【正文】 中，齒輪傳動應(yīng)用最廣，可用來傳遞任意兩軸之間的運動和動力?；鶊A半徑可按rb≥rbmin選取。2．根據(jù)αmax≤[α]，確定最小基圓半徑rbmin。圖38 諾蘭表1．根據(jù)凸輪的結(jié)構(gòu)確定rb。若凸輪逆時針轉(zhuǎn)動，則從動件導路應(yīng)偏向軸心的右側(cè)；若凸輪順時針轉(zhuǎn)動，則從動件導路應(yīng)偏向軸心的左側(cè)。凸輪機構(gòu)的最大壓力角αmax，一般出現(xiàn)在理論輪廓線上較陡或從動件最大速度的輪廓附近。 擺動從動件[α]＝45176。當α增大到某一數(shù)值，有效分力F′，會小于由F″所引起的摩擦阻力，此時無論凸輪給從動件多大的作用力，都無法驅(qū)動從動件運動，即機構(gòu)處于自鎖狀態(tài)。將沿接觸點的法線nn方向，圖中α角即為該位置的壓力角。在實際設(shè)計凸輪機構(gòu)時，一般可按基圓半徑rb來確定滾子半徑rT，通常取rT＝(～)rb。0，如圖34d所示，實際輪廓線出現(xiàn)交叉，圖中陰影部分在實際制造時將被切去，致使從動件不能實現(xiàn)預期的運動規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為運動失真。此時，不論滾子半徑的大小，其實際輪廓線總可以作出。下面討論與此相關(guān)的幾個問題。η稱為凸輪的實際輪廓曲線，是凸輪與滾子從動件直接接觸的輪廓(工作輪廓)。 滾子從動件 圖33 滾子對心直動從動件盤形凸輪輪廓圖解設(shè)計圖33所示為滾子對心直動從動件盤形凸輪機構(gòu)?；鶊A與導路的交點B0(C0)即為從動件尖頂?shù)钠鹗嘉恢?。根?jù)這一原理便可作出各種類型凸輪機構(gòu)的凸輪輪廓曲線。當凸輪機構(gòu)工作時，凸輪和從動件都是運動的，而繪制凸輪輪廓時，應(yīng)使凸輪相對靜止。凸輪輪廓設(shè)計的方法有圖解法和解析法。由于A為輔助圓上任選的一點，所以可有無窮多的解。如圖216所示，具體設(shè)計步驟為：圖216 按K值圖解設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu)1．按計算出極位夾角θ；2．任取固定鉸鏈中心D的位置，選取適當?shù)拈L度比例尺μ1，根據(jù)已知搖桿長度lCD和擺角ψ，作出搖桿的兩個極限位置C1D和C2D；3．聯(lián)接CC2兩點，作C1M⊥C1C2，∠C1C2N＝90176。已知K后，由式(162)可求得極位夾角θ的大小，這樣就可把K的要求轉(zhuǎn)換成幾何要求了。二、 按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu)設(shè)計具有急回特性的四桿機構(gòu)，一般是根據(jù)實際運動要求選定行程速比系數(shù)K的數(shù)值，然后根據(jù)機構(gòu)極位的幾何特點，結(jié)合其他輔助條件進行設(shè)計。具體設(shè)計步驟：（2）聯(lián)接B1BB2BC1C2和C2C3，并分別作B1B2的中垂線b1B2B3的中垂線b23（、C1C2的中垂線c1C2C3的中垂線c23,b12與b23的交點即為圓心A，c12與c23的交點即為圓心D；（3）以點A、D作為兩固定鉸鏈中心，聯(lián)接AB1C1D，則AB1C1D即為所要設(shè)計的四桿機構(gòu)，各桿長度按比例尺計算即可得出。1．按連桿的三個預定位置設(shè)計四桿機構(gòu) 如圖2213所示，設(shè)已知連桿BC的長度lBC及三個預定位置B1CB2CB3C3，試設(shè)計此四桿機構(gòu)。隨著計算機應(yīng)用的普及，計算機輔助設(shè)計四桿機構(gòu)已成必然趨勢。2)實現(xiàn)給定的運動軌跡。這種機構(gòu)常用于抽油泵和手搖抽水唧筒(圖211b)。圖29導桿機構(gòu)的應(yīng)用a）插床主機構(gòu) b）刨床主機構(gòu) 三、搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu) 若將圖28a所示曲柄滑塊機構(gòu)的構(gòu)件2作為機架，則曲柄滑塊機構(gòu)就演化為如圖210a所示的搖塊機構(gòu)。一般用連架桿2作為原動件，連架桿4對滑塊3的運動起導向作用，稱為導桿。圖26a、b所示分別為內(nèi)燃機和自動送料機中曲柄滑塊機構(gòu)的應(yīng)用。