【正文】 ／ (C1C2／t1)＝（180176。一θ)由上式可知，K與θ有關(guān)，當(dāng)θ＝0時，K＝1，說明該機(jī)構(gòu)無急回特性；當(dāng)θ＞0時，K＞l，則機(jī)構(gòu)具有急回特性。這種位置稱為死點。凡是從動件與連桿共線的位置都是死點。如上圖所示的縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)），當(dāng)踏板CD為主動件并作往復(fù)擺動時，機(jī)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。 在工程上，有時也利用死點進(jìn)行工作，如圖24所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，就是應(yīng)用死點的性質(zhì)來夾緊工件的一個實例。 第二節(jié) 鉸鏈四桿機(jī)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(jī)構(gòu)外，還被廣泛采用的其他形式的四桿機(jī)構(gòu)，一般是通過改變鉸鏈四桿機(jī)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(jī)架等方式演化而來的。曲柄轉(zhuǎn)動中心距導(dǎo)路的距離е，稱為偏距。a） 內(nèi)燃機(jī)活塞連桿機(jī)構(gòu) b）自動送料裝置圖26 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用b）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)用于轉(zhuǎn)動與往復(fù)移動之間的轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)、空壓機(jī)和自動送料機(jī)等機(jī)械設(shè)備中。對于圖26a所示對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由于曲柄較短，曲柄結(jié)構(gòu)形式較難實現(xiàn)，故常采用圖27所示的偏心輪結(jié)構(gòu)形式，稱為偏心輪機(jī)構(gòu)，其偏心圓盤的偏心距е即等于原曲柄長度。圖27 偏心輪機(jī)構(gòu) 圖28 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)二、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)若將圖28所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的構(gòu)件1作為機(jī)架，則曲柄滑塊機(jī)構(gòu)就演化為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，它包括轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(圖28a)和擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(圖28b)兩種形式。當(dāng)桿長l1l2時，桿2和導(dǎo)桿4均能繞機(jī)架作整周轉(zhuǎn)動，形成轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)桿長l1l2時，桿2能整周轉(zhuǎn)動，導(dǎo)桿4只能在某一角度內(nèi)擺動，形成擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。圖29a、b所示分別為插床和刨床主運(yùn)動機(jī)構(gòu)，其中ABC部分分別為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。構(gòu)件1作整周轉(zhuǎn)動，滑塊3只能繞機(jī)架往復(fù)擺動。圖210搖塊機(jī)構(gòu)及應(yīng)用若將圖210a所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊3作為機(jī)架，則曲柄滑塊機(jī)構(gòu)就演化為如圖211a所示的定塊機(jī)構(gòu)。圖211 定塊機(jī)構(gòu)及應(yīng)第三節(jié) 平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動設(shè)計的主要設(shè)計任務(wù)是：根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作要求和設(shè)計條件選定機(jī)構(gòu)形式，并確定出各構(gòu)件的尺寸參數(shù)。