4-1常用机构-机械概述
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机械设计基础第二章--常用机构介绍
4—机架 1，3—连架杆→定轴转动 2—连杆→平面运动 整转副：二构件相对运动为
整周转动。
摆动副：二构件相对运动不 为整周转动。
曲柄：作整周转动的连架杆
摇杆：非整周转动的连架杆
C
2
B
3
1
A
D
4
二、平面四杆机构的常用形式
1、曲柄摇杆机构
（构件4为机架、构件2为机架）
2、双曲柄机构
}全回转副四杆机构
(二)曲柄为最短杆。 ▲铰链四杆机构存在曲柄的条件是：
(一)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其 余两杆长度之和。
(二)机架或连架杆为最短杆。
4、曲柄滑块机构 二、平面四杆机构的内部演化:
第二节 凸轮机构
一、凸轮机构的组成与分类： 运动方式：将主动凸轮的连续转动或
移动转换成为从动件的移动或摆动。 分类：1、形状
①盘形凸轮机构——平面凸轮 机构
②移动凸轮机构——平面凸轮 机构
③圆柱凸轮机构——空间凸轮 机构
2、运动形式
按从动件的运动型式：
①尖底从动件：用于 低速；
②滚子从动件：应用 最普遍；
③平底从动件：用于 高速
O
r0
1 2 3
4
5
6 7 8
二、从动件的常用运动规律
从动件的运动规律——从动件在工作过程中， 其位移（角位移）、速度（角速度）和加 速度（角加速度）随时间（或凸轮转角） 变化的规律。
长 几何形状简单——便于加工，成本低。 3、缺点： ①只能近似实现给定的运动规律； ②设计复杂；
③只用于速度较低的场合。
由转动副联接四个构
件而形成的机构，称为铰 链四杆机构，如图所示。 图中固定不动的构件是机 架；与机架相连的构件称 为连架杆；不与机架直接 相连的构件称为连杆。连 架杆中，能作整周回转的 称为曲柄，只能作往复摆 动的称为摇杆。根据两连 架杆中曲柄(或摇杆)的数 目，铰链四杆机构可分为 曲柄摇杆机构、双曲柄机 构和双摇杆机构。
《机械基础》备课笔记
《机械基础》备课笔记绪论机械基础课程——综合性课程。
包括工程力学、机械工程材料、机械零件与传动等。
机械基础课程——基础性课程。
机械制造或维修；使用、研究机械或机器。
工程力学——为分析构件的强度、刚度与选择合理的结构提供基本理论与方法。
机械工程材料——为合理选择材料，充分发挥材料本身的潜在性能提供基础。
机械零件与传动——了解机构的工作原理、特点及应用，了解通用零件的类型、结构、材料、标准及选择方法。
第1章机械概述1-1 机器的组成一、机器和机构1、机器机器的特征：①、机器是人为的实体组合；②、各部分(实体)之间具有确定的相对运动；③、能够转换或传递能量，代替或减轻人类的劳动。
2、机构机构：由构件组合而成，各构件之间具有确定的相对运动。
机器包含机构；机构是机器的主要组成部分；机器可以包含一个或多个机构。
3、机械机械：机器和机构的总称。
4、构件、零件构件：在机械中具有独立运动的基本单元。
零件：机械制造的基本单元。
构件通常由一个或多个零件组成；构件是机械运动的基本单元。
机器由机构组合而成，机构由构件组合而成。
根据GB 10853-89《机器理论与机构学术语》的定义：机器：机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与信息。
机构：机构是用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用运动副连接起来的构件系统。
机械：机器与机构的总称。
机械系统：由若干个机器与机构及其附属装置组成的系统。
机械原理：研究机构的结构原理及机器与机构的运动学和动力学的一门学科。
构件：机构中的运动单元体。
二、机器的组成1、原动机部分也称动力装置，作用是把其它形式的能量转变成机械能，以驱动机器各部分运动。
2、执行部分也称工作部分或装置，是机器直接完成具体工作任务的部分。
3、传动部分是原动机到工作机构之间的传动机构，以完成运动和动力的传递与转换。
4、操纵或控制部分作用是显示和反映机器的运行位置与状态，控制机器正常运行和工作。
1-2 金属材料的性能工艺性能：指金属材料从冶炼到成品的生产过程中，在各种加工条件下表现出来的性能。
