机械设计常用机构课件
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《机械常识》课件-第五章 常用机构
机构。它们一般是通过改变铰链四杆机构某些
构件的形状、相对长度或选择不同构件作为机
架等方式演化而来的。
1．曲柄滑块机构
具有一个曲柄和一个滑块的平面四杆机构称为曲
柄滑块机构。曲柄滑块机构由曲柄、滑块、连杆和机
架组成。曲柄做旋转运动，滑块做往复直线运动。
在做功行程中，
活塞3承受燃气压力
在气缸内做直线运
往复直线运动或往返摆动。
（3）圆柱凸轮机构
圆柱凸轮为一个有沟槽的圆柱体，它绕
中心轴做旋转运动。从动件在平行于凸轮轴
线的平面内做直线移动或摆动。
（4）端面圆柱凸轮机构
端面圆柱凸轮是一
端带有曲面的圆柱体，
它绕中心轴做旋转运动。
从动件在平行于凸轮轴
线的平面内移动或摆动。
2.从动件的端部形状
（1）尖端从动件
1．齿式棘轮机构的组成和工作原理
当主动件做连续往复
摆动时，棘轮做单向间歇
运动。
2．齿式棘轮机构的类型
齿式棘轮机构是通过装于定轴摆动
摇杆上的棘爪推动棘轮做一定角度间歇
转动的机构。齿式棘轮机构有外啮合式
和内啮合式两种。
（1）外啮合齿式棘轮机构
1）单动式棘轮机构
有一个驱动棘爪，只
有当摇杆朝着某一方向摆
动时才能推动棘轮转动，
而反向摆动则无法推动棘
轮转动。
2）双动式棘轮机构
有两个驱动棘爪，
当主动件做往复摆动时，
两个棘爪交替带动棘轮
朝着同一方向做间歇运
动。
3）可变向棘轮机构
棘爪可 绕销轴 翻转 ，
棘爪爪端外形两边对称，
棘轮的齿形制成矩形。使
用时，如果将棘爪翻转，
则棘轮反向转动。
机械设计课件齿轮机构
标准模数系列表（GB1357－87）
0.1 0.12 0.15 0.2 0.25 0.5 0.4 0.5 0.6 0.8 第一系列 1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
高速、中速、低速齿轮传动。
定传动比、变传动比齿轮传动。
开式齿轮传动、闭式齿轮传动。
球齿轮
抛物线齿轮(近年)
内齿轮传动
齿轮齿条
ω2 作者：潘存云教授 ω1 椭圆齿轮 准双曲面齿轮 作者：潘存云教授 斜齿圆锥齿轮 作者：潘存云教授 曲线齿圆锥齿轮
§4－2 齿廓实现定角速度比的条件
设计：潘存云
o1
rb
定义：啮合时K点正压力方向与速度方向所夹锐角为渐开线上该点之压力角αk。
rb＝rk cosαk
B3
o3
θk
A2
B2
o2
⑦同一基圆上任意两条渐开线的公法线处处相等。
设计：潘存云
B
C’
A
C
rb
O
E
C”
由性质①和②有：
两条反向渐开线,
两条同向渐开线：
B1E1 = A1E1－A1B1
B2E2 = A2E2－A2B2
表示符号： d、r、s、e，p= s+e
法向齿距 （周节） —— pn
s
e
sk
ek
= pb
pb
rf
r
pk
2.基本参数
m=4 z=16
②模数—— m
①齿数—— z
出现无理数,不方便为了计算、制造和检验的方便
分度圆周长：πd=zp,
d=zp/π
称为模数m 。
m=2 z=16
0.1 0.12 0.15 0.2 0.25 0.5 0.4 0.5 0.6 0.8 第一系列 1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
高速、中速、低速齿轮传动。
定传动比、变传动比齿轮传动。
开式齿轮传动、闭式齿轮传动。
球齿轮
抛物线齿轮(近年)
内齿轮传动
齿轮齿条
ω2 作者：潘存云教授 ω1 椭圆齿轮 准双曲面齿轮 作者：潘存云教授 斜齿圆锥齿轮 作者：潘存云教授 曲线齿圆锥齿轮
