平面連桿機(jī)構(gòu)及其分析與設(shè)計

平面連桿機(jī)構(gòu)及其分析與設(shè)計第1頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

連桿機(jī)構(gòu)的分類●

按構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系分平面連桿機(jī)構(gòu)(Planarlinkage)空間連桿機(jī)構(gòu)(Spatiallinkage)第2頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四●

按機(jī)構(gòu)中是否含有單副構(gòu)件分閉鏈型連桿機(jī)構(gòu)(Closedchainlinkage)開鏈型連桿機(jī)構(gòu)(Openchainlinkage)第3頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四本章討論重點是閉鏈型的平面連桿機(jī)構(gòu)

主要內(nèi)容●

平面連桿機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)和類型選擇機(jī)構(gòu)的型綜合(Typesynthesis)或機(jī)構(gòu)的選型(Typeselection)?！?/p>

平面連桿機(jī)構(gòu)的基本特性及其分析方法結(jié)構(gòu)分析(Structuralanalysis)、運動分析(Kinematicanalysis)和力分析(Forceanalysis)。●

平面連桿機(jī)構(gòu)的尺度綜合得到能滿足設(shè)計要求的機(jī)構(gòu)運動簡圖參數(shù)(Parametersofkinematicsketch)。第4頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

一、平面連桿機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)由N個構(gòu)件組成的平面連桿機(jī)構(gòu)稱為平面N桿機(jī)構(gòu)，如平面四桿機(jī)構(gòu)、平面六桿機(jī)構(gòu)等等。有關(guān)機(jī)構(gòu)構(gòu)件和運動副的其它名稱和概念曲柄連桿搖桿鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

曲柄(Crank)—能相對于機(jī)架作整周轉(zhuǎn)動的連架桿。

連架桿(Sidelink)—用低副與機(jī)架相聯(lián)接的構(gòu)件。

搖桿(Rocker)—不能相對于機(jī)架作整周轉(zhuǎn)動的連架桿。連架桿連架桿

連桿(Coupler)—不與機(jī)架聯(lián)接的構(gòu)件。

第5頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

整轉(zhuǎn)副(Fullyrotatingpair)—聯(lián)接的兩構(gòu)件能相對作整周轉(zhuǎn)動的運動副。整轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副

擺轉(zhuǎn)副(Partiallyrotatingpair)—聯(lián)接的兩構(gòu)件不能相對作整周轉(zhuǎn)動的運動副。第6頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滑塊(連架桿)固定導(dǎo)桿(導(dǎo)軌)擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)滑塊(連桿)擺動導(dǎo)桿(連架桿)第7頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

平面連桿機(jī)構(gòu)中的連架桿常作為運動和動力的輸入構(gòu)件(主動件)與輸出構(gòu)件(從動件)。機(jī)構(gòu)主動件與從動件的運動學(xué)性質(zhì)在很大程度上決定了機(jī)構(gòu)的性質(zhì)與用途。平面連桿機(jī)構(gòu)常以連架桿尤其是從動件的運動特征來定義機(jī)構(gòu)的名稱。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(Crank-rockermechanism)雙搖桿機(jī)構(gòu)(Double-rockermechanism)機(jī)架曲柄機(jī)架搖桿搖桿搖桿第8頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四雙曲柄機(jī)構(gòu)(Double-crankmechanism)曲柄曲柄曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(Slider-crankmechanism)滑塊曲柄第9頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(Crank-and-oscillatingguide-barmechanism)雙滑塊機(jī)構(gòu)(Double-slidermechanism)曲柄擺動導(dǎo)桿滑塊滑塊第10頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

平面四桿機(jī)構(gòu)是能實現(xiàn)各種運動形式轉(zhuǎn)換的最簡單的連桿機(jī)構(gòu)。平面四桿機(jī)構(gòu)最基本的結(jié)構(gòu)型式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)(Revolutefour-barmechanism)—四個運動副都是轉(zhuǎn)動副的四桿機(jī)構(gòu)。

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)第11頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化在工程實際中，還常常采用多種不同外形、構(gòu)造和特性的四桿機(jī)構(gòu)。這些四桿機(jī)構(gòu)都可以看作是由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)通過各種方法演化而來，掌握這些演化方法，有利于對連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。改變構(gòu)件形狀和運動尺寸的演化方法運動副元素逆換的演化方法改變運動副尺寸的演化方法

