一的剛體或是多個零件的剛性組合。如；內(nèi)燃機中的連桿。連桿1連桿體；2連桿蓋；3、4、5軸瓦；6螺栓；7螺母；8銷2. 零件零件是機器中的制造單元。零件分為兩類： （1）通用零件：各種機器中普遍使用的零件，如螺栓、鍵、帶輪、齒輪等。 （2）專用零件：特定類型機器中所使用的零件，如內(nèi)燃機中的活塞、凸輪、洗衣機中的波輪、葉片、吊鉤等。 2. 研究各種通用機械零件（連接件、傳動件

3、、軸系件等）的結(jié)構(gòu)、特點及工作原理、選用原則、設計和計算方法、使用及維護等。四、本課程研究的內(nèi)容 1. 常用機構(gòu)（平面連桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)）的組成形式和運動特性、選用原則，以及機器動力學基礎知識。2. 零件零件是機器中的制造單元。零件分為兩類： （1）通用零件：各種機器中普遍使用的零件，如螺栓、鍵、帶輪、齒輪等。 （2）專用零件：特定類型機器中所使用的零件，如內(nèi)燃機中的活塞、凸輪、洗衣機中的波輪、葉片、吊鉤等。第二節(jié) 機械設計的基本要求和一般程序 機械設計是根據(jù)用戶的需求，創(chuàng)造性地設計和制造出具有預期功能的新機械或改進現(xiàn)有機械的功能。一、機械設計的基本要求 （1）使用要求

4、：根據(jù)預期的使用功能，確定機構(gòu)的組合。 （2）經(jīng)濟性要求：機械的經(jīng)濟性體現(xiàn)在設計、制造和使用的全過程。 （3）人、機和環(huán)境要求：所設計的機械應使人、機和環(huán)境所組成的系統(tǒng)關系協(xié)調(diào)。 （4）可靠性要求：機械在規(guī)定的環(huán)境條件下和規(guī)定的使用期限內(nèi)，完成規(guī)定功能的一種特性。 （5）其它要求：不同的機械還有一些特殊的要求：如機床有長期保持精度的要求；飛機有減輕質(zhì)量的要求；食品機械有防止污染的要求等。產(chǎn)品規(guī)劃結(jié)構(gòu)方案設計原理方案設計技術(shù)設計施工設計可行性報告設計任務書原理方案圖結(jié)構(gòu)設計草圖總裝配圖部裝圖、零件圖技術(shù)文檔投產(chǎn)和售后服務二、機械設計的一般程序 二、機械設計的一般過程 1.產(chǎn)品規(guī)劃階段 根據(jù)市場預

5、測、用戶需求調(diào)查和可行性分析，制定出機器的設計任務書。 2.方案設計階段 方案設計是在功能分析的基礎上，確定機器的工作原理和技術(shù)要求，擬定機器的總體布置、傳動方案和機構(gòu)運動簡圖。 3.技術(shù)設計階段 將機器的功能原理方案具體化為機械及零部件的合理結(jié)構(gòu)，最后畫出總體設計圖。 4.施工設計階段 進行總裝配圖、部件裝配圖和零件工作圖的設計，完成全部生產(chǎn)圖紙并編制設計和使用說明書等技術(shù)文件。第三節(jié) 機械零件的主要失效形式和計算準則 一、機械零件的主要失效形式 失效：機械零件由于各種原因造成喪失正常工作能力的現(xiàn)象。1. 斷裂1）過載斷裂 零件在外載荷作用下，某一危險截面上的應力超過零件的強度極限時，造成過

6、載斷裂失效。 2）疲勞斷裂 零件在循環(huán)變應力作用下，長時間工作的零件，容易發(fā)生疲勞斷裂。如：齒輪輪齒根部的折斷。2. 過大的殘余變形 當作用在零件上的應力超過材料的屈服極限s時，零件將產(chǎn)生塑性變形。塑性變形改變零件的形狀和尺寸，破壞零件間的配合關系。 3. 表面失效磨損1) 2) 腐蝕3) 疲勞點蝕4. 破壞正常工作條件而引起的失效1) 帶傳動的過載打滑2) 重載齒輪傳動、 蝸桿傳動的齒面膠合與磨損磨損疲勞點蝕二、機械零件的計算準則 計算準則：針對不同失效形式建立的判定零件工作能力的條件，稱為工作能力計算準則。 1. 強度準則：零件在外載荷作用下所產(chǎn)生的最大應力不超過零件的許用應力。 由于強度

7、不足會引起機械零件斷裂、塑性變形、疲勞點蝕。強度條件： 2. 剛度準則：機械零件抵抗彈性變形的能力。剛度條件：3. 壽命準則影響零件壽命的主要因素是磨損、疲勞和腐蝕。1）耐磨性 摩擦與磨損與零件的結(jié)構(gòu)、摩擦副材料、熱處理方式、潤滑條件等諸多因素有關，設計時應運用摩擦學原理，綜合考慮上述因素。2）疲勞壽命應按使用壽命的疲勞極限進行計算。3）腐蝕壽命 目前尚無計算方法，選材時應根據(jù)防腐要求確定。 4. 振動穩(wěn)定性準則：設計時使機器中受激振作用的各零件的固有頻率與激振頻率錯開，以避免產(chǎn)生共振。 劇烈振動會影響機器的工作質(zhì)量和運轉(zhuǎn)精度，當機器的自振頻率與干擾頻率一致時，會發(fā)生共振，振幅急劇增大，使零件

8、失去穩(wěn)定性，使機器或零件損壞。 對高速轉(zhuǎn)動零件應作振動穩(wěn)定性計算，避開共振區(qū)。 5. 熱平衡準則：零件的工作溫度過高或由于摩擦生熱而形成高溫，會使零件產(chǎn)生熱變形、熱應力，破壞正常的潤滑條件，造成膠合破壞。 對連續(xù)工作的蝸桿傳動、滑動軸承通常需進行熱平衡計算。 三、機械零件設計的一般步驟 機械零件設計的一般步驟為： （1）根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類型并設計零件的結(jié)構(gòu)。 （2）根據(jù)零件的工作條件及對零件的特殊要求，選擇材料和熱處理方式。 （3）根據(jù)零件的工作情況建立零件的計算簡圖，計算作用在零件上的載荷。 （4）分析零件工作時可能出現(xiàn)的失效形式，確定滿足零件工作能力的計算準則，并計算出零件的

9、主要尺寸。 （5）根據(jù)工藝性及標準化等原則，進行零件的結(jié)構(gòu)設計。 （6）繪制出零件工作圖，編制設計計算說明書。 四、機械零件的設計方法 （1） 理論設計 1）設計計算 ：按設計公式直接求得零件的主要尺寸。 2）校核計算 ：已知零件的各部分尺寸，校核其是否能滿足有關的設計準則。 （2） 經(jīng)驗設計：根據(jù)對同類零件已有的設計與使用實踐，歸納出經(jīng)驗公式和數(shù)據(jù)，或者用類比法進行的設計稱為經(jīng)驗設計。 機械設計方法：常規(guī)設計方法、現(xiàn)代設計方法。 1常規(guī)設計方法以經(jīng)驗為基礎，以力學分析或?qū)嶒炐纬傻墓?、?jīng)驗數(shù)據(jù)、標準和規(guī)范作為設計依據(jù)，采用經(jīng)驗公式、模型或類比等的設計方法。 （3） 模型實驗設計：對于尺寸很大

