《曲柄摇杆机构》PPT课件.ppt

第四章 常用机构,应用实例：,内燃机、鹤式吊、火车轮、牛头刨床、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠床、 各种健身器材等。,优点： 1.采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损。 2.构件接触面多为圆柱面或平面, 形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。 3. 构件间接触自封闭, 不需外力保持构件间的接触。 4.改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。 5.连杆曲线丰富。可满足不同要求。,定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。,一、平面连杆机构,缺点： 1.构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。,2.产生动载荷（惯性力），不适合高速。,3.设计复杂 4.对任意运动规律和轨迹难以精确实现,一、平面连杆机构,铰链四杆机构的基本形式 运动副都是转动副的平面四杆机构称为铰链四杆机构。,在铰链四杆机构中，固定不动的构件4是机架，与机架4相连 的构件1和3称为连架杆，不与机架相连的构件2称为连杆。,相对于机架能做整周转动的连架杆称为曲柄; 只能在一定角度范围内往复摆动的连架杆称为摇杆。,一、平面连杆机构,雷达天线俯仰机构,基本设计实现已知的运动规律,一、平面连杆机构,缝纫机脚踏板机构,基本设计实现已知的运动规律,一、平面连杆机构,搅拌机,要求连杆上E点的轨迹为一条卵形曲线,基本设计实现已知的轨迹,一、平面连杆机构,1.曲柄摇杆机构 两连架杆分别为曲柄和摇杆的铰链四 杆机构称为曲柄摇杆机构。 雷达天线俯仰角调整机构，是曲柄摇杆机构的应用实例之一。 在曲柄摇杆机构中，也可以以摇杆为主动件，曲柄为从动件，将主动摇杆的往复摆动转化为从动曲柄的整周转动。如缝纫机踏板机构。,一、平面连杆机构,跑步机,一、平面连杆机构,2.双曲柄机构 两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构， 称为双曲柄机构。,惯性筛,一、平面连杆机构,主动曲柄等速转动，从动曲柄一般为变速转动，插床六杆机构是以双曲柄机构为基础扩展而成的。 在双曲柄机构中有一种特殊机构，连杆与机架的长度相等、两个曲柄长度相等且转向相同的双曲柄机构，称为平行四边形机构。,插床六杆机构,机车车轮平行四边形机构,一、平面连杆机构,一、平面连杆机构,平行四边形机构有以下三个运动特点: （1）两曲柄转速相等 机车车轮联动机构。 （2）连杆始终与机架平行 天平机构、所示的摄影车升降机构。,机车车轮联动机构,天平机构,摄影车升降机构,一、平面连杆机构,（3）运动的不确定性 为了克服运动的不确定性， 可以对从动曲柄施加外力，或 利用飞轮及构件本身的惯性作 用。也可以采用辅助曲柄等措施解决。,平行四边形机构,带有辅助构件的平行四边形机构,一、平面连杆机构,对于两个曲柄转向相反的情况，即连杆与机架的长度相等,两个曲柄长度相等所组成的转向相反的双曲柄机构称为反平行四边形机构。 反平行四边形机构不具备 平行四边形机构前述两个运动 特征。 车门启闭机构就是反平行 四边形机构的应用实例。,反平行四边形机构,车门启闭机构,一、平面连杆机构,3.双摇杆机构 两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构，称为双摇杆机构。常用于操纵机构、仪表机构等。如图所示港口起重机机构，可实现货物的水平移动，以减少功率消耗。在双摇杆机构中若两摇杆长度相等，称为等腰梯形机构。 等腰梯形机构的运动特性是两摇杆摆角不相等。 