選用不同構(gòu)件為機(jī)架的演化方法

第12頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

三、平面多桿機(jī)構(gòu)多桿機(jī)構(gòu)，特別是相對較為簡單的平面六桿機(jī)構(gòu)，常常能解決平面四桿機(jī)構(gòu)難以解決的一些設(shè)計問題。如何獲得平面多桿機(jī)構(gòu)平面鉸鏈四桿閉鏈加入R-R-R組增加含轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件平面多桿閉鏈選用不同的構(gòu)件為機(jī)架用其它運動副代換鉸鏈平面多桿機(jī)構(gòu)多桿機(jī)構(gòu)的類型及結(jié)構(gòu)多桿機(jī)構(gòu)的功用第13頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性

運動特性—傳遞和變換運動。

傳力特性—實現(xiàn)力的傳遞和變換。了解平面連桿機(jī)構(gòu)運動特性和傳力特性的意義

指導(dǎo)正確選擇平面連桿機(jī)構(gòu)的類型，進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計。

一、運動特性

1.

轉(zhuǎn)動副為整轉(zhuǎn)副的條件機(jī)構(gòu)中具有整轉(zhuǎn)副的構(gòu)件是關(guān)鍵構(gòu)件。具有整轉(zhuǎn)副的連架桿即為曲柄。機(jī)構(gòu)中有沒有曲柄，有多少曲柄，是一個十分重要的問題。

影響平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的因素

●

構(gòu)成四桿運動鏈的各構(gòu)件長度

●

運動鏈中選取的機(jī)架與其它構(gòu)件的相對位置鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副和曲柄存在條件的討論

第14頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四⑴AD桿為最短桿(0AD

20)

例1已知鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD，其中AB20mm，BC50mm，CD40mm,AD為機(jī)架。改變AD桿長，分析機(jī)構(gòu)的類型變化。aBbADdCc機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件：AD502040AD10mm最長桿整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副最短桿DCaBbAdc雙曲柄機(jī)構(gòu)第15頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

⑵AD桿長介于最短桿與最長桿之間(20AD50)機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件：2050

AD40AD30mmaBbADdCc最短桿最長桿整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副曲柄搖桿機(jī)構(gòu)aBbADdCc第16頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四⑶AD桿為最長桿(50

AD110)機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件：AD204050最長桿最短桿AD70mmaBbADdCc整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

當(dāng)10AD30和70AD110時，由于不滿足桿長條件，機(jī)構(gòu)無整轉(zhuǎn)副，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。思考

帶導(dǎo)桿的四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副的條件aBbADdCc第17頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四ABCDB2C2

2.急回運動特性

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)B1C1AD極限位置1連桿與曲柄拉伸共線極限位置2連桿與曲柄重疊共線

極位夾角—機(jī)構(gòu)從動件處于兩極限位置時，主動件在對應(yīng)位置所夾的銳角。

工作行程(慢行程)曲柄轉(zhuǎn)過180o，搖桿擺角，耗時t1，平均角速度m1

t1

180o180o

返回行程(快行程)曲柄轉(zhuǎn)過180o，搖桿擺角，耗時t2，平均角速度m2t2第18頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

常用行程速度變化系數(shù)(Advance-toreturn-timeratio)K來衡量急回運動的相對程度。

設(shè)計具有急回要求的機(jī)構(gòu)時，應(yīng)先確定K值，再計算。B2C2B1C1AD180o-180o+第19頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四180o180o曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的極位夾角180o180o擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

慢行程快行程慢行程快行程思考

對心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的極位夾角第20頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

3.運動的連續(xù)性

設(shè)計曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時，不能要求從動搖桿在兩個不連通的可行域內(nèi)運動。搖桿在哪個可行域內(nèi)運動，取決于機(jī)構(gòu)的初始位置。C1C2C1C2C’CADB搖桿運動可行域搖桿運動可行域搖桿運動非可行域搖桿運動非可行域第21頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

二、傳力特性

1.

壓力角和傳動角

有效分力FFcosFsin

徑向壓力F

Fsin=Fcos

角越大，F(xiàn)越大，F(xiàn)越小，對機(jī)構(gòu)的傳動越有利。

連桿機(jī)構(gòu)中，常用傳動角的大小及變化情況來衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的優(yōu)劣。FF

F

壓力角—作用在從動件上的力的方向與著力點速度方向所夾銳角。傳動角

—壓力角的余角。ABDC第22頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

傳動角出現(xiàn)極值的位置及計算C1B1abcdDA12

min為1和2中的較小值者。為了保證機(jī)構(gòu)具有良好的傳力性能，設(shè)計時通常要求min

40o；對于高速和大功率傳動機(jī)械，min

50o。傳動角總?cè)′J角B2C2第23頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

2.

