模块5 常用机构

5-1 运动副与平面机构 重点

一、运动副

两构件之间直接接触并能产生一定相对运动的活动连接，称为运动副。两构件上参与接触的点、线、面称为运动副元素。

低副承载能力大、耐磨、易加工，但摩擦损失大；高副能实现复杂运动规律，但接触应力大、易磨损。

二、平面机构的自由度

构件的自由度：一个作平面运动的自由构件有 3 个自由度（沿 x、y 移动和绕 z 转动）。运动副引入约束后自由度减少。

机构具有确定运动的条件是：F ＞ 0 且 F = 原动件数。F ≤ 0 时成为桁架（不能运动）；F ＞ 原动件数时运动不确定。

三、计算自由度的三个注意点

四、机构运动简图

1. 分析机构组成，确定机架、原动件与从动件。
2. 沿运动传递路线，依次判定各运动副的类型。
3. 选择与运动平面平行的投影面，按比例用规定符号画出构件与运动副。
4. 标注构件编号、运动副字母与原动件转向。

5-2 平面四杆机构 重点

一、基本型式

全部用转动副连接的平面四杆机构称为铰链四杆机构，其中固定不动的杆为机架，与机架相连的两杆为连架杆，其余一杆为连杆。能整周回转的连架杆称为曲柄，只能摆动的称为摇杆。

二、曲柄存在的条件（格拉霍夫条件）

• 最短杆为连架杆（且与机架相邻）→ 曲柄摇杆机构；
• 最短杆为机架 → 双曲柄机构；
• 最短杆为连杆 → 双摇杆机构。

若杆长条件不满足，则无论取哪一杆为机架，都只能得到双摇杆机构。

三、急回特性

曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不等，返回行程速度较快，这一性质称为急回特性，用行程速比系数 K 表示。

四、压力角、传动角与死点

• 压力角 α：从动件受力方向与受力点速度方向所夹的锐角，α 越小传力性能越好。
• 传动角 γ：γ = 90° − α，γ 越大越省力。工程上要求 γ_min ≥ 40°（高速重载时 ≥ 50°）。
• 死点位置：当连杆与从动件共线时，γ = 0，机构不能推动从动件，此位置称为死点。可利用飞轮惯性或错开布置克服，也可利用死点实现自锁（如夹具、折叠桌）。

5-3 凸轮机构 重点

一、组成与特点

凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成，属高副机构。只需设计合适的凸轮轮廓，就能使从动件实现任意预定的运动规律，结构紧凑；但凸轮与从动件为点、线接触，易磨损，故多用于传递动力不大的控制机构（如内燃机配气、自动机床进给、纺织机械）。

二、类型

三、从动件常用运动规律

四、基本参数

• 基圆：以凸轮转动中心为圆心、与轮廓最小向径相切的圆，半径记 r₀。
• 推程 / 回程：从动件远离凸轮中心 / 返回的运动过程，对应的凸轮转角为推程运动角、回程运动角。
• 行程 h：从动件最大位移量。
• 压力角 α：从动件受力方向与运动方向所夹锐角。α 过大将导致自锁、磨损加剧，一般取 α_max ≤ 30°（摆动从动件 ≤ 45°）。增大基圆半径可减小压力角，但机构尺寸增大。

5-4 间歇运动机构 选学

一、棘轮机构

由棘轮、主动摆杆、棘爪和止回棘爪组成。摆杆往复摆动时，棘爪插入棘轮齿槽推动棘轮单向间歇转动；止回棘爪防止棘轮反转。

• 齿式棘轮：转角为齿距的整数倍，不能无级调节，有冲击和噪声，用于牛头刨床工作台横向进给、千斤顶、自行车飞轮。
• 摩擦式棘轮：靠偏心块摩擦传动，转角可无级调节、无噪声，但传动精度低。

二、槽轮机构

由带圆柱销的拨盘、开有径向槽的槽轮和机架组成。拨盘连续转动，圆柱销进入槽轮槽内时拨动槽轮转位，销退出后槽轮由锁止弧定位而静止，实现间歇转动。

槽轮机构结构简单、转位准确、无噪声冲击小，广泛用于电影放映机、自动包装机、六角车床转塔。

三、其他间歇运动机构

• 不完全齿轮机构：主动轮只有部分齿，其余为锁止弧，可实现大转角间歇运动，结构简单但冲击较大。
• 凸轮式间歇运动机构：由空间凸轮驱动，分度精度高、运转平稳，用于高速精密分度（如加工中心刀库）。