一、 曲柄滑塊機構(gòu) 圖25 曲柄滑塊機構(gòu)a)對心曲柄機構(gòu) b）偏置曲柄滑筷機構(gòu)由圖25可知，當曲柄搖桿機構(gòu)的搖桿長趨于無窮大時，C點的軌跡將從圓弧演變?yōu)橹本€，搖桿CD轉(zhuǎn)化為沿直線導路mm移動的滑塊，成為圖示曲柄滑塊機構(gòu)。為了保證機構(gòu)正常運轉(zhuǎn)，可在曲柄軸上裝飛輪，利用其慣性作用使機構(gòu)順利地通過死點位置。平面四桿機構(gòu)是否存在死點位置，決定于從動件是否與連桿共線。十θ）／ (180176。在某些機械中(如牛頭刨床、插床或慣性篩等)，常利用機械的急回特性來縮短空回行程的時間，以提高生產(chǎn)率。曲柄搖杯機構(gòu)中，當曲柄A B沿順時針方向以等角速度轉(zhuǎn)過φ1時，搖桿CD自左極限位置C1D擺至右極位置C2D，設(shè)所需時間為 t1，C點的明朗瞪為 V1；而當曲柄AB再繼續(xù)轉(zhuǎn)過φ2時，搖桿CD自C2D擺回至C1D，設(shè)所需的時間為 t2，C點的平均速度為 V2。例22 設(shè)鉸鏈四桿機構(gòu)各桿長a＝1b＝c＝50、d＝60，問以哪個構(gòu)件為機架時才會有曲柄?解：由于Lmax+Lmin＝120+10＝130 L′+L″＝50+60＝110，故四個轉(zhuǎn)動副均不能整周轉(zhuǎn)動，無論以哪個構(gòu)件為機架，均無曲柄，或者說均為雙搖桿機構(gòu)。 根據(jù)曲柄存在的條件可得出如下推論：圖21 (1) 當最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和時，則不論取何桿為機架，機構(gòu)均為雙搖桿機構(gòu)。第一節(jié) 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本性質(zhì)一、 鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄的條件1．曲柄存在的條件鉸接四桿機構(gòu)中是否有曲柄存在，這個問題主要取決于機構(gòu)中個構(gòu)件之間的相對長度，還有就是最短桿在機構(gòu)中的位置。(2)計算機構(gòu)自由度，n=7，PL=9，PH=1，按式(11)計算得 F=37291=2(3)檢查機構(gòu)運動是否確定 由于原動件數(shù)W=2=F，所以機構(gòu)的運動確定。 例l2 圖118所示為篩料機構(gòu)，曲軸凸輪6為原動件(標有箭頭)，迫使篩5(滑塊)抖動篩料。如果只有構(gòu)件1為原動件，則當構(gòu)件1處于φ1位置時，從動件4的位置不確定(可以在圖示實線或雙點劃線位置，也可處于其他位置)，即從動件的運動不確定。 圖113 圖114 圖115 圖116 行星輪系 虛約束雖然對機構(gòu)的運動沒有影響，但可以改善機構(gòu)的受力情況，增加構(gòu)件的剛度。 (3)如果兩個構(gòu)件組成的移動副（圖112）相互平行，或兩個構(gòu)件組成多個軸線重合的轉(zhuǎn)動副時，如圖11所示，只需考慮其中一處，其余各處帶進的約束均為虛約束。否則計算結(jié)果與實際情況不相符。（a） （b）圖111 凸輪機構(gòu) 3．虛約束 圖l512a所示縫紉機刺布機構(gòu)，上下兩個移動副D和D/同時約束針桿的上下移動，其約束效果與圖112b一樣?？梢姖L子繞C軸轉(zhuǎn)動的自由度對從動件3的運動沒有影響。這種由兩個以上的構(gòu)件在一處組成的轉(zhuǎn)動副，稱為復合鉸鏈，其轉(zhuǎn)動副的數(shù)目應(yīng)是在該處匯交構(gòu)件(包括固定件)的數(shù)目減1。 解： 此機構(gòu)有3個活動構(gòu)件(構(gòu)件3)、4個低副(轉(zhuǎn)動副A、B、C、D)，沒有高副。為了便于分析和設(shè)計，通常不考慮構(gòu)件的外形、截面尺寸以及運動副的實際結(jié)構(gòu)，而用簡單的線條和規(guī)定的符號表示構(gòu)件（圖17）和運動副（圖14），并按一定的比例畫出各運動副間的相對運動關(guān)系的簡圖稱為機構(gòu)運動簡圖。 （a） （b） （c） （d）圖16 運動鏈在運動鏈中，如果將某一構(gòu)件加以固定而成為機架，則這種運動鏈便成為機構(gòu)。我們把兩個以上的構(gòu)件通過運動副的聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)稱為運動鏈。