如图所示的汽车、拖拉机前轮转向机构。,港口起重机机构图,车辆前轮转向机构,一、平面连杆机构,港口起重机,选择连杆上合适的点，轨迹为近似的水平直线,一、平面连杆机构,车辆的前轮转向机构,一、平面连杆机构,一、平面连杆机构,一、平面连杆机构,曲柄摇杆机构,回转副D移动副,曲柄滑块机构,演化1转动副变为移动副,一、平面连杆机构,曲柄滑块机构（偏距e） 对心曲柄滑块机构， e=0,应用：,偏置曲柄滑块机构，e0,滑块运动线与曲柄回转中心共线,活塞式内燃机，空气压缩机，冲床等。,滑块运动线与曲柄回转中心不共线,特点：曲柄等速回转，滑块具有急 回特性。,一、平面连杆机构,一、平面连杆机构,偏心轮的演化过程,演化2扩大转动副,一、平面连杆机构,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,曲柄摇杆机构,双摇杆机构,曲柄滑块机构,导杆机构,摇块机构,定块机构 (直动滑杆机构),演化3变换机架,一、平面连杆机构,手摇唧筒,定块机构的应用,一、平面连杆机构,（若1能绕A整周相对转动，则存在两个特殊位置） a+db+c (1) bc+d-a即a+bc+d (2) cb+d-a即a+cb+d (3),平面四杆机构有曲柄的条件,一、平面连杆机构,(1)+(2)得2a+b+d2c+b+d即ac (1)+(3)得 ab (2)+(3)得 ad,由此可见，铰链四杆机构曲柄存在的条件是： （1）连架杆或机架为运动链中的最短杆。 （2）最短杆与最长杆的长度之和小于等于其它两杆长度之 和。（杆长之和的条件）,一、平面连杆机构,（1）最短构件与最长构件的长度之和大于其他两构件长度之 和，所有运动副均为摆动副，均为双摇杆机构。,（2）最短构件与最长构件的长度之和小于等于其他两构件 长度之和，最短构件上两个转动副均为整转副。,取最短构件为机架,双曲柄机构,取最短构件任一相邻构件为机架,曲柄摇杆机构,取最短构件对面的构件为机架,双摇杆机构,平面四杆机构的类型判别,一、平面连杆机构,急回运动,在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。,当曲柄以逆时针转过180+时，摇杆从C1D位置 摆到C2D。所花时间为t1 , 平均速度为V1,那么有：,此两处曲柄之间的夹角 称为极位夹角。,一、平面连杆机构,当曲柄以继续转过180-时，摇杆从C2D,置摆到C1D，所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,那么有：,显然：t1 t2 V2 V1,摇杆的这种特性称为急回运动。,称K为行程速比系数。,且越大，K值越大，急回性质越明显。,只要 0 ， 就有 K1,设计新机械时，往往先给定K值，于是:,一、平面连杆机构,一、平面连杆机构,一、平面连杆机构,在不计重力、摩擦力、惯性力的条件下，机构中输出件所受主动力的方向线与该受力点的绝对速度方向线所夹的锐角。,压力角的余角， =900-。,1、压力角,2、传动角,越小， 越大，则机构传力性能越好。,一、平面连杆机构,最小传动角的确定,图示铰链四杆机构中，原动件为 AB。各杆长度为：a、b、c、d。,由图可见， 与 机构的BCD有关。,在ABD和BCD中， 由余弦定理得：,一、平面连杆机构,1）当BCD 900时， =BCD，则min =BCDmin ， 由公式可知，当 = 00时，有BCDmin 。即曲柄与机架重 合共线时，机构将出现最小值。,一、平面连杆机构,2）当BCD 900时， =1800-BCD，则min = 1800-BCDmax ，由公式可知，当 = 1800时， 有BCDmax 。即曲柄与机架拉值共线时，机构将出现 最大值。,一、平面连杆机构,机构的死点位置,1死点,图示曲柄摇杆机构，摇杆 CD为主动件，当机构处于连杆 与从动曲柄共线的两个位置时， 出现了传动角o。