任務(wù)１　 常用機(jī)械結(jié)構(gòu)組成、分析與設(shè)計(jì)

任務(wù)１常用機(jī)械結(jié)構(gòu)組成、分析與設(shè)計(jì)子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知子任務(wù)２平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度計(jì)算子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知１.１.１機(jī)械發(fā)展歷史機(jī)械是人類進(jìn)行生產(chǎn)勞動(dòng)的主要工具，也是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標(biāo)志。人類從使用簡(jiǎn)單工具到今天能夠設(shè)計(jì)和制造復(fù)雜的現(xiàn)代機(jī)械，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過(guò)程。隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，品種繁多的機(jī)械進(jìn)入了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，承擔(dān)了人力所不能或不便進(jìn)行的工作，既減輕了人們的體力勞動(dòng)，改善了勞動(dòng)條件，又提高了生產(chǎn)效率。在我國(guó)，機(jī)械的創(chuàng)造、發(fā)展和使用有著悠久的歷史。夏商時(shí)代，人們發(fā)明了腳踏水車（見(jiàn)圖１－１－１），它是一條提水運(yùn)輸鏈，并利用所運(yùn)的水進(jìn)行潤(rùn)滑。在公元前５世紀(jì)，墨翟在所著的《墨經(jīng)》中就論述了杠桿原理及連桿碓舂米機(jī)構(gòu)采用的凸輪機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖１－１－２）；西漢時(shí)期，劉歆在《西京雜談》中論述了由齒輪機(jī)構(gòu)組成的指南車（見(jiàn)圖１－１－３）；下一頁(yè)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知東漢時(shí)期，張衡將杠桿機(jī)構(gòu)用于人類第一臺(tái)地動(dòng)儀（候風(fēng)儀）上；杜詩(shī)發(fā)明了用水作為動(dòng)力帶動(dòng)水盤運(yùn)轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)風(fēng)箱煉鐵的連桿機(jī)械裝置（見(jiàn)圖1-1-４），成為現(xiàn)代機(jī)械的雛形；元朝時(shí)，人們利用曲柄、滑塊和飛輪制成了紡織機(jī)構(gòu)等。近代，由于外敵入侵，朝廷腐敗，閉關(guān)鎖國(guó)，長(zhǎng)年戰(zhàn)亂，使我國(guó)機(jī)械工業(yè)發(fā)展停滯不前。１.１.２本課程的研究對(duì)象１.１.２.１機(jī)器和機(jī)構(gòu)所謂機(jī)械，就是機(jī)器與機(jī)構(gòu)的總稱，那么什么是機(jī)器和機(jī)構(gòu)呢？機(jī)器在人們的感性認(rèn)識(shí)中早已形成，如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)、電梯、機(jī)器人及各種機(jī)床等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知圖１－１－５所示為單缸內(nèi)燃機(jī)，它由氣缸體（機(jī)架）１、活塞２、連桿３、曲軸４、氣閥推桿５、凸輪軸６、大齒輪７和小齒輪８組成。當(dāng)燃燒的氣體膨脹時(shí)，推動(dòng)活塞往復(fù)移動(dòng)，通過(guò)連桿３使曲柄連續(xù)旋轉(zhuǎn)，齒輪、凸輪和推桿的作用是啟、閉進(jìn)氣閥和排氣閥，以吸入燃?xì)夂团懦龔U氣。這樣，各構(gòu)件協(xié)調(diào)地動(dòng)作，就把熱能轉(zhuǎn)換為曲柄的機(jī)械能。內(nèi)燃機(jī)可視為由三種機(jī)構(gòu)組合而成。其中，由機(jī)架（氣缸體１）、活塞（滑塊）２、連桿３、曲柄４構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，其作用是將活塞的往復(fù)移動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，是機(jī)器的主體部分；由機(jī)架（氣缸體１）和齒輪７、８組成齒輪機(jī)構(gòu)，其作用是改變轉(zhuǎn)速的大小和轉(zhuǎn)動(dòng)方向；由機(jī)架（氣缸體１）、凸輪軸６和氣閥推桿５組成凸輪機(jī)構(gòu)，其作用是將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為推桿的往復(fù)移動(dòng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知圖１－１－６所示為洗衣機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。它由控制器、波輪、電動(dòng)機(jī)、帶、減速器等部分組成。當(dāng)控制器有不同的程序輸入時(shí)，洗衣機(jī)就會(huì)完成相應(yīng)的動(dòng)作指令。從以上兩個(gè)實(shí)例可以看出，機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，用來(lái)變換或傳遞能量、物料與信息。盡管機(jī)器的品種繁多，形式多樣，用途各異，但都具有如下特征：（１）都是人為的各種實(shí)物的組合體；（２）組成機(jī)器的各種實(shí)物間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；（３）可代替或減輕人的勞動(dòng)，有效地完成機(jī)械功或能量轉(zhuǎn)換。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知１.１.２.２零件與構(gòu)件機(jī)器是由若干個(gè)不同零件組裝而成的，零件是組成機(jī)器的基本要素，即機(jī)器的最小制造單元。各種機(jī)器經(jīng)常用到的零件稱為通用零件，如螺釘、螺母、軸、齒輪、彈簧等。在特定的機(jī)器中才會(huì)用到的零件稱為專用零件，如汽輪機(jī)中的葉片，起重機(jī)的吊鉤，內(nèi)燃機(jī)中的曲軸、連桿、活塞等。構(gòu)件是機(jī)器的運(yùn)動(dòng)單元，它可以是單一的零件，也可以是由若干個(gè)零件組成的剛性結(jié)構(gòu)。如圖１－１－７所示的內(nèi)燃機(jī)連桿，就是由連桿體１、螺栓２、螺母３、開(kāi)口銷４、連桿蓋５、軸瓦６和軸套７等多個(gè)零件構(gòu)成的一個(gè)構(gòu)件。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械的概念得到了進(jìn)一步的擴(kuò)展。某些情況下，構(gòu)件不再是剛體，而是加入了柔性構(gòu)件，甚至氣體、液體等也可參與實(shí)現(xiàn)預(yù)期的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。機(jī)器內(nèi)部包含了大量的控制系統(tǒng)和信息處理、傳遞系統(tǒng)。利用光電、電磁等物理效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)能量傳遞、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換或?qū)崿F(xiàn)動(dòng)作的一類機(jī)構(gòu)，應(yīng)用也十分廣泛。例如，采用繼電器機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電路的閉合與斷開(kāi)；電話機(jī)采用磁開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)，提起受話器時(shí)，接通線路進(jìn)行通話，當(dāng)受話器放到原位時(shí)，斷開(kāi)線路結(jié)束通話。機(jī)器不僅能代替人的體力勞動(dòng)，還可代替人的腦力勞動(dòng)。除了工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的工業(yè)機(jī)器人以外，還有應(yīng)用于航空航天、水下作業(yè)、清潔、醫(yī)療以及家庭服務(wù)等領(lǐng)域的“服務(wù)型”機(jī)器人。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知１.１.３本課程的性質(zhì)與任務(wù)（１）本課程主要研究機(jī)械中的常用機(jī)構(gòu)和通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、失效形式、基本的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法；（２）通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，可具備設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單機(jī)械傳動(dòng)裝置的能力，掌握設(shè)備的選購(gòu)、正常使用和維護(hù)以及故障分析等方面的基本知識(shí)；（３）具有運(yùn)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)等有關(guān)技術(shù)資料及編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的能力；（４）為學(xué)習(xí)機(jī)械類相關(guān)專業(yè)課打好理論基礎(chǔ)；（５）為機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)；（６）為現(xiàn)有機(jī)械的合理使用和革新改造打好基礎(chǔ)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知１.１.４機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則１.１.４.１機(jī)械零件的失效形式對(duì)機(jī)器的設(shè)計(jì)要求是：在滿足預(yù)期功能的前提下，盡可能做到性能好、效率高、成本低；在預(yù)定的使用期限內(nèi)，做到安全可靠、操作方便、維修簡(jiǎn)單以及造型美觀等。對(duì)于機(jī)械零件的主要要求是：要具有足夠的強(qiáng)度和剛度，有一定的耐磨性，無(wú)強(qiáng)烈振動(dòng)以及具有耐熱性等。