常见运动功能的机构选型

第三部分机械原理与设计课程设计
常用资料与参考图例
第七章常见运动功能的机构选型
第一节连续回转机构选型
能实现连续回转的机构除了教材中讲到的齿轮机构、摩擦轮机构、双曲柄机构、转动导杆机构、双万向铰链机构、反平行四边形机构、带传动、链传动、行星轮系等以外，实际中还用到下面一些机构。

1）平行四边形机构（图7-1）
图7-1中ABCD是一个平行四边形机构，两连架杆AB、CD作同速转动，连杆BC作平动。

图示机构为多个平行四边形机构的组合，在多头钻床中就应用了此机构。

图7-1 图7-2
2）摆动齿轮行星减速机构（图7-2）
图7-2中主动件1与导杆3，上的内齿轮3固联，而齿轮2从动。

当曲柄1匀速回转时，齿轮2变速回转，其平均转速为：
式中为主动件1的转速，、为齿轮2、3的齿数。

3）极限四杆机构（图7-3）
图7-3中构件长度l1= l2，l3= l4。

构件1和3的转向相同。

杆1转一周时，杆3转两周。

图7-3 图7-4
4）以曲柄滑块为基础的转动导杆机构（图7-4）
图7-4中的曲柄滑块机构ABC与导杆机构CDE串接在一起。

当
时，导杆5可作整周转动。

5）齿轮－连杆机构（图7-5）
图7-5a）中的四杆机构ABCD上装有一对齿轮2'和5。

行星齿轮2'和连杆2固联，而中心轮5与曲柄1共轴线并可分别自由转动。

当主动曲柄1以ω1等速转动时，从动齿轮5作非匀速转动，其角速度为：
式中为连件2的角速度，、为齿轮2'、5的齿数。

通过改变杆长和齿轮节圆半径，可是从动齿轮5作单方向的非匀速转动，或作瞬时停歇的转动或带逆转的转动。

图7-5b）所示为用于铁板传输机构中的齿轮－连杆组合机构。

齿轮1与曲柄固联，齿轮2、3、4及构件DE组成差动论系。

该轮系的中心论2由齿轮1带动，而系杆DE由四杆机构带动作变速运动，因此，使从动轮4实现变速转动。

a) b)
图7-5
第二节往复运动机构选型
实现往复运动的机构除常见的曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、摆动导杆机构、凸轮机构、齿轮齿条机构、螺旋机构等以外，实际中还用到下面一些组合机构。

以改善其运动或动力特性。

1）差速凸轮机构（图7-6）
圆柱凸轮7上固定着钻卡9，7与齿轮3的轴用滑键联接，齿轮4、5、6、3的齿数分别为23、21、31、34，当齿轮4、5接合时，轮1带动3、6作差速运动，钻头实现自动慢速进刀。