10、，結(jié)構(gòu)復雜，工況條件特殊，又難以進行理論計算和經(jīng)驗設計的重要零件，可采用模型或樣機設計。 2現(xiàn)代設計方法 隨著新材料、新工藝、新技術(shù)等的不斷涌現(xiàn)，推動機械產(chǎn)品向大功率、高速度、高精度和自動化方向發(fā)展，產(chǎn)生了機械設計的現(xiàn)代設計方法。 主要表現(xiàn)在： （1）發(fā)展光機電一體化技術(shù)，提高機器的效率、生產(chǎn)率和自動化程度。 （2）采用斷裂力學、有限元方法、摩擦學、統(tǒng)計強度理論、相似理論、模擬仿真技術(shù)、模態(tài)分析技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)等新的理論和技術(shù)，使設計結(jié)果更加符合實際。 （3）采用優(yōu)化設計、可靠性設計和價值設計等方法，提高機械的性能，降低成本。 （4）利用計算機運算快速、準確，具有存儲和邏輯判斷功能等特點，并與圖

11、形分析、自動繪圖等相結(jié)合，在人機交互作用下進行計算機輔助設計（CAD）。 第五節(jié) 機械制造中常用材料及選擇一、常用材料1. 金屬材料1）鑄鐵鑄鐵和鋼都是鐵碳合金，區(qū)別在于含碳量不同。 鑄鐵是脆性材料，強度低、耐磨性差、不能碾壓和鍛造。但易熔性、流動性好，具有良好的鑄造工藝性。另外具有減震性，價格便宜。 鑄鐵的抗拉強度與抗壓強度之比為1：4，故鑄件在結(jié)構(gòu)上應盡量受壓不受拉。 鑄鐵常用于制造大型、形狀復雜的零件。如：機床床身、機座、箱體等。第五節(jié) 機械零件的常用材料和選擇原則一、機械零件的常用材料 機械零件常用的材料有鋼、鑄鐵、有色金屬和非金屬等，常用材料的牌號、性能及熱處理可查閱機械設計手冊。1

12、. 鋼 鋼的種類很多，按化學成分分為碳素鋼和合金鋼；按用途分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼；按質(zhì)量分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼；按脫氧程度分為鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼。鋼是機械制造中應用最廣泛的材料，制造機械零件時可以軋制、鍛造、沖壓、焊接和鑄造，并且可以用熱處理方法獲得較高的力學性能或改善加工性能。 鑄鐵是碳的質(zhì)量分數(shù)大于2.11的鐵碳合金。根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式的不同，鑄鐵分為白口鑄鐵、灰鑄鐵和麻口鑄鐵，根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)的不同分為：灰鑄鐵，石墨呈片狀；可鍛鑄鐵，石墨呈團絮狀；球墨鑄鐵，石墨呈球狀；蠕墨鑄鐵，石墨呈蠕蟲狀。3. 有色金屬合金 有色金屬合金具有良好的減摩性、跑合性、抗腐蝕性、

13、抗磁性和導電性等，在機械制造中常用的有銅合金、鋁合金和軸承合金等。由于產(chǎn)量少、價格較貴，應節(jié)約使用。2. 鑄鐵 灰鑄鐵屬脆性材料，抗拉性差，但抗壓性、耐磨性和抗振性較好，價格便宜，通常用作機架和殼體。 球墨鑄鐵是使鑄鐵中的石墨呈球狀，球墨鑄鐵的強度較灰鑄鐵高，且有一定的塑性，可代替鑄鋼和鍛鋼制造零件。4非金屬材料 橡膠是在生膠（天然橡膠或合成橡膠）中加入適量的硫化劑和配合劑組成的高分子彈性體。 機械制造中的非金屬材料有塑料、橡膠、陶瓷、木料、皮革等。 （1）工程塑料 工程上用于制造機械零件、工程結(jié)構(gòu)件的塑料，稱為工程塑料。優(yōu)點為：質(zhì)輕、比強度高，耐腐蝕性能、減摩性與自潤滑性能良好，絕緣性、耐電

14、弧性、隔聲性、吸振性優(yōu)，工藝性好。缺點為：強度、硬度、剛度低，耐熱性、導熱性差，熱膨脹系數(shù)大，易燃燒，易老化等。 工程塑料可用于制造齒輪、蝸輪、軸承、密封件、各種耐磨、耐腐、絕緣等零件。（2）橡膠 橡膠具有高彈性、較高的韌性、化學穩(wěn)定性、耐蝕性、耐磨性、吸振性、密封性，能與金屬、線織物、石棉等材料相連接。 橡膠按用途分為通用橡膠和特種橡膠兩類。通用橡膠用于制造傳動件、減振、防振件和密封件等；特種橡膠用于制造在特殊環(huán)境下工作的制品，如耐磨件、散熱管、電絕緣件、高級密封件、耐熱零件等。5新材料 近年來出現(xiàn)了許多新型材料，如復合材料、納米材料和其他功能材料。 （1） 復合材料：復合材料由基體材料與增

15、強材料組成，它具有：密度小，比強度、比彈性模量高；抗疲勞性能、高溫性能好；具有隔熱、耐磨、耐蝕、減振性及特殊的光、電、磁方面的特性。 常用復合材料有碳纖維樹脂復合材料、玻璃鋼、金屬陶瓷等。 （2）金屬陶瓷是一種將顆粒狀的增強體均勻分散在基體內(nèi)得到的復合材料。 金屬陶瓷常用作耐高溫零件及切削加工刀具的材料。 （3）納米材料又稱超微細材料，其核子粒徑范圍在1100nm（1nm=10-9m）之間，納米材料具有優(yōu)異的電、磁、光、力學、化學等特性，作為一種新型材料，在機械、電子、冶金、宇航、生物等領域有廣泛的應用前景。二、機械零件常用材料的選擇原則 機械零件的使用性能、工作可靠性和經(jīng)濟性與材料的選擇有很

16、大關系。因此，設計師在選擇材料時，應充分了解材料的性能和適用條件，并考慮零件的使用、工藝和經(jīng)濟性等要求。 1使用要求 為保證機械零件不失效，應根據(jù)零件所承受載荷的大小、性質(zhì)以及應力狀態(tài)，對零件尺寸及質(zhì)量的限制，針對零件的重要程度，對材料提出強度、剛度、彈性、塑性、沖擊韌度、吸振性能等力學性能方面的要求。同時，由于零件工作環(huán)境等其他要求，對材料可能還有密度、導熱性、抗腐蝕性、熱穩(wěn)定性等物理性能和化學性能方面的要求。 2工藝要求 選擇零件材料時必須考慮到制造工藝的要求。 3經(jīng)濟性要求 從經(jīng)濟觀點出發(fā)，在滿足性能要求的前提下，應盡可能地選用價格低廉、資源豐富的材料。第六節(jié)機械零件的制造工藝性及標準化

