机械设计常用机构

(1) 实现预定的运动规律；
(2) 实现预定的连杆位置（刚体导引问题） ； (3)实现预定的轨迹。 连杆机构设计的基本方法： (1) 图解法，直观、概念清楚、简单易行，精度低；
(2) 解析法，精度高、计算量大；
(3) 实验法，用于运动要求较复杂的设计或初步
设计。
用图解法设计四连杆机构
图解法设计时,可将连杆机构分为三类分别为:刚体
机车车轮联动机构
惯性筛
双摇杆机构
特征：无曲柄，有两个摇杆
作用：一杆摆动可以影响另一杆的摆动幅度，实 现特定运动轨迹。
起重机
汽车换向机构
其它平面连杆机构
曲柄滑块机构
转动导杆机构
曲柄摇块机构
移动导杆机构
平面连杆机构有曲柄的条件：
在铰链四杆机构中，如果最短杆与最长杆之和小
于或等于其它两杆长度之和，且 （1）以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄； （2）以最短杆为机架，则两连杆均为曲柄，该机构为 双曲柄机构；
已知轨迹的相对位置， 然后在连杆平面上选取 若干点（如图中M、C、 C’、C”等）。当令M点
沿已知轨迹运动时，连杆平面上的其余各点便
画出不同轨迹。找出轨迹最接近圆弧的点（如
图中C点）作为连杆上的另一个活动铰链，则可 得到能满足要求的铰链四杆机构。 若在连杆平面上找不出轨迹最接近圆弧的 点，应改变初选参数重新演试，直到得出满意
轴间的运动和动力。 * 传递两相交轴间的运动 — 锥齿轮传动； 按照轮齿在圆锥体上的排列方向有直齿和曲线齿 两种。
独立运动。一个自由构件在空间具有6个自由度。
约束：指通过运动副联接的两构件之间的某些 相对独立运动所受到的限制。 根据运动副对被联接的两构件相对运动约束的 不同，可将运动副分为Ⅰ至Ⅴ级，如：引入一个约
束的称为Ⅰ级副。球面副为Ⅲ级副，圆柱副、球销
副为Ⅳ级副，移动副、转动副、螺旋副为Ⅴ级副。
运动副的自由度=6-运动副所有的约束个数
常用机构运动简图
常用机构运动简图
常用传动机构简图
1-2.机构设计的原则
原则：利用机构组成原理进行机构设计时，在满
足相同工作要求的条件下，机构的结构越简单、杆组
的级别越低、构件数和运动副数越少越好。
合理的机构设计是机器平稳实用的基础。机器特 定运动的实现，都是通过机构的协调运动来完成的。 一部较复杂的机器一般是由很多常用机构组成的，如 ：连杆机构、轮系机构、凸轮机构、间隙机构和其它
极限位置线所夹的锐角
K为行程速度变化系数,即空
回行程和工作行程平均速度
的比值:
t1 C1C2 t2 V2 180 K t2 C1C2 t1 V1 180
或
K 1 180 K 1
只要极位夹角θ ≠ 0 ， 就有 K>1 ；
θ越大，K值越大，机构的急回性质越明显。
精确点;
（2）根据设计的问题对每一个精确点列出一 个方程，使得对于每一个精确点上的自变量x, 设计机构实际实现的函数值都等于预期给定的 函数值,f(x)=F(x), F(x)中包含了所以的待求的设
计参数;
（3）在计算机上解方程,求出变量值
实验法连杆机构设计
当原动件AB绕固定铰链A转动时，连杆平
面上的点各自描绘出不同形状的轨迹，称之为
（3）连杆曲线丰富，可满足不同要求。
连杆机构的缺点：
（1） 构件和运动副多，累积误差大，运动精
度和效率较低； （2）产生动载荷（惯性力），不适合高速； （3） 设计较复杂，难以实现精确的轨迹。
平面连杆机构能够实现多种运动轨迹和运动规
律，广泛应用于各种机械于仪表中。
主要有：四杆机构、六杆
机构、多杆机构等。 平面连杆机构的组成： 机架——固定不动的构件； 连架杆——与机架相联的构件；
在自由度的计算中，要注意公共约束和虚约束对
机构自由度的影响，去除多余的约束和局部自由度才 能确定机构的自由度数目。
机构运动简图：根据机构的运动尺寸, 按一定
的比例定出各运动副的位置, 并用国标规定的简单
线条和符号代表构件和运动副，绘制出表示机构运
动关系的简明图形。
机构的示意图：指为了表明机构结构状况, 不 要求严格地按比例而绘制的简图。 曲柄滑块机构示意图
机构，它们之间的相互组合，为实现不同的运动方案
提供了基础 ，而这使机械设计更加丰富与更富有挑战 性，使设计更加趋向合理实用。
二.机械设计常用机构
2-1.连杆机构
2-2.齿轮机构
2-3.齿轮系机构
2-4.凸轮机构
2-5.其它机构
2-1.连杆机构 2-1-1.概述 连杆机构：由低副（转动副、移动副、球面
切向分力 Ft= Fcosα = Fsinγ 法向分力 Fn=Fcosγ γ↑ Ft↑ 对传 动有利，常用γ的大小
来表示机构传力性能的
好坏（越大越好）
平面连杆机构的急回特性
从动件作往复运动的平面连杆机构中，若从动