轮6相对轮3差一转所需时间为
图7-6
2）行程增大（减小）的圆柱凸轮机构（图7-7）
齿轮2和凸轮3、5固联，主动齿轮1转动时，凸轮既转且移。

从动杆6的往复行程由凸轮3的转动和移动两者合成。

设凸轮3、5曲线槽
的升程分别是S
3、S
5
，杆6的移动距离为S
6
，当滚子放在图示位置时，，
若两凸轮的曲线同向时，上式用正号，反向时用负号。

图7-7 图7-8 3）可调行程凸轮机构（图7-8）
滑块6的上、下面分别和滑块5及滚子2铰接，滚子2嵌入在凸轮1的凹槽中。

杆3被螺钉4固定在不同位置时，从动杆7的行程就不同。

这种机构可用作绕线机的排线机构。

第三节间歇运动机构选型
除槽轮机构、棘轮机构、不完全齿轮机构、间歇凸轮机构等以外，实际中还
采用下面一些组合机构来改善间歇机构的运动或动力特性。

1）凸轮控制离合器实现间歇运动的机构（图7-9）
图7-9 图7-10
主动轴Ⅰ通过离合器4带动从动轴Ⅱ转动，同时又经蜗杆1带动蜗轮2转动。

当固结在蜗轮上的凸块A推动杆3使离合器脱开时，轴Ⅱ停止转动。

轴Ⅱ的停、动时间可以通过更换凸块来调整。

2）间歇喂料机构（图7-10）
主动曲柄1通过杆2、3使杆4往复摆动，再经超越离合器5使喂料辊6作单向间歇转动，把料仓中的原料向下间歇送进。

改变曲柄的长度，可调节送进量的大小。

3）凸轮—槽轮机构（图7-11）
圆销4可在销轮3的槽中滑动。

当3转动时，4带动槽轮1转动，同时随固定凸轮板2的槽形而改变它到轮心的距离，这可改善槽轮1的运动和动力性能。

图7-11
图7-12
4）椭圆齿轮—槽轮机构（图7-12）
主动椭圆齿轮1带动椭圆齿轮2，2和拨杆2，固联，2，在角速度大的情况下带动槽轮3转动，则可缩短槽轮的运动时间。

如机床转位机构可用此方法缩短辅助时间，增加工作时间。

若2，在角速度较低的时候带动槽轮运动，则可以降低槽轮的角加速度和振动。

5）凸轮控制定时脱啮的连杆—齿轮机构（图7-13）
带齿条的连杆5可在摇块4的槽中滑动，4又与3铰接，轮6的转轴上装有滚子，并嵌在3的导槽中。

凸轮1通过杠杆2使件3上移，并使3下部的齿条和6啮合，而同时又使5上的齿条和6脱离，这时，6被锁住。

当凸轮1通过2使件3下移，并使3下部的齿条和6脱离啮合，并使5和6啮合时，6才开始运动。

所以轮6的停、动时间均受凸轮1控制。

图7-13 图7-14
6）单侧停歇的摆动机构（图7-14）
当主动曲柄1作连续转动时，通过连杆2使摇杆3上的滚子A 在范围内摆动。

当滚子与从动杆4的沟槽脱离时，4停歇不动，并由锁止弧B保证停歇位置不变。

7）双侧停歇的摆动机构（图7-15）
曲柄1转动时，通过连杆2使扇形板3摆动，3上有可滑移的齿圈4。

图示位置，3顺时针方向转动，挡块A推动齿圈4使齿轮5逆时针方向转动。

当3逆时针方向回
摆时，齿圈在3上滑移，而齿轮5停歇不转，直至齿圈接触挡块B后，才推动齿轮5作顺时针方向转动。

3再次变向摆动时，轮5同样也有一段停歇时间。

故这种机构具有双侧停歇的特性。

改变间距l，可调整停歇时间的长短。

8）单侧停歇的曲线槽导杆机构（图7-16）
导杆2的导槽由如图示的a、b、c三段圆弧槽组成。

当主动曲柄1在1200范围内运动时，滚子位于b段圆弧槽内，导杆停歇。

所以从动杆具有单侧停歇的间歇运动特性。

可用于食品加工机械中作为物料的推送机构，其结构紧凑，制造简单，运动性能较好。

如果导槽曲线由两段相对的圆弧构成，则可获得双侧停歇的间歇运动。

图7-15 图7-16
9）弹力急回间歇送进机构（图7-17）
当主动盘1匀速转动时，通过盘上的圆弧槽的A端和滚子2带动杆4运动，使推头5慢速移动，推送物料。

在此过程中，弹簧3逐渐拉伸。

当主动盘转到某一位置时，弹簧把滚子2由圆弧槽A端迅速拉向B端，并使推头快速退回。

在圆弧槽的A端与滚子2再一次接触前，推头5有一段停歇时间。

由于急回时的冲击、噪声较大，故高速时不宜应用。

图7-17 图7-18
10）利用轨迹的近似圆弧段实现间歇运动的机构（图7-18）
内齿轮1固定，转臂2转动时，行星齿轮3上A点的轨迹为短幅内摆线。

若曲线段和半径为r的圆弧很接近，则可取连杆4的长度为r，于是当A 点在段上运动时，滑块5可看作没有移动（近似停歇）。

11）利用连杆轨迹的近似直线段实现间歇运动的机构（图7-19）
连杆M点的轨迹m上有一近似直线段M1M1，如在M点加上滑块1和导杆2（导槽与M1M1重合），则M点走到直线段M1M1上时，导杆近似停歇。

