第五章 转变运动形式的传动 由于实际工作的内容各异，要求机器工作构件的运动形式和运动规律也多种多样，例如转动、往复直线运动、摆动、间歇运动、按预定规律或轨迹运动等，因而机械中除应用连续回转传动外，还需应用变换运动形式的传动。

第一节 连杆传动 平面连杆机构是由一些构件用低副（转动副和移动副）联接组成的机构。这些构件在同一平面或平行平面内运动。 优点： 1.能够实现多种运动形式的转换，也可以实现各种预定的运动规律和复杂的运动轨迹，容易满足生产中各种动作要求；2.构件间接触面上的比压小、易润滑、磨损轻、适用于传递较大载荷的场合；3.机构中运动副的元素形状简单、易于加工制造和保证精度。 缺点：1.只能近似地满足给定的运动规律和轨迹要求，且设计比较复杂；2. 运动构件产生的惯性力难以平衡，高速时会引起较大的振动，因此常用于速度较低的场合。

四杆机构——具有四个构件的平面连杆机构。 多杆机构——具有四个以上构件的平面连杆机构。

一、铰链四杆机构的类型及应用 　铰链四杆机构—各运动副都是铰链的四杆机构，见图5-1 图5-1

四杆机构的基本形式及其演化 曲柄摇杆机构 基本形式 (全转动副) 双曲柄机构 平面四杆机构 双摇杆机构 曲柄滑块机构 演化形式 曲柄导杆机构 基本形式 (全转动副) 演化形式 (有移动副) 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 曲柄滑块机构 曲柄导杆机构 曲柄摇块机构 定块机构

1、曲柄摇杆机构 曲柄——能作整周回转的连架杆。 摇杆——只能在小于360°范围内摇摆的连杆架杆。 　曲柄——能作整周回转的连架杆。 　摇杆——只能在小于360°范围内摇摆的连杆架杆。 　曲柄摇杆机构——具有曲柄和摇杆的铰链四杆机构。 　　曲柄摇杆机构应用广泛，它可将曲柄的连续转动转换成摇杆的往复摆动。

2、双曲柄机构 双曲柄机构—具有两个曲柄的铰链四杆机构。 不等长双曲柄机构—特点：两曲柄长度不相等，可将主动曲柄的等速转动转变成从动曲柄的变速转动

图中杆件1为机架，从动曲柄4变速转动时，筛箱6差动移动，使物料能相对筛面输送。 惯性筛 (点击图片演示动画) 图中杆件1为机架，从动曲柄4变速转动时，筛箱6差动移动，使物料能相对筛面输送。

等长、平行双曲柄机构（平行四边形机构）——特点：当主动曲柄等速转动时，从动曲柄也等速转动，而连杆平动。 图5-11 平行四边形机构

铲土机构 (点击图片演示动画) 该机构保证铲斗中的土料不洒

2 1 天平机构 (点击图片演示动画) 该机构保证天平盘总是水平

平行四边形机构的缺点：当曲柄AB转动一周时，将出现两次四杆共线的情况，见图5-11（a）。图中AB2C2D为一次四杆共线，另一次未画出，应在B点位于A点之左的关联位置。在AB2C2D位置，当曲柄AB继续运动到AB3位置时，C点可能运动到C3′也可能运动到C3″，即运动不确定。 图5-11（b）是在平行四边形机构中增加辅助构件，以消除机构的运动不确定现象，其运动确定原理是上、下两个平行四边形不会同时共线。

反向平行双曲柄机构——特点是连杆与机架等长、两曲柄等长、反向且平行。见图5-12和图5-13。 　　　　反向平行双曲柄机构——特点是连杆与机架等长、两曲柄等长、反向且平行。见图5-12和图5-13。　 图5-12 逆平行四边形机构 图5-13 逆平行四边形机构 (点击图片演示动画) 铰接的气缸推动曲柄AB转动（图中未画出），车门能同步同角行程开、关。

3、双摇杆机构 双摇杆机构——两连架杆都是摇杆的铰链四杆机构。 图5-15 (点击图片演示动画) 图5-14 (点击图片演示动画)

　　图5-14为鹤式起重机，重物升降靠绳轮机构，绕机架轴线平移靠轮盘机构（图中均未画出）。重物沿机架轴线的径向平移靠ABCDE双摇杆机构，E点轨迹为近似直线，这可避免径向平移重物时出现升降而改变其水平标高，从而增加司机操作量。 　　图5-15为车辆前轮的转向机构，特点是两摇杆等长，这样在车轮转向时两车轮始终平行。

