武漢理工大學機械原理ppt課件

1、機機械械原原理理武漢理工大學目錄目錄 第一章第一章 緒緒 論論 1-1 本課程研討的對象及內(nèi)容本課程研討的對象及內(nèi)容 l-2 學習本課程的目的學習本課程的目的 l-3 如何進展本課程的學習如何進展本課程的學習 第二章第二章 平面機構(gòu)的構(gòu)造分析平面機構(gòu)的構(gòu)造分析 2-1 機構(gòu)構(gòu)造分析的內(nèi)容及目的機構(gòu)構(gòu)造分析的內(nèi)容及目的 2-2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成 2-3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖 2-4 機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件 2-5 平面機構(gòu)自在度的計算平面機構(gòu)自在度的計算 2-6 計算平面機構(gòu)自在度時應留意的事項計算平面機構(gòu)自在度時應留意的事項 第三章第三章 平面機構(gòu)的運動分析平面機

2、構(gòu)的運動分析 3-1 機構(gòu)運動分析概述機構(gòu)運動分析概述 3-2 速度瞬心及其在平面機構(gòu)速度分析中的運用速度瞬心及其在平面機構(gòu)速度分析中的運用 3-3 用矢量方程圖解法作機構(gòu)的速度和加速度分用矢量方程圖解法作機構(gòu)的速度和加速度分析析 第四章第四章 平面機構(gòu)的力分析平面機構(gòu)的力分析 4-1 機構(gòu)力分析的目的和方法機構(gòu)力分析的目的和方法 4-2 構(gòu)件慣性力確實定構(gòu)件慣性力確實定 第五章第五章 機械中的摩擦和機械效率機械中的摩擦和機械效率 5-1 研討機械中摩擦的目的和研討內(nèi)容研討機械中摩擦的目的和研討內(nèi)容 5-2 運動副中的摩擦運動副中的摩擦 5-3 機械的效率機械的效率 5-4 機械的自鎖機械的自

3、鎖 第六章第六章 平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計 6-1 連桿機構(gòu)及其傳動特點連桿機構(gòu)及其傳動特點 6-2 平面四桿機構(gòu)的類型和運用平面四桿機構(gòu)的類型和運用 6-3 有關(guān)平面四桿機構(gòu)的一些根本知識有關(guān)平面四桿機構(gòu)的一些根本知識 6-4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 第七章第七章 凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計 7-1 凸輪機構(gòu)的運用和分類凸輪機構(gòu)的運用和分類 7-2 推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律 7-3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計凸輪輪廓曲線的設(shè)計 7-4 凸輪機構(gòu)根本尺寸確實定凸輪機構(gòu)根本尺寸確實定 第八章第八章 齒輪機構(gòu)及其設(shè)計齒輪機構(gòu)及其設(shè)計 8-1 齒輪機構(gòu)的運用及分類齒輪

4、機構(gòu)的運用及分類 8-2 齒輪的齒廓曲線齒輪的齒廓曲線 8-3 漸開線的構(gòu)成及其特性漸開線的構(gòu)成及其特性 8-4 漸開線齒廓的嚙合特性漸開線齒廓的嚙合特性 8-5 漸開線規(guī)范齒輪各部分的稱號和尺寸漸開線規(guī)范齒輪各部分的稱號和尺寸 8-6 漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動 8-7 漸開線齒廓的切制漸開線齒廓的切制 8-8 變位齒輪概述變位齒輪概述 8-9 變位齒輪傳動變位齒輪傳動 8-10 斜齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動 8-11 蝸桿傳動蝸桿傳動 8-12 圓錐齒輪傳動圓錐齒輪傳動第九章第九章 輪系及其設(shè)計輪系及其設(shè)計 9-1 輪系及其分類輪系及其分類 9-2 定軸輪

5、系的傳動比定軸輪系的傳動比 9-3 周轉(zhuǎn)輪系的傳動比周轉(zhuǎn)輪系的傳動比第十章第十章 機械的運轉(zhuǎn)及其速度動搖的調(diào)理機械的運轉(zhuǎn)及其速度動搖的調(diào)理 10-1 概述概述 10-2 機械的運動方程式機械的運動方程式 10-3 穩(wěn)定運轉(zhuǎn)形狀下機械的周期性速度動搖及其穩(wěn)定運轉(zhuǎn)形狀下機械的周期性速度動搖及其 調(diào)理調(diào)理 10-4 機械的非周期性速度動搖及其調(diào)理機械的非周期性速度動搖及其調(diào)理第十一章第十一章 機械的平衡機械的平衡 11-1 機械平衡的目的及內(nèi)容機械平衡的目的及內(nèi)容 11-2 剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算 第一章第一章 緒緒 論論 “機械原理(Mechanical Principle)研討的對

6、象是機械，研討的內(nèi)容是有關(guān)機械(mechanism)的根本實際問題。 機械是機器(machine)和機構(gòu)(mechanism)的總稱。 右圖所示為一內(nèi)燃機表示圖，主要由以下機構(gòu)組成： 活塞(piston)、連桿(connecting rod)、曲軸和機架(frame)組成連桿機構(gòu)；大齒輪(gear)、小齒輪和機架組成齒輪機構(gòu)；凸輪(cam)、推桿和機架組成凸輪機構(gòu)。1-11-1本課程研討的對象及內(nèi)容本課程研討的對象及內(nèi)容 除了機器外，實踐中存在如圖1-2所示的開窗機構(gòu)和如圖1-3所示的千斤頂，它們借助于人力驅(qū)動實現(xiàn)所需的運動或傳送力。這些安裝我們稱之為機構(gòu)。圖1-2 開窗機構(gòu)圖1-3 千斤頂

7、機器的特征：機器的特征： 1. 它們是由零件人為裝配組合而成的實物體；它們是由零件人為裝配組合而成的實物體； 2. 各實物體之間具有確定的相對運動；各實物體之間具有確定的相對運動； 3. 能完成有用的機械功或轉(zhuǎn)化機械能。能完成有用的機械功或轉(zhuǎn)化機械能。 機構(gòu)的特征：機構(gòu)具有機器特征中的前兩個特征。機構(gòu)的特征：機構(gòu)具有機器特征中的前兩個特征。 機器與機械的共有特征決議了機器與機構(gòu)可以統(tǒng)稱為機械。機器與機械的共有特征決議了機器與機構(gòu)可以統(tǒng)稱為機械。 本課程研討的內(nèi)容：本課程研討的內(nèi)容： 1. 機構(gòu)構(gòu)造分析的根本知識機構(gòu)構(gòu)造分析的根本知識 2. 機構(gòu)的運動分析機構(gòu)的運動分析 3. 機器動力學機器動力

8、學 4. 常用機構(gòu)的分析與設(shè)計常用機構(gòu)的分析與設(shè)計 5. 機構(gòu)的選型及機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計機構(gòu)的選型及機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計 本課程研討的內(nèi)容可以概括為兩個方面，第一是引見對已有機械進展本課程研討的內(nèi)容可以概括為兩個方面，第一是引見對已有機械進展構(gòu)造、運動和動力分析的方法，第二是探求根據(jù)運動和動力性能方面的要構(gòu)造、運動和動力分析的方法，第二是探求根據(jù)運動和動力性能方面的要求設(shè)計新機械的途徑。求設(shè)計新機械的途徑。 l-2 l-2 學習本課程的目的學習本課程的目的 本課程所學的內(nèi)容乃是研討現(xiàn)有機械的運動及任務本課程所學的內(nèi)容乃是研討現(xiàn)有機械的運動及任務性能和設(shè)計新機械的知識根底。所以它成為機械類各專性能