图7-19 图7-20
12）利用连杆轨迹的近似圆弧段实现双侧停歇的机构（图7-20）
喷气织机开口机构中的棕框1在上、下极限位置时，需要一段停歇时间，以便引入纬纱。

图中连杆BC上E 点的轨迹如点划线所示时，其上段均与半径为r的圆弧很接近，圆弧中心分别为F、F，点。

今在的垂直平分线上取一点G，以为摇杆2，以为连杆3，则当E 点运动至段上时，摇杆2在
和两极限位置近似停歇。

13）不完全齿轮—移动导杆机构（图7-21）
不完全齿轮1主动，它通过齿轮6及与锁止弧5铰接的滑块3推动移动导杆4作两侧停歇的往复运动。

图中轮6齿数为20，轮1保留9个齿（末齿高修低），可使轮1每转两周，4完成一次往复运动，并在行程的两端各有一停歇时间。

2和5是分别与齿轮1和6固联的锁止弧，1、6不啮合时，齿轮6被2、5锁住。

图7-21 图7-22
14）链轮—连杆组合机构（图7-22）
主动链轮1和从动曲柄2同轴，连杆3的一端和链条4铰接于E。

主、从动轴的转数比等于链条节数与主动链轮齿数之比。

从动曲柄2的角速度是变化的。

大体上是：E在段时，曲柄作等速转动；在过B点到进入链轮5的直线段上是减速；在从脱离5到A点的直线段上是加速。

适当选择机构参数，则当铰接点处在C点附近时可找到曲柄转速为零的一个位置，并在此位置附近曲柄的转速较低，甚至有小范围的折返运动，这可近似的认为曲柄处在停歇状态。

15）齿轮—连杆组合机构（图7-23）
曲柄摇杆机构ABCE上有四个齿数相同的齿轮2、3、4、5，曲柄1与齿轮2固联且长度与其节圆半径r相等。

当1转一周时，从动齿轮5也转一周，但是5在一周内的转速ω5是变化的，其中还有一段短暂的停歇时间（即ω5≈0）。

因此，与5固联的送纸辊6也有短时停歇，以配合切纸刀的切纸动作。

由于ω5连续变化，所以机构的动力特性较好。

图7-23
16）曲柄摇杆—摆动导杆机构（图7-24）
曲柄摇杆机构ABCD的摇杆CD在极位C1D、C2D附近时角速度较小；摆动导杆机构FEG的导杆在极位E1G、E2G附近时角速度也较小。

用齿轮机构将它们联系起来，并使之同时达到极位，这就使导杆在两个极限位置附近时的近似停歇时间较长。

图7-24
第四节实现预期运动轨迹的机构选型
1）精确直线导向机构（图7-25）
如各构件的长度满足以下关系：，则当杆2转动时，M点的轨迹为垂直于OA的一条直线。

图7-25 图7-26
2）双曲线型近似直线导向机构（图7-26）
取，则AB中点M在行程为h
范围内（相应摆角
）的轨迹近似直线。

3）起重机的近似直线导向机构（图7-27）
要求吊钩能作较大距离的水平直线运动时，采用图示双摇杆机构ABCD中连杆上M点轨迹的近似直线段作为吊钩的轨迹。

4）装卸机液压连杆机构（图7-28）
油缸Ⅰ使动臂1转动，同时油缸Ⅱ使装料斗2在升降时保持平移运动，在装卸料时使2翻转。

图7-27 图7-28
5）手动插秧机连杆凸轮（活舌滑道）式分插机构（图7-29）
分插手柄1往复摆动，秧爪排5上的B点沿固定凸轮轮廓2运动，M点走图示轨迹（点划线）进入秧箱4进行分秧动作，并带秧苗入土完成插秧动作。

