第3章常用机构.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 常用机构,3.1,平面机构概述,3.2,平面连杆机构,3.3,凸轮机构及其设计,3.4,接歇运动机构,3.5,螺旋机构,3.1,平面机构概述,所有构件都只能在相互平行的平面上运动的机构称为平面机构。,3.1.1,构件和运动副,1,、概念,使两个构件直接接触并产生一定相对运动的联接，称为运动副。,2,、运动副分类,常见的平面运动副可分为低副和高副两大类,1.,低副,:,面接触,(1),转动副,(,铰链,),只能绕某一轴线作,相对转动的运动副,(2),移动副,只能作相对直线移,动的运动副,转动副,移动副2,、高副,:,两构件以点或线接触,齿轮副,凸轮副,运动链：将两个以上的构件通过运动副连接而成的系统。,分为：闭式运动链、开式运动链,闭式 开式,机构：各构件间具有确定相对的运动链,机架：固定不动的构件,原动件：机构中输入运动的构件,从动件：其余活动的构件,3.1.2,平面机构运动简图,构件：对于轴、杆、连杆均用线段或小方块来表示，画有短斜线的表示机架,两构件组成高副，在简图中应当画出两构件接触处的曲线轮廓。对于凸轮、滚子，习惯 上画出其全部轮廓,两个转动副的构件,转动副与移动副,一个移动副,两个转动副,不在一直线的,三个转动副,在一直线的,三个转动副,一个构件具有多个转动副时，则应在两条线交接处涂黑，或在其内画上斜线,3.,绘制机构运动简图的基本方法和一般步骤,首先 确定原动部分和工作部分,其次 循着运动传递路线清楚运动关系，确定构件数目、运动副的类型和数目,具体步骤见,P123,3.1.3,平面机构的自由度,一个空间自由构件，具有,6,个独立运动的参数（,3,个移动和,3,个转动）。,构件的自由度：构件具有的独立运动参数的数目,两个构件通过运动副联接后，构件的相对运动会受到限制。,两个构件通过运动副联接后，构件的相对运动会受到限制。,每个低副引入两个约束，使构件减少两个自由度；每个,高副引入一个约束，使构件减少一个自由度,约束：运动副对两构件间的相对运动所产生的限制,2.,平面机构自由度的计算,设平面机构由,N,各构件组成，其中必有一个构件是机架。,因机架是固定件。其自由度为,0,，故活动构件数,n=N-1,n,表示活动构件；,P,L,表示低副；,P,H,表示高副,3.,计算平面机构自由度时应注意的问题,1,、复合铰链,3,个以上的构件共用同一转动轴线所构成的转动副，称为复合铰链,复合铰链包含的转动副计算：,若有,m,个构件汇集在一处，则有,m-1,个转动副,(P125),2,、局部自由度,机构中常出现一种与机构的主要运动无关的自由度，称为局部自由度。,3,、虚约束,对运动不起独立限制作用的约束称为虚约束,(,在计算自由度时应去掉虚约束,),1,）两构件上运动轨迹重合的点用转动副联接 在机构中，如果用转动副联接的时两构件上运动轨迹重合的点，将带入一个虚约束。右图机构的自由度是：,F=33-24=1,2,）用双转动副杆联接两构件上距离保持不变的两点 机构运动过程中，如果两构件上某两点之间的距离始终保持不变，则若用双转动副杆将这两点相连，将带入一个虚约束。右图机构的自由度是：,F=33-24=1,3,）构件组成多个移动方向一致的移动副,或两个构件组成多个轴线重合的转动副,（也可以理解成为对称的构件）,如：,P127,图,3.14,、图,3.15,4,）机构中对运动不起作用的对称部分,机构中，某些不影响机构运动传递的对称重复部分所带入的约束也是虚约束。