9、和設(shè)計新機械的知識根底。所以它成為機械類各專業(yè)必修的一門重要的技術(shù)根底課程，并為專業(yè)課程打下業(yè)必修的一門重要的技術(shù)根底課程，并為專業(yè)課程打下根底。根底。 l-3 l-3 如何進展本課程的學習如何進展本課程的學習 在學習本課程的過程中，要著重留意搞清楚根在學習本課程的過程中，要著重留意搞清楚根本概念，了解根本原理，掌握機構(gòu)分析和綜合的根本方本概念，了解根本原理，掌握機構(gòu)分析和綜合的根本方法。法。 在本課程的學習過程中，要留意培育本人運用所學在本課程的學習過程中，要留意培育本人運用所學的根本實際和方法去分析和處理工程實踐問題的才干。的根本實際和方法去分析和處理工程實踐問題的才干。為此要非常留意各種

10、實際和方法的適用范圍和條件，以為此要非常留意各種實際和方法的適用范圍和條件，以求能逐漸作到正確而靈敏的運用。求能逐漸作到正確而靈敏的運用。第二章第二章 平面機構(gòu)的構(gòu)造分析平面機構(gòu)的構(gòu)造分析2-1 機構(gòu)構(gòu)造分析的內(nèi)容及目的機構(gòu)構(gòu)造分析的內(nèi)容及目的 研討內(nèi)容：研討內(nèi)容： (1) 研討機構(gòu)的組成及其具有確定運研討機構(gòu)的組成及其具有確定運動的條件；動的條件； (2) 根據(jù)構(gòu)造特點進展機構(gòu)的構(gòu)造分根據(jù)構(gòu)造特點進展機構(gòu)的構(gòu)造分類；類； (3) 研討機構(gòu)的組成原理。研討機構(gòu)的組成原理。 研討目的：研討目的： 在機構(gòu)設(shè)計中，需求知道機構(gòu)是怎樣在機構(gòu)設(shè)計中，需求知道機構(gòu)是怎樣組合起來的，而且在什么條件下才干實現(xiàn)

11、組合起來的，而且在什么條件下才干實現(xiàn)確定的運動；對機構(gòu)組成原理的研討還可確定的運動；對機構(gòu)組成原理的研討還可以為新機構(gòu)的發(fā)明提供途徑；經(jīng)過對機構(gòu)以為新機構(gòu)的發(fā)明提供途徑；經(jīng)過對機構(gòu)的構(gòu)造分析與分類，可以為舉一反三地研的構(gòu)造分析與分類，可以為舉一反三地研討機構(gòu)的運動分析和動力分析提供方便。討機構(gòu)的運動分析和動力分析提供方便。2-2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成 1. 構(gòu)件構(gòu)件 構(gòu)件構(gòu)件(link)機器中每一個獨立的運動單元體。機器中每一個獨立的運動單元體。 2. 運動副運動副 由兩個構(gòu)件組成的可動的聯(lián)接稱為運動副由兩個構(gòu)件組成的可動的聯(lián)接稱為運動副(kinematics pair)。而把兩構(gòu)件上可以參與

12、接觸而構(gòu)成運。而把兩構(gòu)件上可以參與接觸而構(gòu)成運動副的外表稱為運動副元素。例如軸與軸襯的配合動副的外表稱為運動副元素。例如軸與軸襯的配合(圖圖2-1)，滑塊與導軌的接觸，滑塊與導軌的接觸(圖圖2-2)。 圖圖2-1 回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副 圖圖2-1 挪動副挪動副 兩齒輪輪齒的嚙合(圖2-3,a)，球面與平面的接觸(圖2-3,b)，圓柱與平面的接觸(圖2-3,c) 。圖圖2-3,b圖圖2-3,c圖圖2-3,a 齒輪副齒輪副 恣意兩個構(gòu)件1與2，當它們尚未構(gòu)起運動副之前，構(gòu)件1相對于構(gòu)件2共有6個相對運動的自在度。當兩構(gòu)件以某種方式相聯(lián)接而構(gòu)成運動副，那么兩者間的相對運動便遭到一定的約束，其相對運動自在度減

13、少的數(shù)目就等于該運動副所引入的約束的數(shù)目。兩構(gòu)件構(gòu)成運動副后所遭到的約束數(shù)最少為1(如圖2-3，b所示的運動副)，而最多為5(如圖2-1和2-2所示的運動副) 運動副的分類：運動副的分類： (1) 按引入約束的數(shù)目分：按引入約束的數(shù)目分：I級副、級副、級副、級副、級副、級副、級副、級副、級副。級副。 (2) 按兩構(gòu)件的接觸情況進展分：點或線接觸而構(gòu)成的運動副統(tǒng)稱為按兩構(gòu)件的接觸情況進展分：點或線接觸而構(gòu)成的運動副統(tǒng)稱為高副；面接觸高副；面接觸(surface contact)而構(gòu)成的運動副那么稱為低副而構(gòu)成的運動副那么稱為低副(lower pair )。 (3) 按兩構(gòu)件之間的相對運動的不同分

14、：轉(zhuǎn)動副或回轉(zhuǎn)副按兩構(gòu)件之間的相對運動的不同分：轉(zhuǎn)動副或回轉(zhuǎn)副(revolute pair)、挪動副、挪動副(sliding pair)、螺旋副、球面副、平面運動、螺旋副、球面副、平面運動(plane motion)副、副、空間運動副?？臻g運動副。圖圖2-5 螺旋副螺旋副圖圖2-6 球面副球面副 3. 運動鏈 把兩個以上的構(gòu)件經(jīng)過運動副的聯(lián)接而構(gòu)成的相對可動的系統(tǒng)稱為運動鏈(kinematics chin)。如運動鏈的各構(gòu)件構(gòu)成了首末封鎖的系統(tǒng)，那么稱其為閉式運動鏈或簡稱閉鏈(圖2-7，a和b)；如運動鏈的構(gòu)件未構(gòu)成首末封鎖的系統(tǒng)，那么稱其為開式運動鏈，或簡稱開鏈(圖2-7，c和d) 。 4.