二、铰链四杆机构存在曲柄的条件 1、曲柄存在条件（推导过程自学，一般了解） 存在曲柄的条件与四杆机构中各杆的相对长度有关。 　　存在曲柄的条件与四杆机构中各杆的相对长度有关。 1、曲柄存在条件（推导过程自学，一般了解） ① 最短杆与最长杆长度之和不大于其它两杆长度之和（杆 长条件） ② 最短杆是连架杆或机架（最短构件条件）

2、铰链四杆机构类型判别 ① 在满足杆长条件时： (a) 最短杆为机架是双曲柄机构（平行四边形机构任一杆 为机架都是双曲柄机构）。 ①　在满足杆长条件时： (a) 最短杆为机架是双曲柄机构（平行四边形机构任一杆 为机架都是双曲柄机构）。 (b) 最短杆的对杆为机架是双摇杆机构。 (c) 最短杆的邻杆为机架是曲柄摇杆机构。 ② 不满足杆长条件时，不论哪一杆为机架，都是双摇机构。

三、铰链四杆机构的演化 1、 转动副转化为移动副 （1）曲柄 滑块机构 回转副化为移动副 (点击图片c或d演示动画)

曲柄滑块机构广泛用于压力机、活塞泵和冲床等（以曲柄为原动件），广泛用于内燃机、蒸汽机、压缩机等（以活塞为原动件），如图所示 　 将图（a）中的铰链D下移至无穷远处，则铰链C的运动轨迹由曲线mm变为直线mm（参见图（b），图（a）所示的曲柄摇杆机构转变为图（c）、（d）所示的对心或偏置曲柄滑块机构。 曲柄滑块机构广泛用于压力机、活塞泵和冲床等（以曲柄为原动件），广泛用于内燃机、蒸汽机、压缩机等（以活塞为原动件），如图所示

（2）双滑块机构 如果把曲柄与连杆间的转动副（铰链）也演化成移动副，便成为双滑块机构。 ① 正弦机构及其应用——缝纫机下针机构 图（b）中曲柄1转过φ角时，滑块3的位移S3按正弦规律变化：S3＝l1sinφ＝l1sinωt 。

② 正切机构 图中导杆1转过φ角时，立杆3的位移S3按正弦规律变化：

③双转块机构及其应用——滑块联轴器 (点击图片演示动画) 双转块机构及其应用 　 图（a）中转块1相对机架4顺时针转动时，直角导杆2向左插进转块1、同时向下退出转块A，并带动转块A相对机架4也以相同顺时针转动。即主、从动转块转速相等、转向相同。 　 图（b）中左右轴不对中，但也能等速同向转动。

④ 双滑块机构及其应用——椭圆仪 图中滑块1、3沿机架的滑槽移动时，除A、B两点及其中点外，连杆2上的各点能画出长、短轴不同的椭圆。

2、 扩大回转副——偏心轮机构 图(a)、(b)所示的曲柄摇杆和曲柄机构中，当曲柄AB较短时，铰链A、B会连通，为满足结构尺寸需要，可将回转副B扩大到超过曲柄的长度，这时曲柄A就演化成偏心轮，偏心轮的回转中心为A、几何中心为B，见图(c)、(d)。 　　偏心轮机构与演化前的曲柄摇杆和曲柄滑块机构本质上相同，即运动特性未变。

3、选取不同的构件为机架 图(a)为曲柄摇杆机构； 图(b)为取杆1（最短杆）为机架后，得到的双曲柄机构； 图(c)为取杆2或杆4（是短杆邻边）为机架后，得到的双曲柄摇杆机构； 图(d)为取杆3（最短杆对边）为机架得到的双摇杆机构。

图（a）是对心曲柄滑块机构；图（b）是取杆2为机架得到的导杆机构，特点是l 2＜l 3，杆3和杆1均可整周回转，故称为转动导杆机构。 图5-20 曲柄滑块机构的演化 图（a）是对心曲柄滑块机构；图（b）是取杆2为机架得到的导杆机构，特点是l 2＜l 3，杆3和杆1均可整周回转，故称为转动导杆机构。

图5-21是l 1 ＞ l 2的导杆机构，杆2可整周回转，杆4却只能往复摆动，故称为摆动导杆机构。 图5-21 曲柄摆动导杆机构 (点击图片演示动画）

摆动导杆机构的应用 牛头刨床的主运动机构 (点击图片演示动画）

摇块机构的应用 图5-20（C） 是取杆3为机架得到的摇块机构。

图5-20（d）是取杆（块）4为机架得到的定块机构。 定块机构的应用 手动抽水机 (点击图片演示动画)