§4－2 齿廓实现定角速度比的条件
设计：潘存云
o1
rb
定义：啮合时K点正压力方向与速度方向所夹锐角为渐开线上该点之压力角αk。
rb＝rk cosαk
B3
o3
θk
A2
B2
o2
⑦同一基圆上任意两条渐开线的公法线处处相等。
设计：潘存云
B
C’
A
C
rb
O
E
C”
由性质①和②有：
两条反向渐开线,
两条同向渐开线：
B1E1 = A1E1－A1B1
B2E2 = A2E2－A2B2
表示符号： d、r、s、e，p= s+e
法向齿距 （周节） —— pn
s
e
sk
ek
= pb
pb
rf
r
pk
2.基本参数
m=4 z=16
②模数—— m
①齿数—— z
出现无理数,不方便为了计算、制造和检验的方便
分度圆周长：πd=zp,
d=zp/π
称为模数m 。
m=2 z=16
机械设计基础常用机构概述幻灯片
平面机构运动简图的绘制
院
〔1〕分析机构的构造和运动情况
机
找出原动局部、传动局部和工作局部
械 系
〔2〕确定构件、运动副的类型和数目
〔3〕选择视图平面
通常选用平行于构件的平面作为投 影面
〔4〕选定适当的比例尺 l，绘制机构 运动简图
长 沙 职 院
机 械 系
长
沙 职
发动机机构运动简图
院
机 械
8
系
7
B
6
机 速转动，经过摆杆3带动导杆4
械 系
实现冲头的上下冲压动作。图
b为其机构运动简图。试分析
在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构 件失去两个自由度；每个高副引入一个约束， 使构件失去一个自由度。
长 沙 职 院
机 械 系
转动副
约 束 数：2 自由度数：1
移动副
约 束 数：2 自由度数：1
低副
凸轮副
约 束 数：1 自由度数：2
高副
机构自由度的计算
长 沙 职 院
机 械 系
机构相对机架〔固定构件〕所具有的独立运动 数目，称为机构的自由度。
1
D
2 3
C
5
4
A
平面机构的自由度计算
长 沙 职 院
机 械 系
1. 自由度
y
构件的独立运动的数目称为构件的自由度。
一个作平面运动的自由构件有三种独立运动的 可能性。即有3个自由度。
Ｏ
x
长
沙
职 院
2.
约束
对构件独立运动所加的限制称为约束。
机
械 自由度减少的个数等于约束的数目。
系
运动副所引入的约束的数目与其类型有关。
几种常用机构PPT课件
23
2021/3/9
24
螺旋机构的特点：
优点：结构简单，制作方便； 较小的回转力矩→很大的轴向
力； 工作平稳，无噪音； 自锁作用； 将回转运动变换为直移运动。
缺点：摩擦损失大，效率低。
适用场合：传递功率不大的场合。
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螺旋结构的应用
应用涉及范围广泛如：机械工业、仪 器仪表、工装夹具、测量工具等等。
拨盘转过角21
槽轮转过22
径向槽
圆柱销脱出径向槽 圆柱销
锁止弧
槽轮另一锁止弧被拨盘锁止弧锁住
拨盘转动、槽轮静止
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主动拨盘
二、槽轮机构的基本类型及其应用
常见的槽轮机构有两种类型：
外 啮 合 槽 轮 机 构
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内 啮 合 槽 轮 机 构
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三、槽轮机构的运动性质
2021/3/9
4
其传动比的计算公式为：
由上式可知，该传动比不仅随主动轴转角1而变化， 还与两轴之间的夹角β有关.
