连杆机构凸轮机构
常见的回转 直线运动转换的机构
常见的回转直线运动转换的机构常见的回转直线运动转换的机构摘要：实际的机器当中，往往需要用到回转运动与直线运动之间的相互转换，本文介绍了能实现此功能的几种常见机构，分别是曲柄滑块机构、凸轮机构、齿轮齿条机构和滚珠丝杠机构，并说明了各自的特点及在实际中的应用。
关键词：回转运动；直线运动；机构1 曲柄连杆机构1.1 曲柄滑块机构定义在普通四杆机构中，四个构件之间都是通过转动副连接，这样可以实现曲线与曲线运动之间的转换。
而曲柄滑块机构是保存曲柄杆、中间杆和固定杆，将另一根杆退化为滑块，使滑块与中间连杆用转动副连接，滑块与固定杆用移动副连接，这样就可以实现曲柄端的回转运动与滑块端的直线运动相互转化。
1.2 曲柄滑块机构的特点及应用1.2.1 优点①低副连接，运动副单位面积受力小，便于润滑，磨损小；②对于长距离的控制也可以实现；③构件之间的运动靠几何封闭来维系，比力封闭的可靠。
1.2.2 缺点①结构设计较复杂，且对制造安装的敏感性大；②高速时将引起很大的振动和动载荷。
1.2.3 应用曲柄滑块机构在机械中的应用很广泛，例如，内燃机通过活塞往复运动将内能转换为曲柄转动的机械能；压力机结构中通过曲柄的连续转动，经连杆带动滑块实现加压作用；牛头刨床主运动机构中，导杆绕一点摆动，带动滑枕做往复运动，实现刨削；抽水机结构中，摇动手柄时，在连杆的支承下，活塞杆在筒内做上下运动，以到达抽水目的。
另外，工程中的搓丝机、自动送料装置及自卸翻斗装置等机械中都用到曲柄滑块机构。
2 凸轮机构2.1 凸轮机构的组成和特点凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个局部组成，其中凸轮是主动件，从动件的运动规律由凸轮的轮廓决定。
凸轮是具有曲线轮廓或沟槽的构件，假设从动件是移动构件，那么这样的凸轮机构便能实现回转运动、直线运动的转换。
凸轮机构特点是：①可以用于对从动件任意运动规律要求的场合；②可以高速启动，动作准确可靠，结构简单紧凑；③凸轮和从动件以点或线接触，单位面积上压力高，难以保持良好的润滑，易磨损；④凸轮形状复杂，加工维修较困难。
机械设计基础第六章 机械常用机构
一、 铰链四杆机构的基本形式及应用
图6-6 双曲柄机构
一、 铰链四杆机构的基本形式及应用
图6-7 机车车轮联动机构
一、 铰链四杆机构的基本形式及应用
3. 双摇杆机构 两连架杆都为摇杆的铰链四杆机构，称为双摇杆机构。 如图6-８a所示，双摇杆机构的两摇杆均可作为主动件，当主动摇杆1往复摆动时，
通过连杆2带动从动摇杆往复摆动。如图6-8b所示门式起重机的变幅机构即是双摇杆机 构，当主动摇杆1摆动时，从动摇杆3随之摆动，使连杆2的延长部分上的E点(吊重物
平面连杆机构中，最常见的是四杆机构。下面主要介绍其类型、运动转换及其特 征。
一、 铰链四杆机构的基本形式及应用
如图6-1所示，当平面四杆机构中的运动副都是转动副时，称为铰链四杆机构。机 构中固定不动的构件4称为机架，与机架相连的构件1和3称为连架杆，不与机架相连的 构件2称为连杆。连架杆相对于机架能作整周回转的构件(如杆1)称为曲柄，若只能绕机 架摆动的称为摇杆(如杆3)。
图6-3 缝纫机踏板机构
一、 铰链四杆机构的基本形式及应用
在双曲柄机构中，如两曲柄的长度相等，且连杆与机架的长度也相等，称为平行 双曲柄机构(图6-6的ABCD)。平行双曲柄机构有两种情况：图6-6a所示为同向双曲柄 机构；图6-6b所示为反向双曲柄机构。
图6-5 惯性筛
图6-4 双曲柄机构运动示意图
第一节 平面连杆机构
连杆机构是由若干构件用转动副或移动副连接而成的机构。在连杆机构中，所有 构件都在同一平面或相互平行的平面内运动的机构，称为平面连杆机构。
平面连杆机构能够实现多种运动形式的转换，构件间均为面接触的低副，因此运 动副间的压强较小，磨损较慢。由于其两构件接触表面为圆柱面或平面，制造容易， 所以应用广泛。缺点是连接处间隙造成的累积误差比较大，运动准确性稍差。