當(dāng)機(jī)械零件在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)或規(guī)定的條件下，喪失其預(yù)定功能或預(yù)定功能指標(biāo)降低到許用值以下時(shí)，稱為失效。零件的主要損傷與失效形式有以下幾個(gè)方面：上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知（１）斷裂。當(dāng)零件承受過(guò)大載荷時(shí)，截面上的應(yīng)力超過(guò)零件材料的強(qiáng)度極限，從而導(dǎo)致零件斷裂。（２）表面失效。如磨損、表面接觸疲勞（點(diǎn)蝕）、膠合、壓潰、腐蝕等均屬于表面失效。（３）過(guò)量變形。當(dāng)機(jī)械零件承受載荷時(shí)，總要產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)彈性變形量超過(guò)允許量時(shí)，零件或機(jī)器就不能正常工作；當(dāng)嚴(yán)重過(guò)載時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生塑性變形，不僅會(huì)導(dǎo)致零件的形狀和尺寸的改變，而且會(huì)破壞零件之間的配合關(guān)系，甚至導(dǎo)致零件喪失工作能力。（４）破壞正常工作條件而引起的失效。有些零件只有在一定的工作條件下才能正常工作，如帶傳動(dòng)只有在傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力時(shí)才能正常工作；高速轉(zhuǎn)動(dòng)的零件只有在轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動(dòng)件系統(tǒng)的固有頻率避開(kāi)一個(gè)適當(dāng)?shù)拈g隔時(shí)才能正常工作。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知１.１.４.２機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則對(duì)機(jī)械零件的功能要求通常被視為衡量機(jī)械零件工作能力的準(zhǔn)則。為防止機(jī)械零件產(chǎn)生各種可能的失效，使之能夠安全、可靠地工作，在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作之前，首先擬定的以零件工作能力為計(jì)算依據(jù)的基本原則，稱為零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。同一種零件可能有多種不同的失效形式，那么對(duì)應(yīng)不同的失效形式就有不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。設(shè)計(jì)零件時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)零件的失效形式確定其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。一般來(lái)講，有以下幾種準(zhǔn)則：１.強(qiáng)度準(zhǔn)則（整體強(qiáng)度和表面強(qiáng)度）要求機(jī)械零件的工作應(yīng)力σ不超過(guò)許用應(yīng)力［σ］。其典型的計(jì)算公式是：上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知２.剛度準(zhǔn)則剛度準(zhǔn)則要求零件受載荷后的彈性變形量不大于允許彈性變形量。剛度準(zhǔn)則的表達(dá)式為：ｙ≤［ｙ］；θ≤［θ］；φ≤［φ］３.振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則振動(dòng)穩(wěn)定性是指機(jī)械零件在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)避免發(fā)生共振的性質(zhì)。振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則要求機(jī)械零件的固有頻率應(yīng)與激勵(lì)的頻率錯(cuò)開(kāi)，保證不發(fā)生共振，即要滿足ｆｐ＜０.８５ｆ或ｆｐ＞１.１５ｆ上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知４.耐磨性準(zhǔn)則耐磨性準(zhǔn)則要求零件的磨損量在預(yù)定期限內(nèi)不超過(guò)允許值。過(guò)度磨損會(huì)使零件的形狀和尺寸發(fā)生改變、配合間隙增大、精度降低，并產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。５.可靠性準(zhǔn)則可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力?？煽慷仁侵府a(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。６.標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)則標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)則是指對(duì)零件的特征參數(shù)以至其結(jié)構(gòu)尺寸、檢驗(yàn)方法和制圖等的規(guī)范要求。標(biāo)準(zhǔn)化是縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的重要途徑。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知７.其他準(zhǔn)則設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，在滿足上述要求的前提下，還應(yīng)力圖減小質(zhì)量，以減小材料消耗和慣性載荷并提高經(jīng)濟(jì)效益。還需考慮諸如耐高溫或低溫、耐腐蝕、表面裝飾和造型美觀等要求。１.１.５機(jī)械零件常用材料及其選用原則１.１.５.１機(jī)械零件的常用材料工程中，機(jī)械零件所使用的材料是多種多樣的，其中應(yīng)用最多最廣的還是金屬材料，尤其是黑色金屬材料。具體來(lái)說(shuō)可分為以下幾種。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知１.鋼鋼主要有碳鋼、合金鋼、鑄鋼、鍛鋼等，其主要性能為強(qiáng)度很高，塑性較好，可承受很大載荷，且可進(jìn)行熱處理以提高和改善其機(jī)械性能。２.鑄鐵鑄鐵主要有灰鑄鐵、球墨鑄鐵及特殊性能鑄鐵等，其主要性能為具有良好的鑄造、切削加工、抗磨、抗壓和減振性能，且價(jià)格低廉。３.有色金屬合金有色金屬合金主要有銅合金、鋁合金等，其主要性能為具有某些特殊性能，如良好的減摩性、耐腐蝕性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知４.非金屬材料非金屬材料主要有工程塑料、橡膠、石墨、木材、陶瓷等，根據(jù)其材料品種的不同，其具有一些特殊的性能，如良好的耐腐蝕性、絕緣性、耐磨性等。５.復(fù)合材料復(fù)合材料主要有纖維增強(qiáng)塑料、纖維增強(qiáng)金屬及復(fù)合材料等，其主要性能為質(zhì)量小、強(qiáng)度高、耐高溫能力強(qiáng)、加工成型方便、彈性優(yōu)良、耐化學(xué)腐蝕和電絕緣性良好。１.１.５.２機(jī)械零件常用材料的選用原則（１）使用要求。使用要求主要包括對(duì)機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能和吸振性能等方面的要求，選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)使用要求，滿足主要要求，兼顧一般要求。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知（２）制造工藝要求。應(yīng)使零件的制造加工方法簡(jiǎn)便、易于實(shí)現(xiàn)，如鑄造件應(yīng)選擇熱熔狀態(tài)時(shí)具有易于流動(dòng)等性能的材料。（３）經(jīng)濟(jì)性要求。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡量選用價(jià)格低廉的材料，同時(shí)還應(yīng)考慮到使用和維護(hù)簡(jiǎn)便、費(fèi)用低等問(wèn)題。１.１.６機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件在設(shè)計(jì)過(guò)程中一般采取以下幾個(gè)步驟：（１）根據(jù)機(jī)器的具體運(yùn)轉(zhuǎn)情況和簡(jiǎn)化的計(jì)算方案，確定零件的載荷。（２）根據(jù)材料的力學(xué)性能、物理性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)因素及供應(yīng)情況等選擇零件的材料。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)１機(jī)械認(rèn)知（３）根據(jù)零件的工作能力準(zhǔn)則，確定零件的主要尺寸，并加以標(biāo)準(zhǔn)化或圓整。（４）根據(jù)確定的主要尺寸并結(jié)合結(jié)構(gòu)和工藝上的要求，繪制零件的工作圖。（５）零件工作圖是制造零件的依據(jù)，故應(yīng)對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，以提高工藝性，避免差錯(cuò)，造成浪費(fèi)。上一頁(yè)返回子任務(wù)２平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度計(jì)算１.２.１運(yùn)動(dòng)副及其分類１.２.１.１運(yùn)動(dòng)副定義運(yùn)動(dòng)副是指兩構(gòu)件之間直接接觸并能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接。例如，圓規(guī)兩個(gè)腳之間的連接、活塞與氣缸的連接、齒輪與齒輪間通過(guò)輪齒接觸構(gòu)成的連接等都構(gòu)成了運(yùn)動(dòng)副。按照相對(duì)運(yùn)動(dòng)的形式，運(yùn)動(dòng)副可分為平面運(yùn)動(dòng)副和空間運(yùn)動(dòng)副。１.２.１.２運(yùn)動(dòng)副分類平面運(yùn)動(dòng)副是指兩構(gòu)件只能在同一平面內(nèi)做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。按兩構(gòu)件之間的接觸性質(zhì)，平面運(yùn)動(dòng)副可分為低副和高副。下一頁(yè)返回子任務(wù)２平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度計(jì)算１.