2021/3/9
5
当φ1= 0°或180°时，角速度比达到最大值，
ω3max=ω1/cosβ 当φ1= 90°或270°时，角速度比达到最小值， ω3min=ω1主co、sβ从动轴角速度比与主动轴转角的关系
2021/3/9
8
β1
主动轴 1
β1
中间轴 M
β3
从动轴
β3
3
在传递运动过程中由于主、从动轴的相对位置发生 变化，两万向节之间距离也相对变化，因此中间轴做成 两部分用花键联接，以调节中间轴长202度1/3/9 的变化9 。
机械设计常用机构
相互转动来实现运动和 柱齿轮的轮齿在轴线上
动力的传递。
倾斜排列，锥齿圆柱齿
轮的轮齿在一个锥面上
排列。
在圆锥齿轮机构中，两 个圆锥齿轮的轮齿在一 个锥面上排列，通过啮 合实现相交轴之间的运 动和动力传递。
在蜗轮蜗杆机构中，蜗 在平面齿轮机构中，直
杆的轮齿在蜗杆面上呈 齿平面齿轮的轮齿在一
螺旋状排列，蜗轮的轮 个平面上垂直排列，斜
用于传递垂直轴之间的运动和动 力，其传动比大、结构紧凑。
平面齿轮机构
用于传递两个平面之间的运动和 动力，其传动形式包括直齿、斜
齿和曲齿等。
齿轮机构的工作原理
01
02
03
04
05
齿轮机构的工作原理基 在圆柱齿轮机构中，直
于齿轮之间的啮合关系， 齿圆柱齿轮的轮齿在轴
通过一对或多个齿轮的 线上垂直排列，斜齿圆
圆锥凸轮机构
凸轮呈圆锥状，常用于需要较小接触面积的场 合。
凸轮机构的工作原理
01
凸轮机构通过凸轮的转动，使从动件产生预期 的运动规律。
02
凸轮的形状决定了从动件的运动轨迹，从而实 现各种复杂的运动要求。
03
当凸轮转动时，从动件在垂直于凸轮轴线的平 面内作往复运动。
凸轮机构的应用
自动化生产线
用于传递和改变运动轨 迹，实现自动化生产。
棘轮机构的工作原理
01
当主动件顺时针转动时 ，棘爪便随主动件一起 顺时针转动，并推动棘
轮逆时针转动。
02
当主动件逆时针转动时 ，棘爪便被压下，无法 与棘轮齿啮合，因此棘
轮不会转动。
03
棘轮机构的运动方向取 决于主动件的转动方向
。
棘轮机构的应用
机械设计常用机构课件
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
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。
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； （3）以最短杆对边构件为机架，则无曲柄存在，该机 构为双摇杆机构。 若四杆机构中，最短杆与最长杆之和大于其它两 杆长度之和，则无论选哪一构件为机架，均无曲柄存 在，该机构只能双摇杆机构。
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。
曲柄滑块机构示意图
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。
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； （3）以最短杆对边构件为机架，则无曲柄存在，该机 构为双摇杆机构。 若四杆机构中，最短杆与最长杆之和大于其它两 杆长度之和，则无论选哪一构件为机架，均无曲柄存 在，该机构只能双摇杆机构。
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。
2024年机械设计基础课件!齿轮机构H
机械设计基础课件!齿轮机构H机械设计基础课件：齿轮机构一、引言齿轮机构是机械设计中应用最广泛的一种传动机构，其结构简单、传动效率高、可靠性好，广泛应用于各种机械设备中。
齿轮机构由齿轮副组成，包括齿轮、轴、轴承等零部件。
本课件将介绍齿轮机构的基本原理、分类、传动比计算、齿轮啮合条件、齿轮强度计算等内容。
二、齿轮机构的基本原理齿轮机构是利用齿轮的啮合来实现两轴之间的运动和动力传递的装置。
当两个齿轮啮合时，主动齿轮转动，通过齿轮啮合将动力传递给从动齿轮，从而实现运动的传递。
齿轮的啮合原理是基于齿廓曲线的几何关系，齿廓曲线是齿轮啮合的基础。
三、齿轮机构的分类齿轮机构根据齿轮的形状和布置方式可以分为多种类型，常见的有直齿轮机构、斜齿轮机构、蜗轮蜗杆机构等。
1.直齿轮机构：直齿轮机构是齿轮齿面与轴线垂直的齿轮机构，其传动平稳、噪音低，但承载能力相对较小。
