第五章常用机构

图5-7 鄂式破碎机主体机构
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❖ 曲轴2于机架5在O点构成转动副（即飞轮的回转中心）；曲 轴2与动颚板3也构成转动副，其轴心在A点（即动颚板绕曲 轴的回转几何中心）；摆杆4分别与动颚板3和机架5在B、C 两点构成转动副。
❖ 其运动传递为：电机 皮带 曲轴 动颚板 摆杆
❖ 所以，其机构原动件为曲轴，从动件为摆杆、构件3、机架5 共同构成曲柄摇杆机构。
【例】如图5-7所示为以颚式碎矿机。当曲轴2绕其轴心O连续转动时，动 颚板3作往复摆动，从而将处于动颚板3和固定颚板6之间的矿石7轧碎。 试绘制此碎矿机的机构运动简图。
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❖ 解：（1）运动分析 右图所示
此碎矿机由原动件曲轴2 （构件1为固装于曲轴2 上的飞轮）、动颚板3、 摆杆4、机架5等4个构件 组成，固定颚板6是固定 安装在机架上的。
第五章
常用机构
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绪论
一、本章研究的对象及内容 1． 研究对象
机械应用实例：内燃机 机械 是机构和机器的总称。 机构 是指一种用来 传递与变换运动和力的 可动装置。 机器 是指一种执行机械运动装置， 可用来变换和传递能量、物料和信息
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（1）机构指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。如常见 的机构有带传动机构、链传动机构、齿轮机构、凸轮机构、连 杆机构、螺旋机构等等
（2）机器是指一种执行机械运动装置，可用来变换和传递能量、 物料和信息。
由实例可看出，各种机器的主要组成部分都是各种机构。所以 可以说，机器乃是一种可用来变换或传递能量、物料与信息的 机构组合体。
（3）机器的结构 传统的机器由如下三个部分组成：
原动件—传动部分—执行部分 现代机器一般由如下四个部分组成
机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构件的连接既要使 两个构件直接接触，又能产生一定的相对运动，这种直接接触的活动连 接称为运动副。
❖ 2） 运动副的分类 （1）按两个构件运动关系分为：平面运动副和空间运动副 （2）按其接触形式分：高副点线接触的运动副和低副面接触的运动副。 （3）按其相对运动形式分：转动副（回转副或铰链）、移动副、螺旋副、 球面副。
§ 2.1 平面四杆机构的类型及应用 在此机构中，AD固定不动， 称为机架；AB、CD两构件 与机架组成转动副，称为 连架杆；BC称为连杆。在 连架杆中，能作整周回转的 构件称为曲柄，而只能在一 定角度范围内摆动的构件称为 摇杆。
一、铰链四杆机构基本类型
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❖ 根据机构中有无曲柄和有几个曲柄，铰链四杆机构又有三种基本形式： ❖ 1．曲柄摇杆机构：两连架杆中一个为曲柄而另一个为摇杆的机构。 ❖ 雷达调整机构 ❖ 缝纫机踏板机构 ❖ 当曲柄为原动件时，可将曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动，如图
复合铰链
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❖ 2．局部自由度
❖ 机构中某些构件具有局部的、不影响其它构件运动的自由度，同时与
输出运动无关的自由度我们称为局部自由度。对于含有局部自由度的机 构在计算自由度时，不考虑局部自由度。
❖ 如图凸轮机构：
如认为：F=3x3-2x3-1=2 是错误的。
n=2，Pl=2，Ph＝1， 由公式得：F=3x2-2x2-1=1。
❖ （2）按图量取尺寸，选取合适的比例尺，确定O、A、B、C 四个转动副的位置，即可绘制出机构运动简图。最后标出原 动件的转动方向。
❖ 由图可以看出，O、C在同一垂直线上。量取OA=3mm， AB=25mm，BC=14mm，OC=22mm.