15、 機構(gòu)機構(gòu) 在運動鏈中，假設(shè)將某一構(gòu)件加以固定而成為機架，那么這種運動鏈便在運動鏈中，假設(shè)將某一構(gòu)件加以固定而成為機架，那么這種運動鏈便成為機構(gòu)。成為機構(gòu)。 機構(gòu)中按給定的知運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件稱為原動件；而其他活動構(gòu)機構(gòu)中按給定的知運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件稱為原動件；而其他活動構(gòu)件那么稱為從動件。從動件的運動規(guī)律決議于原動件的運動規(guī)律和機構(gòu)的件那么稱為從動件。從動件的運動規(guī)律決議于原動件的運動規(guī)律和機構(gòu)的構(gòu)造。構(gòu)造。2-3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖 用簡單的線條和規(guī)定的符號表示組成機構(gòu)的構(gòu)件和運動副，并按一定用簡單的線條和規(guī)定的符號表示組成機構(gòu)的構(gòu)件和運動副，并按一定的比例尺表示運動副的相對

16、位置的簡單圖形稱為機構(gòu)運動簡圖的比例尺表示運動副的相對位置的簡單圖形稱為機構(gòu)運動簡圖(kinematic sketch of mechanism)。繪制步驟如下：。繪制步驟如下： (1) 分析機構(gòu)的運動情況，定出其原動部分、任務部分，搞清楚傳動部分。分析機構(gòu)的運動情況，定出其原動部分、任務部分，搞清楚傳動部分。 (2) 合理選擇投影面及原動件適當?shù)耐队八矔r位置。合理選擇投影面及原動件適當?shù)耐队八矔r位置。 (3) 選擇適當?shù)谋壤哌x擇適當?shù)谋壤?scale)。 (4) 用簡單的線條和規(guī)定的符號繪圖。用簡單的線條和規(guī)定的符號繪圖。 (5) 檢驗。檢驗。 61AOF2345BDEC顎式碎石機ab圖

17、2-82-4 2-4 機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件 機構(gòu)具有確定運動時所必需給定的獨立運動參數(shù)的機構(gòu)具有確定運動時所必需給定的獨立運動參數(shù)的數(shù)目，稱為機構(gòu)的自在度。數(shù)目，稱為機構(gòu)的自在度。 機構(gòu)具有確定運動的條件：機構(gòu)的自在度必需大于機構(gòu)具有確定運動的條件：機構(gòu)的自在度必需大于或等于或等于l l，且機構(gòu)原動件的數(shù)目應等于機構(gòu)的自在度的，且機構(gòu)原動件的數(shù)目應等于機構(gòu)的自在度的數(shù)目。數(shù)目。 如圖如圖2-102-10，只需在給構(gòu)件，只需在給構(gòu)件4 4確定運動規(guī)律后，確定運動規(guī)律后，此時系統(tǒng)才成為機構(gòu)。此時系統(tǒng)才成為機構(gòu)。圖2-9圖2-102-5 2-5 平面機構(gòu)自在度的計算平面機構(gòu)自

18、在度的計算 平面機構(gòu)自在度計算公式平面機構(gòu)自在度計算公式2-6 2-6 計算平面機構(gòu)自在度時應留意的事項計算平面機構(gòu)自在度時應留意的事項 1. 1. 復合鉸鏈：兩個以上的構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)復合鉸鏈：兩個以上的構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接，如圖動副相聯(lián)接，如圖2-112-11所示。所示。 假設(shè)有假設(shè)有m m個構(gòu)件以復合鉸鏈個構(gòu)件以復合鉸鏈(joint)(joint)相聯(lián)接時，相聯(lián)接時，其構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副數(shù)應等于其構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副數(shù)應等于(m-1)(m-1)個。個。 圖2-11 2. 部分自在度 在有些機構(gòu)中，某些構(gòu)件所產(chǎn)生的部分運動，并不影響其他構(gòu)件的運動。我們把這種部分運動的自在度稱為部分自在度，如下圖。

19、在計算機構(gòu)的自在度時，應從機構(gòu)自在度的計算公式中將部分自在度減去。 對于圖示凸輪機構(gòu)自在度為 F=33-(23+1)-1=1 凸輪機構(gòu)三維實體圖圖2-12 3. 虛約束 在機構(gòu)中，有些運動副帶入的約束，對機構(gòu)的運動實踐上不起約束作用，我們把這類約束稱為虛約束。在計算機構(gòu)的自在度時應將這類虛約束除去。 機構(gòu)中的虛約束常發(fā)生在以下情況： 1) 在機構(gòu)中假設(shè)兩構(gòu)件用轉(zhuǎn)動副聯(lián)接其聯(lián)接點的運動軌跡重合，那么該聯(lián)接將帶入1個虛約束。如圖214所示的機構(gòu)簡圖。 F = 3*n2PlPh = 3*42*6= 0 錯 F = 3*n2PlPh = 3*32*4 = 1 對圖2-13 2) 假設(shè)兩構(gòu)件在多處接觸而

20、構(gòu)成挪動副，且挪動方向彼此平行(如圖2-14所示)，那么只能算一個挪動副。 假設(shè)兩構(gòu)件在多處相配合而構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，且轉(zhuǎn)動軸線重合(如2-15所示)，那么只能算一個轉(zhuǎn)動副。 假設(shè)兩構(gòu)件在多處相接觸而構(gòu)成平面高副，且各接觸點處的公法線彼此重合(如圖2-16所示)，那么只能算一個平面高副。 圖2-14圖2-15圖2-16 3)在機構(gòu)運動的過程中，假設(shè)兩構(gòu)件上某兩點之間的間隔一直堅持不變，那么如用雙轉(zhuǎn)動副桿將此兩點相聯(lián)，也將帶入1個虛約束，圖2-17所示。 4)在機構(gòu)中，某些不影響機構(gòu)運動傳送的反復部分所帶入的約束亦為虛約束，如圖2-18所示。F = 3*n2PlPh = 3*42*6= 0 錯 F =

21、 3*n2PlPh = 3*52*56= -1 錯F = 3*n2PlPh = 3*32*4 = 1 對 F = 3*n2PlPh = 3*32*32= 2 對 圖2-17圖2-18第三章第三章 平面機構(gòu)的運動分析平面機構(gòu)的運動分析3-1 機構(gòu)運動分析概述機構(gòu)運動分析概述 機構(gòu)的運動分析：根據(jù)原動件的知運機構(gòu)的運動分析：根據(jù)原動件的知運動規(guī)律，求該機構(gòu)其他構(gòu)件上某些點的位動規(guī)律，求該機構(gòu)其他構(gòu)件上某些點的位移移(displacement )、軌跡、速度和加速度，、軌跡、速度和加速度，以及這些構(gòu)件的角位移、角速度和角加速以及這些構(gòu)件的角位移、角速度和角加速度。度。 機構(gòu)運動分析的方法主要有圖解法

22、和機構(gòu)運動分析的方法主要有圖解法和解析法。解析法。 3-2 速度瞬心及其在平面機構(gòu)速度分析中速度瞬心及其在平面機構(gòu)速度分析中的運用的運用 一、速度瞬心一、速度瞬心 瞬心為相互作平面相對運動的兩構(gòu)件上，瞬時相對速度為零的點；或者說，瞬時速度相等的重合點(即等速重合點)。假設(shè)該點的絕對速度為零那么為絕對瞬心；假設(shè)不等于零那么為相對瞬心。如圖3-1所示。 圖3-1 二、 機構(gòu)中瞬心的數(shù)目 由于每兩個構(gòu)件就有一個瞬心，所以由N個構(gòu)件(含機架)組成的機構(gòu)，其總的瞬心數(shù)K由陳列組合的知識可得： 三、機構(gòu)中瞬心位置確實定 如上所述，機構(gòu)中每兩個構(gòu)件之間就有一個瞬心，假設(shè)兩個構(gòu)件是經(jīng)過運動副直接聯(lián)接在一同的，