件工作行程的平均速度小于回程的平均速度，则称
该机构具有急回特性。 Ө(极位夹角):是摇杆处于两
机械设计常用机构
一.机构组成 1-1.机构的概述 机器的主体是有一个或若干个机构组成，
通过不同机构的组合来实现特定的机械运动。
机构是机器不可缺少的部分。 机构：用来传递运动和力且有一个构件为 机架的用运动副联接而成的构件系统。 构件：运动单元体 机构 运动副：构件间的可动联接
常用的构件
构件名称 机架（参考构 件） 输入（主动） 件 从动件 输出件 传动件 导引件 原动件 构件的作用和要求 机构中视为不动的构件，用于支承和作为研究其他构件运动的 参考坐标 机构中运动规律为给定或已知的一个或几个构件 其运动规律取决于机构型式、机构运动尺寸或参数以及主动件 运动规律的构件；除主动件以外的所有可动构件均可视为从动 件 机构中具有期望运动规律或运动要求的从动件 在主动件和从动件间传递运动和动力的所有构件 在机构中具有给定位置或轨迹要求的所有构件 由外界输入驱动力或驱动力矩的构件
副、球销副、圆柱副及螺旋副等）将若干构件连
接而成的，故又称为低副机构。
常见应用：折叠伞、公共汽车开关门、折叠
椅、开窗户支撑、内燃机、牛头刨床、机械手爪 等。 平面连杆机构 分类:
空间连杆机构
连杆机构的优点：
（1）采用低副，面接触、承载大、便于润滑、
不易磨损形状简单、易加工、容易获得较高的制
造精度； （2）改变杆的相对长度，从动件运动规律不同；
④作△F C1C2的外接圆，
A点必在此圆上。
⑤选定A，连接AC2
b a
有a（曲柄），b(连杆）：
AC2 AB2 B2C2 AC1 B2C2 AB2 AC2 AC1 a AB2 2 AC2 AC1 b B2C2 2
(2) 曲柄滑块机构 已知 K，滑块行程 H，偏距e，设计此机构 。
的解为止。
二、齿轮机构
2-1.概述
齿轮机构传递的运动平稳可靠，且承载 能力大、效率高、结构紧凑，使用寿命长是 现代机械中应用最广泛的一种传动机构。
应用：
（1）传递任意两轴之间的运动和动力 （2）变换运动方式 （3）变速
优点：
（1）瞬时传动比恒定
（2）适用的载荷和速度范围广
（3）结构紧凑
（4）传动效率高，= 0.94 ~ 0.99 （5）工作可靠和寿命长 缺点： （1）对制造和安装精度要求较高，成本高
平面机构具有急回特性的条件: (1)原动件等角速整周转动；
(2)输出件具有正、反行程的往复运动；
(3)极位夹角Ө>0。
应用：节省回程时间，提高生产率
平面连杆机构的死点
对于曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时，在
连杆与曲柄两次共线的位置，机构均不能运动。
机构的这种位置称为“死点”（机构的死点位置
） 在“死点”位置，机构的传动角 γ＝0。 “死点”位置应用： 飞机起落架、钻夹具等
连杆曲线。连杆曲线的形状和大小由各构件的 绝对尺寸和轨迹点在连杆平面上的位置这两个 条件来决定。
用实验法综合给定轨迹的连杆机构时，所要
实现的轨迹（如图中M点的轨迹）是已知的，要
求设计出的连杆机构（如铰链四杆机构）能使连 杆上的某点（如M点）沿着给定的轨迹运动，即 能复演轨迹。 一般可先初选曲柄
长度和曲柄固定铰链与
机构可动的运动学条件：输入的独立运动数目等
于机构的自由度数。
机构的自由度的计算： F=6n-(5*P5+4*P4+3*P3+2*P2+P1) 但做平面运动的自由构件只有3个自由度，故平 面机构自由度计算也可用以下公式：
F=3n-2P5-P4（n为机构的活动构件数）
P1,P2,P3,P4,P5为Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ级副的个数
为了克服不稳定状态，除了采用惯性飞轮外， 还采用了平行连接副加构件BE。
旋转示水泵双曲柄机构
原动曲柄1通过连杆2带动曲柄3做变速运动， 从而使泵的体积发生变化，实现水泵的功能。
车门启闭反四边形机构
曲柄AB和曲柄CD同时转动使固联曲柄上的 车门同时打开或关闭。
起重机的双摇杆机构
ABCD组成的双摇杆机构的运动可以使悬吊 在E出的物体做平移运动。
①计算 θ＝180°(K-1)/(K+1)；
②作C1 C2＝ H ；
③作射线C2M，
使∠C1C2M=90°－θ， 作射线C1N垂直于C1C2
b a
两条射线交于P点 ；
④以C2P为直径作圆；
⑤作与C1 C2平行且偏距为
e的直线，交圆于A或A’，即为所求。
AC2 AB2 B2C2 AC1 B2C2 AB2
上料机械手
通过连杆的上下运动，实现加紧与松开的动作。
手动抽水机中的定块机构
3为固定的机架（定块），通过手柄（1）的转 动使移动导杆（4）往复运动，实现抽水功能。