四、平面四杆机构的基本特征 1、急回运动 1）极位夹角 　1）极位夹角 图5-5 　　图中曲柄转1周与连杆两次共线，摇杆对应的处于两个极限位置，曲柄对应的位置夹角（取锐角）θ　称为极位夹角。

2、急回运动与行程速比系数 在图4－20中，曲柄一般匀速转动， ， 。对应的摇杆的摆速 　　在图4－20中，曲柄一般匀速转动， ， 　　　　　　　　。对应的摇杆的摆速 线速 。这说明摇杆右摆慢、左摆快，或去的慢、回的快，这种特性称为急回特性。

　　行程速比系数：　 ，　　　　　　　　　　　　　 　k 能表示急回程度，若θ≠0，则k>1，有急回特性； 　θ越大、k 也越大，说明急回程度越大；若θ=0，则 　k＝1，无急回特性。 　　牛头刨具有急回特性，能节省空回时间、提高生产率。

图中连杆为二杆，对于摇杆上的C点，其受力F方向线与其速度vc方向线所夹锐角α称为压力角。 ２）压力角与传动角 图中连杆为二杆，对于摇杆上的C点，其受力F方向线与其速度vc方向线所夹锐角α称为压力角。 连杆与摇杆所夹锐角γ是与α角的余角，称为传动角。传动角比压力角直观，也便于度量。 曲柄摇杆机构的压力角与传动角 α角越小或γ角越大，对传动就越有利。通常γmin≥40° ～50 °

4）最小传动角γmin出现的位置 四杆机构的压力角和传动角都是变化的，在曲柄与机架共线的两个位置之一，传动角最小。

４）死点 　　曲柄与连杆共线的两个位置，传动角γ=0，此时若以摇杆为主动件，通过连杆传给曲柄上的力通过曲柄回转中心，因此无论力有多大，都不能绕曲柄转动。机构在γ=0的位置称为死点（参见5-７图）。缝纫机踏板处于死点位置时就踩不动。 图5-7 缝纫机踏板机构

对于传动机构，死点是有害的，通常借助机构的惯性“闯过”死点。 　　图5-8是利用死点的实例，夹紧工件时连杆BC与连架杆CD共线，去掉F后无论R多大，工件都不会松脱。　　

a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、 运动副结构合理等）; 五 平面四杆机构的设计 连杆机构设计的基本问题 机构选型－根据给定的运动要求选择机 构的类型； 尺度综合－确定各构件的尺度参数(长度 尺寸)。 同时要满足其他辅助条件： γ a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、 运动副结构合理等）; b)动力条件（如γmin）; c)运动连续性条件等。

1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。 三类设计要求： 1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。 x B’ C’ A D C B A B C D y=logx 函数机构 要求两连架杆的转角满足函数 y=logx 飞机起落架

1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。前者要求两连架杆转角对应，后者要求急回运动 三类设计要求： 1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。前者要求两连架杆转角对应，后者要求急回运动 2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。 C’ B’ A B D C 要求连杆在两个位置垂直地面且相差180˚

1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。 三类设计要求： 1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。 2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。 3)满足预定的轨迹要求，如: 鹤式起重机、搅拌机等。 C B A D E Q Q A B C D E 搅拌机构 鹤式起重机 要求连杆上E点的轨迹为一条水平直线 要求连杆上E点的轨迹为一条卵形曲线

给定的设计条件： 1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置） 2)运动条件（给定K） 3)动力条件（给定γmin） 设计方法：图解法、解析法、实验法

④作△P C1C2的外接圆，则A点必在此圆上。 ⑤选定A，设曲柄为l1 ，连杆为l2 ，则: A C1= l1+l2 1、按给定的行程速比系数K设计四杆机构 C2 C1 1) 曲柄摇杆机构 E 90°-θ P 已知：CD杆长，摆角φ及K， 设计此机构。步骤如下： θ ①计算θ＝180°(K-1)/(K+1); φ ②任取一点D，作等腰三角形 腰长为CD，夹角为φ; A D θ ③作C2P⊥C1C2，作C1P使 ∠C2C1P=90°－θ,交于P; ④作△P C1C2的外接圆，则A点必在此圆上。 ⑤选定A，设曲柄为l1 ，连杆为l2 ，则: A C1= l1+l2 ,A C2=l2- l1 => l1 =( A C1－A C2)/ 2 ⑥以A为圆心，A C2为半径作弧交于E,得： l1 =EC1/ 2 l2 = A C1－EC1/ 2