机械设计基础-第4章-1-凸轮机构
s
30
30
120
120
90
δ
360
七、解析法设计凸轮轮廓曲线
1、偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
建立凸轮转轴中心的坐标系xOy
根据反转法原理，凸轮以w转过j角；
B点坐标为
x y
(s0 (s0
s) sin j s) cosj
e cosj esinj
上式即为凸轮理论廓线方程
实际廓线与理论廓线在法线上相距
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传 递动力不大的场合。
示例一 内燃机配气机构
示例二 靠模车削机构
示例 绕线机的凸轮绕线机构
示例 缝纫机的凸轮拉线机构
凸轮机构的主要优点： 使从动件实现预定的运动规律，结接触，容易磨损。 用于传递动力不大的控制机构或调节机构。
2、自D0起，沿-ω方向取δ1-4 角，等分各部分，从D1起以 从动件长度为半径作圆，与基 圆交于C点。
3、C1D1起，分别量取β角， 与2的圆交于B点，连接B0、 B1、B2…，即为凸轮曲线。
例题：设计盘形凸轮机构，已知凸轮角速度ω1逆时针转动， 基圆半径r0=30mm，从动件的行程h=40mm。从动件的 位移线图如下：
第四章 凸轮机构及间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类 §4-2 从动件常用的运动规律 §4-3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 §4-4 凸轮机构设计中应注意的问题 §4-5 间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从 动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不 连续的任意预期运动。
当凸轮继续以角速度ω1逆时针 转过角度δ2时，从动件尖顶从 C到D，在最远位置停止不动， 对应的δ2是远休止角。
30
30
120
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90
δ
360
七、解析法设计凸轮轮廓曲线
1、偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计
建立凸轮转轴中心的坐标系xOy
根据反转法原理，凸轮以w转过j角；
B点坐标为
x y
(s0 (s0
s) sin j s) cosj
e cosj esinj
上式即为凸轮理论廓线方程
实际廓线与理论廓线在法线上相距
凸轮机构由凸轮、从动件和机架三部分组成。
凸轮机构是高副机构，易于磨损，因此只适用于传 递动力不大的场合。
示例一 内燃机配气机构
示例二 靠模车削机构
示例 绕线机的凸轮绕线机构
示例 缝纫机的凸轮拉线机构
凸轮机构的主要优点： 使从动件实现预定的运动规律，结接触，容易磨损。 用于传递动力不大的控制机构或调节机构。
2、自D0起，沿-ω方向取δ1-4 角，等分各部分，从D1起以 从动件长度为半径作圆，与基 圆交于C点。
3、C1D1起，分别量取β角， 与2的圆交于B点，连接B0、 B1、B2…，即为凸轮曲线。
例题：设计盘形凸轮机构，已知凸轮角速度ω1逆时针转动， 基圆半径r0=30mm，从动件的行程h=40mm。从动件的 位移线图如下：
第四章 凸轮机构及间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类 §4-2 从动件常用的运动规律 §4-3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 §4-4 凸轮机构设计中应注意的问题 §4-5 间歇运动机构
§4-1 凸轮机构的应用和分类
凸轮是一种具有曲线轮廓或凹槽的构件，它通过与从 动件的高副接触，在运动时可以使从动件获得连续或不 连续的任意预期运动。
当凸轮继续以角速度ω1逆时针 转过角度δ2时，从动件尖顶从 C到D，在最远位置停止不动， 对应的δ2是远休止角。
机械传动基础和常用机构
一、机械传动概述