23、那末其瞬心的位置，根據(jù)瞬心的定義可以很容易地加以確定。而普通情況下，兩構(gòu)件的瞬心那么需藉助于所謂“三心定理來確定?，F(xiàn)分別引見如下。 1. 經(jīng)過運動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心 1) 以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接的兩構(gòu)件，如圖3-2,a所示，轉(zhuǎn)動副的中心即為其瞬心P12。 2) 以挪動副相聯(lián)接的兩構(gòu)件，如圖3-2,b所示，因兩構(gòu)件間任一重合點的相對運動速度方向均平行于導路，故其瞬心P12必位于挪動副導路的垂直方向上的無窮遠處。 3) 以平面高副相聯(lián)接的兩構(gòu)件，如圖3-2，c、d所示。假設(shè)高副兩元素之間為純滾動那么其兩元素的接觸點M即為瞬心P12；假設(shè)高副兩元素之間既作相對滾動，又有相對滑動，那么瞬心P12必位于高

24、副兩元素在接觸點處的公法線nn上，詳細位置尚需根據(jù)其他條件來確定。 圖3-2 2. 用三心定理確定兩構(gòu)件的瞬心 三心定理(Kennedys throrem)：三個彼此作平面平行運動的構(gòu)件的瞬心必位于同不斷線上。如圖3-3所示。 圖3-3 四、 速度瞬心(instantaneous center of velocity)在機構(gòu)速度分析中的運用 1)求構(gòu)件的角速度 在圖3-4所示的平面四桿機構(gòu)中，設(shè)各構(gòu)件的尺寸知，原動件2以角速度2沿順時針方向回轉(zhuǎn)。由于知瞬心P24為構(gòu)件2及構(gòu)件4的等速重合點，故得： 圖3-4 2)求構(gòu)件上某點的速度 如圖3-5所示的凸輪機構(gòu)。設(shè)各構(gòu)件的尺寸知，原動件2的角速度為

25、2。利用瞬心來確定從動件3的挪動速度，同樣非常簡便。 如下圖，得從動件的挪動速度的大小為： 3-3 用矢量方程圖解法作機構(gòu)的速度和加速度分析 矢量方程圖解法所根據(jù)的根本原理是實際力學中學過的運動合成的原理。在對機構(gòu)進展速度和加速度分析時，首先要根據(jù)運動合成原理列出機構(gòu)運動的矢量方程，然后再根據(jù)該方程進展作圖求解。 圖3-5 一、 同一構(gòu)件上兩點間的速度、加速度的關(guān)系 1. 速度分析 圖3-6 在如圖3-6，a所示的曲柄滑塊機構(gòu)中，連稈BC為一作平面運動的構(gòu)件。由運動合成原理可知，此構(gòu)件上任一點(如點c)的運動可以為是由其伴隨該構(gòu)件上另一恣意點(如點B)的平動(牽連運動)與繞該點(點B)的轉(zhuǎn)動(

26、相對運動)所合成。因此，點c的速度為： 現(xiàn)設(shè)點B的速度為知，求點c的速度。 步驟： 1)對機構(gòu)進展運動分析，列出矢量方程式； 2)取速度比例尺，定極點； 3)按矢量作圖法作圖。(從知到未知) 其大小分別為： 現(xiàn)如求連桿上點E的速度那么利用B、E兩點和C、E兩點間的速度關(guān)系可分別列出矢量方程并將它們聯(lián)立起來，可得矢量方程： 用圖解法求解，得： VE = lpe 圖b所示的由各速度矢量構(gòu)成的圖形稱為速度多邊形。p點稱為速度多邊形的極點。其特點如下： 1)由極點P向外放射的矢量，代表構(gòu)件上相應點的絕對速度； 2)相對速度是聯(lián)接兩絕對速度矢端的矢量，下標字母相反； 3)極點的速度為零； 4)速度影象原

27、理。 由圖可見，因bce與BCE的對應邊相互垂直，故知兩者類似，且其角標字母符號的順序也是一致的，只是前者的位置是后者沿的方向轉(zhuǎn)過了900而已。所以，我們把圖形bce稱為構(gòu)件圖形BCE的速度影像。 2. 加速度分析 同理點c的加速度為： 為求E點的加速度與進展速度分析類似，需利用點E與B、C兩點的加速度關(guān)系聯(lián)立求解，即得： 圖C所示的由各加速度矢量構(gòu)成的圖形稱為加速度多邊形。p點稱為加速度多邊形的極點。其特點如下： 1)由極點P向外放射的矢量，代表構(gòu)件上相應點的絕對加速度； 2)相對加速度是聯(lián)接兩絕對加速度矢端的矢量，下標字母相反； 3)極點的加速度為零； 4)加速度影象原理。 由圖可見，因b

28、ce與BCE類似，且其角標字母符號的順序也是一致的。所以，我們把圖形bce稱為構(gòu)件圖形BCE的加速度影像。 3. 兩構(gòu)件重合點間的速度、加速度的關(guān)系 如圖3-7所示的平面四桿機構(gòu)中，構(gòu)件1與構(gòu)件2組成挪動副，點c為此兩構(gòu)件上的一個重合點。由運動合成原理可知，構(gòu)件2上的點c2的運動可以以為是由構(gòu)件1上與其相重合的點c1的運動(牽連運動)和點c2相對于點c1的相對運動所合成。圖3-7 哥氏加速度大小為： (3-7) 方向：將相對速度VC1C2沿角速度1的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)過900所得的方向一致。 (3-5)(3-6) 第四章 平面機構(gòu)的力分析4-1機構(gòu)力分析的目的和方法 一、作用在機械上的力 作用在機械上的力

29、，包括由外部施于機械的原動力、消費阻力、重力和運動構(gòu)件遭到的空氣和油液等的介質(zhì)阻力；構(gòu)件在變速運動時產(chǎn)生的慣性力；以及由于上述諸力在運動副中所引起的反力。 根據(jù)各力對機械運動的影響的不同，可將它們概分為兩大類： (1) 驅(qū)動力 凡是驅(qū)使機械產(chǎn)生運動的力統(tǒng)稱為驅(qū)動力。所作的功為正功，稱為驅(qū)動功，或輸入功。 (2) 阻抗力 凡是阻止機械產(chǎn)生運動的力統(tǒng)稱為阻抗力。所作的功為負功，稱為阻抗功。阻抗力又可分為有效阻力和有害阻力兩種： 1) 有效阻力，即任務阻力。它是機械在消費過程中為了改動任務物的外形、位置或形狀等所遭到的阻力，抑制了這些阻力就完成了有效的任務。抑制有效阻力所完成的功稱為有效功或輸出功。

30、 2) 有害阻力，即機械在運轉(zhuǎn)過程中所遭到的非消費阻力。機械為了抑制這類阻力所做的功是一種純粹的浪費。抑制有害阻力所作的功稱為損失功。 二、機構(gòu)力分析的目的和方法 由于作用在機械上的力，不僅是影響機械的運動和動力性能的重要參數(shù)，而且也是決議相應構(gòu)件尺寸及構(gòu)造外形等的重要根據(jù)。機構(gòu)力分析的義務，主要有以下兩部分內(nèi)容： 1. 確定運動副中的反力。 2. 確定為了使機構(gòu)原動件按給定規(guī)律運動時需加于機械上的平衡力(或平衡力偶)。 4-2構(gòu)件慣性力確實定構(gòu)件慣性力確實定 一、一、 作平面復合運動的構(gòu)件作平面復合運動的構(gòu)件 由實際力學可知，對于作平面復合運動而且具有平由實際力學可知，對于作平面復合運動而且