③取A点，使得AD=d, 则: a=dsin(φ/2)。 2) 导杆机构 m n 已知：机架长度d，K，设计此机构。 A d 分析： 由于θ与导杆摆角φ相等，设计此 机构时，仅需要确定曲柄 a。 φ=θ ①计算θ＝180°(K-1)/(K+1); D ②任选D作∠mDn＝φ＝θ， 作角分线; A D θ φ=θ ③取A点，使得AD=d, 则: a=dsin(φ/2)。

已知K，滑块行程H，偏距e，设计此机构 。 A ①计算: θ＝180°(K-1)/(K+1); 3) 曲柄滑块机构 C1 C2 已知K，滑块行程H，偏距e，设计此机构 。 90°-θ e E 2a 90°-θ o A ①计算: θ＝180°(K-1)/(K+1); 2θ ②作C1 C2 ＝H ③作射线C1O 使∠C2C1O=90°－θ, 作射线C2O使∠C1C2 O=90°－θ。 ④以O为圆心，C1O为半径作圆。 ⑤作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。 ⑥以A为圆心，A C1为半径作弧交于E,得： l1 =EC2/ 2 l2 = A C2－EC2/ 2

将铰链A、D分别选在B1B2，C1C2连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。 2、按预定连杆位置设计四杆机构 B1 C1 B2 C2 a)给定连杆两组位置 A’ D’ D 将铰链A、D分别选在B1B2，C1C2连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。 A 有无穷多组解。 B1 C1 B2 C2 b)给定连杆上铰链BC的三组位置 B3 C3 D 有唯一解。 A

机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角. 3、给定两连架杆对应位置设计四杆机构 给定连架杆对应位置： 构件3和构件1满足以下位置关系： A B C D 1 2 3 4 x y l1 l2 l3 l4 δ ψi＝f (φi ) i =1, 2, 3…n 设计此四杆机构(求各构件长度)。 φ ψ 建立坐标系,设构件长度为：l1 、l2、l3、l4 l1+l2=l3+l4 在x,y轴上投影可得： l1 coc φ + l2 cos δ = l3 cos ψ + l4 l1 sin φ + l2 sin δ = l3 sin ψ 机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角. 令： l1 =1

cosφ ＝ l3 cosψ － cos(ψ-φ) ＋ l3 代入移项得： l2 cosδ = l4 ＋ l3 cos ψ －cos φ l2 sinδ = l3 sin ψ －sin φ 消去δ整理得： cosφ ＝ l3 cosψ － cos(ψ-φ) ＋ l3 l4 l42+ l32+1- l22 2l4 P2 P1 令: P0 则化简为：cocφ＝P0 cosψ ＋ P1 cos(ψ－ φ ) ＋ P2 代入两连架杆的三组对应转角参数，得方程组： cocφ1＝P0 cosψ1 ＋ P1 cos(ψ1－ φ1 ) ＋ P2 cocφ2＝P0 cosψ2 ＋ P1 cos(ψ2－ φ2 ) ＋ P2 cocφ3＝P0 cosψ3 ＋ P1 cos(ψ3－ φ3 ) ＋ P2 将相对杆长乘以任意比例系数，所得机构都能满足转角要求。若给定两组对应位置，则有无穷多组解。 可求系数:P0 、P1、P2 以及: l2 、 l3、 l4

举例：设计一四杆机构满足连架杆三组对应位置： φ1 ψ1 φ2 ψ2 φ3 ψ3 φ1 ψ1 φ2 ψ2 φ3 ψ3 45° 50° 90° 80° 135° 110° B2 C2 B3 C3 B1 C1 A D φ2 ψ2 φ1 ψ1 φ3 ψ3 代入方程得： cos45°=P0cos50°+P1cos(50°-45°)+P2 cos90°=P0cos80°+P1cos(80°-90°)+P2 cos135°=P0cos110°+P1cos(110°-135°)+P2 解得相对长度: P0 =1.533, P1=-1.0628, P2=0.7805 各杆相对长度为： l3 = P0 = 1.553, l4 =- l3 / P1 =1.442 l2 =(l42+ l32+1-2l3P2 )1/2 =1.783 l1=1 选定构件l1的长度之后，可求得其余杆的绝对长度。