,4.平面机构具有确定运动的条件,运动链和机构都是由构件和运动副组成的系统，机构要实现预期的运动，必须使其运动具有可能性和确定性。,机构具有确定的相对运动的条件：,F,o,，且,F,等于原动件数,3.2,平面连杆机构,根据各构件之间的相对运动为平面运动还是空间运动，连杆机构可分为,平面连杆机构和空间连杆机构,两大类,最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称为,平面四杆机构,。,在平面四杆机构中，又以,铰链四杆机构,为基本形式,3.2.1,铰链四杆机构的基本类型,AD,：,机架,(,机构的固定件,),AB,、,CD,：,连架杆（与机架用转动副 相联接的杆件）,BC,：,连杆（不与机架直接联接的杆件铰链四杆机构,连架杆：定轴转动,连 杆：平面一般运动,A,B,C,D,基本型式,铰链四杆机构,，其它四杆机构都是由它演变得到的。,曲柄,连架杆能作,360,0,整周转动,摇杆,只,能在小于,360,0,的某一角度内摆动,曲柄,连杆,摇杆,铰链四杆机构的,3,种形式：,1,、,曲柄摇杆机构,：其中两连架杆一为曲柄另一为摇杆,剪刀机,碎石机,曲柄摇杆机构应用,2,、,双曲柄机构,：其中两连架杆均为曲柄,车门启闭机构,双曲柄机构应用,A,B,C,D,耕地,料斗,D,C,A,B,实例：,特例：,平行四边形机构,AB=CD,特征：,两连架杆等长且平行，,连杆作平动,BC=AD,A,B,D,C,B,C天平,播种机料斗机构,火车轮,3,、,双摇杆机构,：其中两连架杆均为摇杆。,港口用起重吊车，钓钩的移动轨迹近似水平线,卸载货汽车的翻斗机构,双摇杆机构应用：,3.2.3,铰链四杆机构的基本特性,四杆机构中，有的连架杆能作整周回转，有的则不能,整转副：两构件的相对回转角为,360,0,的转动副。,整转副存在条件：,四杆长度满足,杆长条件,：,最短杆与最长杆长度之和,小于或等于,其他两杆之和,。,构成整转副的构件中必有一个是,最短杆,。,满足杆长条件时，最短杆两端分别是两个整转副。,此时，若以最短杆或其相邻杆作机架，机构都存在曲柄。,不满足杆长条件则没有整转副，获得双摇杆机构。,杆长条件不成立时双摇杆机构,以最短杆,AB,为机架,双曲柄机构,A,B,D,C,以最短杆,AB,相邻构件,BC,为机架,曲柄摇杆机构,A,B,C,D,以最短杆,AB,对面构件,CD,为机架,双摇杆机构,A,B,C,D,4,、传动角的计算,2.,压力角和传动角,1,、压力角,从动件上某点的受力方向与从动件上该点速度方向的所夹的锐角。,2,、传动角,，,压力角的余角,（经常用,衡量机构的传动质量）,3,、许用压力角,一般：,压力角越小，传动角越大，机构传力性能越好,如何确定铰链四杆机构的最小传动角？,曲柄摇杆机构在曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。,40,90,=,90,=180,Ft,F,F,Fn,3.3凸轮机构及其设计,3.3.1,概述,凸轮机构是一种由,凸轮、从动件（推杆）和机架,三个基本构件所组成的高副机构。,结构简单，只要设计出适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现预期的运动规律。但由于凸轮是高副机构，易于摩擦，因此只适用于传动力不大的场合。