低副低副是指兩構(gòu)件之間通過(guò)面接觸而形成的運(yùn)動(dòng)副。根據(jù)兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式，低副可分為轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副。其中，轉(zhuǎn)動(dòng)副又稱為鉸鏈，是指兩構(gòu)件只能在同一平面內(nèi)做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副，如圖１－２－３所示；移動(dòng)副是指兩構(gòu)件只能沿著某一條直線做相對(duì)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副，如圖１－２－４所示。２.高副高副是指兩構(gòu)件之間通過(guò)點(diǎn)或線接觸而形成的運(yùn)動(dòng)副。如圖１－２－５（ａ）所示的凸輪與從動(dòng)件和圖１－２－５（ｂ）所示的齒輪嚙合等均為高副。此外，常用的運(yùn)動(dòng)副還有如圖１－２－６（ａ）所示的球面運(yùn)動(dòng)副和圖１－２－６（ｂ）所示的螺旋運(yùn)動(dòng)副，它們都屬于空間運(yùn)動(dòng)副。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)２平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度計(jì)算１.２.２平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)械的結(jié)構(gòu)和外形都很復(fù)雜，為便于進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，在工程上通常不考慮構(gòu)件的外形、截面尺寸和運(yùn)動(dòng)副的實(shí)際結(jié)構(gòu)，只用規(guī)定的簡(jiǎn)單線條與符號(hào)來(lái)表示機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按一定的比例畫(huà)出表示各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置及其相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的圖形，這種表示機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系的簡(jiǎn)單圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。１.２.２.１運(yùn)動(dòng)副的表示方法在平面機(jī)構(gòu)中，兩構(gòu)件組成的轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副及高副的表示方法如表１－２－１所示，帶斜線的構(gòu)件為機(jī)架，對(duì)于高副需繪制出接觸處的輪廓線形狀或按標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)繪制。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)２平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度計(jì)算１.２.２.２構(gòu)件的表示方法一些構(gòu)件的表示方法如圖１－２－７所示。需要注意的是畫(huà)構(gòu)件時(shí)應(yīng)撇開(kāi)構(gòu)件的實(shí)際外形，而只考慮運(yùn)動(dòng)副的性質(zhì)，如圖１－２－８所示。常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖符號(hào)詳見(jiàn)表１－２－２。１.２.２.３平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制繪制平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖時(shí)，可按以下步驟進(jìn)行繪制：（１）認(rèn)真研究機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作原理，分清固定件，確定主動(dòng)件。（２）沿著運(yùn)動(dòng)傳遞路線，分析兩構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，以確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)２平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度計(jì)算（３）測(cè)量出運(yùn)動(dòng)副間的相對(duì)位置。（４）選擇運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的視圖平面和比例尺（μ＝實(shí)際尺寸（ｍ）／圖示長(zhǎng)度（ｍｍ）），繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并從運(yùn)動(dòng)件開(kāi)始，按傳動(dòng)順序標(biāo)出各構(gòu)件的編號(hào)和運(yùn)動(dòng)副的代號(hào)。在原動(dòng)件上標(biāo)出箭頭以表示其運(yùn)動(dòng)方向。１.２.３平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算及具有確定運(yùn)動(dòng)的條件為了使所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能夠運(yùn)動(dòng)并具有運(yùn)動(dòng)的確定性，必須研究機(jī)構(gòu)的自由度和機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)確定性的條件。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)２平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度計(jì)算１.２.３.１構(gòu)件的自由度在平面運(yùn)動(dòng)中，每一個(gè)獨(dú)立的構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)均可分為三個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)，即沿ｘ軸和ｙ軸的移動(dòng)及在ｘｏｙ平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。構(gòu)件的這三種獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)稱為其自由度。所以，一個(gè)做平面運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件有３個(gè)自由度，如圖１－２－１０所示。１.２.３.２運(yùn)動(dòng)副的約束當(dāng)兩構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副連接，任一構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)將受到限制，從而使其自由度減少，這種限制就稱為約束。每引入一個(gè)約束，構(gòu)件就減少一個(gè)自由度。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)２平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度計(jì)算１.２.３.３平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算所謂機(jī)構(gòu)自由度是指機(jī)構(gòu)相對(duì)于機(jī)架所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目。如果一個(gè)平面機(jī)構(gòu)有ｎ個(gè)活動(dòng)構(gòu)件（機(jī)架除外），在未用運(yùn)動(dòng)副連接之前，這些活動(dòng)構(gòu)件的自由度總數(shù)為３ｎ。當(dāng)用運(yùn)動(dòng)副將構(gòu)件連接起來(lái)組成機(jī)構(gòu)后，機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件具有的自由度數(shù)則隨之減少。ＰＬ表示機(jī)構(gòu)中低副的數(shù)目，ＰＨ表示高副的數(shù)目，則機(jī)構(gòu)中全部運(yùn)動(dòng)副所引入的約束總數(shù)為２ＰＬ＋ＰＨ。因此，整個(gè)機(jī)構(gòu)的自由度應(yīng)為活動(dòng)構(gòu)件的總數(shù)減去運(yùn)動(dòng)副引入的約束總數(shù)，又稱機(jī)構(gòu)的活動(dòng)度，以Ｆ表示，即Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ（１－２－１）由平面機(jī)構(gòu)自由度的公式可知，機(jī)構(gòu)自由度Ｆ取決于活動(dòng)構(gòu)件的數(shù)目以及運(yùn)動(dòng)副的類型（低副或高副）和數(shù)目。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)２平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度計(jì)算１.２.３.４機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件顯然，機(jī)構(gòu)要想運(yùn)動(dòng)，它的自由度必須大于零，即Ｆ＞０。由于每個(gè)原動(dòng)件具有一個(gè)自由度（如電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子具有一個(gè)獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)活塞具有一個(gè)獨(dú)立移動(dòng)）。因此，當(dāng)機(jī)構(gòu)自由度等于１時(shí)，需要有一個(gè)原動(dòng)件；當(dāng)機(jī)構(gòu)自由度等于２時(shí)，就需要有兩個(gè)原動(dòng)件。也就是說(shuō)，機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)目必須等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目。