死點(Deadpoint)位置F

=0

連桿與曲柄在兩個共線位置時，主動件搖桿通過連桿作用于從動件曲柄上的力F通過其回轉(zhuǎn)中心，0，曲柄不能轉(zhuǎn)動。

F

=0

不管在主動件上作用多大的驅(qū)動力，都不能在從動件上產(chǎn)生有效分力的機(jī)構(gòu)位置，稱為機(jī)構(gòu)的死點位置。第24頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

如何使機(jī)構(gòu)順利通過死點位置？

利用飛輪慣性

機(jī)構(gòu)錯位排列第25頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四ABDC利用死點位置飛機(jī)起落架工件PABCD1234工件ABCD1234工件P鉆孔夾具

T

0ABCDFF

0第26頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

3.

機(jī)械增益(Mechanicaladvantage)當(dāng)所設(shè)計的機(jī)構(gòu)用于傳力或夾緊時，通常希望機(jī)構(gòu)具有增力作用。MoutMin

或FoutFinvBBCADcab2d34M111vC3M3

機(jī)械增益(M.A.)的表達(dá)式PinMininMoutoutPout或PinFinvinFoutvoutPout即或圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)第27頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

一、平面連桿機(jī)構(gòu)的功能及其應(yīng)用

根據(jù)平面連桿機(jī)構(gòu)的功能與用途分類第三節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的功能與運動分析

常用兩連架桿的傳動函數(shù)來反映傳動機(jī)構(gòu)的基本傳動特性，以連桿作為導(dǎo)引物體運動的主要構(gòu)件。

傳動機(jī)構(gòu)(Transmissionmechanism)—傳遞運動與動力

導(dǎo)引機(jī)構(gòu)(Guidancemechanism)—導(dǎo)引物體運動第28頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

平面連桿機(jī)構(gòu)的功能可以歸納為以下四個方面●

實現(xiàn)運動形式的轉(zhuǎn)換和運動性質(zhì)的變換●

實現(xiàn)運動規(guī)律的變換和運動函數(shù)的再現(xiàn)●實現(xiàn)軌跡運動●導(dǎo)引剛體按一定的位置和姿態(tài)運動第29頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

(一)實現(xiàn)多種運動形式的轉(zhuǎn)換和運動性質(zhì)的變換

1.轉(zhuǎn)動→轉(zhuǎn)動輸入轉(zhuǎn)動與輸出轉(zhuǎn)動運動參數(shù)相同火車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)Parallel-crankmechanism十字滑塊聯(lián)軸器雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)Doublerotatingblockmechanism第30頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四輸入轉(zhuǎn)動與輸出轉(zhuǎn)動運動參數(shù)不同車門啟閉機(jī)構(gòu)反平行四邊形機(jī)構(gòu)Antiparallel-crankmechanism慣性振動篩非平行四邊形機(jī)構(gòu)Nonparallel-crankmechanism第31頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四輸入轉(zhuǎn)動與輸出轉(zhuǎn)動運動參數(shù)不同小型刨床轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)Rotatingguide-barmechanism旋轉(zhuǎn)式葉片泵雙曲柄機(jī)構(gòu)第32頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四輸出轉(zhuǎn)動運動參數(shù)可變單萬向聯(lián)軸器Singleuniversaljoint雙萬向聯(lián)軸器Doubleuniversaljoint第33頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

2.轉(zhuǎn)動→往復(fù)運動轉(zhuǎn)動變換為往復(fù)移動對心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)In-lineslider-crankmechanism正弦機(jī)構(gòu)Sinemechanism第34頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動變換為往復(fù)擺動顎式破碎機(jī)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)第35頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四牛頭刨床擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)Rockingguide-barmechanism轉(zhuǎn)動變換為往復(fù)擺動第36頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

3.往復(fù)運動→轉(zhuǎn)動縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)

往復(fù)擺動變換為轉(zhuǎn)動

往復(fù)移動變換為轉(zhuǎn)動內(nèi)燃機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)第37頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)4.