2.斜齿轮机构：斜齿轮机构是齿轮齿面与轴线呈一定角度的齿轮机构，其传动效率高、承载能力强，但噪音相对较大。
3.蜗轮蜗杆机构：蜗轮蜗杆机构是利用蜗杆和蜗轮的啮合来实现传动的，其传动比大、传动平稳，但效率相对较低。
四、齿轮机构的传动比计算齿轮机构的传动比是指主动齿轮与从动齿轮转速的比值。
传动比的计算公式为：传动比=从动齿轮齿数/主动齿轮齿数在实际应用中，根据工作需求确定传动比，然后根据传动比选择合适的齿轮齿数，以满足设计要求。
五、齿轮啮合条件1.齿廓重合条件：齿轮啮合时，齿廓必须保持连续接触，避免齿廓间的冲击和滑动。
2.齿顶隙条件：齿轮啮合时，齿顶之间应保持一定的间隙，以避免齿顶干涉。
3.齿根隙条件：齿轮啮合时，齿根之间应保持一定的间隙，以避免齿根干涉。
4.齿侧隙条件：齿轮啮合时，齿侧之间应保持一定的间隙，以允许润滑油的进入和排出。
六、齿轮强度计算齿轮强度计算是齿轮设计的重要环节，主要包括齿面接触强度计算和齿根弯曲强度计算。
1.齿面接触强度计算：齿面接触强度计算是确定齿轮齿面接触应力是否满足材料屈服极限的要求。
机械知识常用机构培训PPT课件
直线运动，以使被筛物料获得较好的筛分效果。
惯性筛
双曲柄机构应用实例2——天平 利用平行双曲柄机构两曲柄的旋转方向和角速度均相同 的特性，保证两天平盘始终保持水平状态 。
天平
双曲柄机构应用实例3——码垛机械手
四杆件构成平行双曲柄机构。两曲柄的旋转方向和角速 度均相同。牵动主动曲柄AB的延伸端E ，可使连杆BC带动机 械手平行升降移动，以便平稳码垛 。
铰链四杆机构中，曲柄存在的杆长条件为：最短杆与最 长杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和。
1.曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构的两连架杆中，若一个为曲柄，而另一个 为摇杆，则称为曲柄摇杆机构 ，如图所示。
曲柄摇杆机构
机构满足曲柄存在的杆长条件 时，取最短杆的邻杆作机架，则形 成曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构是 铰链四杆机构的最基本形式，其他 形式的铰链四杆机构都可由曲柄摇 杆机构进行转化而得到。
曲柄摇杆机构应用实例1——剪板机 曲柄AB为主动件且匀速转动，通过连杆BC带动摇杆CD往复 摆动，摇杆延伸端实现剪板机上刃口的开合剪切动作 。
剪板机
曲柄摇杆机构应用实例2——雷达天线俯仰摆动机构 曲柄AB为主动件且匀速转动，通过连杆BC带动摇杆CD往 复摆动，以实现雷达天线的俯仰动作。
雷达天线俯仰摆动机构
缝纫机踏板的上下摆动 是应用曲柄摇杆机构而转化 为带轮转动的。
内燃机活塞的冲程直线运 动是应用曲柄滑块机构而转化 为旋转运动的。
内燃机气缸
【知识准备】
铰链（即转动副）的形式很多，机械设备中铰链的一般 形式如图a、b所示。在日常生活中，门和家具上用的合叶
也是铰链连接的具体应用。
固定铰链
活动铰链
合叶
在机构简图中，小圆圈表示铰链，线段表示构件，带 一组短斜线的线段或者两固定铰链间的假想连线表示机构 中固定不动的构件。
惯性筛
双曲柄机构应用实例2——天平 利用平行双曲柄机构两曲柄的旋转方向和角速度均相同 的特性，保证两天平盘始终保持水平状态 。
天平
双曲柄机构应用实例3——码垛机械手
四杆件构成平行双曲柄机构。两曲柄的旋转方向和角速 度均相同。牵动主动曲柄AB的延伸端E ，可使连杆BC带动机 械手平行升降移动，以便平稳码垛 。
铰链四杆机构中，曲柄存在的杆长条件为：最短杆与最 长杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和。
1.曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构的两连架杆中，若一个为曲柄，而另一个 为摇杆，则称为曲柄摇杆机构 ，如图所示。
曲柄摇杆机构
机构满足曲柄存在的杆长条件 时，取最短杆的邻杆作机架，则形 成曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构是 铰链四杆机构的最基本形式，其他 形式的铰链四杆机构都可由曲柄摇 杆机构进行转化而得到。
曲柄摇杆机构应用实例1——剪板机 曲柄AB为主动件且匀速转动，通过连杆BC带动摇杆CD往复 摆动，摇杆延伸端实现剪板机上刃口的开合剪切动作 。