由于機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)是由外界給定的，屬已知條件，所以只需算出該機(jī)構(gòu)的自由度，就可判斷機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是否確定。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)２平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度計(jì)算１.２.３.５平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算時(shí)的特殊情況計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，必須注意下述幾種特殊情況：１.復(fù)合鉸鏈兩個(gè)以上構(gòu)件同時(shí)在一處用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接則構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。如圖１－２－１３（ａ）所示，三個(gè)構(gòu)件在Ｂ處構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。由圖１－２－１３（ｂ）可知，其由構(gòu)件３與４、２與４共組成兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。同理，當(dāng)Ｋ個(gè)構(gòu)件用復(fù)合鉸鏈相連接時(shí)，其組成的回轉(zhuǎn)副數(shù)目應(yīng)等于（Ｋ－１）個(gè)。在計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)，應(yīng)特別注意是否存在復(fù)合鉸鏈，并正確確定其運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)２平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度計(jì)算２.局部自由度機(jī)構(gòu)中常出現(xiàn)一種與整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的自由度，稱為局部自由度或多余自由度，在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)予以剔除。圖１－２－１４（ａ）所示為一滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)原動(dòng)件凸輪１轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)滾子２驅(qū)使從動(dòng)件３以一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律在機(jī)架４中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。不難看出，在這個(gè)機(jī)構(gòu)中，無(wú)論滾子２繞其軸是否轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)快慢，都絲毫不影響從動(dòng)件３的運(yùn)動(dòng)。因此，滾子繞其中心的轉(zhuǎn)動(dòng)是一個(gè)局部自由度。為了在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)去掉這個(gè)局部自由度，可設(shè)想將滾子與從動(dòng)件焊成一體（轉(zhuǎn)動(dòng)副也隨之消失），如圖１－２－１４（ｂ）所示。此時(shí)ｎ＝２，ＰＬ＝２，ＰＨ＝１。該機(jī)構(gòu)的自由度為Ｆ＝３ｎ－２ＰＬ－ＰＨ＝３×２－２×２－１＝１上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)２平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度計(jì)算３.虛約束在運(yùn)動(dòng)副引入的約束中，有些約束對(duì)機(jī)構(gòu)自由度的影響是重復(fù)的，這些重復(fù)的約束稱為虛約束，應(yīng)當(dāng)除去不計(jì)。如圖１－２－１５（ａ）所示的機(jī)構(gòu)，其自由度為Ｆ＝３×４－２×６＝０如果構(gòu)件５不平行于構(gòu)件２和４，如圖１－２－１５（ｂ）所示，則ＥＦ′桿是真實(shí)約束，此時(shí)的自由度為零，即機(jī)構(gòu)不能動(dòng)。除上述因運(yùn)動(dòng)軌跡重疊而產(chǎn)生的虛約束之外，在下述情況也會(huì)出現(xiàn)虛約束：（１）兩個(gè)構(gòu)件組成同一導(dǎo)路或多個(gè)導(dǎo)路平行的移動(dòng)副，而只有一個(gè)移動(dòng)副起作用，其余都是虛約束，如圖１－２－１６（ａ）所示。構(gòu)件１與構(gòu)件２組成三個(gè)移動(dòng)副Ａ、Ｂ、Ｃ，有兩個(gè)虛約束，因?yàn)橹恍枰粋€(gè)約束，壓板就能沿其導(dǎo)路運(yùn)動(dòng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)２平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及自由度計(jì)算（２）兩個(gè)構(gòu)件之間組成多個(gè)軸線重合的轉(zhuǎn)動(dòng)副，而只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副起作用，其余都為虛約束。如兩個(gè)軸承支承一根軸只能看作一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，如圖１－２－１６（ｂ）所示，構(gòu)件１只需一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的約束就能繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。（３）機(jī)構(gòu)中對(duì)傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對(duì)稱部分。如圖１－２－１７所示的行星輪系，中心輪１通過(guò)三個(gè)完全相同的行星齒輪２、２′和２″驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒輪３，但２、２′或２″中只有一個(gè)齒輪起傳遞運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立作用，另兩個(gè)沒(méi)有此作用，是虛約束。從以上分析可知，虛約束對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不起作用，但它可以增強(qiáng)構(gòu)件的剛性和使構(gòu)件受力均衡，讓機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，必須考慮是否有虛約束，如有，應(yīng)除去。上一頁(yè)返回子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)１.３.１鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及演化１.３.１.１鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間以轉(zhuǎn)動(dòng)副連接時(shí)，稱該機(jī)構(gòu)為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，如圖１－３－３所示。在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，固定不動(dòng)的桿４稱為機(jī)架；與機(jī)架相連的桿１與桿３稱為連架桿，其中能相對(duì)機(jī)架做整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為曲柄，僅能在某一角度范圍內(nèi)做往復(fù)擺動(dòng)的連架桿稱為搖桿；連接兩連架桿的桿２稱為連桿，連桿２通常做平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)。根據(jù)連架桿運(yùn)動(dòng)形式的不同，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可分為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)三種基本型式。下一頁(yè)返回子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)１.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)具有一個(gè)曲柄、一個(gè)搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如圖１－３－３所示。在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，取曲柄１為主動(dòng)件時(shí)，可將曲柄的連續(xù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)連桿２轉(zhuǎn)換為從動(dòng)件搖桿３的變速往復(fù)擺動(dòng)。取搖桿３為主動(dòng)件時(shí)，可將搖桿的不等速往復(fù)擺動(dòng)經(jīng)連桿２轉(zhuǎn)換為從動(dòng)件曲柄１的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用：如圖１－３－４所示的雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)。２.雙曲柄機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)中，除普通雙曲柄四桿機(jī)構(gòu)（如圖１－３－５所示）以外，常見(jiàn)的還有平行四邊形機(jī)構(gòu)和逆平行四邊形機(jī)構(gòu)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)（１）平行四邊形機(jī)構(gòu)：兩曲柄長(zhǎng)度相等，且連桿與機(jī)架的長(zhǎng)度也相等，呈平行四邊形，如圖１－３－６所示。平行雙曲柄機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：當(dāng)主動(dòng)曲柄１做等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)曲柄３會(huì)以相同的角速度沿同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿２則做平行移動(dòng)。