的情况。 这时主动件CD通过连杆作用于 从动件AB上的力恰好通过其回 转中心，所以不能使构件AB转 动而出现“顶死”现象。机构的 此种位置称为死点。,一、平面连杆机构,机构中从动件与连杆共线的位置称为机构的死点位置。,2. 死点的利用：,若以夹紧、增力等为目的，则机构的死点位置可以加以利用。,一、平面连杆机构,对传动机构来说，有死点是不利的，应采取措施 使其顺利通过。,3. 死点的克服,一、平面连杆机构,一、平面连杆机构,一、平面连杆机构,一、平面连杆机构,一、平面连杆机构,一、平面连杆机构,应用,配气机构,绕线机构,二、凸轮机构,靠模机构,进刀机构,二、凸轮机构,凸轮机构由凸轮1、从动件2、机架3三个基本构件及锁合装置组成。是一种高副机构。其中凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通常作连续等速转动，从动件则在凸轮轮廓的控制下按预定的运动规律作往复移动或摆动。,二、凸轮机构,优点:只要正确地设计和制造出凸轮的 轮廓曲线，就能把凸轮的回转运动准确可靠地转变为从动件所预期的复杂运动规律的运动，而且设计简单;凸轮机构结构简单、紧凑、运动可靠。,缺点:凸轮与从动件之间为点或线接触，故难以保持良好的润滑，容易磨损。,凸轮机构通常适用于传力不大的机械中。尤其广泛应用于自动机械、仪表和自动控制系统中。,二、凸轮机构,连杆机构和凸轮机构对比：,平面连杆机构虽然应用广泛，但它只能近似地实现给定的运动规律，且设计比较复杂。当从动件须精确地按预定运动规律尤其是复杂运动规律工作时，则常采用凸轮机构。,二、凸轮机构,分类,1. 按凸轮的形状分：,2. 按从动杆运动形式分:,3. 按从动杆形状分：,盘形、移动、圆柱,移动（直动）、摆动,尖顶、滚子、平底,二、凸轮机构,盘形凸轮,二、凸轮机构,移动凸轮,二、凸轮机构,圆柱凸轮,二、凸轮机构,2、推程及推程运动角dt，,尖底偏置直动推杆 盘形凸轮机构,1、基圆：凸轮轮廓上最小向径 r0为半径的圆,基本术语,6、偏距e，偏距圆,4、回程及回程运动角dh,3、远休止角ds,5、近休止角ds,行程：h(最大位移),二、凸轮机构,推杆位移 s=f (t) 特别，当凸轮匀速转动时： s = s (d)；v =v (d)； a =a (d),一般规律：上升停降停,推杆的运动分析,二、凸轮机构,刚性冲击： 由于加速度发生无穷大突度而引起的冲击称为刚性冲击。,1、一次多项式运动规律（匀速运动规律）,二、凸轮机构,柔性冲击 ： 加速度发生有限值的突变 （适用于中速场合）,2、二次多项式运动规律（等加速等减速运动规律）,二、凸轮机构,3、五次多项式运动规律,3-4-5多项式：,既无刚性冲击亦无柔性冲击 应用于高速凸轮,二、凸轮机构,运动特征： 若ds , ds 为零，无冲击， 若ds , ds不为零，有冲击,4、余弦加速度运动规律（简谐运动规律）,二、凸轮机构,运动特征：没有冲击,6、组合运动规律 为了获得更好的运动特征，可以把上述几种运动规律组合起来应用，组合时，两条曲线在拼接处必须保持连续。,5、正弦加速度运动规律（摆线运动规律）,二、凸轮机构,设计方法：作图法，解析法 已知 转向。 作图法设计凸轮轮廓,反转法原理,凸轮廓线设计,二、凸轮机构,已知 转向,1、尖底直动推杆盘形凸轮机构凸轮轮廓设计,二、凸轮机构,（3）在理论轮廓上画出一系列滚子， 画出滚子的内包络线 实际轮廓曲线。,注意： 设计滚子推杆凸轮机构时， 凸轮的基圆半径是指理论轮廓 曲线的基圆半径。,（1）去掉滚子，以滚子中心为尖底。,（2）按照上述方法作出轮廓曲线 理论轮廓曲线,2、滚子推杆,二、凸轮机构,（1）取平底与导路的交点B0为参考点 （2）把B0看作尖底，运用上述方法找到B1、B2 （3）过B1、B2点作出一系列平底，得到一直线族。 作出直线族的包络线，便得到凸轮实际轮廓曲线。