剪板机
曲柄摇杆机构应用实例2——雷达天线俯仰摆动机构 曲柄AB为主动件且匀速转动，通过连杆BC带动摇杆CD往 复摆动，以实现雷达天线的俯仰动作。
雷达天线俯仰摆动机构
缝纫机踏板的上下摆动 是应用曲柄摇杆机构而转化 为带轮转动的。
内燃机活塞的冲程直线运 动是应用曲柄滑块机构而转化 为旋转运动的。
内燃机气缸
【知识准备】
铰链（即转动副）的形式很多，机械设备中铰链的一般 形式如图a、b所示。在日常生活中，门和家具上用的合叶
也是铰链连接的具体应用。
固定铰链
活动铰链
合叶
在机构简图中，小圆圈表示铰链，线段表示构件，带 一组短斜线的线段或者两固定铰链间的假想连线表示机构 中固定不动的构件。
机械设计基础课件齿轮机构H
垂直轴传动
蜗杆蜗轮机构主要用于垂直轴之间的传动，具有 较大的传动比和自锁功能。
螺旋齿形
蜗杆和蜗轮的齿形为螺旋形，可实现连续、平稳 的传动。
高效率与低噪音
蜗杆蜗轮机构传动效率高，噪音低，适用于各种 高精度、低噪音要求的场合。
2024/1/26
18
其他特殊类型齿轮机构
2024/1/26
非圆齿轮机构
非圆齿轮机构可实现变传动比传动，满足某些特殊机械装置的需 求。
2024/1/26
工业革命时期
随着工业革命的兴起，金属加工技 术的进步促进了齿轮机构的快速发 展，出现了各种高精度、高效率的 齿轮传动装置。
现代时期
随着计算机技术和先进制造技术的 不断发展，现代齿轮机构设计更加 精确、制造更加精细，应用领域也 更加广泛。
6
02
齿轮机构基本原理
2024/1/26
7
齿轮传动比计算
10
03
齿轮机构设计方法与步骤
2024/1/26
11
设计目标确定与参数选择
确定设计目标
明确齿轮机构的使用场合、传递 功率、转速等要求。
选择齿轮参数
根据设计目标，选择合适的齿轮 模数、齿数、压力角等参数。
确定齿轮精度等级
根据使用要求和制造成本，选择 合适的齿轮精度等级。
2024/1/26
12
齿轮类型选择及优缺点比较
啮合特点
齿轮传动具有恒定的传动 比，且传动平稳、噪音小 、效率高。
9
齿轮受力分析及强度计算
受力分析
根据齿轮的啮合原理，分 析齿轮受到的径向力、圆 周力和轴向力。
2024/1/26
强度计算
根据齿轮的受力情况，进 行齿面接触强度和齿根弯 曲强度计算。
机械设计课件-其它常用机构及其设计
因此，兩者之和ω21必在十字叉平面內，又同時在輸入與輸出
軸所決定的平面內，從而在兩平面的交線上。
由於十字叉平面在作空間定點運動，而輸入與輸出軸所決定的 平面是固定不變的，所以其交線方向是變化的。
由圖可得：ω'2＝ω1/cos α ω1
浙江大學專用
A
α Bα
A
αω1 ω21 ω'2 ω'2
ω1
B
α α
α ω2
1、單萬向鉸鏈機構
結構特點：兩傳動軸末端各有一個叉形 支架，用鉸鏈與中間的“十字形”構件 相聯，“十字形”構件的中心位於兩軸
交點處，軸間角為α 。
運動分析：兩軸平均傳動比為1，但暫態傳動比是動態變化的。
在任意位置有：
浙江大學專用
ω2＝ω1＋ω31 ＋ω23 ＝ω1＋ω21
其中ω31代表構件3相對於構件1的角速度，沿AA軸； ω23代表構件2相對於構件3的角速度，沿BB軸。
為減少衝擊，進入或退出嚙合時，槽中 心線與撥銷中心連線成90°角。故有：
2α1=π-2φ2 =π-(2π/z)
=π(z- 2)/z
浙江大學專用
ω1
2α1 90° 90°2φ2
將2α1代入得： k =1/2-1/z
∵ k>0 ∴ 槽輪的槽數 z≥3
可知：當只有一個圓銷時，k=1/2-1/z < 0.5
齒偏角 da
tgα> f =tgφ
∴ α>φ
O1
當 f=0.2 時，φ＝11°30’
通常取α＝20°
浙江大學專用
§11－2 槽輪機構
1、槽輪機構的組成及其工作特點
撥盤 圓銷
組成：帶圓銷的撥盤、帶有徑向槽的槽輪。
軸所決定的平面內，從而在兩平面的交線上。
由於十字叉平面在作空間定點運動，而輸入與輸出軸所決定的 平面是固定不變的，所以其交線方向是變化的。
由圖可得：ω'2＝ω1/cos α ω1
浙江大學專用
A
α Bα
A
αω1 ω21 ω'2 ω'2
ω1
B
α α
α ω2
1、單萬向鉸鏈機構
結構特點：兩傳動軸末端各有一個叉形 支架，用鉸鏈與中間的“十字形”構件 相聯，“十字形”構件的中心位於兩軸
交點處，軸間角為α 。
運動分析：兩軸平均傳動比為1，但暫態傳動比是動態變化的。
在任意位置有：
浙江大學專用