凸轮连杆机构
A、B、C、D是复合铰链 ——计算在内
两个以上的构件共用同一转动轴 线所组成的转动副称为复合铰链。
38
A、B、C、D处各 有两个转动副。 pL =10
F=3n-2PL-PH =3×7–2×10–0 =1
39
(3-1)个铰链
1 2 4
3
（4-1）个铰链
m个构件在同一轴线上组成 m-1个转动副。
40
＝1
F＝3n－2PL－PH ＝3 4 －2 6 －0 ＝0 错
48
2 1 3
2
1
5
3
4
4 F＝3n－2PL－PH ＝3 3－2 4 － 0 ＝ 1 对 F＝3n－2PL－PH ＝3 4 －2 6 － 0 ＝ 0 错
49
机械设计基础 —— 平面连杆机构
3、 机构中对运动不起作用的对称部分
52
自由度计算公式
F＝3n－2PL－PH
机构自由度＝ 3×活动构件数－(2×低副数+1×高副数) 几种特殊结构的处理: 1、局部自由度 2、复合铰链 3、虚约束 —排除 —计算在内
—排除
53
机构的自由度与确定运动条件
计算机构自由度应注意的事项（续）
小结 ◆ 复合铰链
存在于转动副处 正确处理方法：复合铰链处有m个构件 则有(m-1)个转动副
9
凸 轮 副
齿 轮 副
t
t
10
空间运动副
螺旋副 圆柱副 球面副
11
3.运动链和机构
机构: 是由构件通过运动副连接而成的。例如四杆机构。
运动链: 两个以上的构件以运动副连接而成的系统。 原动件：按给定运动规律独立运动的构件 从动件：其余的活动构件 机 架：固定不动的构件 2
凸轮机构的功能原理
凸轮机构的功能原理
凸轮机构是一种通过凸轮与滑块或连杆配合运动的机构，主要用来转换旋转运动为直线运动或改变直线运动的速度和方向。
其功能原理如下：
1. 转换旋转运动为直线运动：凸轮的外形通常为椭圆、正圆或其他特殊形状，在转动过程中，滑块或连杆会受到凸轮的形状限制，从而产生直线运动。
通过凸轮的不同形状，可以实现不同的直线运动形式，如往复、往返或连续直线运动。
2. 改变直线运动的速度和方向：凸轮机构通过改变凸轮的曲线形状或调整滑块或连杆的位置，可以改变滑块或连杆的速度和方向。
例如，当滑块和凸轮的中心距离发生变化时，滑块的速度也会相应发生变化；当调整凸轮表面的形状时，滑块或连杆的运动方向也会发生改变。
凸轮机构的工作原理主要涉及到凸轮与滑块（或连杆）的几何关系以及力的传递机制。
通过设计合理的凸轮形状和机构参数，可以实现凸轮机构的各种功能，广泛应用于机械加工、自动化设备、发动机和运动机构等领域。
机械传动常用机构
构件的分类：（功能性分类） 相对固定构件——称为机架 (fixed link, frame) 活动构件(moving link) 原动件(driving link) 从动件(driven link, follower) 连接件(link)
一、基本概念
3、机器
具有以下三个特征的实物组合体称为机器。 1.都是人为的各种实物的组合。 2.组成机器的各种实物间具有确 定的相对运动。 3.可代替或减轻人的劳动，完成 有用的机械功或转换机械能。
转动副的表示方法
移动副。如组成运动副 的两个构件只能沿某一 轴线相对移动，这种运 动副称为移动副，如右 图所示。
移动副的表示方法
（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。
2、构件的自由度 构件相对参考系具有的独立运动参数数目称为构件 的自由度。 构件通过运动副连接，相对运动受限制， 自由度将减少。
每个平面运动构件，有3个自由度。 低副（转动副和移动副）：引入2个约束，减少2个 自由度 高副： 减少1个自由度。
平面机构的自由度
1、单个自由构件的自由度为 3 如图所示，作平面运动的刚体在空间的位置需要三 个独立的参数（x，y, θ）才能唯一确定。
机械传动常用机构
平面连杆机构 凸轮机构 螺旋机构
机械传动概述
机械传动是指采用各种机构、传动装置和零件来传递运动和动力的传动方 式。 其它：电气传动 液压传动 气动传动等 一、基本概念