,3、平底推杆,二、凸轮机构,已知：转向，r0，a，l，max，-,4、摆动推杆盘形凸轮机构,二、凸轮机构,许用压力角： 摆动推杆：=4050 直动推杆：=3038,压力角a：接触点法线与推杆上 作用点速度方向所夹的锐角。,自锁：Ff F时，凸轮不能推动 推杆运动，即发生自锁。,凸轮机构的压力角和自锁,FFcos a，FFsin a,二、凸轮机构,由式可知：r0,压力角和基圆半径的关系,v2=vB2=vB1 tan a =wrB tan a,二、凸轮机构,滚子半径rs必须小于理论轮廓曲线外凸部分的最小曲率半径min，否则将导致推杆运动失真。 设计时，取rs 0.8min,滚子半径与轮廓曲线形状的关系,二、凸轮机构,二、凸轮机构,带轮齿的棘轮机构,单动式棘轮机构,双动式棘轮机构,三、棘轮机构,可变向棘轮机构,三、棘轮机构,内啮式棘轮机构,三、棘轮机构,摩擦式棘轮机构,偏心楔块式棘轮机构,滚子楔紧式棘轮机构,三、棘轮机构,1.齿啮式棘轮机构的特点,2.摩擦式棘轮机构的特点,摩擦式棘轮机构传递运动平稳， 无噪音棘轮可实现无级调节，但 易打滑，运动准确性差。,齿啮式棘轮机构结构简单，棘轮转角 可实现有级调节，但传动平稳性差。适合 于转速不高，转角不大和小功率场合。,三、棘轮机构,射沙自动线的浇铸机构,1、棘轮机构具有间歇运动特性,三、棘轮机构,超越式棘轮机构,2、棘轮机构具有快速超越运动特性,三、棘轮机构,3、能实现有级变速传动 改变棘轮转角,三、棘轮机构,棘爪的工作条件,传递同转矩时为使棘爪受力最小，一般,为满足棘爪能顺利地滑入齿根，须 。其中： 棘轮齿面倾角 接触面间的摩擦角,三、棘轮机构,da,o1,A,o2,=90,L,pr,pn,F,要求在工作时，棘爪在Pn和F的作用下，能自动滑入棘轮齿槽。,Pn sin, F= Pn f 代入得：,tg f, ,当 f=0.2 时，1130,通常取20,Ft,Fr,正压力Pn,摩擦力F,条件是两者对O2的力矩要满足如下条件：,MpnMF,将力分解成切向和径向分量,M,=tg,齿偏角,Fcos,L,L,pt,三、棘轮机构,棘轮几何尺寸计算公式,模数m,1、1.5、2、2.5、3、 3.5、4、5、6、8、10,顶圆直径da da =mz,齿间距p P=m,齿高h h=0.75m,齿顶弦长a a=m,棘爪工作面长度a1 a1=(0.50.7)a,齿偏角 20,棘轮宽b b=(14)m,棘爪斜高h1 、齿斜高h h1=h h/cos,棘轮齿根圆角半径rf rf =1.5 mm,棘爪尖端圆角半径r1 r1 =2 mm,棘爪长度L 一般取 L=2p,6080,o1,o2,齿数z 1225,三、棘轮机构,三、棘轮机构,作用：将连续回转变换为间歇转动。,组成：带圆销的拨盘、带有径向槽的槽轮。拨盘和槽轮上都有锁止弧：槽轮上的凹圆弧、拨盘上的凸圆弧，起锁定作用。,特点：结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率高，能平稳地、间歇地进行转位。因槽轮运动过程中角速度有变化 ，不适合高速运动场合。,工作过程：拨盘连续回转，当两锁止弧接触时，槽轮静止；反之槽轮运动。,四、槽轮机构,设计：潘存云,球面槽轮机构,应用实例： 电影放映机、 自动摄影机、六角车床转塔。,外啮合槽轮机构,内啮合槽轮机构,槽轮机构类型,外啮合槽轮机构,内啮合槽轮机构,球面槽轮机构,四、槽轮机构,四、槽轮机构,六角自动车床转塔刀架的转位机构,四、槽轮机构,外啮合槽轮机构的运动参数选择 槽轮槽数z与拨盘圆销数k的选择 槽轮机构的主要参数是槽数z和拨盘圆柱销数k。在一个运动循环内，槽轮2的运动时间tm对拨盘1运动时间t之比值称为运动特性系数。设一槽轮机构，槽轮上有z个槽，拨盘上均匀分布的圆柱销数为K，则运动特性系数为 因为：,四、槽轮机构,讨论：1、=0，槽轮始终不动； 0，Z3 。 2、：槽轮的运动时间总小于静止时间。 3、要使 ，须在构件1上安装多个圆销。 