ω2＝ω1＋ω31 ＋ω23 ＝ω1＋ω21
其中ω31代表構件3相對於構件1的角速度，沿AA軸； ω23代表構件2相對於構件3的角速度，沿BB軸。
為減少衝擊，進入或退出嚙合時，槽中 心線與撥銷中心連線成90°角。故有：
2α1=π-2φ2 =π-(2π/z)
=π(z- 2)/z
浙江大學專用
ω1
2α1 90° 90°2φ2
將2α1代入得： k =1/2-1/z
∵ k>0 ∴ 槽輪的槽數 z≥3
可知：當只有一個圓銷時，k=1/2-1/z < 0.5
齒偏角 da
tgα> f =tgφ
∴ α>φ
O1
當 f=0.2 時，φ＝11°30’
通常取α＝20°
浙江大學專用
§11－2 槽輪機構
1、槽輪機構的組成及其工作特點
撥盤 圓銷
組成：帶圓銷的撥盤、帶有徑向槽的槽輪。
机械常用机构
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。
螺旋机构(2/4)
2．螺旋机构的运动分析 当螺杆转过φ 时，螺母沿其轴向移动的距离为
s ＝ lφ /(2π)
其中l为螺旋的导程， mm；
（1）微动螺旋机构
A段螺纹
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φ时，螺母2的位移s 为
（4）齿轮－连杆组合机构，可实现多种运动规律及轨迹要求。
2）内槽轮机构
其单销内槽轮机构的运动系数为 k＝ 2α1/(2π) ＝(π＋2φ2)/(2π) ＝ (π＋2π/z)/(2π） ＝1/2＋1/z
故 k > 0.5。
槽轮机构(4/5)
槽轮机构(5/5)
（2）普通槽轮机构的运动特性
槽轮机构的角速度及角加速度的最大值随槽轮数 z 的增多 而减少；
当圆销开始进入和离开径向槽时，此两瞬时有柔性冲击， 且随槽数 z 的减少而增大；
组合机构并不是几个基本机构的一般串联，而往往是一种封 闭式的传动机构。
而封闭机式传动机构则是利用一个机构去约束或封闭另一个 多自由度机构，使其不仅具有确定的运动，而且可使从动件具有 更为多样化的运动形式或运动规律。
现比较两个例子来看什么是组合机构。
（2）组合机构的特点
组合机构不仅能满足多 种设计要求， 而且能综合应 用和发挥各种基本机构的特 点，甚至能产生基本机构所 不具有的运转特性和运动形 式，以及更为多样的运动规 律。
因此，组合机构越来越 得到广泛应用。
组合机构(2/3)
2．组合机构的类型及应用
组合机构(3/3)
（1）联动凸轮组合机构 ，可准确实现预定轨迹要求。
螺旋机构(2/4)
2．螺旋机构的运动分析 当螺杆转过φ 时，螺母沿其轴向移动的距离为
s ＝ lφ /(2π)
其中l为螺旋的导程， mm；
（1）微动螺旋机构
A段螺纹
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φ时，螺母2的位移s 为
（4）齿轮－连杆组合机构，可实现多种运动规律及轨迹要求。
2）内槽轮机构
其单销内槽轮机构的运动系数为 k＝ 2α1/(2π) ＝(π＋2φ2)/(2π) ＝ (π＋2π/z)/(2π） ＝1/2＋1/z
故 k > 0.5。
槽轮机构(4/5)
槽轮机构(5/5)
（2）普通槽轮机构的运动特性
槽轮机构的角速度及角加速度的最大值随槽轮数 z 的增多 而减少；
当圆销开始进入和离开径向槽时，此两瞬时有柔性冲击， 且随槽数 z 的减少而增大；
组合机构并不是几个基本机构的一般串联，而往往是一种封 闭式的传动机构。
而封闭机式传动机构则是利用一个机构去约束或封闭另一个 多自由度机构，使其不仅具有确定的运动，而且可使从动件具有 更为多样化的运动形式或运动规律。
现比较两个例子来看什么是组合机构。
（2）组合机构的特点
组合机构不仅能满足多 种设计要求， 而且能综合应 用和发挥各种基本机构的特 点，甚至能产生基本机构所 不具有的运转特性和运动形 式，以及更为多样的运动规 律。
因此，组合机构越来越 得到广泛应用。
组合机构(2/3)
2．组合机构的类型及应用
组合机构(3/3)
（1）联动凸轮组合机构 ，可准确实现预定轨迹要求。
机械设计基础04常用机构ppt课件
间歇运动机构设计方法与步骤
设计步骤 1. 确定机构类型及基本参数
2. 进行运动学分析，确定主动件和从动件的运动规律
间歇运动机构设计方法与步骤
3. 进行动力学分析，确定机构 的受力情况
4. 根据分析结果，选择合适的 间歇运动机构类型并进行设计计