應(yīng)用：如圖１－３－７所示的機(jī)車車輪中采用的就是平行四邊形機(jī)構(gòu)。（２）逆平行四邊形機(jī)構(gòu)：兩曲柄長(zhǎng)度相等，且連桿與機(jī)架的長(zhǎng)度也相等，但轉(zhuǎn)向相反，如圖１－３－８所示。應(yīng)用：如圖１－３－９所示的公交車車門的開(kāi)啟機(jī)構(gòu)。３.雙搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為搖桿，則稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)，如圖１－３－１０所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)應(yīng)用：如圖１－３－１１所示的鶴式起重機(jī)就采用了雙搖桿機(jī)構(gòu)。１.３.１.２鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化１.轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副如圖１－３－１２（ａ）所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄ＡＢ轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿ＣＤ上Ｃ點(diǎn)的軌跡是圓弧ｍｍ，且當(dāng)搖桿長(zhǎng)度越長(zhǎng)時(shí)，曲線ｍｍ越平直。當(dāng)搖桿為無(wú)限長(zhǎng)時(shí)，ｍｍ將成為一條直線，這時(shí)可把搖桿做成滑塊，轉(zhuǎn)動(dòng)副Ｄ將演化成移動(dòng)副，這種機(jī)構(gòu)稱為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖１－３－１２（ｃ）所示。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)根據(jù)滑塊移動(dòng)導(dǎo)路到曲柄回轉(zhuǎn)中心之間的距離ｅ的有無(wú)又分為兩種：偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)———ｅ不等于零，如圖１－３－１２（ｂ）所示；對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)———ｅ等于零，如圖１－３－１２（ｃ）所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)２.選取不同的構(gòu)件為機(jī)架首先來(lái)了解一個(gè)概念———低副運(yùn)動(dòng)的可逆性。所謂低副運(yùn)動(dòng)的可逆性就是指以低副相連接的兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，不會(huì)因取其中哪一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架而改變，這一性質(zhì)稱為低副運(yùn)動(dòng)的可逆性。當(dāng)取不同的構(gòu)件為機(jī)架時(shí)，會(huì)得到不同的四桿機(jī)構(gòu)，如表１－３－１所示。３.變換構(gòu)件的形態(tài)演化前，圖１－３－１３所示為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)，其中滑塊３繞Ｃ點(diǎn)做定軸往復(fù)擺動(dòng)，構(gòu)件２為桿狀；演化后，圖１－３－１４所示為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)時(shí)，由于實(shí)際需要，改桿狀構(gòu)件２為塊狀構(gòu)件，改塊狀構(gòu)件３為桿狀構(gòu)件，稱構(gòu)件３為擺動(dòng)導(dǎo)桿。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)４.擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副的尺寸演化前，圖１－３－１５所示為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；演化過(guò)程如圖１－３－１６所示。將曲柄１端部的轉(zhuǎn)動(dòng)副Ｂ的半徑加大至超過(guò)曲柄１的長(zhǎng)度，曲柄１變成一個(gè)幾何中心為Ｂ、回轉(zhuǎn)中心為Ａ的偏心圓盤，其偏心距ｅ即為原曲柄長(zhǎng)。該機(jī)構(gòu)與原曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性完全相同，其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖也完全一樣。１.３.２鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性１.３.２.１鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本形式的主要區(qū)別在于是否存在曲柄和存在幾個(gè)曲柄，實(shí)質(zhì)取決于各桿的相對(duì)長(zhǎng)度以及選取哪一桿作為機(jī)架。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的前提是其運(yùn)動(dòng)副中必有周轉(zhuǎn)副存在，所謂周轉(zhuǎn)副就是指能做整周相對(duì)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副，故下面先來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)副為周轉(zhuǎn)副的條件。設(shè)四構(gòu)件中最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度為Ｌｍａｘ，最短桿的長(zhǎng)度為Ｌｍｉｎ，其余兩桿長(zhǎng)度分別為Ｌ′和Ｌ″，則周轉(zhuǎn)副存在的條件可表示為Ｌｍａｘ＋Ｌｍｉｎ≤Ｌ′＋Ｌ″。反之，機(jī)構(gòu)中無(wú)周轉(zhuǎn)副。曲柄是能繞機(jī)架做整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連桿架，由周轉(zhuǎn)副存在的條件不難得出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件為：（１）最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于等于其余兩桿長(zhǎng)度之和；（２）連架桿和機(jī)架中必有一桿為最短桿。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)１.３.２.２鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型的判斷方法由以上條件可得出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型的判斷方法如下：（１）當(dāng)最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和時(shí)（Ｌｍａｘ＋Ｌｍｉｎ≤Ｌ′＋Ｌ″）：①若最短桿的相鄰桿為機(jī)架，則機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；②若最短桿為機(jī)架，則機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；③若最短桿的對(duì)邊桿為機(jī)架，則機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。（２）當(dāng)最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和大于其余兩桿長(zhǎng)度之和（Ｌｍａｘ＋Ｌｍｉｎ＞Ｌ′＋Ｌ″）時(shí)，則不論取何桿為機(jī)架，機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)１.３.２.３急回特性在圖１－３－１８所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，ＡＢ為曲柄是原動(dòng)件并做等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，ＢＣ為連桿，ＣＤ為搖桿，Ｃ１Ｄ位置為ＣＤ桿的初始位置，Ｃ２Ｄ為終止位置，搖桿在兩極限位置之間所夾角度稱為搖桿的擺角，用φ表示。如把進(jìn)程平均速度定為ｖ１，空行程返回速度則為ｖ２，顯而易見(jiàn)，當(dāng)主動(dòng)件曲柄ＡＢ以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件搖桿ＣＤ往復(fù)擺動(dòng)的平均速度不相等，從動(dòng)件回程速度比進(jìn)程速度快，這一性質(zhì)稱為機(jī)構(gòu)的急回特性。機(jī)構(gòu)急回特性的相對(duì)程度，可用行程速度變化系數(shù)Ｋ來(lái)表示上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)１.３.２.４壓力角和傳動(dòng)角平面連桿機(jī)構(gòu)不僅要保證實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)要求，而且應(yīng)當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率高，并具有良好的傳力特性。通常用壓力角或傳動(dòng)角表示連桿機(jī)構(gòu)的傳力特性，如圖１－３－１９所示。從動(dòng)件Ｃ點(diǎn)力Ｆ的方向與Ｃ點(diǎn)的速度ｖＣ方向間所夾的銳角α，稱為壓力角，壓力角的余角γ稱為傳動(dòng)角。Ｆ分解為兩個(gè)分力Ｆｔ和Ｆｒ：Ｆｔ＝Ｆｃｏｓα＝ＦｓｉｎγＦｒ＝Ｆｓｉｎα＝Ｆｃｏｓα顯然，壓力角越小，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的有效分力越大，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的效率也越高，所以可用壓力角的大小來(lái)判斷機(jī)構(gòu)的傳力特性。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)對(duì)于偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄為主動(dòng)件時(shí)，其傳動(dòng)角γ為連桿與導(dǎo)路垂線所夾的銳角，因此，當(dāng)曲柄處于與偏距方向相反一側(cè)垂直導(dǎo)路的位置時(shí)出現(xiàn)γｍｉｎ，如圖１－３－２０所示。