五、连杆机构的结构 　　连杆机构运动简图的 几何尺寸确定后，须根据工艺性和强度条件确定各构件的结构形状、断面尺寸和材料，在设计回转副和移动副结构时还需考虑润滑问题。 图5-27 回转副结构

通常情况下，曲柄可以做成圆盘销轴状（图b所示）、曲轴状（图c所示）或杆件状（图d所示）。连杆和摇杆的结构相对简单，可以根据具体情况进行设计。

五、连杆机构的结构 图5-29 杆长调节机构（a）通过调节曲柄的长度改变摇杆CD的摆角，（b）通过调节连杆的长度调节滑块的起始位置 图5-28 移动副结构

其约束条件可利用重力封闭或形封闭。 图a为常见的移动副，图b重力封闭，图c重力封闭与形封闭相结合。 图d为重力封闭点接触式移动副，图e为柱面移动副结构，图f为带滑键的柱面移动副结构，图g为形封闭点接触式移动副的结构

第二节 凸轮传动 一、凸轮机构的应用、特点与类型 　应用： 图5-30

特点： 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，只要改变凸轮轮廓的外形，就能使从动件实现不同的运动规律。 与连杆机构比较，凸轮机构结构简单紧凑、设计容易，且能实现复杂的运动。但因凸轮轮廓与从动件之间系点、线接触，易磨损，故适用于有特殊要求的运动规律而传递动力不大的场合。

凸轮机构的类型 1、按凸轮形状分类 2、按从动件的形式分类 ① 盘形——见图5－1 ② 移动凸轮——见图5－3 ③ 圆柱形——见图5－2 ① 尖顶 ② 滚子 ③ 平底

尖顶从动件 滚子从动件 平底从动件

从动件的尖端能够与任意复杂的凸轮轮廓保持接 名称 图形 说明 尖 端 从 动 件     从动件的尖端能够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。这种从动件结构最简单，但尖端处易磨损，故只适用于速度较低和传力不大的场合。 曲 面 从 动 件     为了克服尖端从动件的缺点，可以把从动件的端部做成曲面，称为曲面从动件。这种结构形式的从动件在生产中应用较多。

滚 子 从 动 件     为减小摩擦磨损，在从动件端部安装一个滚轮，把从动件与凸轮之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，因此摩擦磨损较小，可用来传递较大的动力，故这种形式的从动件应用很广。 平 底 从 动 件     从动件与凸轮轮廓之间为线接触，接触处易形成油膜，润滑状况好。此外，在不计摩擦时，凸轮对从动件的作用力始终垂直于从动件的平底，受力平稳，传动效率高，常用于高速场合。缺点是与之配合的凸轮轮廓必须全部为外凸形状。

3、按保持接触的方式分类 ① 力封闭 ② 形封闭

二、从动件的常用运动规律 从动件的运动规律是机构设计的基本要求，凸轮的形状应使从动件能实现其运动规律。 凸轮以ω1 顺时针转动时，在轮廓线AB段，顶杆上升，在CD段顶杆下降，在BC、DA两段，顶杆不动。顶杆升降过程中其位移、速度、加速度随凸轮转角变化的规律称为从动件的运动规律。

当凸轮匀速转动时，顶杆在上升和下降的过程中都作等速运动。顶杆的位移、速度、加速度见右图。 1、等速运动规律（刚性冲击） 　　当凸轮匀速转动时，顶杆在上升和下降的过程中都作等速运动。顶杆的位移、速度、加速度见右图。　　 　　　等速运动的凸轮机构加速度大、冲击力大，适用于低速、轻载的场合。 图5-35

2、等加速、等减速运动规律 等加速运动： 顶杆上升或下降时，前半段时间作等加速运动。 等减速运动： 顶杆上升或下降时，后半段时间作等减速运动。 顶杆的位移、速度、加速度见右图。

顶杆作等加速或等减速运动的意义： V2=a0t s2=a0t2/2 缩短运动时间，减小机构冲击。 与等速运动比较，等加速、等减速运动所产生的冲击较小（柔性冲击），适用于中速、轻载的场合。　

3、简谐运动规律 　 质点作匀速圆周运动时，在直线上投影点的运动规律称为简谐运动规律。如图5-37，质点从点O顺时针转到点6时，它在S2轴线上依次投影出若干个高度，把这些转角和对应的高度画在δ1—S2坐标系中，就得到简谐运动的位移曲线。 图5-37 余弦加速度运动规律