如要求從動件按某種速度運(yùn)動或具有一定的急回特性，要求滿足某構(gòu)件占據(jù)幾個預(yù)定位置等。如要求起重機(jī)中吊鉤的軌跡為一直線，攪拌機(jī)中攪拌桿端能按預(yù)定軌跡運(yùn)動等。圖解法和實驗法直觀、簡明，但精度較低，可滿足一般設(shè)計要求；解析法精確度高，適于用計算機(jī)計算。本節(jié)著重介紹圖解法，對實驗法和解析法只作簡單介紹。這類機(jī)構(gòu)的設(shè)計屬于實現(xiàn)構(gòu)件預(yù)定位置的設(shè)計問題。 設(shè)計分析：此設(shè)計的主要問題是根據(jù)已知條件確定固定鉸鏈中心A、D的位置。此設(shè)計的實質(zhì)已轉(zhuǎn)化為已知圓弧上三點確定圓心的問題。2．按連桿的兩個預(yù)定位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu) 由以上分析可知，已知連桿的兩個預(yù)定位置時，如圖214所示，A點可在B1B2中垂線b12上的任一點，D點可在C1C2中垂線c12上的任一點，故有無數(shù)個解。 圖214 按連桿兩個預(yù)定位置圖解設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)圖 215 爐門啟閉機(jī)構(gòu)如圖215所示加熱爐門的啟閉機(jī)構(gòu)，要求加熱時爐門(連桿)處于關(guān)閉位置B1C1，加熱后爐門處于開啟位置B2C2。具有急回特性的四桿機(jī)構(gòu)有曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等，其中以典型的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計為基礎(chǔ)。設(shè)計分析：由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)處于極位時的幾何特點(圖1615a)可知，在已知lCD、ψ的情況下，只要能確定固定鉸鏈中心A的位置，則可由lAC1＝lBC－lAB、lAC1＝lBC－lAB確定出曲柄長度lAB和連桿長度lBC，也即設(shè)計的實質(zhì)是確定固定鉸鏈中心A的位置。假設(shè)圖1626為已經(jīng)設(shè)計出的該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖，鉸鏈A的位置必須滿足極位夾角∠C1AC2＝θ的要求。顯然，這樣的輔助圓是容易作出的。－θ，直線C1M與C2N交于P點，顯然∠C1PC2＝θ；4．以PC2為直徑作輔助圓。由此可求得曲柄和連桿的長度 6．機(jī)架的長度lAD可直接量得，再按比例尺μ1計算即可得出實際長度。當(dāng)給定一些其他輔助條件，如機(jī)架長度lAD最小傳動角γmin等，則有唯一解。 第三章 凸輪機(jī)構(gòu) 第一節(jié) 圖解法繪制盤形凸輪輪廓圖31 “反轉(zhuǎn)法”原理根據(jù)機(jī)器的工作要求，在確定了凸輪機(jī)構(gòu)的類型，選定了從動件的運(yùn)動規(guī)律、凸輪的基圓半徑和凸輪的轉(zhuǎn)動方向后，便可設(shè)計凸輪的輪廓曲線了。圖解法簡單易行而且直觀，但精確度有限，只適用于一般場合。圖解法繪制凸輪輪廓曲線是利用相對運(yùn)動原理完成的。如圖31所示，如設(shè)想給整個機(jī)構(gòu)加一個與凸輪角速度ω大小相等、方向相反的公共角速度“－ω”，則凸輪處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，而從動件一方面按原定運(yùn)動規(guī)律相對于機(jī)架導(dǎo)路作往復(fù)移動，另一方面隨同機(jī)架以“－ω”角速度繞O點轉(zhuǎn)動。這就是凸輪輪廓設(shè)計的“反轉(zhuǎn)法”原理。 尖頂對心移動從動件盤形凸輪圖32 尖頂對心直動從動件盤形凸輪輪廓圖解設(shè)計圖32a所示為尖頂對心直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。2．取與位移線圖相同的比例，以rb為半徑作基圓。3．在基圓上，自O(shè)C0開始，沿“－ω”方向依此取δ0,δs,δ0′,δs′，并將δ0、δ0′分成與位移線圖對應(yīng)的若干等份，得C1，C2，C3，…各點，聯(lián)接OCl，OC2，OC3，…各徑向線并延長，便得從動件導(dǎo)路在反轉(zhuǎn)過程中的一系列位置線。5．將B1，B2，B3，…聯(lián)接成光滑的曲線，即得到所求的凸輪輪廓曲線。