机械设计常用机构
相互转动来实现运动和 柱齿轮的轮齿在轴线上
动力的传递。
倾斜排列，锥齿圆柱齿
轮的轮齿在一个锥面上
排列。
在圆锥齿轮机构中，两 个圆锥齿轮的轮齿在一 个锥面上排列，通过啮 合实现相交轴之间的运 动和动力传递。
在蜗轮蜗杆机构中，蜗 在平面齿轮机构中，直
杆的轮齿在蜗杆面上呈 齿平面齿轮的轮齿在一
螺旋状排列，蜗轮的轮 个平面上垂直排列，斜
用于传递垂直轴之间的运动和动 力，其传动比大、结构紧凑。
平面齿轮机构
用于传递两个平面之间的运动和 动力，其传动形式包括直齿、斜
齿和曲齿等。
齿轮机构的工作原理
01
02
03
04
05
齿轮机构的工作原理基 在圆柱齿轮机构中，直
于齿轮之间的啮合关系， 齿圆柱齿轮的轮齿在轴
通过一对或多个齿轮的 线上垂直排列，斜齿圆
圆锥凸轮机构
凸轮呈圆锥状，常用于需要较小接触面积的场 合。
凸轮机构的工作原理
01
凸轮机构通过凸轮的转动，使从动件产生预期 的运动规律。
02
凸轮的形状决定了从动件的运动轨迹，从而实 现各种复杂的运动要求。
03
当凸轮转动时，从动件在垂直于凸轮轴线的平 面内作往复运动。
凸轮机构的应用
自动化生产线
用于传递和改变运动轨 迹，实现自动化生产。
棘轮机构的工作原理
01
当主动件顺时针转动时 ，棘爪便随主动件一起 顺时针转动，并推动棘
轮逆时针转动。
02
当主动件逆时针转动时 ，棘爪便被压下，无法 与棘轮齿啮合，因此棘
轮不会转动。
03
棘轮机构的运动方向取 决于主动件的转动方向
。
棘轮机构的应用
机械原理机构
机械原理机构
机械原理机构是机械设备中起到传递和转换动力的组成部分。
它由各种机械元件按照一定的方式组合而成，可实现物体的运动和力的传递等功能。
机械原理机构的设计需要考虑机械元件的尺寸、形状、材料等因素，以确保机构的稳定性、合理性和可靠性。
在机械原理机构的设计中，需要了解机械元件的运动和力学原理。
例如，常见的机械原理机构有齿轮传动、连杆机构、凸轮机构等。
这些机构根据其特定的设计原理，可以实现不同的功能和运动方式。
齿轮传动是一种常见的机械原理机构，它由多个齿轮组成，通过齿轮之间的啮合来传递动力和运动。
在设计齿轮传动时，需要考虑齿轮的齿数、模数、压力角等参数，以确保传动的平稳和高效。
连杆机构是利用连杆的运动实现力的传递和转换的机械原理机构。
它由杆件和连接件组成，通过杆件的运动来实现力的传递和转换。
在设计连杆机构时，需要考虑连杆的长度、角度等参数，以确保机构的运动平稳和力的传递可靠。
凸轮机构是利用凸轮的运动实现力的传递和运动的机械原理机构。
它由凸轮、从动件和驱动件组成，通过凸轮的运动来驱动从动件的运动。
在设计凸轮机构时，需要考虑凸轮的轮廓、凸轮轴的转动方式等参数，以确保机构的运动轨迹准确和从动件的运动稳定。
除了以上三种常见的机械原理机构，还有许多其他类型的机构，如滑块机构、曲柄机构等。
每种机构都有其特定的设计原理和应用领域，可以根据具体的需求选择合适的机构进行设计和应用。
在机械工程设计中，机械原理机构是非常重要的组成部分，它的设计和选择直接关系到机械设备的性能和使用效果。
因此，对于机械工程师来说，掌握和理解机械原理机构的原理和设计方法是非常重要的。
机器人技术等级考试二级理论知识点
旗开得胜1七．特殊机械机构11.凸轮机构 12.连杆机构 113.曲柄机构 134. 滑杆机构 195. 棘轮机构216.间歇运动机构 26八． 电学常识 301.电的发展 30九． 编程常识 31七．特殊机械机构1.凸轮机构凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。
高副机构是指在机械工程中机构的两构件通过点或线的接触而构成的运动副。
低副机构是指机械工程中机构的两构件通过面的接触而构成的运动副。
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，它一般为主动件，作等速回转运动。
从动件一般为长杆型，作为传递动力和实现预定的运动规律的构件。