31、具有平行于運動平面的對稱面的構(gòu)件行于運動平面的對稱面的構(gòu)件(例如圖例如圖41所示鉸鏈四所示鉸鏈四桿機構(gòu)中的連桿桿機構(gòu)中的連桿BC)，其慣性力系可簡化為一個加在質(zhì)，其慣性力系可簡化為一個加在質(zhì)心上的慣性力和一個慣性力偶矩。它們分別為：心上的慣性力和一個慣性力偶矩。它們分別為： 為了分析的方便，上述慣性力和慣性力偶矩又可以用一大小等于P1，作用線由質(zhì)心S偏移一間隔Lh的總慣性力來替代(圖6)，此時間隔的值Lh為： 二、作平面挪動的構(gòu)件 對于作平面挪動的構(gòu)件，由于沒有角加速度，故不會產(chǎn)生慣性力偶。只是當構(gòu)件為變速挪動時，持有一個加在其質(zhì)心S上的慣性力P1-ms 。 三、繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件 對于繞定軸轉(zhuǎn)

32、動的構(gòu)件，其慣性力和慣性力偶矩確實定又有兩種情況。 (1) 繞經(jīng)過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件(如齒輪、飛輪等構(gòu)件) 因其質(zhì)心的加速度為零，故慣性力為零。只是當構(gòu)件為變速轉(zhuǎn)動時，將產(chǎn)生一慣性力偶矩M1-Jss。 (2) 繞不經(jīng)過質(zhì)心的定抽轉(zhuǎn)動的構(gòu)件(如曲柄、凸輪等構(gòu)件) 假設(shè)構(gòu)件是變速轉(zhuǎn)動(如圖4-2所示)，那么將產(chǎn)生慣性力P1-ms 及慣性力偶矩M1-Jss 。同樣，兩者可用一個不經(jīng)過其質(zhì)心的總慣性力來替代。 第五章第五章 機械中的摩擦和機械效率機械中的摩擦和機械效率5-1研討機械中摩擦的目的和研討內(nèi)容研討機械中摩擦的目的和研討內(nèi)容 我們知道運動副中的摩擦力是一種主要我們知道運動副中的摩擦力是一種主

33、要的有害阻力，它會使機械的效率降低，使的有害阻力，它會使機械的效率降低，使運動副元素遭到磨損，因此降低零件的強運動副元素遭到磨損，因此降低零件的強度、機械的精度和任務壽命；使零件發(fā)熱度、機械的精度和任務壽命；使零件發(fā)熱膨脹，將導致機械運轉(zhuǎn)不靈敏，甚至卡死，膨脹，將導致機械運轉(zhuǎn)不靈敏，甚至卡死，并使機械光滑情況惡化。而另一方面在某并使機械光滑情況惡化。而另一方面在某些情況下機械中的摩擦又是有用的，在不些情況下機械中的摩擦又是有用的，在不少機械中，就正是利用摩擦來任務的。少機械中，就正是利用摩擦來任務的。 研討的主要內(nèi)容有：研討的主要內(nèi)容有： 1) 幾種最常見的運動副中的摩擦的幾種最常見的運動副中

34、的摩擦的分析；分析； 2) 思索摩擦時機構(gòu)的受力分析；思索摩擦時機構(gòu)的受力分析； 3) 機械效率的計算；機械效率的計算； 4) 由于摩擦的存在而能夠發(fā)生的所由于摩擦的存在而能夠發(fā)生的所謂機械的謂機械的“自鎖景象，以及自鎖景象發(fā)自鎖景象，以及自鎖景象發(fā)生的條件等。生的條件等。 5-25-2運動副中的摩擦運動副中的摩擦 一、一、 挪動副中摩擦力確實定挪動副中摩擦力確實定 圖圖(a)(a)摩擦力摩擦力F21F21的大小為：的大小為： 圖圖(b)(b)摩擦力摩擦力F21F21的大小為：的大小為： 假設(shè)令假設(shè)令f/sinf/sinQ Q，那么上式可寫為：，那么上式可寫為： 圖5-1 圖(c)摩擦力F21

35、的大小為：式中fv稱為當量摩擦系數(shù)。 二、挪動副中總反力確實定 在進展機械的受力分析時，由于N21及F21都是構(gòu)件2作用于構(gòu)件1上的反力，故可將它們合成為一個總反力，以R21表示(如圖5-2所示)。設(shè)總反力R21和法向反力N21之間的夾角為，那么： 角稱為摩擦角。 總反力R21的作用線方向確實定： R21與構(gòu)件1相對于構(gòu)件2的相對運動速度V12的方向成鈍角(90 + )。 圖5-2 例如：圖5-3,a中，設(shè)滑塊1置于升角為的斜面2上，Q為作用在滑塊1上的鉛垂載荷。求： (1)滑塊1沿斜面等速上行(通常稱此行程為正行程) 時所需的程度驅(qū)動力P。 根據(jù)力的平衡條件可知： 作出力的三角形，如圖b所示

36、。由圖可得： (2)滑塊1是沿斜面2等速下滑(通常稱此行程為反行程) 時所需的程度驅(qū)動力P。如圖5-4,a所式。 根據(jù)力的平衡條件可知： 作出力的三角形，如圖b所示。由圖可得： 三、螺旋副中的摩擦矩形螺紋螺旋副中肋摩擦 圖5-5，a為一矩形螺紋螺旋副(screw pair)，通常在研討螺旋副的摩擦時，都假定螺母與螺桿間的作用力系集中作用在其中徑的圓柱面上。因螺桿的螺紋可以想象為由一斜面卷繞在圓柱體上構(gòu)成的。因此，如將螺桿沿中徑d2的圓柱面展開，那么其螺紋將展成一個斜面，該斜面的升角即為螺桿在其中徑d2上的螺紋的導程角，于是得： 假定螺母與螺桿間的作用力系集中作用在一小段螺紋上，這樣就把對螺旋副

37、中摩擦的研討，簡化為對滑塊與斜平面的摩擦來研討了。 四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦 1. 軸頸摩擦 如圖5-6所示，設(shè)受有徑向載荷Q作用的軸頸1，在驅(qū)動力偶矩Md的作用下，在軸承2中等速轉(zhuǎn)動。設(shè)法向反力的總和為N21，那么如前所述，軸承2對軸頸1的摩擦力F21f*N21fv*Q。那么摩擦力矩Mr為： 圖 5-6(5-6) 根據(jù)平衡條件可知： R21 = -Q； Md = - R21*r = - Mf 即總反力R21對軸頸中心O的力矩即為摩擦阻力矩Mf ，而由式(56)知： 對于一個詳細的軸頸，由于fv及r均為定值，所以是一固定長度。以軸頸中心O為圓心，以為半徑作圓，那么稱其為摩擦圓，稱為摩擦圓半徑。 轉(zhuǎn)動