移动副的表示方法一、机械传动 Nhomakorabea述（2）高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高
副。如轴与滚动轴承、凸轮机构和齿轮啮合 等。车轮与钢轨、凸轮与从动件、轮齿与轮 齿分别在接触处组成高副。组成平面高副二 构件间的相对运动是沿接触处切线t-t方向的 相对移动和在平面内的相对转动。 除上述平面运动副之外，机械中还经常见到 球面副和螺旋副。这些运动副两构件间的相 对运动是空间运动，故属于空间运动副。
这种使两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为 运动副。（例如轴与轴承的连接、活塞与气缸的连接、传动齿轮两
个齿轮间的连接等都构成运动副）
构件组成运动副后，其独立运动受到约束，自由度便随之减少，两构 件组成的运动副，不外乎通过点、线或面的接触来实现。
按照接触特性，通常把运动副分为低副和高副两类。
=3×5 －2×7－0 =1
3、平面机构的自由度
计算机构自由度时应注意的事项 复合铰链：两个以上个构件在同一条轴线上形成的转动副。
由m个构件组成的复合铰链，共有(m-1)个转动副。
F 3n2pl ph 35 27 0 1
3、平面机构的自由度
机构具有确定运动的条件
原动件的数目＝机构的自由度数F（F＞0或F≥1）。
3.传动部分：把原动机的运动和动力传递给工作机。
4.控制部分：使机器的原动部分、传动部分、工作 部分按一定的顺序和规律运动，完成给定的工作循环。
一、机械传动概述
（二）机械传动的传动比和效率
传动比 i=n1/n2
机械效率
η=Po/Pi
一、机械传动概述
（三）机械传动的类型
摩擦传动
按
工
带传动、摩擦轮传动
常用机构(四连杆机构)1
机构演化方法
础
平 改变杆件长度，用移动副取代回转副
面 连 杆
扩大回转副 变更机架等
机
构
连架杆 B
连杆 2
C 连架杆
3
1
A
4
D
机 （1）改变杆件长度 —— 曲柄滑块机构
械
设 计
曲线导轨曲柄滑块机构
基
C
础
C
平
2
面
连
B
杆1
机
构A
4
对CD杆等效转化
B2
3
1
转动副变成移动副 A
4 D
lCD
3 D
e
b+c >a+d 、 b+d >a+c 、 c+d >a+b
B
a
A
并可得: a<b 、 a<c 、 a<d .
b f
d
C
c
D
曲柄存在的条件： (1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度和。 (2)曲柄是最短杆。
机 曲柄存在的条件：
械 设
(1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和
2
BD
b2
c2
2b c cosd
基 础
b
平 面
cosd
b2 c 2 2 a d cosj a 2 d 2
2bc
B
a
j
连 杆
分析
A
机
构 j =0 cos j =1 cos d d min
j =180° cos j = –1 cos d d max
C
d c
d
D
机械基础教材机器、机构、零件、构件基本概念的知识
图0-1所示为起重用的卷扬机，它是由钢索 卷筒1、联轴器2、减速器3、电动机4等组成 的。以电动机为动力，通过减速器的传动使卷 筒转动，从而实现钢索提升物料的功能。
机器都具有如下特征： 都是人为的各种实物的组合； 各种实物间具有确定的相对运动； 可代替或减轻人的劳动，有效地完成机械功或转换机械能。 凡具备上述三个特征的实物组合体称为机器。
二、零件与构件
构件是组成机构的基本运 动单元。可以是一个零件， 也可以是若干个零件固定联 接而成。
零件是组成机器的最小制造单元。经常用到的零件称为 通用零件，如螺钉、螺母、轴、齿轮、弹簧等。在特定的 机器中用到的零件称为专用零件。如汽轮机中的叶片、起 重机的吊钩、内燃机中的曲轴、连杆、活塞等。
三、机器的组成 根据功能的不同，一部完整的机器由以下几部分组成： 原动机部分 是机器的动力来源。常用的原动机有电动机、内燃机
本课程考核可以通过平时+考试相结合的形式进行。 平时考核 包括作业成绩、课堂练习和课程实验。 考试内容 应体现知识及技术应用的特点。 对在学习和应用上有创新的学生应予据用途不同，可分为： 动力机械 如电机、内燃机、发电机、液压机等，主要用来实现机械能量转