从动件一般作连续或间歇性的往复直线运动或摆动，从动件直线运动或者摆动的最大距离叫做行程。
12分类凸轮机构在应用时衍生各种各样的状态。
凸轮机构可以根据不同的方式分类，分别介绍如下：（1）按照凸轮形状不同分类，可以分为盘形凸轮，移动凸轮和圆柱凸轮三种，如下图所示。
图15.11 凸轮形状不同盘形凸轮中凸轮形状像盘子一样的凸轮机构，是凸轮机构中是最基本的形式。
盘形凸轮结构简单，应用最为广泛，凸轮一般作匀速圆周运动（等速回转运动）。
移动凸轮中凸轮形状可能是个“山”形或者斜面形，凸轮相对机架做直线移动。
圆柱凸轮中凸轮形状为圆柱形，这种凸轮机构属于空间凸轮机构，凸轮绕自己中心轴作圆周转动。
（2）按从动件形状不同可以将凸轮机构分为尖顶从动件，滚子从动件和平底从动件。
下面我们依次介绍：尖顶从动件是最基本从动件的形式，从动件与凸轮接触的部分为尖顶形状。
如下图分别为尖顶从动件盘形凸轮，尖顶从动件圆柱凸轮，尖顶从动件移动凸轮。
尖顶从动件能够与任意复杂的能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，从而使从动件实现任意的运动规律。
但尖端处摩擦较大，极易磨损，所以尖顶从动件只能用在传力不大的低速机构。
34图15.12 尖顶从动件凸轮机构滚子从动件是将从动件与凸轮接触的顶端变为滚轮，将滑动摩擦变为滚动摩擦，如下图所示，依次为滚子从动件盘形凸轮，滚子从动件移动凸轮，滚子从动件圆柱凸轮。
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新疆大学专用
作者： 潘存云教授
第 0章 绪 论
§0－1 本课程研究的对象和内容
§0－2 本课程在教学中的地位 §0－3 机械设计的基本要求和一般过程
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作者： 潘存云教授
§0－1 本课程研究的对象和内容
顾名思义，本课程研究对象为：机械 机械－人造的用来减轻或替代人类劳动的多件实物的 组合体。 任何机械都经历了：简单→复杂的发展过程。 起重机的发展历程： 斜面 →杠杆 →起重轱辘 →滑轮组 →手动(电动)葫芦 →现代起重机 （包括：龙门吊、鹤式吊、汽车吊、 卷扬机、叉车、电梯－电脑控制）。
新疆大学专用 作者： 潘存云教授
机器的共有特征： ①人造的实物组合体； ②各部分有确定的相对运动； ③代替或减轻人类劳动完成有用功或实现能量 的转换
机器的作用
机器的分类： 原动机－实现能量转换（如内燃机、蒸汽机、电动机）
种类有限
工作机－完成有用功（如机床等） 种类繁多
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作者： 潘存云教授
机器的种类繁多，结构、性能和用途等各不相同，但 具有相同的基本特征。
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作者： 潘存云教授
典型机器的分析：
3
4 2
1.内燃机
组成： 汽缸体1、 活塞2、 排气阀4、 连杆5、 凸轮7、 顶杆8、 进气阀3、 曲轴6、
8 7
1 5 6
齿轮9、10
9 10
工作原理： 1.活塞下行，进气阀开启，混合气体 内燃机 进入汽缸； 2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩， 在顶部点 火燃烧； 循环运动的结果，使曲轴 3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭； 输出连续的旋转运动 4.活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。
一般而言， 机械是机器和机构的总称
机械
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机构 机器
作者： 潘存云教授