活舌3保证B只能按逆时针方向沿凸轮轮廓运动，而不会反转。

图7-29 图7-30
6）缝纫机铰链四杆挑线机构（图7-30）
当曲柄转动时，连杆上的M点沿图示轨迹运动，该轨迹被用来完成挑线动作时应满足下述要求：在点9到点的一段中（对应曲柄转过2400）每一位置的放线量近似等于所需线量加某一定值余量。

在5到9的一段中（对应曲柄转过1200）实现急回运动。

7）摄影机抓片机构（图7-31）
摄影机需要间歇的移动胶片，所以要求抓片齿能接近垂直地插入胶片片孔中，然后平稳地沿直线拉胶片，最后，又接近垂直地退出片孔。

图示曲柄摇杆机构中，连杆上M点的轨迹呈D字形，M点走直线段M1M2时，曲柄所转的角度相当于胶片移动的时间，其余为停歇时间，它基本上能符合抓片要求。

8）实现任意轨迹的固定槽凸轮机构（图7-32）
槽凸轮4固定，当曲柄1转动时，构件2上的M点走出轨迹K。

图7-31
图7-32
9）平板印刷机中的曲线槽导杆送纸机构（图7-33）
主动杆1往复摆动时，杆2上的曲线槽在定轴滚子3上滑动，使杆2上的吸盘M 沿轨迹K运动，完成吸纸送进的动作。

10）双色胶印机中完成接纸动作的凸轮连杆组合机构（图7-34）
双联凸轮1控制构件6和3一起转动，2控制5在6中的相对移动，从而使构件7的左端沿轨迹K运动，完成接纸动作。

图7-33 图7-34
11）利用矩形轨迹完成送料动作的凸轮连杆组合机构（图7-35）
当双联凸轮1、2转动时，分别控制构件3完成图示轨迹abcde。

12）IHI飞剪机剪切机构（图7-36）
IHI飞剪机主要用来将厚度6.4mm以下的热轧钢带剪成一定长度的钢板。

剪切机的上下刀刃分别装在构件2和11上，由各自的传动系统带动，对运动中的钢材进行剪切。

剪切机的上刀刃装在铰链五杆机构OHGFE的连杆2上。

此五杆机构的两个主动件分别与铰链四杆机构OCDE的曲柄6和摇杆8固联，所以上刀刃的运动是由铰链四杆、五杆机构组成的组合机构来带动，实现图上虚线的轨迹。

因为飞剪机时在钢材运动过程中进行剪切的，所以必须保证在剪切段内上刀刃在x方向（钢带输送方向）的速度分量与钢带速度同步。

下刀刃11是在构件2的导杆中作往复运动，它由曲柄9带动，9-10-11相对于2是一个曲柄滑块机构。

适当选择9和1之间的相位角，使下刀刃轨迹在要求的剪切区中相交完成剪切动作。

图7-35 图7-36 13）平板印刷机中用以完成送纸动作的机构（图7-37）
此机构是以铰链五杆机构ABCDE为基础机构，分别由双联凸轮1、2输入所需运动，使连杆CD上的点M走出图中虚线所示的矩形轨迹。

14）火柴装盒机钩盒机构（图7-38）
将火柴装入火柴盒时，先要用钩头1将盒壳2的一边钩起。

钩头的运动受凸轮3及凸轮4的控制，凸轮3及凸轮4固联。

图7-37 图7-38
第五节有急回特性的机构选型
除教材中介绍的曲柄摇杆机构、偏置曲柄滑块机构、摆动导杆机构外，还有
下面一些机构具有急回特性。

1）大摆角急回机构（图7-39）
的扇形齿轮固联，齿轮3与节圆半径为摆动导杆机构的导杆3与节圆半径为r
3
r
的齿轮啮合。

当曲柄1作匀速转动时，通过导杆3使扇形齿轮变速往复摆动，并2
有与导杆3相同的急回特性。

在扇形齿轮带动下，齿轮2也作具有急回特性的往复
摆动，但其摆角增大到
此机构可用于既要求急回又要求大摆角的场合。

2）双导杆机构（图7-40）
急回行程平均速度增大系数K显著增大。

图7-39 图7-40
3）利用连杆轨迹设计的急回机构（图7-41）
曲柄摇块机构OABC，e为连杆AC上C点所走的轨迹，若选定轨迹上C，和C点为摆杆DE处于相应的两个极位时的点，则当曲柄转过角度时，摇杆快速摆回角度。