擺動→擺動第38頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

(二)實現(xiàn)運動規(guī)律的變換與運動函數(shù)的再現(xiàn)機(jī)構(gòu)中任意兩構(gòu)件的位置、速度和加速度存在著一一對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。

正弦機(jī)構(gòu)Sinemechanism

函數(shù)發(fā)生機(jī)構(gòu)(Functiongenerator)—能夠?qū)崿F(xiàn)某種傳動函數(shù)的機(jī)構(gòu)。

通過兩連架桿的角位置與位移量的關(guān)系再現(xiàn)正弦函數(shù)ls=lsins第39頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四近似再現(xiàn)函數(shù)ylgx的平面四桿機(jī)構(gòu)yx通過兩連架桿的角位移關(guān)系再現(xiàn)給定函數(shù)第40頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

用數(shù)學(xué)表達(dá)式描述機(jī)構(gòu)的傳動函數(shù)比較復(fù)雜，常用直角坐標(biāo)曲線來對機(jī)構(gòu)的性能進(jìn)行分析和比較。

以橫坐標(biāo)表示主動構(gòu)件的角位移，縱坐標(biāo)表示從動件的(角)位移、(角)速度和(角)加速度。位移線圖(Displacementdiagram)

速度線圖(Velocitydiagram)

加速度線圖(Accelerationdiagram)統(tǒng)稱為運動線圖(Motiondiagram)。第41頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四對心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)lAB0.2mlBC0.6m20radsACB機(jī)構(gòu)運動線圖00.80.60.40.260o180o240o360o120o300os(m)4080-40060o180o240o360o120o300oa(ms2)-120-80064260o180o240o360o300ov(ms)-2-6-4120o第42頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

(三)實現(xiàn)軌跡運動攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)攝影機(jī)抓片機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)第43頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四鶴式起重機(jī)雙搖桿機(jī)構(gòu)契貝謝夫四足步行機(jī)構(gòu)多桿機(jī)構(gòu)Multi-barlinkage第44頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

(四)導(dǎo)引剛體實現(xiàn)一定的位置姿態(tài)要求攝影平臺升降機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)第45頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

(五)平面連桿機(jī)構(gòu)的其它應(yīng)用翻斗車翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)Rocking-blockmechanism車門啟閉機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)第46頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)滑塊內(nèi)置偏心輪機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)第47頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

二、平面連桿機(jī)構(gòu)的運動分析

對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動分析的目的●校核所設(shè)計的機(jī)構(gòu)是否達(dá)到預(yù)期的運動要求●為機(jī)械運動性能和動力學(xué)性能研究提供必要的參數(shù)●為正確選用機(jī)構(gòu)提供依據(jù)等

運動分析要解決的問題●掌握必要的運動分析的方法及其相關(guān)理論●確定機(jī)構(gòu)上任意點的軌跡(Path)、位置(Position)、位移(Displacement)、速度(Velocity)、加速度(Acceleration)●計算機(jī)構(gòu)中任意構(gòu)件的角位置(Angularposition)、角位移(Angulardisplacement)、角速度(Angularvelocity)、角加速度(Angularacceleration)

第48頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

位移分析●考察某構(gòu)件或構(gòu)件上某點能否實現(xiàn)預(yù)期的位置和軌跡要求●確定某些構(gòu)件在運動時所需的空間●判斷各構(gòu)件之間是否發(fā)生運動干涉●確定機(jī)器的外殼尺寸速度分析●確定機(jī)構(gòu)中從動件速度的變化能否滿足工作要求●進(jìn)行加速度分析及確定機(jī)器動能的前提加速度分析●進(jìn)行構(gòu)件慣性力計算的前提●對機(jī)械的強(qiáng)度、振動和動力性能進(jìn)行計算提供依據(jù)第49頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

機(jī)構(gòu)運動分析的方法●實驗法(Experimentalmethod)

●圖解法(Graphicalmethod)

●解析法(Analyticalmethod)第50頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四圖解法的適用場合●為運動分析解析法建立分析模型和進(jìn)行校核。

●確定或驗證機(jī)構(gòu)運動的某些特殊參數(shù)。例如確定從動件的運動極限位置、構(gòu)件的行程或角位移范圍、機(jī)構(gòu)急回運動參數(shù)、機(jī)構(gòu)死點位置、了解構(gòu)件在運動中的位置與姿態(tài)、機(jī)構(gòu)的瞬時傳動比及構(gòu)件的瞬心位置等等。