38、副總反力的方位可根據(jù)如下三點來確定： 1) 在不思索摩擦的情況下，根據(jù)力的平衡條件，初步確定總反力的方向； 2) 總反力應與摩擦圓相切； 3) 總反力R 21對軸頸中心之矩的方向必與相對角速度12的方向相反。 (5-7)5-3 5-3 機械的效率機械的效率 當機器正常運轉(zhuǎn)時，輸入功將等于輸出功和損當機器正常運轉(zhuǎn)時，輸入功將等于輸出功和損失功之和。即：失功之和。即： Wd = Wr + Wf Wd = Wr + Wf 機械效率為：機械效率為： 效率也可用功率表示，即：效率也可用功率表示，即： 機械效率也可以用力的比值的方式來表達。圖機械效率也可以用力的比值的方式來表達。圖5-75-7所示一機械傳

39、動安裝的表示圖。所示一機械傳動安裝的表示圖。 設(shè)設(shè)P P為驅(qū)動力，為驅(qū)動力，Q Q為消費阻力，為消費阻力，VPVP、VQVQ分別為分別為P P和和Q Q的的作用點沿該力作用線方向的分速度，于是根據(jù)式作用點沿該力作用線方向的分速度，于是根據(jù)式(5-9(5-9，a)a)可得：可得： PVPQVQ圖 5-7 想象在該機械中不存在摩擦，為了抑制同樣的消費阻力Q，其所需的驅(qū)動力P0 (稱為理想驅(qū)動力) 。 顯然：P P0，且此時，其效率應等于。(5-8)(5-9) 故得： 將其代入式(a)，得： 同理，機械效率也可以用力矩之比的方式來表達，即 綜合式(c)與(d)可得： 對于由許多機器組成的機組而言，只

40、需知道了各臺機器的機械效率，那么該機組的總效率也可以由計算求得。 (1) 串聯(lián) 如圖5-8所示為幾種機器串聯(lián)組成的機組。 該機組的機械效率為： 。而功率在傳送的過程中，前一機器的輸出功率即為后一機器的輸入功率。圖 5-8(5-10)abc 設(shè)各機器的效率分別為1、2K那么得： 將1、2K連乘起來，得 此即闡明，串聯(lián)機組的總效率等于組成該機組的各個機器的效率的連乘積。由此可見，只需串聯(lián)機組中任一機器的效率很低，就會使整個機組的效率極低。 (2) 并聯(lián) 如圖5-9所示為幾種機器并聯(lián)組成的機組。 總輸入功率為 總輸出功率為 圖 5-9(5-11) 所以總效率為 上式闡明并聯(lián)機組的總效率不僅與各機器的

41、效率有關(guān)，而且也與各機器所傳送的功率大小有關(guān)。要提高并聯(lián)機組的效率，應著重提高傳送功率大的傳動道路的效率。 (3) 混聯(lián) 如圖5-10所示為兼有串聯(lián)和并聯(lián)的混聯(lián)機組。 為了計算其總效率，可先將輸入功至輸出功的道路弄清，然后分別計算出總的輸入功率和總的輸出功率，最后可按下式計算其總機械效率。 圖 5-10(5-12)5-4 5-4 機械的自鎖機械的自鎖 有些機械，由于其構(gòu)造的方式以及摩擦影響，有些機械，由于其構(gòu)造的方式以及摩擦影響，導致當沿某一方向施加無論多大的驅(qū)動力導致當沿某一方向施加無論多大的驅(qū)動力( (矩矩) )時，都無時，都無法使它運動的景象，這種景象就叫作機械的自鎖。法使它運動的景象，

42、這種景象就叫作機械的自鎖。 一挪動副的自鎖條件一挪動副的自鎖條件 由圖由圖5-115-11可知，可知，Pt = PPt = P* *sin (sin (有效分力有效分力) ) Pn = P Pn = P* *cos cos ( (有害分力有害分力) ) 最大摩擦力為：最大摩擦力為： 當當時，由上述可知時，由上述可知 此式闡明，在此式闡明，在的情況下，不論驅(qū)動力的情況下，不論驅(qū)動力P P如如何增大，驅(qū)動力的有效分力總是小于驅(qū)動力本身所能夠何增大，驅(qū)動力的有效分力總是小于驅(qū)動力本身所能夠引起的最大摩擦力，因此滑塊引起的最大摩擦力，因此滑塊1 1總不會發(fā)生運動，即發(fā)總不會發(fā)生運動，即發(fā)生了所謂的自鎖

43、景象。生了所謂的自鎖景象。 平面挪動副自鎖條件：作用于滑塊上的合外力作用平面挪動副自鎖條件：作用于滑塊上的合外力作用線落在挪動副摩擦角以內(nèi)，即線落在挪動副摩擦角以內(nèi)，即 。 圖 5-11 二、轉(zhuǎn)動副自鎖條件二、轉(zhuǎn)動副自鎖條件 如圖如圖5-125-12所示，軸頸和軸承組成轉(zhuǎn)動副。設(shè)作用所示，軸頸和軸承組成轉(zhuǎn)動副。設(shè)作用在軸頸上的外裁荷為一單力在軸頸上的外裁荷為一單力P P，那么當力，那么當力P P的作用線在的作用線在摩擦圓之內(nèi)時摩擦圓之內(nèi)時( (即即a a)，因它對軸頸中心的力矩，因它對軸頸中心的力矩M MPaPa，一直小于它本身所能引起的最大摩擦力矩，一直小于它本身所能引起的最大摩擦力矩MfM

44、fRRPP。所以力。所以力P P恣意增大恣意增大 力臂力臂a a堅持不變堅持不變) )，也不，也不能驅(qū)使軸頸轉(zhuǎn)動，亦即出現(xiàn)了自鎖景象。能驅(qū)使軸頸轉(zhuǎn)動，亦即出現(xiàn)了自鎖景象。 轉(zhuǎn)動副自鎖條件：作用于軸頸且垂直于軸線的合轉(zhuǎn)動副自鎖條件：作用于軸頸且垂直于軸線的合外力的作用線切割于摩擦圓，即外力的作用線切割于摩擦圓，即aa。 三、利用效率判別機構(gòu)自鎖的條件三、利用效率判別機構(gòu)自鎖的條件 當機械自鎖時其機械效率將恒小于或等于零，即當機械自鎖時其機械效率將恒小于或等于零，即 設(shè)計機械時，可以利用上式來判別其能否自鎖及出現(xiàn)自鎖的條件。當然，因機械自鎖時已根本不能作功，故此時，已沒有普通效率的意義，它只闡明機

45、械自鎖的程度。當o時，機械處于臨界自鎖形狀；假設(shè)o，那么其絕對值越大，闡明自鎖越可靠。 圖 5-12(5-13)第六章第六章 平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計6-1 連桿機構(gòu)及其傳動特點連桿機構(gòu)及其傳動特點 連桿機構(gòu)連桿機構(gòu)(linkages)是一種運用非常廣是一種運用非常廣泛的機構(gòu)，圖泛的機構(gòu)，圖6-1中所示機構(gòu)的共同特點中所示機構(gòu)的共同特點是其原動件是其原動件1的運動都要經(jīng)過一個不直接的運動都要經(jīng)過一個不直接與機架相聯(lián)的中間構(gòu)件與機架相聯(lián)的中間構(gòu)件2才干傳動從動件才干傳動從動件3，這個不直接與機架相聯(lián)的中間構(gòu)件稱為連這個不直接與機架相聯(lián)的中間構(gòu)件稱為連桿，而把具有連桿的這些機構(gòu)統(tǒng)稱