由加速度曲线看出，质点运动半周的首尾有突变，但是当质点作连续圆周运动时，顶杆不停的升—降—升运动，加速度曲线就成为连续曲线（见虚线）。这样简谐运动就消除了冲击，故尔可用于高速运动的场合。

设有一半径为R的圆，沿纵坐标轴作匀速滚动，圆周上某点A在纵坐标轴上投影点的运动规律，称为摆线运动规律，见图5－10。 4、摆线运动规律 　　设有一半径为R的圆，沿纵坐标轴作匀速滚动，圆周上某点A在纵坐标轴上投影点的运动规律，称为摆线运动规律，见图5－10。

由加速度图可见，顶杆在初始点和终止点的加速度均为零，说明机构运动平稳无冲击，可用于高速场合。 　　凸轮机构的设计程序：根据工作要求确定顶杆的运动规律，再据运动规律设计凸轮轮廓，轮廓设计有图解法（精度较低）和解析法（精度较高）两种。　

凸轮轮廓曲线的设计 图解法设计凸轮的轮廓 1.凸轮廓线设计方法的基本原理 2.用作图法设计凸轮廓线 1)对心直动尖顶从动件盘形凸轮 2)偏置直动尖顶从动件盘形凸轮 3)滚子直动从动件盘形凸轮 4)对心直动平底从动件盘形凸轮 5)摆动尖顶从动件盘形凸轮机构

给整个凸轮机构施以-ω时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。 一、凸轮廓线设计方法的基本原理 反转原理： 给整个凸轮机构施以-ω时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而从动件尖顶复合运动的轨迹即凸轮的轮廓曲线。 O -ω 1 依据此原理可以用几何作图的方法 设计凸轮的轮廓曲线，例如： 3’ 2’ 2 1’ 尖顶凸轮绘制动画 ω 3 滚子凸轮绘制动画

对心直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。 二、直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制 1.对心直动尖顶从动件盘形凸轮 A 对心直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。 -ω 1’ 2’ rmin 3’ ω 1 8 7 6 5 4 3 2 4’ s δ 1’ 3’ 5’ 7’ 8’ 9’ 11’ 13’ 12’ 14’ 10’ 90° 5’ 120° 60° 120° 90° 9 11 13 15 1 3 5 7 8 14 13 12 11 10 9 6’ 14’ 90° 60° 13’ 7’ 12’ 8’ 设计步骤小结： 11’ ①选比例尺μl作基圆rmin。 10’ 9’ ②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。 ③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。 ④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。

偏置直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。 2.偏置直动尖顶从动件盘形凸轮 e A 偏置直动尖顶从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω和从动件的运动规律和偏心距e，设计该凸轮轮廓曲线。 O -ω 6’ 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 7’ 8’ 15’ 14’ 13’ 12’ 11’ 10’ 9’ ω 1 2 3 4 5 6 7 8 k1 k2 k3 k5 k4 k6 k7 k8 15 14 13 12 11 10 9 k9 k10 k11 k12 k13 k14 k15 s δ 1’ 3’ 5’ 7’ 8’ 9’ 11’ 13’ 12’ 14’ 60° 120° 90° 9 11 13 15 1 3 5 7 8 设计步骤小结： ①选比例尺μl作基圆rmin; ②反向等分各运动角; ③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置; ④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。

滚子直动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。 3.滚子直动从动件盘形凸轮 A 滚子直动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。 -ω 1’ 2’ rmin 3’ s δ 1’ 3’ 5’ 7’ 8’ 9’ 11’ 13’ 12’ 14’ ω 1 8 7 6 5 4 3 2 4’ 60° 120° 90° 理论轮廓 9 11 13 15 1 3 5 7 8 90° 5’ 120° 14’ 14 13 12 11 10 9 90° 60° 6’ 13’ 7’ 12’ 8’ 设计步骤小结： ①选比例尺μl作基圆rmin。 ②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。 ③确定反转后，从动件尖顶在各等份点的位置。 ④将各尖顶点连接成一条光滑曲线。 实际轮廓 11’ 10’ 9’ ⑤作各位置滚子圆的内(外)包络线。

ρa－工作轮廓的曲率半径，ρ－理论轮廓的曲率半径， rT－滚子半径 外凸 内凹 滚子半径的确定 ρa－工作轮廓的曲率半径，ρ－理论轮廓的曲率半径， rT－滚子半径 外凸 内凹 rT 轮廓正常 ρ 轮廓正常 rT ρa ρ ρa ρ> rT ρa＝ρ＋rT ρa＝ρ－rT 轮廓变尖 ρ 轮廓失真 ρ rT rT ρ＝rT ρ<rT ρa＝ρ－rT＝0 ρa＝ρ－rT<0 对于外凸轮廓，要保证正常工作，应使： ρmin> rT