分析精度與作圖精度有關(guān)。作圖時應(yīng)確定恰當(dāng)?shù)淖鲌D比例尺l[l構(gòu)件的實際長度(m)/構(gòu)件作圖的實際長度(mm)]

按作圖比例尺，準(zhǔn)確地繪制有足夠精度的清晰的機(jī)構(gòu)運動簡圖

。

第51頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四BCAD

例2

已知鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD，AB10mm，AB為原動件BC40mm，CD30mm，AD35mm，AD為機(jī)架，判斷該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型？用圖解法求作從動件CD的最大角位移。

解

1)ABBC50mmCDAD65mm，AB桿上的轉(zhuǎn)動副A、B是整轉(zhuǎn)副，CD桿上的轉(zhuǎn)動副C、D是擺轉(zhuǎn)副。該機(jī)構(gòu)是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，AB是曲柄，CD是搖桿。

(一)平面連桿機(jī)構(gòu)的位移分析第52頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四C1B1CC2B2BCC2B2

2)選擇適當(dāng)?shù)拈L度比例尺l，在圖紙上的適當(dāng)位置水平畫出機(jī)架AD(35l)mm，以D為圓心，搖桿CD(30l)mm為半徑畫圓。

3)以連桿與曲柄長度之和(BCAB)l

(50l)mm和連桿與曲柄長度之差(BCAB)l(30l)為半徑，以A為圓心畫圓弧，與以搖桿長CD畫的圓交于C1、C1

和C2、C2。

得到四桿長度相同，但裝配形式不同的兩個曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD和ABC'D。

C1B1AD

極位夾角

搖桿擺角第53頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

例3已知擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿的擺角60，機(jī)架AD300mm，求作該機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運動簡圖，并計算其行程速度變化系數(shù)K之值。

解

1)在圖紙上選擇合適的位置作導(dǎo)桿擺角∠CDC=，得導(dǎo)桿擺動中心鉸鏈位置D。DCC

2)過D作CDC的角平分線Da，選擇適當(dāng)?shù)膌，在角平分線上作DA(dl)mm，得曲柄AB的轉(zhuǎn)動中心鉸鏈位置A和曲柄長度ABAB?l150mm。導(dǎo)桿長度應(yīng)大于300150450mm。作出機(jī)構(gòu)運動簡圖。aBBA

3)極位夾角

60，行程速度變化系數(shù)

K=2。第54頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四B2C2

例4已知偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏距為e，曲柄與連桿長度分別為AB、BC，求作該機(jī)構(gòu)的極位夾角和滑塊行程H。

解

1)在圖紙上合適的位置確定曲柄轉(zhuǎn)動中心的位置A，選擇適當(dāng)?shù)拈L度比例尺l作與A的距離為el的導(dǎo)軌直線dd。

HθeAdd

2)以A為圓心，以(BCAB)l和(BCAB)l為半徑畫圓弧，與直線dd分別交于C1點和C2點。作出機(jī)構(gòu)運動簡圖。

C1AC2

H=C1C2·

lC1B1第55頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

(二)平面連桿機(jī)構(gòu)的速度分析和加速度分析

方法速度瞬心法、相對運動圖解法、桿組法

1.平面連桿機(jī)構(gòu)速度分析的瞬心法

瞬心(Instantcenter)法是對機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度分析的一種圖解法。應(yīng)用瞬心法分析簡單平面機(jī)構(gòu)的速度，非常簡便清晰。⑴速度瞬心

速度瞬心的概念瞬心位置的確定第56頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四123465P24P13P15P25P26P35

例5求圖示六桿機(jī)構(gòu)的速度瞬心。⑵直接觀察求瞬心⑶三心定理求瞬心P46P36123456P14P23P12P16P56P45

解瞬心數(shù)N6(65)215⑴作瞬心多邊形圓P34第57頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

例6

圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，原動件1以1沿順時針方向轉(zhuǎn)動，求機(jī)構(gòu)在圖示位置時構(gòu)件3的角速度3的大小和方向。P24P13VP13P14P12P23P34

解瞬心數(shù)N4(43)26⑴直接觀察求出4個瞬心

⑵用三心定理確定其余2個瞬心

P12、P23、P13P14、P34、P13P13

P12、P14、P24P23、P34、P24P24

⑶瞬心P13的速度

VP13l(P13P14)1l(P13P34)331(P13P14)(P13P34)機(jī)構(gòu)瞬時傳動比123413第58頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四1123