對(duì)于曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角，如圖１－３－２１所示，當(dāng)曲柄ＡＢ為主動(dòng)件時(shí)，因滑塊對(duì)導(dǎo)路的作用力始終垂直于導(dǎo)桿，故其傳動(dòng)角γ恒為９０°，這說(shuō)明曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)具有良好的傳力性能。１.３.２.５死點(diǎn)位置在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若搖桿ＣＤ為主動(dòng)件、曲柄ＡＢ為從動(dòng)件，當(dāng)連桿ＢＣ與曲柄ＡＢ處于共線位置時(shí)，連桿ＢＣ與曲柄ＡＢ之間的傳動(dòng)角γ＝０°，壓力角α＝９０°，這時(shí)搖桿ＣＤ經(jīng)連桿ＢＣ傳給從動(dòng)件曲柄ＡＢ的力通過(guò)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心Ａ，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為零，從動(dòng)件不轉(zhuǎn)，機(jī)構(gòu)停頓，機(jī)構(gòu)所處的這種位置稱為死點(diǎn)位置，有時(shí)把死點(diǎn)位置簡(jiǎn)稱為死點(diǎn)，如圖１－３－２２所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)存在死點(diǎn)位置是不利的，對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器，要想使機(jī)構(gòu)順利地通過(guò)死點(diǎn)位置，可采用如下方法：（１）利用從動(dòng)件的慣性順利地通過(guò)死點(diǎn)位置。例如，家用縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)中大帶輪就相當(dāng)于飛輪，利用其慣性通過(guò)死點(diǎn)，如圖１－３－２３所示。（２）采用錯(cuò)位排列的方式順利地通過(guò)死點(diǎn)位置，如Ｖ型發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖１－３－２４所示。由于錯(cuò)位排列的方式使兩機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置互相錯(cuò)開(kāi)，因此，當(dāng)一個(gè)機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置時(shí)，另一機(jī)構(gòu)不存在死點(diǎn)位置，可使曲軸始終獲得有效力矩。死點(diǎn)位置在傳動(dòng)中并不總是起消極作用。在實(shí)際工程中，不少場(chǎng)合也是利用死點(diǎn)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的功能。如圖１－３－２５所示的夾具，當(dāng)工件５被夾緊后，四桿機(jī)構(gòu)中的鉸鏈中心Ｂ、Ｃ、Ｄ處于同一條直線上，工件經(jīng)桿１傳給桿２、桿３的力通過(guò)回轉(zhuǎn)中心Ｄ，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩為０，桿３不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此當(dāng)力去掉后仍能夾緊工件。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)１.３.３鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)例１.３.３.１給定連桿三個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知條件：如圖１－３－２６所示，已知連桿ＢＣ的長(zhǎng)度ｌ２及連桿的三個(gè)預(yù)定位置Ｂ１Ｃ１、Ｂ２Ｃ２、Ｂ３Ｃ３，要求確定四桿機(jī)構(gòu)的其余桿件的位置和尺寸。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是確定固定鉸鏈Ａ和Ｄ的位置，從而確定其他三桿的長(zhǎng)度ｌ１、ｌ３、ｌ４。由于連桿３上Ｂ、Ｃ兩點(diǎn)的軌跡分別為以Ａ、Ｄ為圓心的圓弧，所以Ａ、Ｄ必分別位于Ｂ１Ｂ２、Ｂ２Ｂ３、Ｃ１Ｃ２、Ｃ２Ｃ３的垂直平分線上。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)其設(shè)計(jì)步驟如下：（１）選取適當(dāng)比例尺，按連桿長(zhǎng)度及給定位置畫(huà)出Ｂ１Ｃ１、Ｂ２Ｃ２、Ｂ３Ｃ３。（２）分別連接Ｂ１和Ｂ２、Ｂ２和Ｂ３及Ｃ１和Ｃ２、Ｃ２和Ｃ３，作Ｂ１Ｂ２和Ｂ２Ｂ３的垂直平分線ｂ１２和ｂ２３及Ｃ１Ｃ２和Ｃ２Ｃ３的垂直平分線ｃ１２和ｃ２３，分別得交點(diǎn)Ａ和Ｄ，該兩點(diǎn)即是兩個(gè)連架桿的固定鉸鏈中心。連接ＡＢ１和Ｃ１Ｄ，ＡＢ１Ｃ１Ｄ即為所求的四桿機(jī)構(gòu)。１.３.３.２給定行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)１.設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)已知條件：搖桿長(zhǎng)度ｌ３、擺角φ和行程速度變化系數(shù)Ｋ。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是確定鉸鏈中心Ａ的位置，從而定出其他三桿尺寸ｌ１、ｌ２和ｌ４。其設(shè)計(jì)步驟如下：（１）由給定的行程速度變化系數(shù)Ｋ，求出極位夾角θ，即（２）取適當(dāng)比例尺，任意固定鉸鏈中心Ｄ的位置，根據(jù)搖桿長(zhǎng)度ｌ３和擺角φ，作出搖桿的兩個(gè)極限位置Ｃ１Ｄ和Ｃ２Ｄ。（３）作DＣ１Ｃ２Ｏ＝DＣ２Ｃ１Ｏ＝９０°－θ，由三角形內(nèi)角和等于１８０°可知，DＣ１ＯＣ２＝２θ。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)３平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)（４）以Ｏ為圓心、ＯＣ１為半徑作圓，在圓周（Ｃ１Ｃ２除外）上任取一點(diǎn)Ａ作為曲柄鉸鏈中心。連接ＡＣ１和ＡＣ２，便得曲柄與連桿的兩個(gè)共線位置。圓周角DＣ１ＡＣ２＝１／２DＣ１ＯＣ２＝θ。（５）因ＡＣ１＝ｌ２－ｌ１，ＡＣ２＝ｌ２＋ｌ１，從而得曲柄長(zhǎng)度ｌ１＝１／２（ＡＣ２－ＡＣ１）。再以Ａ為圓心、ｌ１為半徑作圓，交Ｃ１Ａ的延長(zhǎng)線于Ｂ１，交Ｃ２Ａ于Ｂ２，即得Ｂ１Ｃ１＝Ｂ２Ｃ２＝ｌ２及ＡＤ＝ｌ４，如圖１－３－２８所示。由于Ａ點(diǎn)可以在以Ｏ為圓心、ＯＣ１為半徑的圓周上適當(dāng)范圍內(nèi)任意選取，所以可得到無(wú)窮多解。Ａ點(diǎn)位置不同，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角大小也不同。為了獲得良好的傳動(dòng)質(zhì)量，可按照最小傳動(dòng)角或其他輔助條件確定Ａ點(diǎn)的位置，如圖１－３－２８所示。上一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)１.４.１凸輪機(jī)構(gòu)的組成和類型１.４.１.１凸輪機(jī)構(gòu)的組成凸輪機(jī)構(gòu)一般由主動(dòng)件凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成。其作用是將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)轉(zhuǎn)換為從動(dòng)件的連續(xù)或不連續(xù)的移動(dòng)或擺動(dòng)。與連桿機(jī)構(gòu)相比，凸輪機(jī)構(gòu)便于準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但由于凸輪與從動(dòng)件構(gòu)成的高副是點(diǎn)接觸或線接觸，所以易磨損。另外，高精度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造也比較困難。圖１－４－２所示為自動(dòng)車床靠模機(jī)構(gòu)。拖板帶動(dòng)從動(dòng)件２沿靠模凸輪１的輪廓運(yùn)動(dòng)，刀刃走出手柄外形軌跡。圖１－４－３所示為自動(dòng)機(jī)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu)。圖中具有曲線凹槽的構(gòu)件叫作凸輪，當(dāng)它等速回轉(zhuǎn)時(shí)，用其曲線形溝槽驅(qū)動(dòng)從動(dòng)擺桿２繞固定點(diǎn)Ｏ做往復(fù)擺動(dòng)，通過(guò)扇形齒輪和固接在刀架３上的齒條控制刀具進(jìn)刀和退刀，刀架運(yùn)動(dòng)規(guī)律則取決于凸輪１上曲線凹槽的形狀。下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)１.４.１.２凸輪機(jī)構(gòu)的類型凸輪機(jī)構(gòu)的形式多種多樣，常用的分類方法有以下幾種：１.按凸輪的形狀分類（１）盤形凸輪。如圖１－４－１所示，凸輪呈盤狀，并且具有變化的向徑。當(dāng)其繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可推動(dòng)從動(dòng)件在垂直于凸輪轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。它是凸輪最基本的形式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。（２）移動(dòng)凸輪。當(dāng)盤形凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心位于無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)，就演化成了如圖１－４－２所示的凸輪，這種凸輪稱為移動(dòng)凸輪，凸輪呈板狀，它相對(duì)于機(jī)架做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)（３）圓柱凸輪。如圖１－４－３所示，凸輪的輪廓曲線作在圓柱體上。它可以看作是把上述移動(dòng)凸輪卷成圓柱體演化而成的。在盤形凸輪和移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪與從動(dòng)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)均為平面運(yùn)動(dòng)，故稱為平面凸輪機(jī)構(gòu)。在圓柱凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪與從動(dòng)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是空間運(yùn)動(dòng)，故稱為空間凸輪機(jī)構(gòu)。