对心直动平底从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。 4.对心直动平底从动件盘形凸轮 A 对心直动平底从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω和从动件的运动规律，设计该凸轮轮廓曲线。 -ω 1’ 2’ 3’ rmin 1 2 3 4 5 6 7 8 ω 4’ s δ 5’ 1’ 3’ 5’ 7’ 8’ 9’ 11’ 13’ 12’ 14’ 60° 120° 90° 9 11 13 15 1 3 5 7 8 6’ 14’ 15 14 13 12 11 10 9 7’ 13’ 8’ 12’ 设计步骤： ①选比例尺μl作基圆rmin。 ②反向等分各运动角。原则是：陡密缓疏。 ③确定反转后，从动件平底直线在各等份点的位置。 11’ 10’ 9’ ④作平底直线族的内包络线。

对平底推杆凸轮机构，也有失真现象。 可通过增大rmin解决此问题。 rmin O rmin

三、摆动从动件盘形凸轮机构 摆动从动件凸轮机构中，已知凸轮的基圆半径rmin，角速度ω，摆杆长度l以及摆杆回转中心与凸轮回转中心的距离d，摆杆角位移方程，设计该凸轮轮廓曲线。 A B l rmin d -ω A1 A2 A3 A4 B’1 φ1 B1 B’2 φ2 s δ 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 6’ 7’ 8’ B’3 φ3 B2 60° 120° 90° 5 6 7 8 B3 1 2 3 4 B’4 φ4 ω A5 A6 A7 A8 120° B4 B8 90 ° 60 ° B5 B7 B6 B’5 φ5 B’7 φ7 B’6 φ6

凸轮机构的压力角与作用力的关系 图中：VA2=V2是顶杆绝对速度； VA1是凸轮上A点的速度，又称牵连速度；

　　 式中　　　　　均为顶杆运动规律参数，是设计的上游尺寸，只有基圆半径　是结构尺寸，即压力角与基圆半径有关。 　　　 小，机构紧凑，但　大，传力性能差，适于受力小； 　　　 大，机构庞大，但　小，传力性能好，适于受力大。

第三节 步进传动 一、棘轮机构 1 、棘轮机构的工作原理和类型 外接棘轮机构 摩擦式棘轮机构 内接棘轮机构 (点击图片演示动画) 第三节　步进传动 一、棘轮机构 1 、棘轮机构的工作原理和类型 外接棘轮机构 (点击图片演示动画) 摩擦式棘轮机构 (点击图片演示动画) 内接棘轮机构

２、棘轮机构的特点和应用 优点：结构简单、运动可靠、调整方便； 缺点：有噪声和冲击、容易磨损。 应用：低速、轻载下实现间歇运动。

工作台的横向进给——指垂直于刨刀运动方向 图中：1、2 ——齿轮机构 2、3、4 ——曲柄摇杆机构 4、5、7 ——棘轮机构 6 ——丝杠 工作台的横向进给——指垂直于刨刀运动方向 图中：1、2 ——齿轮机构 2、3、4 ——曲柄摇杆机构 4、5、7 ——棘轮机构 6 ——丝杠 齿轮1匀速转动，摇杆4带动棘爪往复运动，棘轮带动丝杠间歇单向转动，丝母（图中未画出）带动工作台及工件横向进给。改变滑块A的位置可改进横向进给量。 牛头刨床工作台的横向进给机构 (点击图片演示动画)

二 槽轮机构 1、 槽轮机构的工作原理和类型 外啮合槽轮机构 (点击图片演示动画) 图5-44 内槽轮步进机构

2、槽轮机构的主要参数 ——自学，一般了解。 2、槽轮机构的主要参数 ——自学，一般了解。

3、槽轮机构的特点及应用 特点：结构简单、工作可靠、一个啮合周期内时而平稳，时而冲击，能准确控制转角，但不能调节转角。 3、槽轮机构的特点及应用　 特点：结构简单、工作可靠、一个啮合周期内时而平稳，时而冲击，能准确控制转角，但不能调节转角。 应用：低速、间歇转动的装置中。