若將兩構(gòu)件以某種方式相聯(lián)接而構(gòu)成運動副，則兩者間的相對運動便受到一定的限制，這種限制稱為運動副約束。此外，運動副根據(jù)的兩構(gòu)件之間的相對運動為平面運動還是空間運動分為平面運動副和空間運動副。這時，兩構(gòu)件的相對運動是繞A點的轉(zhuǎn)動和沿切線方向的移動，而沿法線方向的移動被運動副限制了。這種使兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定形式的相對運動的聯(lián)接稱為運動副。 初步掌握常用機構(gòu)的性能、應(yīng)用場合、使用維護等基礎(chǔ)知識。特別應(yīng)注重實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，提高全面素質(zhì)和綜合職業(yè)能力。（4）具有綜合運用所學知識和實踐的技能，設(shè)計簡單機械和簡單傳動裝置的能力。三、 本課程的基本要求和學習方法 本課程的基本要求 本課程的任務(wù)是使學員掌握常用機構(gòu)和通用零件的基本理論和基本知識，初步具有分析、設(shè)計能力，并獲得必要的基本技能訓練，同時培養(yǎng)學生正確的設(shè)計思想和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L。一般情況下零件破壞后就不能再工作了，也可以說破壞是絕對的失效，如齒輪的輪齒折斷是失效，也是破壞。外觀要求——保證人身安全，操作方便、省力。下面簡述幾個與機械設(shè)計有關(guān)的基本問題。機械設(shè)計是一門綜合的技術(shù)，是一項復雜、細致和科學性很強的工作，涉及許多方面，要設(shè)計出合格的產(chǎn)品，必須兼顧眾多因素。經(jīng)濟要求——要達到機器本身成本低，用該機器生產(chǎn)的產(chǎn)品成本也要低。失效和破壞不是一回事，失效并不等于破壞，也就是說有些零件理論上是失效了，如齒輪的齒面點蝕、膠合、磨損等失效形式出現(xiàn)后，零件還可以工作，只不過是工作的狀況不如原來的好，可能會出現(xiàn)噪聲等。失效尤以腐蝕、磨損、疲勞破壞為主（有資料介紹再1378項機械零件的失效中，腐蝕、磨損、%%）。（3）具有對機構(gòu)分析設(shè)計和零件設(shè)計計算的能力，并具有運用機械設(shè)計手冊、圖冊及標準等有關(guān)技術(shù)資料的能力。觀察生活、生產(chǎn)中遇到的各種機械，熟悉典型結(jié)構(gòu)，增強感性認識；思考明晰本課程的基本概念，注意各種知識的聯(lián)系，融會貫通；勤練基本技能，提高分析能力和綜合能力；及時總結(jié)、消化掌握課程內(nèi)容，歸納學到的各種技術(shù)方法。通過本課程的學習和實踐性訓練，要求達到： 了解使用、維護和管理常用機械設(shè)備的一些基礎(chǔ)知識。第二節(jié) 平面機構(gòu)的自由度一、機構(gòu)的組成 運動副的概念 當由構(gòu)件組成機構(gòu)時，為了使各構(gòu)件間具有一定的相對運動，需要以一定的方式把各個構(gòu)件彼此聯(lián)接起來，而且每個構(gòu)件至少必須與另一構(gòu)件相聯(lián)接。高副指兩構(gòu)件通過點接觸或線接觸組成的運動副，如圖12中齒輪1與凸輪3與從動桿車輪5與軌道6分別在A處組成高副。如圖14所示,把相對運動為移動的運動副稱為移動副，兩構(gòu)件之間的相對運動為轉(zhuǎn)動的運動副稱為轉(zhuǎn)動副， 相對運動為齒輪嚙合的運動副稱為齒輪副，相對運動為螺旋運動的運動副稱為螺旋副，相對運動為球面運動的運動副稱為球面副等等。可見，空間自由運動的構(gòu)件具有6個自由度，而作平面自由運動的構(gòu)件具有3個自由度。圖15 組成機構(gòu)的各構(gòu)件是通過相應(yīng)的運動副而彼此相聯(lián)的。在各種機械中，一般采用閉鏈。二、平面機構(gòu)的運動簡圖 機構(gòu)運動簡圖的概念 實際機構(gòu)的外形和結(jié)構(gòu)都很復雜。因一個沒有受任何約束的構(gòu)件有3個自由度，一個低副有兩個約束，一個高副帶來一個約束，因此，機構(gòu)自由度F可按下式計算 F=3n2PLPH (11) 例11 試計算圖19所示鉸鏈四桿機構(gòu)的自由度。由俯視圖110b中可以看出，A處實際上存在兩個轉(zhuǎn)動副。