,1,、凸轮机构的特点,盘形凸轮,：,最基本的形式，结构简单，应用最为广泛,移动凸轮,：,凸轮相对机架做直线运动,圆柱凸轮,：,凸轮绕在圆柱体上演化而成，空间凸轮机构,2,、,凸轮机构的分类,按凸轮的形状分,盘形凸轮,移动凸轮,圆柱凸轮,尖端能以任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。,但尖端处极易磨损，只适用于受力较小的低速场合。,按从动件（推杆）的形状分,1,）尖顶从动件,从动件端部装一滚子。,凸轮与从动件之间为滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，可承受较大的载荷。,凸轮的轮廓未必能很好地与滚子接触，从而影响实现预期的运动规律。,2,）滚子从动件,3,）平底从动件,从动件端部固定一平板。,从动件与凸轮之间易形成油膜，润滑状况好，受力平稳，传动效率高，常用于高速场合。,凸轮上凹陷的轮廓未必能很好地与平底接触。,摆动推杆,直动推杆,其它（了解）,对心,偏置,力封闭（力锁合）,弹簧力、从动件重力或其它外力,型封闭（型锁合）,利用高副元素本身的几何形状,槽凸轮机构,槽两侧面的距离等于滚子直径。,等宽凸轮机构,凸轮廓线上任意两条平行切线间的距离都等于框架内侧的宽度。,s,C,D,h,行程,推程运动角,远休止角,回程运动角,近休止角,B,o,s,D,r,b,e,A,B,C,凸轮的基圆,该位置为初始位置,3.3.2,常用的从动件运动规律,1,、平面凸轮机构的基本尺寸和运动参数,1,）等速运动规律,特点：行程始末,速度有突变，加速度理论上由零至无穷大，从而使推杆产生巨大的惯性力，机构受到强烈冲击,刚性冲击,适应场合：,只能低速轻载,2,、常用的从动件运动规律,2,）等加速等减速运动规律,特点：,加速度曲线出现有限值突变，加速度的变化率在这些位置为无穷大,柔性冲击,适应场合：,中速轻载,当质点在圆周上作匀速运动时，它在该圆直径上的投影所构成的运动规律,简谐运动,特点：,加速度出现有限值突变,柔性冲击,适用场合：,中速场合,(,当从动件作连续运动时，可用于高速,),3,）余弦加速度运动规律,作者：潘存云教授,s,a,v,h,0,4),正弦加速度（摆线）运动规律,推程：,s,h/,0,-sin(2/,0,)/2,v,h1-cos(2/,0,)/,0,a,2h,2,sin,(2/,0,)/,2,0,回程：,s,h1-/,0,+sin(2/,0,)/2,v,hcos(2/,0,)-1/,0,a,-2h,2,sin,(2/,0,)/,2,0,无冲击,v,max,=2h,/,0,a,max,=6.28,h,2,/,0,2,12,3,4,5,6,r=,h/2,=2/,0,1,、,反转法,原理,2,S,1,1,2,3,s,1,s,2,h,O,r,0,-,1,1,s,1,2,2,s,2,3,3,h,1,1,s,1,假设,凸轮静止,不动，推杆相对于凸轮作反转运动；同时又在其导轨内作预期的运动，作出推杆在复合运动中的一系列位置，其尖顶的轨迹即为所求凸轮廓线。,3.3.3,凸轮轮廓设计,偏置尖顶从动件凸轮轮廓曲线设计,（反转法）,2,S,1,1,2,3,s,1,s,2,h,-,1,1,1,1,s,1,O,r,0,e,s,2,2,h,3,F,v,s,1,1,已知：,S=S,（,），,r,0,，,e,，,偏距圆：以凸轮的轴心为圆心，以偏距为半径所作圆。,切射线,从基圆开始向外量取各相应位置的位移量。,偏置滚子从动件凸轮轮廓曲线设计,（反转法）,2,S,1,1,2,3,s,1,s,2,h,-,1,1,1,1,s,1,O,r,0,e,s,2,2,h,3,已知：,S=S,（,），,r,0,，,e,，,，,r,r,理论廓线,实际廓线,实际廓线是理论廓线的,法向,等距曲线。