换成其他形式的能量。 加工机械 如轧钢机、包装机及各类机床，主要用来改变物料的结构形状、
性质及状态。 运输机械 如汽车、飞机、轮船、输送机等，主要用来改变人或物料的空间
位置。 信息机械 如复印机、传真机、摄像机;主要用来获取或处理各种信息。
二、本课程的任务 （1）能运用静力平衡条件求解简单力系的平衡问题。初步掌握零部件 的受力分析和强度计算方法； （2）了解常用工程材料种类、性能、牌号、应用及钢的热处理知识。 能合理选用典型零件的工程材料； （3）掌握有关公差标准基本内容和主要规定。正确理解技术图样上常 见的公差配合标注，具有选用公差与配合的初步能力；
机器都具有如下特征： 都是人为的各种实物的组合； 各种实物间具有确定的相对运动； 可代替或减轻人的劳动，有效地完成机械功或转换机械能。 凡具备上述三个特征的实物组合体称为机器。
二、零件与构件
构件是组成机构的基本运 动单元。可以是一个零件， 也可以是若干个零件固定联 接而成。
零件是组成机器的最小制造单元。经常用到的零件称为 通用零件，如螺钉、螺母、轴、齿轮、弹簧等。在特定的 机器中用到的零件称为专用零件。如汽轮机中的叶片、起 重机的吊钩、内燃机中的曲轴、连杆、活塞等。
三、机器的组成 根据功能的不同，一部完整的机器由以下几部分组成： 原动机部分 是机器的动力来源。常用的原动机有电动机、内燃机
本课程考核可以通过平时+考试相结合的形式进行。 平时考核 包括作业成绩、课堂练习和课程实验。 考试内容 应体现知识及技术应用的特点。 对在学习和应用上有创新的学生应予据用途不同，可分为： 动力机械 如电机、内燃机、发电机、液压机等，主要用来实现机械能量转
换成其他形式的能量。 加工机械 如轧钢机、包装机及各类机床，主要用来改变物料的结构形状、
性质及状态。 运输机械 如汽车、飞机、轮船、输送机等，主要用来改变人或物料的空间
位置。 信息机械 如复印机、传真机、摄像机;主要用来获取或处理各种信息。
二、本课程的任务 （1）能运用静力平衡条件求解简单力系的平衡问题。初步掌握零部件 的受力分析和强度计算方法； （2）了解常用工程材料种类、性能、牌号、应用及钢的热处理知识。 能合理选用典型零件的工程材料； （3）掌握有关公差标准基本内容和主要规定。正确理解技术图样上常 见的公差配合标注，具有选用公差与配合的初步能力；
《机械基础(少学时)(第2版)》电子教案 第4章
• 1.凸轮机构的分类 • 凸轮机构的分类方法很多，可以按凸轮的形状分，也可以按从动件形
状及运动形式分，其类型及特点见表4-5。
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4.2 凸轮机构
• 2.凸轮机构的应用特点 • 与平面连杆机构相比，凸轮机构具有结构简单、紧凑、设计方便、便
于准确实现给定的运动规律和轨迹的特点；但由于凸轮轮廓与从动件 之间为点接触或线接触，易于磨损，所以多用于传力不大的机械、仪 表、控制机构中。
• 4.2.2 凸轮机构的工作特性及应用
• 1.凸轮机构的工作特性 • 凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作等速回转运动，从动件作往复
移动。如图4-19所示为最基本的对心外轮廓盘形凸轮机构。以凸轮轮 廓上最小半径所画的圆称为凸轮的基圆，其半径用r0表示。
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4.2 凸轮机构
• 图4-19中从动件位于最低位置，它的尖端与凸轮轮廓上点A（基圆与 曲线AB的连接点）接触。当凸轮按逆时针方向回转时，凸轮的从动 件按照一定的运动规律逐渐升到最高点B，这个过程称为推程。凸轮 转过的角度称为推程角Φ0。过B点凸轮继续回转，从动件在最高处停 止不动，直至C点处，此时走过的行程称为远停程。凸轮所转过的角 度称为远停角ΦS。过了C点，从动件按照一定的运动规律逐渐下降 至最低点D，这个行程称为回程。
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4.1 平面四杆机构
• 4.1.3 平面四杆机构的基本性质
• 1.曲柄存在的条件 • 平面四杆机构三种基本类型的主要区别，就在于连架杆是否为曲柄，