17、 一、 機械零件的工藝性 設計師在設計機械零部件的結(jié)構(gòu)時，必須考慮結(jié)構(gòu)的工藝性。在保證使用功能的前提下，力求所設計的零部件在制造過程中生產(chǎn)率高、材料消耗少、生產(chǎn)成本低、能源消耗少。同時，設計師還必須了解零件的制造工藝，從材料選擇、毛坯制造、機械加工、裝配以及維修等環(huán)節(jié)考慮有關的工藝問題。 零件結(jié)構(gòu)工藝性的好壞關系機器的性能和經(jīng)濟性，關于零件工藝性方面的知識，讀者可以查閱機械設計手冊和相關書籍。二、機械設計中的標準化 零件的標準化、部件的通用化和產(chǎn)品的系列化是我國實行的一項重要的技術(shù)經(jīng)濟政策。 1通用化是在設計系列產(chǎn)品時，采用同一結(jié)構(gòu)和尺寸的零部件。它可以減少產(chǎn)品的規(guī)格、形狀、尺寸和材料品種等，

18、實現(xiàn)通用互換。 2系列化是將產(chǎn)品尺寸和結(jié)構(gòu)按尺寸大小分檔，按一定規(guī)律優(yōu)化組合成產(chǎn)品系列，以減少產(chǎn)品型號數(shù)目，系列化是標準化的重要內(nèi)容。 3標準化是為了減輕設計工作量，把主要精力用于關鍵零部件的創(chuàng)新設計；由專門工廠集中生產(chǎn)標準零部件，利于降低成本，提高互換性；改進和提高產(chǎn)品質(zhì)量，擴大和開發(fā)新產(chǎn)品，便于維修和更換。 我國現(xiàn)行標準分為國家標準（強制性標準：GB，推薦性標準：GB/T）、行業(yè)標準（如JB、YB等）和企業(yè)標準三個等級。隨著我國加入 WTO 后，為了增強我國產(chǎn)品在國際市場的競爭力，我國的標準化工作正在與國際標準化組織的標準ISO接軌。 在機械設計中采用標準零件，在試驗和檢驗中采用標準方法，

19、對零件的設計參數(shù)采用標準數(shù)值，將會提高產(chǎn)品的設計質(zhì)量和經(jīng)濟效益。 一、課程性質(zhì) “機械設計基礎”是一門技術(shù)基礎課程，主要研究機器中常用機構(gòu)和通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、基本的設計原理和計算方法。通過本課程的學習，可以使學生能綜合運用先修課程的知識（如機械制圖、機械制造基礎、理論力學、材料力學等），培養(yǎng)學生初步具有簡單機械傳動裝置的設計能力，為進一步學習專業(yè)課和今后從事機械設計工作打下基礎。第七節(jié) 本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務二、基本要求 （1）掌握常用機構(gòu)的組成、運動特性，初步具有分析和設計常用機構(gòu)的能力。對機械動力學的基本知識有所了解。 （2）掌握通用機械零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、設計計算和維

20、護等知識，并具有設計簡單機械傳動裝置的能力。 （3）具有應用標準、規(guī)范、手冊、圖冊等有關技術(shù)資料的能力。 （4）獲得實驗技能的初步訓練。 第二章 平 面 機 構(gòu) 的 結(jié) 構(gòu) 分 析第二章 平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)平面機構(gòu)：機構(gòu)中所有構(gòu)件都位于同一平 面內(nèi)或相互平行平面內(nèi)的機構(gòu) 空間機構(gòu)本章只介紹平面機構(gòu)。重點內(nèi)容： 2繪制機構(gòu)簡圖 3計算機構(gòu)的自由度1機構(gòu)的組成原理 機構(gòu)是由若干構(gòu)件用運動副相互連接組成的，因此，構(gòu)件和運動副是組成機構(gòu)的兩大基本要素。第一節(jié) 平面機構(gòu)的組成一、構(gòu)件：構(gòu)件是組成機構(gòu)的最小運動單元。機構(gòu)中的構(gòu)件分為機架、原動件和從動件三類。 在一個機構(gòu)中，只有一個構(gòu)件作為機架。在活動

21、構(gòu)件中至少有一個構(gòu)件為原動件，其余的活動構(gòu)件為從動件。 （1）機架（固定件） ：用來支承活動構(gòu)件的構(gòu)件稱為機架。如：內(nèi)燃機的缸體。 （2）原動件：驅(qū)動力所作用的構(gòu)件，其運動規(guī)律已知。如：內(nèi)燃機的活塞。 （3）從動件：機構(gòu)中隨原動件運動的其余活動構(gòu)件。如：內(nèi)燃機中的連桿、曲柄。二、構(gòu)件的自由度和約束1構(gòu)件的自由度定義：構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立自由運動。 （1） 空間的自由構(gòu)件 具有六個自由度如：飛行著的飛機 （2）平面的自由構(gòu)件 具有三個自由度xyz 2約束 約束：對構(gòu)件獨立運動所加的限制。 約束是由兩構(gòu)件直接接觸而產(chǎn)生的，不同的接觸方式可產(chǎn)生不同的約束。當構(gòu)件受到約束時，其自由度隨之減少。三、運動副

22、及其分類 運動副：兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運動的連接稱為運動副。 （1）轉(zhuǎn)動副 約束了兩個方向的移動自由度，只保留一個在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動的自由度。（2）移動副 約束了沿一個方向的移動自由度和在平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動自由度，只保留一個方向的移動的自由度。 根據(jù)兩構(gòu)件間接觸方式的不同，運動副可分為低副和高副兩大類。1低副：兩構(gòu)件通過面接觸所構(gòu)成的運動副稱為低副2高副高副：構(gòu)件通過點或線接觸組成的運動副。平面高副a) 車輪與鋼軌 b) 凸輪副 c) 齒輪副機械中常見高副：如車輪1與鋼軌組成的運動副、 凸輪副和齒輪副。3空間運動副（1）球面副（2） 螺旋副球面副和螺旋副a) 球面副 b) 螺旋副 四、高副與低副

23、的比較 1. 在高副連接中，構(gòu)件間為點接觸或線接觸，接觸應力大，易磨損。 低副連接中，構(gòu)件間為面接觸，承載能力高。故重型機械中多采用低副連接。如：軋鋼機中的滑動軸承。 2. 在傳遞和轉(zhuǎn)換各種復雜運動方面，高副比低副優(yōu)越，且結(jié)構(gòu)簡單，在自動機床中多采用高副連接。如：凸輪機構(gòu)。 3. 低副構(gòu)件的加工面多為圓柱面或平面，易于加工。第二節(jié) 平面機構(gòu)的運動簡圖 機構(gòu)運動簡圖：用簡單的線條和規(guī)定的符號來表示構(gòu)件和運動副，并按一定比例定出各運動副的位置。這種表示機構(gòu)中各構(gòu)件間相對運動關系的簡單圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖。其圖形未按照精確比例繪制的簡圖稱為機構(gòu)示意圖。1運動副表示方法平面運動副的表示符號一、構(gòu)件與

24、運動副的表示方法 常用的運動副類型及表示符號見表2-1。其余運動副和構(gòu)件的表示方法可參見國家標準GB/T 4460-1984。2構(gòu)件表示方法兩副構(gòu)件三副構(gòu)件機架同一構(gòu)件3. 機構(gòu)簡圖圓柱齒輪機構(gòu)錐齒輪機構(gòu)蝸桿蝸輪機構(gòu)齒輪齒條機構(gòu)二、機構(gòu)運動簡圖的繪制方法 機構(gòu)的運動僅與組成機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目、運動副的類型和數(shù)目及相對位置有關，而與機構(gòu)的復雜外形和具體結(jié)構(gòu)無關。連桿簡圖繪制機構(gòu)簡圖的步驟： （1）分析機構(gòu)的運動，認清固定件、原動件和從動件。 （2）按照運動的傳遞順序，確定構(gòu)件的數(shù)目及運動副的類型和數(shù)目。 （3）合理選擇視圖，并確定一個瞬時的機構(gòu)位置。 （4）選擇適當?shù)谋壤?，測定各運動副中心之間的相