46、為連桿桿，而把具有連桿的這些機構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機構(gòu)。機構(gòu)。 圖6-1bac 優(yōu)點：優(yōu)點： 1) 其運動副為低副面接觸，壓強較小，可以接受較大的載荷。便于其運動副為低副面接觸，壓強較小，可以接受較大的載荷。便于光滑，不易產(chǎn)生大的磨損，幾何外形較簡單，便于加工制造。光滑，不易產(chǎn)生大的磨損，幾何外形較簡單，便于加工制造。 2) 從動件能實現(xiàn)各種預期的運動規(guī)律。從動件能實現(xiàn)各種預期的運動規(guī)律。 3) 連桿上各不同點的軌跡是各種不同外形的，從而可以得到各種不連桿上各不同點的軌跡是各種不同外形的，從而可以得到各種不同外形的曲線，我們可以利用這些曲線來滿足不同軌跡的要求。同外形的曲線，我們可以利用這些曲線來滿足

47、不同軌跡的要求。 缺陷：缺陷： 1) 有較長的運動鏈，使連桿機構(gòu)產(chǎn)生較大的積累誤差，降低機械效有較長的運動鏈，使連桿機構(gòu)產(chǎn)生較大的積累誤差，降低機械效率。率。 2) 連桿及滑塊的質(zhì)心都在作變速運動，它們所產(chǎn)生的慣性力難于用連桿及滑塊的質(zhì)心都在作變速運動，它們所產(chǎn)生的慣性力難于用普通的平衡方法加以消除，添加機構(gòu)的動載荷。所以連桿機構(gòu)普通不宜用普通的平衡方法加以消除，添加機構(gòu)的動載荷。所以連桿機構(gòu)普通不宜用于高速傳動。于高速傳動。 連桿機構(gòu)在實踐中用途較多，如圖6-2, a中的機械手驅(qū)動機構(gòu)，圖6-2,b 中的溜冰鞋剎車機構(gòu)和圖6-2,c中的夾子驅(qū)動機構(gòu)。圖6-2，a圖6-2，b圖6-2，c6-2

48、 平面四桿機構(gòu)的類型和運用平面四桿機構(gòu)的類型和運用 一、平面四桿機構(gòu)的根本型式一、平面四桿機構(gòu)的根本型式 圖圖6-l，b所示的鉸鏈四桿機構(gòu)所示的鉸鏈四桿機構(gòu)(一切運動副都是回轉(zhuǎn)一切運動副都是回轉(zhuǎn)副的四桿機構(gòu)副的四桿機構(gòu))是平面四桿機構(gòu)的根本型式，其他型式是平面四桿機構(gòu)的根本型式，其他型式的四桿機構(gòu)可看作是在它的根底上經(jīng)過演化而成的。的四桿機構(gòu)可看作是在它的根底上經(jīng)過演化而成的。AD為機架，為機架，AB、CD為連架桿，為連架桿，BC為連桿。在連架桿為連桿。在連架桿中，能作整周回轉(zhuǎn)的稱為曲柄，只能在一定范圍內(nèi)擺動中，能作整周回轉(zhuǎn)的稱為曲柄，只能在一定范圍內(nèi)擺動的那么稱為搖桿。的那么稱為搖桿。 1.

49、 曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu) 在鉸鏈四桿機構(gòu)中，假設(shè)兩個這架稈中一個為曲柄，另一個為搖桿，那么此四桿機構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu)(carnk-rocker meghanism)；當曲柄為原動件，搖桿為從動件時，可將曲柄的延續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變成搖桿的往復擺動。該機構(gòu)在實踐中多有運用，如圖6-3和6-4。 2. 雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu) 在鉸鏈四桿機構(gòu)中，假設(shè)兩個這架桿都是曲柄，那么稱為雙曲柄機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)中，假設(shè)兩個這架桿都是曲柄，那么稱為雙曲柄機構(gòu)(double-crank mechanism)。在雙曲柄機構(gòu)中，假設(shè)其相對兩桿平行且相。在雙曲柄機構(gòu)中，假設(shè)其相對兩桿平行且相等，那么成為平行四邊形機構(gòu)。等，那么成

50、為平行四邊形機構(gòu)。 3. 雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu) 鉸鏈四桿機構(gòu)中兩連架桿都是鉸鏈四桿機構(gòu)中兩連架桿都是搖 桿 ， 那 么 稱 為 雙 搖 桿 機 構(gòu)搖 桿 ， 那 么 稱 為 雙 搖 桿 機 構(gòu)(double-rocker mechanism)。 圖 6-8圖 6-9 二、平面四桿機構(gòu)的演化型式 1. 改動構(gòu)件的外形和運動尺寸 在圖6-10,圖b所示的曲線導軌的曲柄滑塊機構(gòu)可看成是由圖a所示的曲柄搖桿機構(gòu)中所演化而來。其中搖桿DC可由饒D點沿軌道運動的滑塊3所替代。 當將搖桿3的長度增至無窮大，那么鉸鏈c運動的軌跡將變?yōu)橹本€，而與之相應的圖b中的曲線導軌將變?yōu)橹本€導軌，于是鉸鏈四桿機構(gòu)將演化成為

51、常見的曲柄滑塊機構(gòu)，如圖6-10,d所示。其中圖c所示為具有一偏距e的偏置曲柄滑塊機構(gòu)(offset slider-crank mechanism)；圖b所示為沒有偏距的對心曲柄滑塊機構(gòu)。圖 6-10 在圖6-10,d所示的曲柄滑塊機構(gòu)中，由于鉸鏈B相對于鉸鏈c運動的軌跡為圓弧，所以如將連桿2作成滑塊方式，并使之沿滑塊3上的圓弧導軌運動(如圖6-11，a所示)，此時已演化成為一種具有兩個滑塊的四桿機構(gòu)。 設(shè)將圖6-10,d所示曲柄滑塊機構(gòu)中的連桿2的長度增至無窮長那么圓弧導軌將成為直線，于是該機構(gòu)將演化成為圖6-11,b所示的所謂正弦機構(gòu)。 圖 6-11 2. 改動運動副的尺寸 在圖6-12,

52、a所示的曲柄滑塊機構(gòu)中，當曲柄AB的尺寸較小時，由于構(gòu)造的需求，常將曲柄改作成如圖b所示的一個幾何中心不與回轉(zhuǎn)中心相重合的圓盤，此圓盤稱為偏心輪，這種機構(gòu)那么稱為偏心輪機構(gòu)。 3.選用不同的構(gòu)件為機架圖619 圖 6-13圖 6-12 在圖6-13,a所示的曲柄滑塊機構(gòu)中，假設(shè)改選構(gòu)件AB為機架，如圖b所示，那么稱為導桿機構(gòu)。在導桿機構(gòu)中，假設(shè)導桿能作整周轉(zhuǎn)動，那么稱為回轉(zhuǎn)導桿機構(gòu)。假設(shè)導桿僅能在某一角度范圍內(nèi)往復擺動，那么稱為擺動導桿機構(gòu)。 假設(shè)在圖6-13,a所示的曲柄滑塊機構(gòu)中，改選構(gòu)件BC為機架(如圖c)，那么將演化成為曲柄搖塊機構(gòu)。 在圖6-13,a所示的曲柄滑塊機構(gòu)中改選滑塊為機架