,在滚子推杆凸轮机构的设计中，,r,0,指理论廓线的基圆半径。,凸轮廓线上不同点处的压力角是不同的。机构发生自锁时的压力角称为,临界压力角,。为保证凸轮机构正常运转，应使最大压力角小于临界压力角。,推程时：,对直动推杆：,对摆动推杆：,回程时：,凸轮机构在图示位置的压力角,：,从动件在与凸轮的接触点,B,处所受正压力的方向与推杆上点,B,的速度方向之间所夹的锐角,。,3.3.4,凸轮设计的几个问题,30,0,40,0,40,0,50,0,1,、凸轮机构的压力角,2,、基圆半径的确定,凸轮的基圆半径应在,的前提下选择。,根据经验公式：,r,b,0.9ds+,（,710,）,mm,ds,凸轮轴直径,应进行压力角检验，若发现,max,，,则应增大,rb,，从新设计,a,=,+,r,r,内凹的凸轮轮廓曲线不存在失真。,3,、滚子半径的确定,外凸的凸轮轮廓曲线：,工作廓线为一光滑曲线。,变尖现象：,工作廓线,将出现尖点，极易磨损，会引起运动失真。,失真现象：,工作廓线出现交叉,会引起运动失真。,对于外凸的凸轮廓线，应使滚子半径小于理论廓线的最小曲率半径。,避免凸轮廓线失真的措施：,1,、减小滚子半径；,2,、增大基圆半径；,3,、修改推杆的运动规律。,组成：,主动摇杆,1,空套在与,棘轮,3,固联的从动轴上，,驱动棘爪,2,与主动摆杆,1,用转动副相联，,止回棘爪,4,与,机架,用转动副连接，弹簧,5,是保证棘爪与棘轮啮合。,3.4,接歇运动机构,3.4.1,棘轮机构,1,、棘轮机构工作原理,2.,工作过程,：,当主动摆杆,1,作往复摆动时，从动棘轮,3,作,单向间歇 转动,当摇杆,1,左摆时，棘爪,2,插 入棘轮,3,的齿内推动棘轮转过某一角度。,当摇杆右摆时，棘爪,2,滑过棘轮,3,，而棘轮静止不动，往复循环。制动爪,4,防止棘轮反转。,这种有齿的棘轮其进程的变化最少是,1,个齿距，且工作时有响声。,2,、棘轮机构的类型,1,）外啮合棘轮机构和内啮合棘轮机构两种。,外啮合式棘轮机构 内啮合式棘轮机构,2,）单动式棘轮机构和双动式棘轮机构,3.4.2,槽轮机构,1,、工作原理,1.1.,组成：单圆柱销外啮合槽轮机构。它由带有圆柱销,A,的拨,1,盘，具有径向槽的槽轮,2,和机架所组成。,2,工作原理：,在槽轮机构中，通常拨盘,1,为主动件，槽轮,2,为从动件。,当拨盘,1,以等角速度,作逆,时针的连续转动时，驱动槽,轮,2,作反向间歇运动。,2,、槽轮机构的类型,1,）根据啮合情况分类,分为外啮合和内啮合两种类型,外,啮合槽轮机构 内啮合槽轮机构,2,）根据圆柱销数分类,圆柱销可以是一个，也可以是多个在单圆柱销槽轮机构中，,拨盘转动一周，槽轮转动一次，如果有多个圆柱销，拨盘转动,一周，则槽轮转动多次。,3,、特点与应用,1,特点,槽轮机构的结构简单，制造容易，工作可靠，机械效率高，与,棘轮机构相比运动平稳。它的缺点是工作时有冲击，转角的大,小不能调节。因此，槽轮机构一般用于要求转速不高，且角度,不需要调节的场合。,2,应用,3.4.3,不完全齿轮机构,不完全齿轮机构是由齿轮机构演变而来的一种间歇运动机构。,1,组成,不完全齿轮机构主动轮,1,上的轮齿不是布满在整个圆周上，而只,有一个轮齿或者几个轮齿，其余部分为外凸锁止弧；从动轮,2,上,加工出与主动轮轮齿相啮合的齿和内凹锁止弧，彼此相间地布,置。,2,类型,根据传动时的啮合情况，不完全齿轮机构通常分为外啮合与,内啮合两种。,外啮合不完全齿轮机构,内啮合不完全齿轮机构,