而连架杆能否成为曲柄，则取决于机构中各杆件的相对长度和最短杆 件所处的位置。铰链四杆机构存在曲柄，必须满足以下两个条件： • （1）连架杆与机架中必有一个是最短杆； • （2）最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。 • 根据曲柄存在的条件，推出平面四杆机构的三种基本类型的判别方法 如下：
状及运动形式分，其类型及特点见表4-5。
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4.2 凸轮机构
• 2.凸轮机构的应用特点 • 与平面连杆机构相比，凸轮机构具有结构简单、紧凑、设计方便、便
于准确实现给定的运动规律和轨迹的特点；但由于凸轮轮廓与从动件 之间为点接触或线接触，易于磨损，所以多用于传力不大的机械、仪 表、控制机构中。
• 4.2.2 凸轮机构的工作特性及应用
• 1.凸轮机构的工作特性 • 凸轮机构中最常用的运动形式为凸轮作等速回转运动，从动件作往复
移动。如图4-19所示为最基本的对心外轮廓盘形凸轮机构。以凸轮轮 廓上最小半径所画的圆称为凸轮的基圆，其半径用r0表示。
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4.2 凸轮机构
• 图4-19中从动件位于最低位置，它的尖端与凸轮轮廓上点A（基圆与 曲线AB的连接点）接触。当凸轮按逆时针方向回转时，凸轮的从动 件按照一定的运动规律逐渐升到最高点B，这个过程称为推程。凸轮 转过的角度称为推程角Φ0。过B点凸轮继续回转，从动件在最高处停 止不动，直至C点处，此时走过的行程称为远停程。凸轮所转过的角 度称为远停角ΦS。过了C点，从动件按照一定的运动规律逐渐下降 至最低点D，这个行程称为回程。
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4.1 平面四杆机构
• 4.1.3 平面四杆机构的基本性质
• 1.曲柄存在的条件 • 平面四杆机构三种基本类型的主要区别，就在于连架杆是否为曲柄，
而连架杆能否成为曲柄，则取决于机构中各杆件的相对长度和最短杆 件所处的位置。铰链四杆机构存在曲柄，必须满足以下两个条件： • （1）连架杆与机架中必有一个是最短杆； • （2）最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。 • 根据曲柄存在的条件，推出平面四杆机构的三种基本类型的判别方法 如下：
机械设计基础第四章平面机构运动简图及自由度
2) 2) F≥1时，原动件数大于机构自由度，机构遭到 破坏；原动件数小于机构自由度，机构运动不确定。 只有当原动件数目等于机构自由度数时，机构才有 确定的运动。
三、计算机构自由度时应注意的几种情况
1）复合铰链
由三个或三个以上构件组成的轴线重合的转动副称为复合铰链。
由m个构件组成的复合铰链应含有(m-1)个转动副。
两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些约束。每个 低副引入两个约束，每个高副引入一个约束。
设某平面机构，除机架外共有n个活动构件，又有pL个 低副和pH个高副，根据自由构件的自由度、运动副引入 的约束，活动构件之间的关系，可以得出平面机构自由 度的计算公式如下：
平面机构的自由度 F = 3n - 2PL – PH
一、构件及其自由度
一个自由构件作平面运动时， 具有三个独立运动；沿x轴和y轴 的移动以及绕垂直于xOy平面内 任一点A转动。
一个作平面运动的自由构件 具有三个自由度。
二、运动副与约束
运动副：机构中两构件直接接触的可动联接。
运动副元素：两构件上参加接触而构成运动的部分， 如点、线、面。 约 束：两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受 到某些限制。
b.两构件上某两点间 的距离在运动过程中 始终保持不变时；
c.联接构件与被联接 构件上联接点的轨迹 重合时；
虚约束经常发生的场合：
d.机构中对运动不起作用的对称部分。
e.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副.