机构－能够用来传递运动和力或改变运动形式的多件 实物的组合体。如：连杆机构、凸轮机构、 齿轮机构等。种类有限 机器－根据某种具体使用要求而设计的多件实物的组合 体。
如 : 缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆、农用 机器、起重机等。
4. 进行零部件工作能力计算、总体设计和结构设计。
新疆大学专用 作者： 潘存云教授
课程安排：共56学时，其中讲授52学时，实验4学时。
要求： 1）作业必须按时完成，绘图准确，字迹工整，作业 量未达到规定者不能参加考试。 2）上课认真听讲，及时消化，不主张占用较多的课 外时间。
3）仔细观察实物和模型，欢迎到实验室参观，并动手 组装各种机构。
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§0－2 本课程在教学中的地位
课程性质： 技术基础课 作用： 承前启后
作为一名工程技术人员，同学们在今后的工 作岗位上将会接触各种各样的通用或专用机 械，因此必须掌握机械方面的基础知识。
本课程的特点：是工程制图、工程材料及机械制造 基础、理论力学，材料力学、金工实习等理论知识 和实践技能的综合运用。 同时，通过本课程的学习，可为今后学习诸如自动 武器原理、机床夹具设计、机床、机械制造工艺学 等专业课程打下基础， 通过本课程的学习和课程设计实践，可以培养同学 们初步具备运用手册设计简单机械装备的能力，为 今后操作、维护、管理、革新武器装备创造条件。
机构 机械
机器 原动机
工作机
工作机的组成：
原动部分－是工作机动力的来源，最常见的是电动机 和内燃机。 工作部分－完成预定的动作，位于传动路线的终点。 传动部分－联接原动机和工作部分的中间部分。
控制部分－保证机器的启动、停止和正常协调动作。
其关系如下
原动机
传动 控制
工作
新疆大学专用
作者： 潘存云教授
为了实现我国的国防现代化，必然要有大量的机械化、自动化的武器装备于部队，这些武器从何来？恐怕大多 数只能靠我国自力更生解决，这是一项十分艰巨的任务，设计、制造、使用、维护现代化的武器装备，需要大 批的机械方面专业人才。在座的各位都是未来的工程师和部队的主要技术骨干，掌握好本课程的有关知识，将 为你们未来的工作打下一个良好的基础。最后希望我们共同努力，把这门课程教好学好。
分析自动洗衣机的组成：
控制器(控制)
波轮(工作)
电动机(原动)
带(传动)
减速器(传动)
新疆大学专用 作者： 潘存云教授
机构的共有特征： ①人造的实物组合体；
同理，通过对典型机构进行分析可知：
②各部分有确定的相对运动； ③用来传递力或实现运动的转换。 机构的分类：通用机构和专用机构。 通用机构---用途广泛，如齿轮机构、连杆机构等。 专用机构---只能用于特定场合，如钟表的擒纵机构。 机器与机构的关系：由两个实例推广到一般 任意复杂的机器都是由若干组机构按一定规律组 合而成的。实际机器的种类有成千上万种，但机构的种类确有限。类似关系：化合物与化学元素 由机器与机构的共有特征可知： 机器与机构在结构和运动方面并无区别（仅作用不 同） ，故统称为机械。人造的组合体、有确定的相对运动
新疆大学专用 作者： 潘存云教授
内燃机的工作过程：
进气 压缩 的作用：
活塞的往复运动通过连杆转变为曲 轴的连续转动，该组合体称为：
曲柄滑块机构 凸轮和顶杆用来启闭进气阀和排气阀；称为： 凸轮机构 两个齿轮用来保证进、排气阀与活塞之间形成协调动 作，称为：齿轮机构 各部分协调动作的结果： 化学能 机械能
新疆大学专用 作者： 潘存云教授
§0－3 机械设计的基本要求和一般过程
机械设计---规划和设计实现预期功能的新机械或改 进原有机械的性能。 基本要求：在满足预期功能的前提下，性能好、效 率高、成本低、安全可靠、操作方便、维修简单和 造型美观。 机械设计的内容： 1.确定机械的工作原理，选择合宜的机构； 2. 拟定设计方案； 3. 进行运动分析和动力分析，计算各构件上的载荷；