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§1-3 平面机构的自由度
❖ 机构的自由度：机构中各构件相对于机架所能有的独立运动 的数目。
一、定义： 若干构件通过低副（转动副或移 动副）联接所组成 的机构称作连杆机构。 连杆机构中各构件的相对运动是平面 运动还是空间运动，连杆机构又可以分为 平面连杆机构和空 间连杆机构。 平面连杆机构是由若干构件用平面低副（转动副和移动
副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传
送动力。
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(5)按照结构工艺性、标准化的要求，设计零件的结构及其尺寸。 (6)绘制零件的工作图，拟定必要的技术条件，编写计算说明书。
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第一节平面机构运动简图及自由度
§1-1 平面机构的组成 1.构件 ❖ 从运动角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立运动单
元体组合而成的，这些独立运动单元体称为构件。 ❖ 从加工制造角度来看，任何机器（或机构）都是由许多独立制
a+c ≤ d+b ③ 由①②③可以得出铰链四杆机构曲柄存在条件为：
1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆； 2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。（称 为杆长条件）
上述两个条件必须同时满足，否则机构不存在曲柄。
二、急回特性和行程速比系数
1） 当主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出 的平均速度，摇杆的这种运动特性称为急回特性
❖ 1．滑块机构
❖ 如图所示，当构件1能整周回转成为曲柄时，该机构称为曲柄滑块机构； 否则该机构称为摆杆滑块机构。
曲曲柄柄滑滑块块机构机构
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2．导杆机构 在图a所示的对心曲 柄滑块机构中，若改取 构件1为机架，则机构演 化为导杆机构。图 b。 3．曲柄摇块与曲柄转块机构 在图a中若改取构件2为机架， 当l1< l2时，随构件1的转动，滑块3只在一定角度范围内摆动，该构件称为
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❖ 机构具有确定运动的条件是：机构的自由度数等于机构的原动件数，既 机构有多少个自由度，就应该给机构多少个原动件。
❖ 三、计算机构自由度时应注意的问题
❖ 1．复合铰链 三个或三个以上构件在同一处构成共轴线转动副的铰链，我们称为复合 铰链（如图所示）。
若有m个构件组成复合铰链，则 复合铰链处的转动副数应为（m-1）个。
原动件—传动部分—执行部分—控制部分
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❖ 2．研究内容 1） 机构的组成及其自由度的计算 2） 机构的运动分析 3）机构的力分析和机器动力学分析 4）常用机构的分析与设计 5）机构的选型与组合*
❖ 3．学习的目的 为学习后续课程和掌握专业知识打好基础
为毕业设计提供机械设计知识
其最显著的特点是基础理论与工程实际的结合。
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低副：两构件通过面接触组成的运动副。（约束了两个自由度，保留了 一个自由度） 有转动副和移动副两种。 高副：两构件通过点或线接触组成的运动副。（约束了一个自由度，保 留了两个自由度）
1. 低副
(1) 转动副: 组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动。
约束了2个移动，保留了1个转动。
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(2) 移功副 :组成运动副的两个构件只能沿某个轴线相对移动 约束了1个移动，保留了1个转动。
2、高副：两构件通过点或线接触组成的运动副
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❖ 3运动链 由两个或两个以上的构件通过运动副连接构成的系统称为 运动链
❖ 4.机构 ❖ 具有固定构件的运动链称为机构。 ❖ 机 架：机构中的固定构件；一般机架相对地面固定不动； ❖ 原动件：按给定已知运动规律独立运动的构件；
❖ 从动件：机构中其余活动构件。其运动规律决定于原动件的 运动规律和机构的结构和构件的尺寸。
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❖ 二、械设计基本要求和一般程序
1.机器应该满足的基本要求 (1)使用性要求 实现预定的功能，满足运动和动力性能的要求（功能性要求）
(2)经济性要求 这是一个综合性指标，表现在设计制造和使用两个方面。提高设计制造 的经济性的途径有三条：1）使产品系列化、标准化、通用化；2）运用 现代化设计制造方法；3）科学管理。提高使用经济性的途径有四条：1） 提高机械化、自动化水平；2）提高机械效率；3）延长使用寿命；4） 防止无意义的损耗。
曲柄摇块机构；当l1> l2时，则滑块3可作整周转动，我们称为曲柄转块 机构。 4．移动导杆机构 在图 a中，如取滑块3为机架，则该机构演化成移动导杆机构
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❖
§2.2四杆机构特性
一、四杆机构存在曲柄的条件
铰链四杆机构的三种基本型式的区别在于它的连架杆是否为曲柄。而且
一般原动件为曲柄 。而在四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构中各
❖ 机构常分为平面机构和空间机构两类，其中平面机构应用 最为广泛