25、對位置和尺寸。 （5）從原動件開始，按照活動構(gòu)件間運動傳遞的順序，用選定的比例尺和規(guī)定的構(gòu)件與運動副的符號，繪制機構(gòu)運動簡圖。舉例：內(nèi)燃機1汽缸 2活塞 3連桿 4曲軸 5、6齒輪 7凸輪 8頂桿壓力機a）結(jié)構(gòu)圖 c）機構(gòu)運動簡圖1電動機 2、3帶輪 4連桿 5曲軸 6、7齒輪 8滑塊第三節(jié) 平面機構(gòu)的自由度 平面機構(gòu)的自由度：機構(gòu)的總自由度數(shù)目。 構(gòu)件組成機構(gòu)后，由于運動副的約束作用，自由度數(shù)減少。 影響機構(gòu)自由度的因素: a. 自由構(gòu)件數(shù)目； b. 運動副（數(shù)目、類型）。123三桿不能動 (桁架) 01234512五桿機構(gòu)2四桿機構(gòu)123411 在平面機構(gòu)中，每個低副使構(gòu)件失去兩個自由度；

26、每個高副使構(gòu)件失去一個自由度。 平面機構(gòu)自由度計算公式為：F = 3n - 2PL - PH n 活動構(gòu)件數(shù) PL 機構(gòu)中低副數(shù)目 PH 機構(gòu)中高副數(shù)目 三桿桁架：F=3223=0 四桿機構(gòu)：F=3324=1 五桿機構(gòu)：F=3425=2二、 平面機構(gòu)具有確定運動的條件 機構(gòu)的原動件數(shù)目機構(gòu)的自由度數(shù)。 機構(gòu)能夠運動的條件：機構(gòu)的自由度大于零。 三、計算機構(gòu)自由度時應注意的問題 1復合鉸鏈：兩個以上的構(gòu)件在同一軸線上組成的轉(zhuǎn)動副。復合鉸鏈處的回轉(zhuǎn)副數(shù)為（K-1）個。K構(gòu)件數(shù)1234慣性篩機構(gòu)5F=35 - 26 = 3 F=35 - 27 = 1 2局部自由度：與整個機構(gòu)運動無關的自由度。計算機

27、 構(gòu)自由度時應予排除。 目的：變滑動磨擦為滾動磨擦，以減少磨損。 計算時應將該構(gòu)件連同運動副一起除去。F=33 - 23 -1 = 2 F=32 - 22 -1 = 1 3虛約束：對機構(gòu)運動起不到限制作用的重復約束 目的：改善受力情況，必須加工、安裝準確。 齒輪2為虛約束（1）軌跡相同（2）移動副導路平行（3）轉(zhuǎn)動副軸線重合（4）對稱結(jié)構(gòu) 平面機構(gòu)的自由度等于機構(gòu)中活動構(gòu)件的自由度總數(shù)減去由運動副引入的約束總數(shù)。結(jié)論： 1機構(gòu)的自由度取決于機構(gòu)中活動構(gòu)件的數(shù)量和運動副的類型及數(shù)目。 2機構(gòu)的自由度F1，否則不能運動，不成為機構(gòu)。 3要使機構(gòu)運動確定，必須使機構(gòu)原動件的數(shù)目等于機構(gòu)的自由度數(shù)。

28、解題步驟： 1) 首先找出復合鉸鏈、局部自由度、虛約束。 2) 確定 n=? PL=? PH=? 3）代入公式 F = 3n - 2PL - PH 計算。 例題1.已知一機構(gòu)如圖所示，求其自由度？解：n=3 PL= 4 PH= 0 F = 3n - 2PL - PH=33-2 4=1 即該機構(gòu)只有一個自由度，F(xiàn)0, 與原動件數(shù)相同（構(gòu)件4為原動件）。所以，滿足機構(gòu)具有確定運動的條件。 例題2.計算圖示六桿機構(gòu)的自由度,并判定機構(gòu)運動是否確定。解：n = 5 PL= 712345611 PH = 0 因為機構(gòu)的自由度數(shù)與給定的原動件數(shù)相等，所以該機構(gòu)具有確定運動。例題3.計算圖示牛頭刨床主傳動機

29、構(gòu)的自由度。解：n = = 6PL = 8PH = 1F = 3n -2 PL - PH =36 - 28 - 1= 1例題4. 已知一機構(gòu)如圖所示，求其自由度。解：1. A、B、C、D處為復合鉸鏈 2. n=7 PL= 10 PH=0 F=3n-2PL-PH=37-210-0=1 即該機構(gòu)只有一個自由度，與原動件數(shù)相同（桿8為原動件）。所以,滿足機構(gòu)具有確定運動的條件。例題5. 已知一機構(gòu)如圖所示，求其自由度。解：n=4 PL= 6 PH=0 F=3n-2PL-PH=34-26-0=0 即該機構(gòu)自由度為0 ，它的各構(gòu)件之間不能產(chǎn)生相對運動。12345例題6. 計算大篩機構(gòu)的自由度？解：E或

30、E 為虛約束，C為復合鉸鏈，F(xiàn)為局部自由度。 n=7 PL= 9 PH=1 F=3n-2PL-PH=37-29-1=2 即該機構(gòu)自由度為2 ，所以有兩個原動件，即AB、凸輪O。 第 三 章 平 面 連 桿 機 構(gòu) 第三章 平面連桿機構(gòu) 平面連桿機構(gòu)中以四個構(gòu)件組成的平面四桿機構(gòu)（簡稱四桿機構(gòu)）應用最為廣泛，本章主要介紹四桿機構(gòu)的設計方法。 平面連桿機構(gòu)由若干構(gòu)件通過低副連接組成，所有構(gòu)件在同一平面或相互平行平面內(nèi)運動的機構(gòu)，又稱平面低副機構(gòu)。曲柄234連桿1搖桿機架 優(yōu)點是：運動副為面接觸，壓強較小，磨損較輕，便于潤滑，故可承受較大載荷；低副幾何形狀簡單，加工方便；能實現(xiàn)較復雜的運動軌跡。 缺

31、點是：運動副的制造誤差會引起誤差累積較大，致使慣性力較大；不易實現(xiàn)精確的運動規(guī)律，因此，連桿機構(gòu)不適宜高速傳動。 第一節(jié) 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式及應用鉸鏈四桿機構(gòu)運動副均采用轉(zhuǎn)動副的四桿機構(gòu)組成：曲柄1：作整周轉(zhuǎn)動 連桿2：平面運動（平動+轉(zhuǎn)動） 搖桿3： 角內(nèi)作變速擺動 機架4：固定桿 鉸鏈四桿機構(gòu)按兩連架桿的運動形式不同分為三種基本形式：即曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)。一、曲柄搖桿機構(gòu)若鉸鏈四桿機構(gòu)的兩個連架桿，一個為曲柄，另一個為搖桿，則該機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)。 曲柄和搖桿均可作為原動件，當曲柄為原動件時，搖桿作變速往復擺動。鉸鏈四桿機構(gòu)a)曲柄搖桿機構(gòu)b) 雙曲柄機構(gòu)c) 雙搖桿