采用虚约束是为了改善构件的受力情况； 传递较大功率；或满足某种特殊需要。
例题1
n=8 Pl=11 Ph=1 F=1
§4.2.2 平面机构运动简图
机构运动简图是用规定的运动副符号及代表构件的线条来表 示机构的运动特性，并按一定的比例画成的简单图形。并利 用机构运动简图对机构进行结构、运动和动力等分析。
三、计算机构自由度时应注意的几种情况
1）复合铰链
由三个或三个以上构件组成的轴线重合的转动副称为复合铰链。
由m个构件组成的复合铰链应含有(m-1)个转动副。
两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些约束。每个 低副引入两个约束，每个高副引入一个约束。
设某平面机构，除机架外共有n个活动构件，又有pL个 低副和pH个高副，根据自由构件的自由度、运动副引入 的约束，活动构件之间的关系，可以得出平面机构自由 度的计算公式如下：
平面机构的自由度 F = 3n - 2PL – PH
一、构件及其自由度
一个自由构件作平面运动时， 具有三个独立运动；沿x轴和y轴 的移动以及绕垂直于xOy平面内 任一点A转动。
一个作平面运动的自由构件 具有三个自由度。
二、运动副与约束
运动副：机构中两构件直接接触的可动联接。
运动副元素：两构件上参加接触而构成运动的部分， 如点、线、面。 约 束：两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受 到某些限制。
b.两构件上某两点间 的距离在运动过程中 始终保持不变时；
c.联接构件与被联接 构件上联接点的轨迹 重合时；
虚约束经常发生的场合：
d.机构中对运动不起作用的对称部分。
e.两构件组成若干个轴线互相重合的转动副.
采用虚约束是为了改善构件的受力情况； 传递较大功率；或满足某种特殊需要。
例题1
n=8 Pl=11 Ph=1 F=1
§4.2.2 平面机构运动简图
机构运动简图是用规定的运动副符号及代表构件的线条来表 示机构的运动特性，并按一定的比例画成的简单图形。并利 用机构运动简图对机构进行结构、运动和动力等分析。
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器 传动部分：原动机到工作机构之间的联系部分
组 成
工作部分：直接完成具体工作任务部分
自动控制部分：控制机器正常运行和工作。
机构： (1)人工物体的组合； (2)各部分之间具有确定的相对运动，主要用于传递或转变运动形式。 机器和机构的区别： 机器完成有用的机械功或转换能量；机构只传递运动、力或改变运动形式 构件： 指互相之间能作相对运动的机件，构件是运动的单元。 零件： 指互相之间没有相对运动的机件，零件是制造的单元
选择 1.车床上的刀架属于机器的()。 A、工作部分 B、传动部分 C、原动部分 D、自动控制部分 2.下列关于构件概念的正确表述是 项 A、构件是机器零件组合而成的 B、构件是机器的装配单元 C、构件是机器的制造单元 D、构件是机器的运动单元
第三章
§4-1机械概述
知识梳理
2
知识要点
学习目标
强例化题训解练析
一、机械概述
机械、机器 急回
(-)铰连四杆机构
双曲柄机构
运动特性
死点
二、平面连杆机构
双摇杆机构
常 用 机 构
三、凸轮机构
(二)曲柄滑块机构
按凸轮形状分：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮、圆锥凸轮 按从动件运动分：移动从动件、摆动从动件 按从动件结构形式分：尖顶式、滚子式、平底式
四、间歇机构
（一）棘轮机构 (二)槽轮机构
1材料力学基础知识
1、了解机械的概念，掌握机器与机构的区别。
机器的组成
机器 机械
机构
构件 零件
机械：机器和机构的统称
机器：(1)人工物体的组合；(2)各部分之间具有确定的相对运动；(3)能转换运动或传递能量
物料和信息；代替或减轻人类的劳动
机 原动部分：动力装置，常用电动机和内燃机。