设k为均匀分布的圆销数， 由 上式可知：当Z=3时，圆销的数目可为15；当Z=4或5时，圆销的数目可为13；而当Z6时，圆销的数目可为12。一般情况下Z=48。,四、槽轮机构,效率较低，特别是具有自锁性的螺旋机构效率低 于50。,能获得很多的减速比和刀的增益；选择合适的螺 旋机构导程角，可获得机构的自锁性。,螺旋机构的组成及特点,（1）螺旋机构的组成,通常它是将旋转运动转换为直线运动。但当导程角大于当量摩擦角时，它还可以将直线运动转换为旋转运动。,螺旋机构是由螺杆、螺母和机架组成。,（2）螺旋机构的特点,主要优点,主要缺点,因此，螺旋机构常用于起重机、压力机以及功率不大的进给 系统和微调装置中。,五、螺旋机构,螺旋机构的运动分析,当螺杆转过时，螺母沿其轴向移动的距离为：,Sl /(2),其中l为螺旋的导程 mm。,（1）微动螺旋机构,设螺旋机构中A、B段的螺旋导 程分别为lA、lB , 且两端螺旋的旋向 相同（即同为左旋或右旋），,则当 螺杆1转过时，螺母2的位移s为：,s(lAlB)/(2）,因lA、lB相差很小时，故位移s可能很小，故这种螺旋机构称 为微动螺旋机构,五、螺旋机构,如用于调节 镗刀进刀量的螺旋机构。,此种机构常用测微计、分度机构即调节机构中。,（2）复式螺旋机构,如果螺旋机构的两段螺旋导 程分别为lA、lB，且两端螺旋的旋 向相反。,这种螺旋机构称为复式 螺旋机构。,此种螺旋机构常用于车辆的联接。,五、螺旋机构,螺旋机构的设计要点,螺旋设计的关键是选择确定合适的螺旋导程角、导程及头数 等参数。,根据不同的工作要求，螺旋机构应选择不同的几何参数。,若要求螺旋具有自锁性或具有较大的减速比（微动）时，宜 选用单头螺旋，宜选用较小的导程及导程角，但效率较低。,若要求传递大的功率或快速运动的螺旋机构时，宜采用具有 较大导程角的多头螺旋。,五、螺旋机构,五、螺旋机构,1.工作原理及特点,工作原理：在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运动时间和停歇时间的要求在从动轮上做出与主动轮相啮合的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止弧定位使从动轮静止。,优点：结构简单、制造容易、工作可靠、从动轮运动 时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。,2.类型及应用,类型：外啮合不完全齿轮机构、内啮合不完全齿轮机构,缺点：从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大 冲击，故一般只用于低速、轻载场合。,六、不完全齿轮机构,外啮合不完全齿轮机构,内啮合不完全齿轮机构,应用：适用于一些具有特殊运动要求的专用机械中。如乒乓球拍周缘铣削加工机床、蜂窝煤压制机等。,六、不完全齿轮机构,1.工作原理及特点,圆柱凸轮连续回转，推动均布有柱销的从动圆盘间歇转动。,特点：从动圆盘的运动规律取决于凸轮廓线的形状。,优点：可通过选择适当的运动规律来减小动载荷、避 免冲击、适应高速运转的要求。定位精确、且 结构紧凑。,缺点：凸轮加工较复杂、安装调整要求严格。,2.类型及应用,类型：圆柱凸轮间歇运动机构、蜗杆凸轮间歇运动机构,六、不完全齿轮机构,圆柱凸轮间歇运动机构,蜗杆凸轮间歇运动机构,牙膏灌浆机,应用： 适用于高速、高精度的分度转位机械制瓶机、制药设备、纸烟、包装机、拉链嵌齿、高速冲床、多色印刷机等机械。,封口,灌浆,1 特点 空间交错运动，多用于分度 2 工作过程 与摆动圆柱凸轮机构相似 3 几何参数 凸轮槽数（主动）可以为1， 拨销一般大于6,圆柱凸轮式间歇机构,六、不完全齿轮机构,1 特点 空间交错运动，多用于分度 2 工作过程 与蜗杆蜗轮机构相似 3 几何参数 蜗杆凸轮槽数（主动）可以为1， 拨销一般大于6,蜗杆凸轮间歇机构,六、不完全齿轮机构,