32、機構(gòu)實例：曲柄為原動件 雷達天線俯仰機構(gòu) 和面機機構(gòu)實例：搖桿為原動件1234曲軸踏板連桿縫紉機的踏板機構(gòu)二、雙曲柄機構(gòu)兩個連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。 圖示慣性篩中的鉸鏈四桿機構(gòu)就是雙曲柄機構(gòu)。 主動曲柄1等速轉(zhuǎn)動，從動曲柄3變速轉(zhuǎn)動，通過附加連桿5帶動篩6作變速反復運動。1234 慣性篩機構(gòu)56雙曲柄機構(gòu)的特殊情況1正平行四邊形機構(gòu)ABCD 當主動曲柄AB作等速轉(zhuǎn)動時，從動曲柄CD以相同的角速度沿同一方向轉(zhuǎn)動，連桿 BC作平動。 正平行四邊形機構(gòu)具有等傳動比特點，故在機械中應用較多。實例：機車車輪聯(lián)動機構(gòu)；萬能繪圖儀等。 機車車輪聯(lián)動 1、3、4曲柄；2連桿；5機架結(jié)構(gòu)特點

33、：對邊相等且平行。2反平行四邊形機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：對邊相等，但不平行。 當主動曲柄作等速轉(zhuǎn)動時，從動曲柄作反向變速轉(zhuǎn)動。ABDC汽車車門啟閉機構(gòu)正平行四邊形機構(gòu)的運動不確定性 正平行四邊形機構(gòu)在一個運動循環(huán)中，四個構(gòu)件兩次共線，致使機構(gòu)可能兩次出現(xiàn)運動不確定狀態(tài)。此時，從動曲柄可能會發(fā)生變向轉(zhuǎn)動，變成反正平行四邊形機構(gòu)。避免措施：a) 利用從動曲柄本身的質(zhì)量或附加飛輪的慣性導向。 b) 采用兩套相同機構(gòu)，錯開死點位置。三 、雙搖桿機構(gòu) 兩個連架桿都是搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。實例： 飛機起落架機構(gòu) 鶴式起重機機構(gòu)等腰梯形機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：兩個搖桿的長度相等。 汽車轉(zhuǎn)彎時，要求整個車身繞一點轉(zhuǎn)動

34、，使四個車輪均能在地面上做純滾動，避免輪胎與路面滑動而損傷。等腰梯形機構(gòu)能近似滿足這一要求。汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)第二節(jié) 鉸鏈四桿機構(gòu)的傳動特性一、急回運動性質(zhì)和行程速比系數(shù) 設計機器時，常要求機器的執(zhí)行機構(gòu)在工作行程以較低的速度運動，以獲得較大的工作力。而回程以較高的速度運動，以提高機器的工作效率。這就是急回特性。曲柄搖桿機構(gòu) 1搖桿的極限位置 曲柄搖桿機構(gòu)，曲柄AB 轉(zhuǎn)動一周，兩次與連桿 BC共線。這兩個位置為極限位置。2擺角 擺桿兩極限位置間的夾角。 3極位夾角 曲柄與連桿兩次共線時，曲柄兩位置所夾的銳角。4行程速比系數(shù)K 曲柄沿順時針方向勻速轉(zhuǎn)動，ABCD為曲柄搖桿機構(gòu)的任意工作位置。 當曲

35、柄轉(zhuǎn)到 AB1位置時，曲柄與連桿重疊成一條直線；當曲柄轉(zhuǎn)到 AB2位置時，曲柄與連桿拉直成一條直線。急回運動特性可用行程速比系數(shù)K 表示，即將上式整理后，可得極位夾角的計算公式： 注意：曲柄搖桿機構(gòu)的急回運動性質(zhì)，取決于極位夾角。若 0，K1，則該機構(gòu)沒有急回運動性質(zhì)；若 0，K1，則該機構(gòu)具有急回運動性質(zhì)，且角越大，K值越大，急回運動性質(zhì)也越顯著。 對于要求具有急回運動性質(zhì)的機械，可根據(jù)K值，計算出角，以便設計出各桿的尺寸。二、壓力角和傳動角FFtv1壓力角 從動件所受壓力F與受力點速度之間所夾的銳角稱為壓力角。有效分力： Ft = Fcos 是影響機構(gòu)傳力性能的主要因素壓力角越小，機構(gòu)的傳

36、力性能越好，理想情況是=0 。2傳動角壓力角的余角稱為傳動角。 + =9003四桿機構(gòu)的壓力角及傳動角 傳動角是連桿與從動件（搖桿）間所夾的銳角。 越小， 越大，機構(gòu)的傳力性能越好。 4許用值一般傳動： = 400 即： min 400 高速大功率傳動：= 500 即：min 500四桿機構(gòu)的壓力角和傳動角 機構(gòu)運轉(zhuǎn)過程中，傳動角（或壓力角）是變化的，為了保證機構(gòu)能正常工作，常取最小傳動角min大于或等于許用傳動角 5最大壓力角及最小傳動角的確定 機構(gòu)在運動過程中，壓力角是變化的，是從動構(gòu)件位置的函數(shù)。 曲柄搖桿機構(gòu)的最小傳動角min出現(xiàn)在圖中的曲柄與機架共線時的其中一個位置即AB或AB處。四

37、桿機構(gòu)的壓力角和傳動角三、死點位置 當搖桿主動時, 在搖桿處于極限位置C1D和C2D時，連桿與曲柄兩次共線，機構(gòu)的該位置稱為死點位置。1死點位置的特性： （1）不動。 （2）運動不定 2克服死點位置的措施（1）利用飛輪的慣性沖過死點位置。（縫紉機大帶輪）（2）使機構(gòu)的死點錯開。 3. 死點位置的應用 在曲柄搖桿機構(gòu)中，只有以搖桿為主動件時才會出現(xiàn)死點位置，當以曲柄為主動件時，不存在死點問題。 鉆床夾具的夾緊機構(gòu)V型發(fā)動機機構(gòu)第三節(jié) 鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件 一、曲柄搖桿機構(gòu)存在曲柄的條件 如圖：為使曲柄作整周轉(zhuǎn)動，曲柄必須能順利通過與機架共線的兩個位置 AB 和AB。即必須在兩次共線位置分別

38、形成BCD和BCD。 在BCD 中，根據(jù)三角形任意兩邊的長度之差必小于或等于第三邊的長度。得： 鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件 在BCD中，根據(jù)三角形任意兩邊長度之和必大于或等于第三邊的長度。得：（3-3）（3-4）（3-5）（3-6）聯(lián)解式 （3-4）、（3-5）、（3-6）得：圖3-16 鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件為： （1）曲柄搖桿機構(gòu)中，曲柄為最短桿； （2）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。lmin + lmax l其余1 + l其余2 二、鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本類型間的關系 當鉸鏈四桿機構(gòu)滿足曲柄存在條件時，取不同桿為機架，即可得到不同形式的鉸鏈