２.按從動(dòng)件形狀分類（１）尖頂從動(dòng)件。如圖１－４－４（ａ）所示，從動(dòng)件的尖頂能夠與任意復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，從而使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。這種從動(dòng)件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但尖頂處易磨損，故只適用于速度較低和傳力不大的場(chǎng)合。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)（２）滾子從動(dòng)件。如圖１－４－４（ｂ）所示，從動(dòng)件端部裝有可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的滾子，借以減少摩擦和磨損，能傳遞較大的動(dòng)力。但其端部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量較大，不易潤(rùn)滑，故不適用于高速凸輪機(jī)構(gòu)中。（３）平底從動(dòng)件。如圖１－４－４（ｃ）所示，當(dāng)不計(jì)摩擦?xí)r，凸輪對(duì)從動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力垂直于平底，其有效分力較大，凸輪與從動(dòng)件之間為線接觸，接觸處易形成油膜，潤(rùn)滑狀況好，故常應(yīng)用于高速凸輪機(jī)構(gòu)中。但平底從動(dòng)件不適用于輪廓曲線有內(nèi)凹的凸輪。３.按從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)形式分類無(wú)論凸輪與從動(dòng)件形狀如何，就從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式而言只有兩種：（１）移動(dòng)從動(dòng)件。如圖１－４－１和圖１－４－２所示，從動(dòng)件做往復(fù)移動(dòng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)（２）擺動(dòng)從動(dòng)件。如圖１－４－３和圖１－４－４（ｂ）所示，從動(dòng)件做往復(fù)擺動(dòng)。４.按凸輪與從動(dòng)件維持高副接觸的方法分類為保證凸輪機(jī)構(gòu)正常工作，必須保證凸輪輪廓與從動(dòng)件始終維持高副接觸。根據(jù)維持高副接觸的方法不同，凸輪機(jī)構(gòu)又可以分為以下兩類：（１）力封閉型凸輪機(jī)構(gòu)。力封閉型凸輪機(jī)構(gòu)是指利用重力、彈簧力或其他外力使從動(dòng)件與凸輪輪廓始終保持接觸的凸輪機(jī)構(gòu)。如圖１－４－１所示，就是利用彈簧力維持高副接觸的實(shí)例。（２）形封閉型凸輪機(jī)構(gòu)。所謂形封閉型凸輪機(jī)構(gòu)，是指利用高副元素本身的幾何形狀使從動(dòng)件與凸輪輪廓始終保持接觸。如圖１－４－５所示，凸輪曲線做成凹槽，從動(dòng)件的滾子置于凹槽中。依靠凹槽兩側(cè)的輪廓使從動(dòng)件在凸輪運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持接觸。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)１.４.２從動(dòng)件常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律１.４.２.１凸輪與從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系圖１－４－６所示為尖頂移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪，以凸輪輪廓最小向徑ｒｂ為半徑所作的圓稱為基圓，從動(dòng)件與基圓接觸時(shí)處于“最低”位置。圖１－４－６（ａ）中尖頂與基圓上Ａ點(diǎn)的接觸處為從動(dòng)件上升的起始位置。當(dāng)凸輪以等角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)δｔ角時(shí)，從動(dòng)件尖頂與凸輪輪廓ＡＢ段接觸并按某一運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升ｈ至最高位置Ｂ′，這個(gè)過(guò)程稱為推程，δｔ稱為推程運(yùn)動(dòng)角。凸輪轉(zhuǎn)過(guò)δｓ角時(shí)，從動(dòng)件與凸輪輪廓ＢＣ段接觸，并在最高處?kù)o止不動(dòng)，這個(gè)過(guò)程稱為遠(yuǎn)程休止過(guò)程，δｓ稱為遠(yuǎn)休止角。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)１.４.２.２從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指從動(dòng)件位移、速度及加速度與凸輪轉(zhuǎn)角（或時(shí)間）的關(guān)系。通常把位移、速度、加速度隨轉(zhuǎn)角（或時(shí)間）的變化曲線稱為從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)線圖，如圖１－４－６（ｂ）所示。常用從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律主要有以下幾種。１.等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律凸輪角速度ω為常數(shù)時(shí)，從動(dòng)件速度ｖ不變，稱為等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。位移方程可表達(dá)為圖１－４－７所示為其推程運(yùn)動(dòng)的位移線圖、速度線圖及加速度線圖。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)２.等加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律所謂等加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即從動(dòng)件在推程或回程的前半個(gè)行程采用等加速運(yùn)動(dòng)，后半個(gè)行程采用等減速運(yùn)動(dòng)，兩部分加速度的絕對(duì)值相等。對(duì)前半個(gè)行程，其位移方程為：圖１－４－８所示為其前半個(gè)行程的位移線圖、速度線圖及加速度線圖。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)３.余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律的加速度曲線為１／２個(gè)周期的余弦曲線，位移曲線為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)曲線（又稱簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律），位移方程為：圖１－４－９所示為其位移線圖、速度線圖及加速度線圖。從以上的運(yùn)動(dòng)線圖中，我們可以看出幾種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特點(diǎn)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)１）等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律其速度曲線不連續(xù)，從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)起始和終止時(shí)速度有突變，此時(shí)加速度在理論上由零瞬間變?yōu)闊o(wú)窮大，從而使從動(dòng)件突然產(chǎn)生理論上無(wú)窮大的慣性力。雖然實(shí)際上由于材料具有彈性，加速度和慣性力不至于達(dá)到無(wú)窮大，但仍會(huì)使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊，這種沖擊稱為剛性沖擊。這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于輕載、低速的場(chǎng)合。２）等加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速、等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律其速度曲線連續(xù)，故不會(huì)產(chǎn)生剛性沖擊，但其加速度曲線在運(yùn)動(dòng)的起始、中間和終止位置不連續(xù)，加速度有突變，這種加速度有限值突變引起的沖擊稱為柔性沖擊。它比剛性沖擊小得多，因此這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律適用于中速凸輪機(jī)構(gòu)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)３）余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律其速度曲線連續(xù)，故不會(huì)產(chǎn)生剛性沖擊，但其加速度曲線在運(yùn)動(dòng)的起始位置不連續(xù)，加速度有突變，會(huì)產(chǎn)生柔性沖擊，一般用于中速中載的場(chǎng)合。但當(dāng)從動(dòng)件做無(wú)停歇升—降—升連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度曲線變成連續(xù)曲線，可用于高速場(chǎng)合。凸輪機(jī)構(gòu)的其他常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律可參閱有關(guān)資料。１.４.３圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓當(dāng)根據(jù)工作要求選定了凸輪機(jī)構(gòu)的類型和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律后，可根據(jù)其他必要的給定條件，進(jìn)行凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)。凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)方法有圖解法和解析法。圖解法簡(jiǎn)便、直觀，但精度有限，適用于低速和對(duì)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求不太嚴(yán)格的凸輪機(jī)構(gòu)。