如圖111b所示，設(shè)想將滾子2與安裝滾子的構(gòu)件3焊成一體，此時， n=2，PL=2，PH=1凸輪機構(gòu)的自由度為F=32221=1，計算結(jié)果與實際情況相符。否則計算結(jié)果與實際情況不相符。在計算機構(gòu)自由度時，虛約束應(yīng)當除去。 (2)機構(gòu)運動時，如果兩構(gòu)件上兩點間的距離始終保持不變，將此兩點用構(gòu)件和運動副聯(lián)接，則會帶進虛約束，如圖114所示的A、B兩點。因此，可以認為其中兩個部分的約束為虛約束。圖117所示為鉸鏈五桿機構(gòu)，自由度F=3425O=2。圖117 鉸鏈五桿機構(gòu)綜上所述，一般機構(gòu)都有一個原動件，在此情況下，機構(gòu)具有確定運動的條件是：機構(gòu)原動件的數(shù)目W等于機構(gòu)的自由度F，即 W=F (12)當W≠F時，機構(gòu)的運動不確定。最后判斷復合鉸鏈，圖中構(gòu)件4在C處組成復合鉸鏈，C處含兩個轉(zhuǎn)動副。本任務(wù)主要討論平面連桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用、特性及設(shè)計方法。 （2） 連架桿與機架中必有一桿為最短桿。說明機構(gòu)分別以AB、BC、CD和AD各桿為機架時，屬何種機構(gòu)?解：由于Lmax+Lmin＝50+20＝70 L′+L″＝30+45＝75， 所以：以AB桿或CD桿(最短桿AD的鄰桿)為機架，機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)；以BC桿(最短桿AD的對邊桿)為機架，機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)；以AD桿(最短桿)為機架，機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)。機構(gòu)的急回特性可用行程速比系數(shù)K表示： 極位夾角θ越大，機構(gòu)的急回特性越明顯。 圖22 曲柄搖桿的急回特性分析搖桿CD的兩個極限位置間的夾角ψ稱為搖稈的最大擺角，主動曲柄在搖桿處于兩個極限位置時所夾的銳角θ稱為極位夾角。 K＝V2／V1 ＝(C2C1／t2) ／ (C1C2／t1)＝（180176。這種位置稱為死點。如上圖所示的縫紉機踏板機構(gòu)（曲柄搖桿機構(gòu)），當踏板CD為主動件并作往復擺動時，機構(gòu)在兩處有可能出現(xiàn)死點位置，致使曲柄AB不轉(zhuǎn)或出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 第二節(jié) 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化在現(xiàn)實生產(chǎn)中，除了我們上面所介紹的三種類型的四桿機構(gòu)外，還被廣泛采用的其他形式的四桿機構(gòu)，一般是通過改變鉸鏈四桿機構(gòu)某些構(gòu)件的形狀、相對長度或者選擇不同構(gòu)件作為機架等方式演化而來的。a） 內(nèi)燃機活塞連桿機構(gòu) b）自動送料裝置圖26 曲柄滑塊機構(gòu)的應(yīng)用b）曲柄滑塊機構(gòu)用于轉(zhuǎn)動與往復移動之間的轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機、空壓機和自動送料機等機械設(shè)備中。圖27 偏心輪機構(gòu) 圖28 導桿機構(gòu)二、導桿機構(gòu)若將圖28所示的曲柄滑塊機構(gòu)的構(gòu)件1作為機架，則曲柄滑塊機構(gòu)就演化為導桿機構(gòu)，它包括轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)(圖28a)和擺動導桿機構(gòu)(圖28b)兩種形式。圖29a、b所示分別為插床和刨床主運動機構(gòu)，其中ABC部分分別為轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)和擺動導桿機構(gòu)。圖210搖塊機構(gòu)及應(yīng)用若將圖210a所示曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊3作為機架，則曲柄滑