39、四桿機構(gòu)。 （1）若取最短桿為機架，該機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)； （2）若取最短桿的任一相鄰桿為機架，該機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)； （3）若取最短桿的相對桿為機架，該機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。 注意：在鉸鏈四桿機構(gòu)中，當最短桿與最長桿的長度之和大于其余兩桿長度之和時，無論取那一桿為機架，該機構(gòu)均為雙搖桿機構(gòu)。 第四節(jié) 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化 一、演化為曲柄滑塊機構(gòu) 在鉸鏈四桿機構(gòu)中，鉸鏈中心 C的運動軌跡為 mm圓弧，隨著構(gòu)件3的增長，mm弧越平直。當構(gòu)件3無窮長時， mm圓弧變成直線，回轉(zhuǎn)副轉(zhuǎn)化為移動副，則曲柄搖桿機構(gòu)演化成曲柄滑塊機構(gòu)。1演化過程2曲柄滑塊機構(gòu)的類型（1）對心曲柄滑塊機構(gòu) 滑塊的導路中心線mm通過曲

40、柄的回轉(zhuǎn)中心 A 。該機構(gòu)無急回特性。 （2）偏置曲柄滑塊機構(gòu) 滑塊的導路中心線mm與曲柄回轉(zhuǎn)中心 A的偏距為 e 。該機構(gòu)具有急回特性。 曲柄滑塊機構(gòu)廣泛用于內(nèi)燃機、沖床、空氣壓縮機及往復式水泵等機械中。二、變換機構(gòu)的機架1導桿機構(gòu)（1）演化方法 取曲柄滑快機構(gòu)的曲柄為機架。（2）結(jié)構(gòu)特點 構(gòu)成移動副的兩個構(gòu)件均為活動構(gòu)件，滑快相對桿4滑動，并隨桿4轉(zhuǎn)動。故稱為導桿機構(gòu)。（3）類型1）轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)桿2與桿4均作整周轉(zhuǎn)動。2413六缸回轉(zhuǎn)式油泵1機架； 2連桿； 3活塞； 4轉(zhuǎn)動導桿。2）擺動導桿機構(gòu) 桿4只能作往復擺動，故稱擺動導桿機構(gòu) 擺動導桿機構(gòu)具有急回特性。 滑快3對導桿4的作用力始終

41、與導桿垂直，壓力角=00,傳力性能最好。1234Fv34牛 頭 刨 床2搖塊機構(gòu) 構(gòu)件1 和 4 均可作為主動件。工作時，構(gòu)件3與4相對滑動，并一起繞C點轉(zhuǎn)動?；瑝K3繞 C點擺動，故稱搖塊機構(gòu)。 C卡車車廂自動翻轉(zhuǎn)卸料機構(gòu)1車身；2車廂；3液壓缸；4推桿曲柄搖塊機構(gòu)3移動導桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)） 一般取構(gòu)件1為原動件，構(gòu)件2繞C點往復擺動，構(gòu)件4相對構(gòu)件3作往復移動。移動導桿機構(gòu) 取曲柄滑塊機構(gòu)中的滑塊為機架。如：手壓抽水機1234三、演化成偏心輪機構(gòu) 將圖示機構(gòu)中的回轉(zhuǎn)副 B（曲柄銷）的半徑擴大，直至超過曲柄AB的長度。則曲柄變成幾何中心與回轉(zhuǎn)中心不重合的圓盤，兩中心間的距離稱偏心距，等于曲柄長

42、度。 由于演化后曲柄變成偏心輪，故稱偏心輪機構(gòu)。偏心輪機構(gòu)是通過擴大回轉(zhuǎn)副而演化出的新機構(gòu)。偏心輪機構(gòu) 當曲柄搖桿機構(gòu)及曲柄滑塊機構(gòu)的曲柄較短時，或曲柄銷承載較大時，通常將曲柄用偏心輪代替?？稍龃筝S徑尺寸，提高其強度和剛度。 另外，當機構(gòu)需安裝在軸的中部時，（偏心輪與軸一體）便于安裝整體式連桿，使結(jié)構(gòu)簡化。 偏心輪機構(gòu)廣泛用于沖床、剪床、鍔式破碎機、內(nèi)燃機等機械中。四、平面四桿機構(gòu)的演化關系 擺動導桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)導桿機構(gòu)搖塊機構(gòu)定塊機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)偏心輪機構(gòu)（改換機架）（變回轉(zhuǎn)副為移動副）（改換機架）（擴大回轉(zhuǎn)副）（改變構(gòu)件尺寸）第五節(jié) 平面四桿機構(gòu)的設計

43、平面四桿機構(gòu)的設計主要是根據(jù)給定的工作要求，在滿足幾何條件、運動條件和動力條件情況下，選擇機構(gòu)的類型和確定機構(gòu)各構(gòu)件的幾何尺寸。一、設計類型1實現(xiàn)已知的運動規(guī)律 如：要求曲柄搖桿機構(gòu)的曲柄等速回轉(zhuǎn)，而擺桿擺動一定角度并急速返回。2實現(xiàn)已知的運動軌跡如：電影放映機的過片機構(gòu)二、設計方法 圖解法、解析法、實驗法三、圖解法設計1. 按給定行程速比系數(shù)K設計 該方法用于設計具有急回運動性質(zhì)的平面四桿機構(gòu)，即：曲柄搖桿機構(gòu)、偏置曲柄滑塊機構(gòu)和擺動導桿機構(gòu)。一般設計方法：1）先根據(jù)工作要求確定行程速比系數(shù) K； 2）根據(jù)機構(gòu)在極限位置的幾何關系，結(jié)合有關輔助條件，確定機構(gòu)的運動簡圖及各構(gòu)件的幾何尺寸。 當

44、曲柄搖桿機構(gòu)的搖桿處于兩極限位置時各構(gòu)件間的尺寸關系。 搖桿處于極限位置時，曲柄與連桿共線。極位夾角當搖桿處于 C1D位置時： AC1=BC-AB ( 1 ) 當搖桿處于 C2D位置時： AC2=BC+AB ( 2 )聯(lián)解（1）、（2）得：AC2-AC1=2ABAC1+AC2=2BC偏置的曲柄滑塊機構(gòu)也滿足上述關系。例1： 設計一曲柄搖桿機構(gòu)，已知搖桿長度l,擺角，及行程速比系數(shù)K。設計此機構(gòu)。設計步驟： 2. 由給定的行程速比系數(shù) K，計算極位夾角。 3. 選定固定鉸鏈D的中心位置，根據(jù)搖桿長度l和擺角作出搖桿的兩個極限位置C1D和C2D。1. 選取比例尺：L= Xmm/mm 5. 作C1C

45、2N=900-，使C2N與C1M交于P點。則C1PC2=。 4. 連接 C1C2，并作C1MC1C2。 6. 作C1PC2的外接圓，在圓周上任選一點 A作為曲柄與機架所組成鉸鏈的中心。 7. 連接AC1和AC2，則C1AC2= C1PC2=。AC1和AC2為曲柄與連桿兩次共線的位置。 8. 由機構(gòu)在極限位置時各構(gòu)件間的相互關系：曲柄長度： 9. 以A為圓心，l1 為半徑作圓，與C1A的延長線交于B1 點，與 AC2交于B2點。連桿長度： l2=B1C1=B2C2機架長度：l4= AD按比例作圖，各構(gòu)件長度等于圖中尺寸比例尺。 由于A點是在C1PC2外接圓上任選的一點，故按 K設計可得無窮多解。