由于滾子中心是從動件上的一個固定點，該點的運(yùn)動就是從動件的運(yùn)動，而滾子始終與凸輪輪廓保持接觸，沿法線方向的接觸點到滾子中心的距離恒等于滾子半徑rT，由此可得作圖步驟如下：1．把滾子中心看作尖頂從動件的尖頂，按設(shè)計尖頂從動件凸輪輪廓的方法作出一條輪廓曲線η0。2．以理論輪廓曲線η0上的點為圓心，以滾子半徑rT為半徑作一系列滾子圓(取與基圓相同的長度比例尺)，再作這些圓的內(nèi)包絡(luò)線η。應(yīng)當(dāng)指出，凸輪的實際輪廓曲線與理論輪廓曲線間的法線距離始終等于滾子半徑，它們互為等距曲線。設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)時，除了根據(jù)工作要求合理地選擇從動件運(yùn)動規(guī)律外，還必須保證從動件準(zhǔn)確地實現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律，且具有良好的傳力性能和緊湊的結(jié)構(gòu)。 滾子半徑的選擇 采用滾子從動件時，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臐L子半徑，要綜合考慮滾子的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)及凸輪輪廓曲線的形狀等多方面的因素。1．當(dāng)理論廓線內(nèi)凹時，如圖34a所示，實際輪廓的曲率半徑ρ′，等于理論輪廓線曲率半徑ρ與滾子半徑rT之和，即ρ′=ρ+rT。2．當(dāng)理論輪廓線外凸時，ρ′=ρrT。0，如圖34b所示，實際輪廓線為一光滑曲線； 圖34 滾子半徑的選擇分析若ρ＝rT，則ρ′＝0，如圖34c所示， 實際廓線出現(xiàn)尖點，尖點極易磨損，磨損后就會改變從動件原有的運(yùn)動規(guī)律：若ρrT，則ρ39。因此，對于外凸的凸輪輪廓，應(yīng)使?jié)L子半徑rT小于理論輪廓線的最小曲率半徑ρmin通常取rT≤。 為防止凸輪磨損過快，工作輪廓線上的最小曲率半徑ρmin′1～5mm。 壓力角及其許用值圖35凸輪機(jī)構(gòu)受力分析圖35所示為尖頂對心直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)在推程某個位置的受力情況。若不計摩擦，凸輪作用于從動件的力Fn。Fn可分解為沿從動件運(yùn)動方向的有效分力F′和垂直于導(dǎo)路方向的有害分力F″，F(xiàn)″使從動件壓緊導(dǎo)路而產(chǎn)生摩擦力，F(xiàn)′推動從動件克服載荷FQ及導(dǎo)路間的摩擦力向上移動。反之，α角越大，有效分力F′越小，有害分力F″越大，機(jī)構(gòu)的摩擦阻力增大、效率降低。因此，為保證凸輪機(jī)構(gòu)正常工作，并具有良好的傳力性能，必須對壓力角的大小加以限制。一般設(shè)計中，推程壓力角許用值[α]推薦如下： 移動從動件[α]＝30176。機(jī)構(gòu)在回程時，從動件實際上不是由凸輪推動，而是在鎖合力作用下返回的，發(fā)生自鎖的可能性很小。圖36壓力角的直接測量圖37偏置從動件可減少壓力角對平底從動件凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪對從動件的法向作用力始終與從動件的速度方向平行，故壓力角恒等于0，機(jī)構(gòu)的傳力性能最好。校驗壓力角時，可在此選取若干個點，作出這些點的壓力角，測量其大??；也可用圖36所示的方法用萬能角度尺直接量取檢查。如圖37所示，同樣情況下，偏置式凸輪機(jī)構(gòu)比對心式凸輪機(jī)構(gòu)有較小的壓力角，但應(yīng)使從動件導(dǎo)路偏離的方向與凸輪的轉(zhuǎn)動方向相反。偏距е的大小，一般取е≤rb／4。設(shè)計出凸輪輪廓后，為確保傳力性能，通常需進(jìn)行推程壓力角的校核，檢驗是否滿足αmax≤[α]的要求。若凸輪與軸做成一體(凸輪軸)，rb＝r+rT+2～5mm；若凸輪單獨(dú)制造，rb＝(～2)r+rT+2～5mm。這是一種較為實用的方法，確定rb后，再對所設(shè)計的凸輪輪廓校核壓力角。對于對心直動從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，工程上已制備了幾種從動件基本運(yùn)動規(guī)律的諾模圖，如圖38所示。由圖上δ0、αmax兩點連線與直徑的交點，可讀出相應(yīng)運(yùn)動規(guī)律的h／rb值，從而確定最小基圓半徑rbmin。 第四章 齒輪傳動 齒輪傳動依靠主動齒輪與從動齒輪的嚙合傳動來傳遞運(yùn)動和動力，是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動，具有適用范圍大，可實現(xiàn)任意兩軸間的傳動；效率高、傳動平穩(wěn)；傳動比準(zhǔn)確；工作安全可靠、壽命長；結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點。