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§1-2 平面机构运动简图 一、用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副的相对位置，并
能完全反映机构特征的简图。
❖ 二、绘制： ❖ 1、运动副的符号
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❖ 2、构件符号：
表1-2
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❖ 3、机构运动简图的绘制（模型：鄂式破碎机） 1）分析机构，观察相对运动； 2）找出所有的构件与运动副； 3）选择合理的位置，即能充分反映机构的特性； 4）确定比例尺； 5）用规定的符号和线条绘制成间图。（从原动件开始画）
造单元体组合而成零件，这些独立制造单元体称为零件。
❖ 构件可以是一个零件；也可以是由一个以上的零件 组成。图示内燃机中的连杆就是由单独加工的连杆体、 连杆头、轴瓦、螺杆、螺母、轴套等零件组成的。这 些零件分别加工制造，但是当它们装配成连杆后则作 为一个整体运动，相互之间不产生相对运动。
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❖ 2.运动副 ❖ 1）运动副定义
(3)安全性要求 有三个含义：1）设备本身不因过载、失电以及其它偶然因素而损坏； 2）切实保障操作者的人身安全（劳动保护性）；3）不会对环境造成破 坏。
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(4)工艺性要求 这包含两个方面1）装配工艺形2）零件加工工艺性。 (5)可靠性要求
要求机械系统在预定的环境条件下和寿命期限内，具有保 持正常工作状态的性能，这就称为可靠性。
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B 1
A
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❖ （3）虚约束： 在特殊的几何条件下，有 些约束所起的限制作用是 重复的，这种不起独立限 制作用的约束称为虚约束。
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虚虚约约束束1 1 虚虚约约束束2 2
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习题：
1.求图示机构的自由度。
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2.计算图示机构的自由度，并判定其是否具有确定的运动。
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❖
第二节 平面连杆机构
❖
一、计算机构自 副）
由度（设
n个活动构件，PL个低副，PH个高
F=3n-2PL-PH 二、机构具有确定运动的条件
（原动件数>F，机构破坏）
铰链四杆机构
F=3*3-2*4-0=1
原动件数=机构自由度
❖ 铰链五杆机构
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b a
F=3*4-2*5-0=2 原动件数机构自由度 原动件数<机构自由度数，机构运动不确定（任意乱动）
构件间的相对尺寸关系。
设a<d，若AB杆能绕A整周 回转，则AB杆应能够占据与AD 共线的两个位置AB’和AB”。 由图可见，为使AB杆能转至
位置AB’，各杆长度应满足：
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a+d ≤ b+c ① 而为使AB杆能转至AB”，各杆长度关系应满足 b ≤(d-a)+c c ≤(d-a)+b 可得： a+b ≤ d+c ②
2.机械零件设计的基本准则及一般步骤 (1)根据零件的使用要求（如功率、转速等），选择零件的类
型及结构型式，并拟定计算简图。
(2)分析作用在零件上的载荷（拉力、压力，剪切力）。 (3)根据零件的工作条件，按照相应的设计准则，确定许用应
力。
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(4)分析零件的主要失效形式，按照相应的设计准则，确定零件 的基本尺寸。
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❖ 2）行程速比系数K
K=
v2 v1
180 ＋°θ = 180 －°θ
❖ 当机构存在极位夹角θ 时，机构便具有急回运动特性。且θ角越 大，K值越大，机构的急回性质也越显著
❖ 例 牛头刨床机构
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❖ 三、压力角与传动角
连杆BC与从动件CD之间所夹的锐角 γ 称为四杆机构在此位置的传动角。
中的雷达天线机构； 反之，当摇杆为原动件时，可 将摇杆的往复摆动转变为曲柄的
整周转动，如图所示的缝纫机踏板。
雷达调整机构Hale Waihona Puke Baidu
缝纫机踏板机构
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❖ 2．双曲柄机构：两连架杆均为曲柄的四杆机构。 ❖ 可将原动曲柄的等速转动转换成从动曲柄的等速或变速转动，如图所示
的惯性筛驱动机构；
构的相对两杆平行且相等时， 则成为平行四边形机构， 如图所示。 注意：平行四边形机构 在运动过程中，当两曲 柄与机架共线时，在原 动件转向不变、转速恒 定的条件下，从动曲柄会出现运动不确定现象。可以在机构中添加飞轮或
使用两组相同机构错位排列。
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3．双摇杆机构：两连架杆都是 摇杆的机构，如图所示的鹤式 起重机构，保证货物水平移动。
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❖ 二、机构的演化
❖ 机构的演化方法有三种：1）通过改变构件的形状和相对尺寸进行演化， 如图2—8的演化；2）通过改变运动副尺寸进行演化；3）通过选用不同 构件作为机架进行演化。