46、A點的位置不同，機構(gòu)的傳動角不同。為獲得良好的傳動性能，可按最小傳動角或其它輔助條件確定A點的位置。 A 點沿圓周上移，機構(gòu)的壓力角最大值減小。 例2. 按給定的連桿兩位置及其長度設計鉸鏈四桿機構(gòu) 在沒有其它輔助條件下，有無窮多解。 2. 按給定的連桿長度和工作位置設計圖3-20 按給定連桿兩位置設計四桿機構(gòu)例3： 按給定的連桿三位置及其長度設計鉸鏈四桿機構(gòu)。 具有確定解。圖3-21 按給定連桿三位置設計四桿機構(gòu)3. 實驗法 圖示為描繪連桿曲線模型的機構(gòu)簡圖。 各桿長度可調(diào)節(jié)，連桿擴展成一塊板，板上的孔代表連桿上的不同位置，當機構(gòu)運動時，各點就繪出不同形狀的軌跡曲線。圖3-22連桿曲線的繪制連

47、桿曲線圖譜 平面連桿機構(gòu)的連桿曲線是高階曲線，設計時使連桿上某點實現(xiàn)給定的運動軌跡是十分復雜的，工程中常用連桿曲線圖譜設計。有7000條連桿曲線可供選擇。圖3-23四連桿機構(gòu)分析圖譜 圖中以原動曲柄的長度為單位長度，其它各桿的長度以相對曲柄長度的比值表示。 圖中每一條連桿曲線均由72根長短不等的線段組成，沿曲線測量相鄰兩線段間的距離，可得曲柄每轉(zhuǎn)50時連桿上該點的位移。根據(jù)曲柄轉(zhuǎn)速還可以計算該點位移的平均速度及加速度的近似值。圖譜的應用： 根據(jù)要求實現(xiàn)的運動軌跡，先從圖譜中查取與其相似的連桿曲線及各構(gòu)件的長度比值，再求出實際曲線與圖譜曲線間的倍數(shù)關系，從而確定出各構(gòu)件的實際尺寸。 第 四 章

48、凸 輪 機 構(gòu)推桿凸輪第一節(jié) 凸輪機構(gòu)的應用和分類一、凸輪機構(gòu)的應用 凸輪機構(gòu)能將主動件的連續(xù)等速運動變?yōu)閺膭蛹耐鶑妥兯龠\動或間歇運動。在自動機械、半自動機械中應用非常廣泛。內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu) 組成：凸輪、從動件、機架三部分組成。二、凸輪機構(gòu)的分類 1按凸輪的形狀分（1）盤形凸輪 盤形凸輪是繞固定軸線轉(zhuǎn)動并有變化輪廓向徑的盤形零件，從動件在垂直于凸輪軸線的平面內(nèi)運動。它是凸輪的基本形式。 內(nèi)燃機配氣機構(gòu)圖 自動鉆床送進機構(gòu)（2）移動凸輪 凸輪相對機架作往復直線運動。移動凸輪可看成是由盤形凸輪的半徑趨于無窮大時演化而成的?？p紉機切斷織物的移動凸輪機構(gòu)（3）圓柱凸輪 圓柱凸輪是利用圓柱體的頂面或

49、圓周上的凹槽推動從動桿按預定規(guī)律運動。 圓柱凸輪可看成是將移動凸輪卷成圓柱體形成的。 盤形凸輪和移動凸輪屬平面凸輪，圓柱凸輪屬空間凸輪。自動送料機構(gòu)2按從動件的型式分 （1）尖頂從動桿 由于從動桿的尖頂能與凸輪輪廓的各點接觸，故可實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律。但尖頂易磨損，只適用于低速、輕載的凸輪機構(gòu)。（2）滾子從動桿 由于從動桿上安裝了滾輪，故較尖頂耐磨損，可承受較大載荷，是常用的從動件形式。但可實現(xiàn)的運動規(guī)律有局限性，且滾子處有間隙，不宜用于高速。（3）平底從動桿 從動件與凸輪接觸的一端是平面。傳力性能好，當不計摩擦力時，壓力角 = 0。有利于在接觸面間形成潤滑油膜，常用于高速凸輪機構(gòu)中。 平底從動

50、桿只能與全部外凸輪廓凸輪作用，運動規(guī)律受到一定限制。三、凸輪機構(gòu)的封閉裝置 封閉裝置是確保從動桿始終與凸輪保持接觸，常用的封閉方法為：1.重力；2. 彈簧；3. 凸輪的凹槽。 四、凸輪機構(gòu)的特點 1只需確定適當?shù)耐馆嗇喞涂墒箯膭蛹玫筋A期的運動規(guī)律，結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，易于設計，因此，廣泛應用于各種機械、儀器和控制裝置中。 2凸輪機構(gòu)是高副接觸，較易磨損。凸輪輪廓加工比較復雜。第二節(jié) 從動件的常用運動規(guī)律 凸輪的輪廓形狀取決于從動件的運動規(guī)律，因此，設計凸輪時應先根據(jù)工作要求確定從動件的運動規(guī)律，再繪制凸輪的輪廓曲線。一、從動件的運動分析1凸輪的基圓 凸輪的最小向徑rb 稱為基圓半徑，以rb

51、 為半徑所作的圓稱為基圓。 圖中基圓上的 A點是從動件上升的起點。從動件的位移線圖2推程 在凸輪的作用下，從動件遠離凸輪回轉(zhuǎn)中心的過程。 3推程運動角 在推程過程中，凸輪對應轉(zhuǎn)過的角度。 4升程 h 從動件在推程過程中所走過的距離。 6遠休止角 從動件在最遠位置停留，此間凸輪轉(zhuǎn)過的角度。 5停歇凸輪轉(zhuǎn)動而從動桿靜止不動的過程。圖4-6 從動件的位移線圖7回程 凸輪在外力（重力、彈簧力）作用下，趨近凸輪回轉(zhuǎn)中心的過程。8回程角 在回程過程中，凸輪相應轉(zhuǎn)過的角度。 9近休止角從動件在最近位置停留，此間凸輪轉(zhuǎn)過的角度。圖4-6 從動件的位移線圖二、從動件的位移線圖 表明凸輪轉(zhuǎn)角與從動件位移對應關系的

52、線圖。 如圖 b）橫作標代表凸輪轉(zhuǎn)角，縱作標代表從動件的位移。圖4-6 從動件的位移線圖 在設計凸輪機構(gòu)時，首先應按其在機械中所要完成的工作任務，選用從動件合適的運動規(guī)律，繪制出位移線圖，并以此作為設計凸輪輪廓的依據(jù)。三、從動件的常用運動規(guī)律 1等速運動規(guī)律 當凸輪等速回轉(zhuǎn)時，從動件在推程（或回程）的速度v0為常數(shù)，稱為等速運動規(guī)律。 （1）速度線圖 速度線圖為與橫軸平行的直線。a2a)等 速 運 動C)s2（2）位移線圖 位移方程為一次方程，故位移線圖為一斜直線。（3）加速度線圖 在A、B兩點處，加速度的理論值為無窮大，因而產(chǎn)生極大的慣性力，對機構(gòu)造成沖擊。此種沖擊稱為剛性沖擊。但實際上由于