對(duì)高速或高精度的凸輪，則須采用解析法設(shè)計(jì)。下面主要介紹圖解法。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)１.４.３.１凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)的基本原理凸輪機(jī)構(gòu)工作時(shí)，凸輪與從動(dòng)件都是運(yùn)動(dòng)的，而繪制在圖樣上的凸輪是靜止的，為此，繪制凸輪輪廓曲線時(shí)常采用反轉(zhuǎn)法。如圖１－４－１０所示，設(shè)凸輪繞軸Ｏ以等角速度ω順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。１.尖頂對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的繪制移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件導(dǎo)路通過(guò)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸心，稱為對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。設(shè)已知某尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件中心線通過(guò)凸輪回轉(zhuǎn)中心，從動(dòng)件尖頂距凸輪回轉(zhuǎn)中心的最小距離為３０ｍｍ。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在０°～９０°范圍內(nèi)從動(dòng)件勻速上升２０ｍｍ，在９０°～１８０°范圍內(nèi)從動(dòng)件停止不動(dòng)，在１８０°～３６０°范圍內(nèi)從動(dòng)件勻速下降至原處。試?yán)L制此凸輪輪廓曲線。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)作圖步驟如下：（１）選擇適當(dāng)?shù)谋壤擀蹋?，取橫坐標(biāo)軸表示凸輪的轉(zhuǎn)角δ，縱坐標(biāo)軸表示從動(dòng)件的位移ｓ。（２）按區(qū)間等分位移曲線的橫坐標(biāo)軸。確定從動(dòng)件的相應(yīng)位移量。在位移曲線橫坐標(biāo)軸上，將０°～９０°升程區(qū)間分成３等份，將１８０°～３６０°回程區(qū)間分成６等份（９０°～１８０°休止區(qū)間無(wú)須等分），并過(guò)這些等分點(diǎn)分別作垂線１－１′，２－２′，３－３′，…，９－９′，這些垂線與位移曲線相交所得的線段，就代表相應(yīng)位置從動(dòng)件的位移量ｓ，即ｓ１＝１－１′，ｓ２＝２－２′，ｓ３＝３－３′，…，ｓ９＝９－９′，如圖１－４－１１（ａ）所示。（３）作基圓，作各區(qū)間的相應(yīng)等分角線。以Ｏ為圓心，以ＯＡ０＝３０ｍｍ為半徑，按已選定的比例尺作圓，此圓稱為基圓，如圖１－４－１１（ｂ）所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)（４）繪制凸輪輪廓曲線。在基圓各等分角線的延長(zhǎng)線上截取相應(yīng)線段Ａ１Ａ′１＝ｓ１，Ａ２Ａ′２＝ｓ２，Ａ３Ａ′３＝ｓ３，…，Ａ９Ａ′９＝ｓ９，得Ａ′１，Ａ′２，Ａ′３，…，Ａ′９各點(diǎn)，將這些點(diǎn)連成一光滑曲線，即為所求的凸輪輪廓曲線，如圖１－４－１１（ｂ）所示。２.滾子對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的繪制繪制滾子從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線可分為兩步：（１）把從動(dòng)件滾子中心作為從動(dòng)件的尖頂，按照尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的繪制方法，繪制凸輪輪廓曲線Ｂ，該曲線稱為理論輪廓曲線，如圖１－４－１２所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)（２）以理論輪廓曲線上的各點(diǎn)為圓心，以已知滾子半徑為半徑作一簇滾子圓，再作這些圓的光滑內(nèi)切曲線Ｃ（包絡(luò)線），即得該滾子從動(dòng)件盤形凸輪的工作輪廓曲線（見(jiàn)圖１－４－１２）。在作圖時(shí)，為了更精確地定出工作輪廓曲線，在理論輪廓曲線的急劇轉(zhuǎn)折處應(yīng)畫(huà)出較多的滾子小圓。３.偏置式尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的繪制圖１－４－１３所示為偏置式尖頂從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，其從動(dòng)件導(dǎo)路偏離凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離ｅ稱為偏距。以Ｏ為圓心、偏距ｅ為半徑所作的圓稱為偏距圓。從動(dòng)件在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，其導(dǎo)路中心線必然始終與偏距圓相切。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)４.擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓曲線的繪制圖１－４－１４所示為一尖底擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。設(shè)已知條件：從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律Ψ—φ角位移線圖（見(jiàn)圖１－４－１４（ｂ）），凸輪基圓半徑ｒｂ，凸輪與擺動(dòng)從動(dòng)件的中心距為ｌＯＡ，擺桿長(zhǎng)度為ｌＡＢ，凸輪以等角速度ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，推程時(shí)從動(dòng)件做順時(shí)針擺動(dòng)。根據(jù)翻轉(zhuǎn)法，其輪廓曲線的作圖步驟如下：（１）選取適當(dāng)比例尺μｌ。根據(jù)給定的ｌＯＡ定出Ｏ，Ａ０的位置；以Ｏ為圓心、ｒｂ為半徑作基圓；再以Ａ０為圓心、ｌＡＢ為半徑作圓弧交基圓于Ｂ０點(diǎn)，該點(diǎn)即是從動(dòng)件尖頂?shù)钠鹗嘉恢谩Ｗ⒁?，若要求從?dòng)件在推程中逆時(shí)針擺動(dòng)，則Ｂ０應(yīng)在ＯＡ０的下方。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)（２）以Ｏ為圓心、ＯＡ０為半徑作圓。自ＯＡ０開(kāi)始，沿“－ω”方向依次取φ、φ′、φ′ｓ，并將φ、φ′分成與角位移線圖對(duì)應(yīng)的若干等份，得Ａ１、Ａ２、Ａ３…各點(diǎn)，便得到從動(dòng)件回轉(zhuǎn)中心在反轉(zhuǎn)過(guò)程中的一系列位置點(diǎn)。（３）作DＯＡ１Ｂ１、DＯＡ２Ｂ２、DＯＡ３Ｂ３…，分別等于從動(dòng)件相應(yīng)位置的擺角Ψ１＋Ψ０、Ψ２＋Ψ０、Ψ３＋Ψ０…，得到點(diǎn)Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…，各角邊Ａ１Ｂ１、Ａ２Ｂ２、Ａ３Ｂ３的長(zhǎng)度都等于ｌＡＢ。（４）將Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…連接成光滑的曲線，即得到所求的凸輪輪廓曲線。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)１.４.３.２凸輪設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，必須保證凸輪工作輪廓滿足以下要求：（１）從動(dòng)件在所有位置都能準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；（２）機(jī)構(gòu)傳力性能要好，不能自鎖；（３）凸輪結(jié)構(gòu)尺寸要緊湊。這些要求與滾子半徑、壓力角、凸輪基圓半徑等因素有關(guān)。１.滾子半徑的選擇當(dāng)采用滾子從動(dòng)件時(shí)，要注意滾子半徑的選擇。滾子半徑選擇不當(dāng)，會(huì)使從動(dòng)件不能實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這種情況稱為運(yùn)動(dòng)失真。如圖１－４－１５（ａ）所示，當(dāng)滾子半徑ｒＴ大于理論輪廓曲率半徑ρ時(shí)，包絡(luò)線會(huì)出現(xiàn)自相交叉的現(xiàn)象。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)圖１－４－１５（ａ）中的陰影部分在制造時(shí)不可能制出，造成從動(dòng)件不能處于正確位置，致使從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)失真。避免產(chǎn)生這種情況的方法是：保證凸輪理論輪廓最小曲率半徑ρｍｉｎ大于滾子半徑ｒＴ，如圖１－４－１５（ｂ）所示，這時(shí)包絡(luò)線不自交。通常ｒＴ＜（ρｍｉｎ－３）ｍｍ，對(duì)于一般的自動(dòng)機(jī)械，?。颍裕剑保啊玻担恚?。２.凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角如圖１－４－１６（ａ）所示，凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角是指凸輪對(duì)從動(dòng)件的法向力Ｆｎ（沿法線ｎ—ｎ方向）與該力作用點(diǎn)速度ｖ方向所夾的銳角α，凸輪輪廓上各點(diǎn)的壓力角是不同的。凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的測(cè)量，可按圖１－４－１６（ｂ）所示的方法，用量角器直接量取。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)３.凸輪的基圓半徑基圓半徑ｒｂ是凸輪的主要尺寸參數(shù)，從避免運(yùn)動(dòng)失真、降低壓力角的要求來(lái)看，ｒｂ值大比較好；但是從結(jié)構(gòu)緊湊來(lái)看，ｒｂ值小比較好?；鶊A半徑的確定可按運(yùn)動(dòng)規(guī)律、許用壓力角由諾謨圖求得。另外，對(duì)于凸輪與軸做成一體的凸輪軸結(jié)構(gòu)，凸輪工作輪廓的最小半徑（ｒｂ－ｒＴ）應(yīng)比軸的半徑大２～５ｍｍ；對(duì)于凸輪與軸分開(kāi)做的結(jié)構(gòu)，（ｒｂ－ｒＴ）應(yīng)比輪轂半徑大３０％～６０％。上一頁(yè)下一頁(yè)返回子任務(wù)４凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)１.４.４凸輪常用材料及結(jié)構(gòu)１.４.４.１凸輪常用材料凸輪