算
5. 绘制机构装配图和零件图， 并进行必要的校核和优化
配合紧凑，传动比大，适 用于垂直相交轴传动
齿轮传动比计算与效率评估
传动比计算
i=n1/n2=z2/z1（n1、n2为两齿轮转 速，z1、z2为两齿轮齿数）
效率评估
考虑齿轮副的啮合效率、轴承效率和 密封效率等因素，一般可达95%以上
05
间歇运动机构
间歇运动机构组成与工作原理
组成
主动件、从动件、停歇件、锁紧件等
工作原理
连杆机构通过各构件之间的相对运动 传递运动和动力，实现预期的机械运 动。
连杆机构类型及特点
类型
根据构件之间的相对运动关系，连杆机构可分为平面连杆机构和空间连杆机构 两大类。其中，平面连杆机构又可分为铰链四杆机构、曲柄滑块机构、导杆机 构等。
特点
连杆机构具有结构紧凑、传动平稳、能够实现多种复杂运动规律等优点。但同 时，也存在累积误差、运动精度不高等缺点。
发展前景
随着科技的不断进步和市场需求的不断增长，常用机构的应 用领域将不断扩大，同时对其性能和质量的要求也将不断提 高。未来，常用机构将更加注重创新设计和智能制造，以适 应不断变化的市场需求和行业发展趋势。
02
连杆机构
连杆机构组成与工作原理
组成
连杆机构由两个或两个以上的构件通 过运动副联接而成，各构件之间具有 确定的相对运动。
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精选课件
22
汽车换向机构
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23
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
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24
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
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
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。
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12
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
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）
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5
运动副中构件间的接触形式有三种：点、线、面。 自由度：一个构件相对另一个构件可能出现的
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。不易Biblioteka 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； （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。
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15
构件的作用和要求
机架（参考构 件）
输入（主动） 件
从动件
输出件
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
雷达天线俯仰机构
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17
搅拌机构
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18
缝纫机踏板机构
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19
双曲柄机构 特征：两个曲柄 作用：将等速回转转变为等速或变速回转。
机车车轮联动机构
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20
惯性筛
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21