第一節(jié) 齒輪傳動概述、應(yīng)用分類齒輪傳動是指用主、從動輪輪齒直接嚙合、傳遞運(yùn)動和動力的裝置。齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、效率高、壽命長，適用的功率、速度和尺寸范圍大。但是制造齒輪需要有專門的設(shè)備，嚙合傳動會產(chǎn)生噪聲。(a) 外嚙合直齒圓柱齒輪傳動 (b) 斜齒圓柱齒輪傳動 圖42 齒廓嚙合基本定律示意圖圖41齒輪傳動的主要類型對齒輪傳動的基本要求之一，就是保證瞬時傳動比i(i=ω1/ω2)等于一個恒定不變的值，即主動輪勻角速度轉(zhuǎn)動時，從動輪必須勻角速度轉(zhuǎn)動。這種慣性力不僅影響齒輪的強(qiáng)度和壽命，而且還會引起機(jī)器的振動和噪聲，影響其工作精度。如圖示42所示，齒輪1和齒輪2的角速度分別為ω1和ω2，當(dāng)齒廓在K點接觸時，過K點的兩齒廓的公法線N1N2與連線O1O2交于C點。即 (b)過OO2分別作NN2的垂線O1 N1和O2 N2，因為∠N1 O1 K =αK∠N2 O2 K =αK2，所以依式（a）、（b）和圖42可寫成 = = (c)又因△N1 O1C ∽ △N2 O2 C，則上式又可寫成 = = （41）由上式可知，欲保證瞬時傳動比恒定不變，則比值應(yīng)為賞數(shù)。因此，兩齒廓形狀應(yīng)滿足如下條件：兩輪齒廓在任何位置接觸時，過接觸點時（稱嚙合點）的公法線必須與兩輪的連心線交于一個固定點C。凡滿足上述定律而互相嚙合的一對齒廓，稱為共軛齒廓。本章僅介紹漸開線齒輪傳動。該圓稱為基圓，直線AB稱為發(fā)生線。由此可知，漸開線的法線必定與基圓相切。同一基圓上的漸開線形狀完全相同。 （4）基圓以內(nèi)無漸開線；（5）漸開線上各點壓力角不同，離基圓越遠(yuǎn)，壓力角越大。由△ONK知，cosαK =rb/rk，式中rk為K點到輪心O的距離。故αk隨rk的增大而增大。圖 45 漸開線齒廓上的壓力角 漸開線齒廓嚙合特點漸開線齒輪傳動除滿足齒廓嚙合基本定律外，還有下列特點：（1）嚙合線為一直線 齒輪傳動時，兩齒廓嚙合點的軌跡稱為嚙合線，由前述可知，任何位置的嚙合點必在兩輪基圓的內(nèi)公切線上，故漸開線齒輪傳動時的嚙合線為一直線（圖45所示的N1N 2線）；（2）嚙合角為常數(shù) 嚙合線與兩節(jié)圓的公切線之間所夾的銳角稱為嚙合角，用α′表示，如圖45所示。但由于漸開線齒輪的傳動比等于兩輪基圓半徑的反比，齒輪制成后，基圓大小是不變的。這個性質(zhì)稱為漸開線齒輪傳動的可分離性。圖46 圓柱齒輪各部分的名稱齒頂圓 過齒輪各齒頂端的圓稱為齒頂圓，其直徑和半徑分別以da和ra表示。齒槽寬、齒厚、齒距 齒輪上相鄰輪齒之間的空間，稱為齒槽；在半徑為rk 的任意圓周上，齒槽的兩側(cè)齒廓之間的弧長，稱該圓周上的齒槽寬，以ek表示；一個輪齒的兩側(cè)齒廓之間的弧長稱為該圓周上的齒厚，以sk表示；而相鄰兩輪齒同側(cè)齒廓之間的弧長，稱為該圓周上的齒距，以pk表示。該圓上的所有尺寸和參數(shù)符號都不帶下標(biāo)K。顯然有 （44）基圓、法向齒距 形成漸開線齒輪齒廓的圓稱為該齒輪的基圓，其直徑和半徑分別用db和rb表示；基圓上的齒距稱為基圓齒距，以pb表示。 由漸開線性質(zhì)可知，漸開線齒輪的基圓齒距和法向齒距相等，但通常法向齒距不用pn，而也用基圓齒距pb表示。 漸開線直齒圓柱齒輪的基本參數(shù) 漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)：齒數(shù)z、模數(shù)m、壓力角α、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)c*。在齒輪整個圓周上輪齒的總數(shù)稱為齒數(shù)，以Z表示。即 （45）我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列見表41。，該表所示為法面模數(shù)齒輪分度圓上的壓力角用α表示并規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)值，簡稱為壓力角。其他各國常用的壓力角除20176。176。 由此可將齒輪分度圓定義為:齒輪上具有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)壓力角的圓。c*m稱為頂隙，為一齒輪頂圓與另一齒輪根圓之間的徑向距離。由上述可見，在齒輪各參數(shù)中，模數(shù)是齒輪的一個重要參數(shù)。 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的幾何