机械设计中的常用机构介绍

简介：在机械设计中，常用的机构类型包括以下几种：

1、连杆机构：连杆机构是由多个连杆通过关节连接而成的机构，常用于实现复杂的运动轨迹和转换运动方向。例如，在内燃机中，连杆机构用于将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动。

2、齿轮机构：齿轮机构通过齿轮的啮合来传递运动和动力，具有精确的转速比和转向控制。广泛应用于各种传动系统中，如汽车变速箱、钟表等。

3、凸轮机构：凸轮机构由凸轮和从动件组成，通过凸轮的轮廓推动从动件实现特定的运动规律。常用于实现间歇运动和复杂运动轨迹，如发动机中的气门开闭机构。

4、带传动机构：带传动机构利用传动带将主动轴的运动传递到从动轴，适用于较大距离的动力传递。具有结构简单、传动平稳等优点，但过载保护能力较差。

5、链传动机构：链传动机构通过链条将主动轴的运动传递到从动轴，适用于需要频繁启动和反转的场合。与带传动相比，链传动具有更高的传动效率和更好的适应性。

6、螺旋机构：螺旋机构由螺旋副组成，可以实现直线运动和旋转运动之间的转换。常用于实现升降、压紧、推进等动作，如机床中的螺旋升降机构。

此外，还有一些其他常见的机构类型，如槽轮机构、棘轮机构、曲柄滑块机构等。这些机构在机械设计中的应用非常广泛，设计者可以根据实际需求进行选择和组合，以实现各种复杂的机械运动。注：参考资料见文末

一、连杆机构

连杆机构分为平面连杆机构和空间连杆机构

连杆机构：由低副（转动副、移动副、球面副、球销副、圆柱副及螺旋副等）将若干构件连接而成的，故又称为低副机构。

常见应用：折叠伞、公共汽车开关门、折叠椅、开窗户支撑、内燃机、牛头刨床、机械手爪等。

1、连杆机构的优点：

（2）采用低副，面接触：连杆机构中的运动副通常是低副（如转动副和移动副），这意味着接触面积大，能够承受较大的载荷。这种面接触有利于润滑和减少磨损，从而提高了机构的耐用性。

（2）承载能力强：由于接触面积大，连杆机构具有很好的承载能力，适用于传递较大的力和力矩。

（3）易于加工和制造：连杆机构的形状相对简单，容易进行加工和制造。这使得连杆机构成为一种成本效益高的选择，尤其是在大批量生产时。

（4）运动规律多样：通过改变连杆的长度和连接方式，可以实现不同的运动规律。这使得连杆机构能够适应多种应用场景和要求。

2、连杆机构的缺点：

（1）构件和运动副多：连杆机构由多个构件和运动副组成，这增加了机构的复杂性和制造难度。多个构件和运动副也可能导致累积误差增大，从而影响机构的运动精度和效率。

（2）动载荷和惯性力：连杆机构在高速运动时可能会产生较大的动载荷和惯性力，这可能导致机构的不稳定性和磨损增加。因此，连杆机构可能不适合高速应用。

（3）设计复杂：由于连杆机构的运动规律多样且复杂，设计过程可能较为繁琐。此外，实现精确的轨迹可能需要更高级的设计技术和优化方法。

二、齿轮机构

齿轮机构是机械设计中非常重要的一个组成部分，它通过齿轮之间的啮合来传递动力，实现恒定的传动比。齿轮机构具有结构简单、传动效率高、承载能力强、使用寿命长等优点，因此在现代机械中得到了广泛应用。齿轮机构的应用范围非常广泛，包括但不限于以下几个方面：

1. 传递任意两轴之间的运动和动力：齿轮机构可以用来连接两个相交或平行的轴，实现动力的传递和运动的转换。

2. 变换运动方式：齿轮机构可以通过不同齿轮的组合来实现运动方式的变换，如直线运动变为旋转运动，或者旋转运动变为直线运动。

3. 变速：齿轮机构可以通过改变齿轮的大小和数量来实现速度的调节，满足不同工况和应用的需求。

4. 用于精密测量和控制：齿轮机构可以用于精密测量设备和控制系统中，实现精确的位置控制和速度控制。

5. 用于各种机械设备和工具：齿轮机构广泛应用于各种机械设备和工具中，如机床、机器人、汽车、飞机等。

优点：

1. 瞬时传动比恒定：齿轮机构的传动比在啮合过程中是恒定的，因此运动平稳，无冲击和振动。

2. 适用的载荷和速度范围广：齿轮机构可以承受较大的载荷和高速运转，适用于各种工况和应用。

3. 结构紧凑：齿轮机构通过精密的啮合来传递动力，因此结构紧凑，占用空间小。

4. 传动效率高：齿轮机构的传动效率较高，一般在0.94~0.99之间，能够有效减少能量损失。

5. 工作可靠和寿命长：齿轮机构采用金属材料制造，强度高、耐磨性好，因此工作可靠，使用寿命长。

缺点：

1. 对制造和安装精度要求较高，成本高：齿轮机构需要较高的制造和安装精度，以保证良好的传动性能和使用寿命，因此成本较高。

2. 精度下降时，噪声和振动增大：当齿轮机构的精度下降时，可能会产生较大的噪声和振动，影响设备的性能和稳定性。

3. 不宜用于中心距较大的传动：当齿轮机构的中心距较大时，传动性能和稳定性会受到影响，因此不适用于中心距较大的传动场合。

除此之外还有齿轮系机构、凸轮机构和其他机构

参考资料：

《机械设计常用机构》PPT