三、不完全齿轮机构 外啮合不完全齿轮机构 　　　锁止弧S——防止从动轮在停歇期间游动

不完全齿轮机构的特点和应用 特点：结构简单、制造方便，工作可靠，运动时间与间歇时间之比不受结构的限制。进入和脱离啮合时有冲击。 应用：低速、轻载场合。

第四节 螺旋传动 一 、类型和应用 1、传力螺旋：如千斤顶、压力机。 2、传导螺旋：如机床刀架。 3、调整螺旋：如张紧螺旋 第四节　螺旋传动 一 、类型和应用 基本用途：将螺杆的回转运动转变为螺母的直线运动 1、传力螺旋：如千斤顶、压力机。 2、传导螺旋：如机床刀架。 3、调整螺旋：如张紧螺旋

图（a）、（b）： 螺母固定、螺杆转动并移动； 图（c）：螺母移动，螺杆转动。 图5-47 与滚动螺旋相比，滑动螺旋结构简单、便于制造、易于自锁，应用广泛，但阻力大、效率低、磨损快。

二、滑动螺旋传动 一般螺杆选用：Q275、45、50钢 重要螺杆选用：40Cr、65Mn、T12、9Mn2V合金钢 螺母选用：一般用铸造铜合金，低速轻载用铸铁。 螺旋传动的主要失效形式：磨损。 螺旋传动的设计准则：限制工作压力以限制磨损速率。 螺旋传动的专门校核：受力大者校核螺杆和螺牙强度；细长螺杆校核稳定性和刚度； 要求自锁者校核自锁性； 高速螺杆校核临界转速。

二、滑动螺旋传动 普通螺旋传动：螺母的位移与螺杆的转角关系： 差动螺旋传动：螺母（旋向相同）的位移与螺杆的转角关系： 差动螺旋传动：螺母（旋向相反）的位移与螺杆的转角关系：

二、滑动螺旋传动 滑动螺旋传动优点： 1）传力大，工作平稳，无噪声； 2）螺距小，降速传动比大，系统结构紧凑，传动精度高； 3）容易实现自锁。 滑动螺旋传动缺点： 1）螺旋副间摩擦大，容易磨损； 2）传动效率低。

滑动螺旋传动结构 图5-50 螺旋千斤顶结构 图5-51 螺母只转动螺杆移动的结构 螺母不动，螺杆即传动又移动

三、滚珠螺旋传动 螺杆和螺母的螺纹槽之间连续填装滚珠作为滚动体， 使螺杆和螺母间滑动摩擦变成滚动摩擦。螺母的出口与 进口用导路联通。

滚珠螺旋传动与滑动螺旋传动相比，具有以下优点： 1）摩擦系数小，传动效率高，一般可达90%以上； 2）起动力矩小，传动灵敏平稳； 3）磨损小，寿命长，能较长期保持使用精度； 4）可用调整预紧的方法消除滚珠螺旋中的间隙，提高传动精度和轴向刚度。 缺点： 1）不能自锁，传动具有可逆性，需采用防止逆转的措施； 2）结构、工艺比较复杂，成本较高，且一般均由专业 厂制造。

第五节　转变运动的机构组合 一、连杆—棘轮机构 实现由曲柄的等角速度回转运动转变为棘轮的步进运动。

二、凸轮—连杆机构 实现由凸轮的等角速度回转运动转变为连杆上M点给定的轨迹运动。

 例1 平板印刷机上的吸纸机构。该机构由自由度为2的五杆机构和两个自由度为1的摆动从动件凸轮机构所组成。两个盘形凸轮固结在同一转轴上，工作要求吸纸盘按图标虚线所示轨迹运动，以完成吸纸和送进等动作。 例2 印刷机械中常用的齐纸机构, 通过凸轮机构和连杆机构的组合，实现理齐纸张的功能。

三、齿轮—连杆机构 实现由曲柄1的等角速度回转运动转变为齿轮5按一定规律作变角速度回转运动。

齿轮-连杆组合机构     齿轮-连杆机构是应用最广泛的一种组合机构，它能实现较复杂的运动规律和轨迹，且制造方便。     齿轮-连杆机构实现的间歇传送装置, 常用于自动机的物料间歇送进，如冲床的间歇送料机构、轧钢厂成品冷却车间的钢材送进机构、糖果包装机的走纸和送糖条等机构。

四、凸轮—凸轮机构 实现由两个凸 轮协调控制十字滑 块上M点的预定轨 迹。

五、机—电—液组合步进机构 通过电机带动液压泵——液压系统，实现摇杆8的 往复摆动的角速度，从而实现棘轮设定的间歇运动。