53、(圖d)，那么將演化為直動滑桿機構(gòu)。 6-3 6-3 有關(guān)平面四桿機構(gòu)的一些根本知識有關(guān)平面四桿機構(gòu)的一些根本知識 一、平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件一、平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件 如圖如圖6-146-14所示，設(shè)分別以所示，設(shè)分別以a a、b b、c c、d d表示鉸鏈四表示鉸鏈四桿機構(gòu)各桿的長度，桿機構(gòu)各桿的長度，ADAD桿為機架，討論能作整周回轉(zhuǎn)桿為機架，討論能作整周回轉(zhuǎn)( (即轉(zhuǎn)動副即轉(zhuǎn)動副A A為周轉(zhuǎn)副為周轉(zhuǎn)副) )的條件。的條件。 設(shè)設(shè)a ad d 當當ABAB桿能繞桿能繞A A點作整周回轉(zhuǎn)時，點作整周回轉(zhuǎn)時，ABAB桿桿應能占據(jù)應能占據(jù)ABAB與與ABAB兩個位。由圖可見，為了使兩個位。

54、由圖可見，為了使ABAB桿能桿能轉(zhuǎn)至位置轉(zhuǎn)至位置ABAB，各桿的長度應滿足，各桿的長度應滿足 圖 6-14 為了使AB桿可以轉(zhuǎn)至位置AB ，各桿的長度應滿足 或 將式(61)、(62)、(63)分別兩兩相加，那么得 即AB桿為最短稈。 d + a b+ c da d + b a+ c d b d + c b+ a d c 由此可得曲柄存在條件(Crashoffs law)： 1) 最短桿是機架或連架桿。 2) 最短桿與最長桿的長度和應小于或等于其他兩桿的長度和。 二、急回運動和行程速比系數(shù) 圖6-15所示為一曲柄搖桿機構(gòu)，設(shè)曲柄AB為原動件，以等角速度順時針轉(zhuǎn)動，在其轉(zhuǎn)動一周的過程中，有兩次與

55、連桿共線，這時從動件搖桿CD分別位于兩極限位置C1D和C2D。 從動件運動到兩極限位置時，原動件AB所處兩個位置之間所夾的銳角稱為極位夾角(crank angle between extreme position)。 顯然：12 搖桿的這種運動性質(zhì)稱為急回運動(quick_return motion)。為了闡明急回運動的急回程度，常用行程速比系數(shù)(advance-to return-time ratio)來衡量，即 圖 6-15 三、 四桿機構(gòu)的傳動角與死點 1. 壓力角與傳動角 (1) 壓力角(pressure sngle)()：假設(shè)不思索各運動副中的摩擦力及構(gòu)件重力和慣性力的影響，作用于點

56、C的力P與點C速度方向之間所夾的銳角。 (2) 傳動角()：壓力角的余角。 如圖6-16所示，力P可分解為：Pn = Psin= Pcos ，Pt = Pcos = Psin ，其中P n 只能使鉸鏈C、D產(chǎn)生徑向壓力，才Pt是推進從動件運動的有效分力?？梢姡怯?，那么有效分力Pt愈大，而P n愈小，因此對機構(gòu)的傳動愈有利。圖 6-16 (3) 最小傳動角 mind確實定 由圖633可見， 與機構(gòu)的BCD有關(guān)。在ABD和BCD中，由余弦定理得： BD2 = b2 +c2-2bccosBCD ； BD2 = a2 +d2-2adcos 那么： 討論： 當BCD 900時， =1800BCD，那

57、么min =1800BCDmax ，由公式可知，當 = 1800時，有BCDmax 。 故機構(gòu)的最小轉(zhuǎn)動角是 min = 1min，2min bcaddacbBCD2cos2cos22221 2. 死點 (1) 死點 在圖6-17中，設(shè)搖桿CD為自動件，那么當機構(gòu)處于圖示連桿與從動曲柄共線的兩個位置(虛線位置)時，傳動角o的情況。這時自動件CD經(jīng)過連桿作用于從動件AB上的力恰好經(jīng)過其回轉(zhuǎn)中心，所以不能使構(gòu)件AB轉(zhuǎn)動而出現(xiàn)“頂死景象。機構(gòu)的此種位置稱為死點(dead point)。 機構(gòu)中從動件與連桿共線的位置稱為機構(gòu)的死點位置。機構(gòu)之所以出現(xiàn)死點，是由于原動件是作往復運動的構(gòu)件，導致機構(gòu)一定出

58、現(xiàn)連桿與從動件共線。 圖 6-17 (2) 死點的利用 在工程實踐中，經(jīng)常利用機構(gòu)的死點來實現(xiàn)特定的任務要求。如圖6-18所示的飛機起落架機構(gòu)和圖6-19所示的工件夾緊機構(gòu)。6-4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 一、 連桿機構(gòu)設(shè)計的根本問題 連桿機構(gòu)設(shè)計的根本問題是根據(jù)給定的運動要求選定機構(gòu)的型式，并確定其各構(gòu)件的尺度參數(shù)。為了使機構(gòu)設(shè)計得合理、可靠，通常還需求滿足構(gòu)造條件(如要求存在曲柄、桿長比適當、運動副構(gòu)造合理等)、動力條件(如最小傳動角)和運動延續(xù)條件等。圖 6-19圖 6-18 根據(jù)機械的用途和性能要求等的不同，對連扦機構(gòu)設(shè)計的要求是多種多樣的，但設(shè)計要求，普通可歸納為以下三類問題： (1)

59、滿足預定的運動規(guī)律要求。 (2) 滿足預定的連桿位置要求。 (3) 滿足預定的軌跡要求。 二、 用作圖法設(shè)計四桿機構(gòu) 1. 按連桿預定的位置設(shè)計四桿機構(gòu) 當四桿機構(gòu)的四個鉸鏈中心確定后，其各桿的長度也就相應確定了，所以根據(jù)設(shè)計要求確定各桿的長度，可以經(jīng)過確定四個鉸鏈的位置來處理。 圖 6-20圖 6-21 如圖6-20所示，假設(shè)連桿上兩活動鉸鏈的中心B、C的位置己確定，而在機構(gòu)的運動過程中，要求連桿占據(jù)B1C1、B2C2兩個位置，如今來討論此四桿機構(gòu)的作圖設(shè)計方法。 分析：該機構(gòu)設(shè)計的主要問題是確定兩固定鉸鏈A和D點的位置。由于B、C兩點的運動軌跡是圓，該圓的中心就是固定鉸鏈的位置，因此A、D

60、的位置應分別位于B1B2和C1C2的垂直平分線b12和c12上。 設(shè)計步驟： (1)選比例尺，作出連桿的知位置； (2)分別作B1B2、B2B3的垂直平分線b1、b2，其兩線交點即為固定鉸鏈點A； (3)同理作出D點； (4)銜接A、B、C、D即為所求。 留意：假設(shè)給定連桿三個位置，有獨一的解，假設(shè)給定兩個位置有無窮多個解。 2. 按兩連架桿預定的對應位置設(shè)計四扦機構(gòu) 如圖6-22,a所示的四桿機構(gòu)中，AD為機架，BC為連桿，那么AB、CD為連架桿。 現(xiàn)假設(shè)如圖b所示改取CD為機架，那么BC、AD為連架桿，而AB卻變成了連桿。那末，根據(jù)機構(gòu)倒置(linkage inversion)的實際，我們