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
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；
连杆——连接两连架杆且作
平面运动的构件；
曲柄——作整周定轴回转的构件；
摇杆——作定轴摆动的构件。
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16
平面四连杆机构的类型： 曲柄摇杆机构 特征：曲柄＋摇杆 作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。
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13
2-1-1.概述
2-1.连杆机构
连杆机构：由低副（转动副、移动副、球面
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。
分类:
平面连杆机构 空间连杆机构
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14
连杆机构的优点： （1）采用低副，面接触、承载大、便于润滑、
运动副的自由度=6-运动副所有的约束个数
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6
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 在自由度的计算中，要注意公共约束和虚约束对
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
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1
常用的构件
构件名称
传动件
在主动件和从动件间传递运动和动力的所有构件
导引件
在机构中具有给定位置或轨迹要求的所有构件
原动件
由外界输入驱动力或驱动力矩的构件
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2
常用运动副
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3
常用运动副有：球面副、圆柱副、球销副、
移动副、转动副、螺旋副。
Ⅴ级副
Ⅲ级副
转动副 Ⅴ级副
球面副 Ⅴ级副
移动副
螺旋副
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4
运动链：用运动副连接而成的相对可动的构件系统。 闭式链: 运动链的各构件构成首尾封闭的系统。 开式链: 运动链的各构件未构成首尾封闭的系统。
双曲柄机构；
（3）以最短杆对边构件为机架，则无曲柄存在，该机
构为双摇杆机构。
若四杆机构中，最短杆与最长杆之和大于其它两
杆长度之和，则无论选哪一构件为机架，均无曲柄存
在，该机构只能双摇杆机构。
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25
平面连杆机构的压力角与传动角 压力角：作用在从动件上的驱动力F与力作用点
绝对速度之间所夹锐角α。 传动角（ γ ）：压力角的余角
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。
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7
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
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8
常用机构运动简图
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9
常用机构运动简图
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10
常用传动机构简图
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11
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