53、材料的彈性變形，加速度不可能達到無窮大。 等速運動規(guī)律只適用于低速輕載的場合，且不宜單獨使用，在運動開始和終止段應當用其他運動規(guī)律過渡，以減輕剛性沖擊。圖4-7等速運動 從動件在推程的起始位置 A和終止位置 B時，速度分別突然由 0上升到v0和由v0下降到 0。 2等加速、等減速運動規(guī)律（1）加速度線圖 由于 a為常數(shù)，所以加速度線圖為平行于橫軸的直線。等加速部分位于橫軸的上方，等減速部分位于橫軸的下方。 在 o、B、C 三點處加速度有突然的有限值的變化，會產(chǎn)生有限的慣性力，引起柔性沖擊。 等加速等減速運動規(guī)律是指從動件在推程（或回程）的前半程作等加速運動，后半程作等減速運動，通常加速度和減速

54、度的絕對值相等。等加速等減速運動（2）速度線圖 速度線圖是由兩條直線組成的折線，前半行程作等加速運動，在行程中點速度達到最大值；后半行程作等減速運動，行程終點速度減小至零。從而避免了剛性沖擊。（3）位移線圖 位移曲線由兩條反向的拋物線組成。 工程上常采用的運動規(guī)律還有簡諧運動規(guī)律、擺線運動規(guī)律、多項式運動規(guī)律、組合運動規(guī)律等。 等加速、等減速運動規(guī)律適用于中、低速凸輪機構(gòu)。等加速等減速運動第三節(jié) 按已知運動規(guī)律繪制凸輪輪廓 凸輪輪廓曲線的設計有圖解法和解析法。圖解法簡便易行、直觀，但精確度低。不過，只要細心作圖，其圖解的準確度是能夠滿足一般工程要求的。解析法精確度高，但設計工作量大，可利用計算

55、機進行計算。 用圖解法繪制凸輪輪廓時，首先需要根據(jù)工作要求合理地選擇從動件的運動規(guī)律，畫出其位移線圖，初步確定凸輪的基圓半徑rb，然后繪制凸輪的輪廓。 由于當凸輪機構(gòu)工作時，凸輪是轉(zhuǎn)動的，而在繪制凸輪輪廓時，需要使凸輪與圖紙相對靜止。因此，凸輪輪廓設計采用了“反轉(zhuǎn)法”原理。一、凸輪輪廓設計的反轉(zhuǎn)法原理 設凸輪的角速度為1，使整個凸輪機構(gòu)以 -1繞凸輪的回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動。根據(jù)相對運動原理，凸輪機構(gòu)中各構(gòu)件間的相對運動關系不變，凸輪相對靜止。 從動件在隨機構(gòu)轉(zhuǎn)動的同時還相對導路作往復移動或擺動。 由于從動件的頂部始終與凸輪輪廓保持接觸，所以，反轉(zhuǎn)一周所得到的從動件的尖頂軌跡就是凸輪的輪廓曲線。圖4-9

56、 反轉(zhuǎn)法原理圖二、直動從動件盤形凸輪輪廓的繪制 1. 對心直動尖頂從動件盤形凸輪輪廓的繪制對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)a) 凸輪機構(gòu) b) 從動件位移線圖 設計步驟： 1） 選定比例尺； 2）繪制從動件的位移線圖； 3）確定凸輪基圓半徑，畫出基圓； 4）畫出從動件的初始位置； 5）按-1的方向， 將基圓圓周按位移線圖橫坐標等分;6）過基圓上的各等分點作出導路中心線的各反轉(zhuǎn)位置；7）自基圓開始量取從動桿的各相應位移，得A1、A2、A3；8）將A1、A2、A3連成光滑曲線，即所求凸輪輪廓。對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)a) 凸輪機構(gòu) b) 從動件位移線圖2對心直動滾子從動件盤形凸輪輪廓的繪制 （

57、1）將滾子中心視為尖頂從動件的頂點 （2）按尖頂從動件盤形凸輪輪廓的繪制方法繪出凸輪的理論輪廓0。 （3）確定滾子半徑，以凸輪理論輪廓的各點為圓心，畫一系列滾子圓，這些圓的內(nèi)包絡線 便是滾子從動件盤形凸輪的實際輪廓。對心直動滾子從動件盤形凸輪 （4）滾子從動件盤形凸輪的基圓半徑 rb 在理論輪廓上度量。 （5）同一理論輪廓的凸輪，當滾子半徑不同時實際輪廓就不同。凸輪制成后，不得隨意改變滾子半徑，否則從動件的運動規(guī)律會改變。 （6）實際輪廓與理論輪廓為等距曲線。對心直動滾子從動件盤形凸輪3對心直動平底從動件盤形凸輪輪廓的繪制 （1）將從動件的平底與導路中心線的交點視為尖頂從動件的尖頂。 （2）按

58、尖頂從動件凸輪輪廓的繪制方法，求出凸輪輪廓上的一系列點 A1, A2, A3 。 （3）過上述各點作相應位置處從動件的平底A1B1，A2B2，A3B3 ，即從動件平底的各反轉(zhuǎn)位置。組成多邊形。 對心直動平底從動件盤形凸輪 （4）作多邊形的內(nèi)包絡線，便得到平底從動件盤形凸輪的實際輪廓。 （5）圖中位置 3、7 是平底分別與凸輪輪廓切于平底最左和最右的位置。為了保證平底始終與凸輪輪廓接觸，平底左側(cè)的長度應大于 a，右側(cè)的長度應大于b。 （6）平底從動桿盤形凸輪的實際輪廓應全部為外凸輪廓。4偏置直動尖頂從動件盤形凸輪輪廓的繪制 （1）偏置直動從動件的導路與凸輪回轉(zhuǎn)中心之間的偏距為e。 （2）以o點為

59、圓心，畫出偏距圓和基圓。 （3）確定導路的初始位置，導路中心線與偏距圓相切。 （4）沿-1方向?qū)⑵鄨A分成與位移線圖相應的等分，并過這些點作偏距圓的切線。即反轉(zhuǎn)后導路的一系列位置。 偏置尖頂直動滾子從動件盤形凸輪 （5）自基圓開始，在各導路中心線上截取從動件相應的行程。得A0，A1，A2， 各點。 （6）將上述各點連成光滑曲線，即偏置直動尖頂從動件盤形凸輪的輪廓曲線。第四節(jié) 凸輪機構(gòu)設計中應注意的幾個問題一、滾子半徑的選擇 滾子與凸輪輪廓之間是滾動摩擦，可減小磨損。從減小摩擦阻力和凸輪與滾子間的接觸應力方面考慮，滾子半徑不宜過小。但滾子半徑影響凸輪的實際輪廓，故滾子半徑也不宜過大。設：rT滾子

60、半徑；凸輪理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑；凸輪實際輪廓外凸部分的最小曲率半徑。a）當 實際輪廓為一平滑曲線。 b）當 實際輪廓產(chǎn)生尖點，尖點的接觸應力大，易磨損，磨損后使運動規(guī)律改變，應避免。 c）當 實際輪廓發(fā)生交叉，交叉點以上部分加工時將被切去，使部分運動規(guī)律無法實現(xiàn)，這是不允許的。圖4-14 滾子半徑的選擇a) 當minrT時 b) 當min=rT時 c) 當min0，故槽輪的槽數(shù)z。（ ，槽輪不動）b）單銷槽輪機構(gòu) 0.5 。多銷槽輪機構(gòu)：多銷槽輪機構(gòu)在一個運動循環(huán)中，槽輪的運動時間為單銷時的K倍。的取值范圍：運動系數(shù)的取值范圍：=1表示槽輪作連續(xù)轉(zhuǎn)動，不能實現(xiàn)間歇運動。圓柱銷K和槽輪