适当选择D、E两点的位置，即可得到所需的值。

同理，也可用铰链四杆机构的连杆轨迹，设计出所需的急回机构。

4）椭圆齿轮带动的急回机构（图7-42）
椭圆齿轮2兼作曲柄，可使滑块回程（图上自左至右）时间缩短；工作行程时间增长，且速度均匀。

图7-41 图7-42
第六节有行程增大功能的机构选型
1）增大行程的曲柄滑块机构（图7-43）
曲柄1转动时，齿轮3沿固定齿条4往复滚动，齿条5的行程为：
如齿轮3改用节圆半径为、的双联齿轮3、3，，并以3，和5啮合，则齿条5的行程为：
当时，。

图7-43
2）增大行程的齿轮连杆机构（图7-44）
ABCD组成双摇杆机构，齿轮1、2、3都铰接在杆4上，轮3和杆5在F点铰接。

齿轮1转动时，滑块6作往复运动，滑块行程为：
式中
为保证E点由E1到E2时，F点由F1到F2，必须满足下面的条件，即
式中
图7-44
3）行星齿轮间歇运动机构（图7-45）
固定内齿轮4和行星齿轮2的节圆半径分别为、，且=2。

杆3和轮2节圆周上的A点铰接。

1转动时，3沿水平作往复运动，位移规律为。

图7-45
4）滑块行程增大并换向时减冲的机构（图7-46）
带齿条的连杆2和扇形齿轮3借摇块4保持啮合。

曲柄1主动时，滑块6作往复运动，滑块行程为
如较长，较小，则
图7-46
5）两次动作、变支点连杆机构（图7-47）
剥线机中，滑块（夹线钳）的工作行程要分两次动作，第一次移动l1，第二。

第一次动作时，凸轮不动（即D点不动），摇杆AB转动，滑块移次继续移动l
2。

回程动l1；第二次动作时，AB杆不动（即B点不动），凸轮转动，滑块移动l
2
时，凸轮和摇杆均复位。

图7-47 图7-48
第七节有增力功能的机构选例
1）四杆增力机构（图7-48）
四杆机构在图示位置时，如在A点加力P，则传到A，点时，可产生较大的力
由于所以n>1，即P，为P的n倍。

2）曲柄增力机构（图7-49）
减小、S，增大L，均能增大增力倍数；故设计时，可根据需要的增力倍数决定、S、L，即决定滑块的加力位置，再根据加力位置决定A点的位置和有关构件长度。

图示机构是利用机构接近死点位置来达到增力目的，它有两次增力作用。

四杆机构ABCE中，如杆EC的两极限位置在ED线的两边，则曲柄AB转一周，滑块D可上下两次（如铆钉机、精压机等）；如杆EC的两极限位置取在ED线的一边，则滑块D上下一次（如冲床）。

图7-49
3）杠杆压砖机双向压制机构（图7-50）
曲柄1主动，滑块2（上冲头）向下时，拉杆4（下冲头）同时向上进行双向、等量压制耐火砖坯3。

此机构可使工作时的最大压制力（1200吨）不作用于机架上，并采用了增力机构和飞轮，以减小原动机功率。

4）同步冲印机构（图7-51）
一般的冲印机构与普通冲床相似，工作时作间歇送进。

在本机构中，工件放在等速移动的输送带1上，上冲印模2与下冲印模4只能在与输送带速度同步（在图示位置，导杆3上C点与工件速度相同）的情况下，互相靠近并完成冲印工艺。

工件连续送进，生产率较高。

图中，曲柄AB的长度可调，以适应不同的工件送进速度。

此外，由于上、下冲印模只有在OO3线上时，其工作面才与输送带平行，
故在上、下冲印模内均设有弹性补偿结构（图中未画出），以防止冲印模进入工作前，工作面与工件发生干涉。