例7已知凸輪轉(zhuǎn)速1，求從動件速度V2。

解瞬心數(shù)N3(3-2)23⑴直接觀察求出P13、P23

⑵根據(jù)三心定理和公法線nn求瞬心P12的位置

⑶瞬心P12的速度

V2VP12l(P13P12)1長度P13P12直接從圖上量取。P23V2P12P13nn第59頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

用瞬心法解題步驟●繪制機(jī)構(gòu)運動簡圖●確定瞬心位置●求構(gòu)件絕對速度V或角速度瞬心法的優(yōu)缺點●適合于求簡單機(jī)構(gòu)的速度，機(jī)構(gòu)復(fù)雜時因瞬心數(shù)急劇增加而使求解過程復(fù)雜●有時瞬心點落在紙面外，造成求解困難●不能用于機(jī)構(gòu)加速度分析第60頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四2.平面連桿機(jī)構(gòu)速度分析和加速度分析的相對運動圖解法理論基礎(chǔ)

點的絕對運動是牽連運動與相對運動的合成步驟●選擇適當(dāng)?shù)淖鲌D比例尺,繪制機(jī)構(gòu)位置圖●列出機(jī)構(gòu)中運動參數(shù)待求點與運動參數(shù)已知點之間的運動分析矢量方程式(Vectorequation)●根據(jù)矢量方程式作矢量多邊形(Vectorpolygon)●從封閉的矢量多邊形中求出待求運動參數(shù)的大小或方向第61頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

⑴矢量方程圖解法

矢量方程

每一個矢量具有大小和方向兩個參數(shù)，根據(jù)已知條件的不同，上述方程有以下四種情況大小?√

√√方向?√√√大小√

??√方向√

√√√第62頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四大小√

√

√√方向√

√??大小√

?√√方向√

√?√第63頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四vA⑵同一構(gòu)件上兩點之間的運動關(guān)系

①速度關(guān)系

大小方向√√√?vB?BA

選速度比例尺v(msmm)，在任意點p作圖，使vA

v

paabp

由圖解法得到B點的絕對速度vBvpb，方向p→bB點相對于A點的速度vBAvab，方向a→bBAC大小?√?方向?√

CA方程不可解牽連運動相對運動第64頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

聯(lián)立方程abp

由圖解法得到C點的絕對速度vCvpc，方向p→cC點相對于A點的速度vCAvac，方向a→cBAC大小?√?方向?√

CB大小?√?

√?方向?√

CA

√CBC點相對于B點的速度vCBvbc，方向b→c方程不可解方程可解c第65頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

同理因此

abAB=bcBC=caCA于是abc∽ABCBAC角速度=vBALBA=v

ablAB，順時針方向

cabp=v

calCA=v

cblCB速度多邊形速度極點(速度零點)第66頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四●聯(lián)接p點和任一點的向量代表該點在機(jī)構(gòu)圖中同名點的絕對速度，指向為p→該點。●聯(lián)接任意兩點的向量代表該兩點在機(jī)構(gòu)圖中同名點的相對速度，指向與速度的下標(biāo)相反。如bc代表vCB而不是vBC。常用相對速度來求構(gòu)件的角速度。速度多邊形(Velocitypolygon)的性質(zhì)cabp●

abc∽ABC，稱abc為ABC的速度影像(Velocityimage)，兩者相似且字母順序一致，前者沿方向轉(zhuǎn)過90o。●速度極點p代表機(jī)構(gòu)中所有速度為零的點的影像。BAC第67頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四cabpBAC

舉例求BC中間點E的速度

速度影像的用途對于同一構(gòu)件，由兩點的速度可求任意點的速度。E

bc上中間點e為E點的影像

聯(lián)接pe，就代表E點的絕對速度vE。e第68頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四BAC

②加速度關(guān)系設(shè)已知角速度，A點加速度aA和B點加速度aB的方向。

A、B兩點間加速度關(guān)系式大小方向aB

選加速度比例尺a

(ms2mm)，在任意點p作圖，使aAapa，anBA=aab2LAB√√

aBa

pb，

方向p→b

?√aAB→A?BAbba

paBAa

ab，

方向a→b

atBAabb，方向b→b

由圖解法得到第69頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四BAC大小方向??√√ω2LCA

C→A

?

CA大小方向??√√2LCBC→B?CB聯(lián)立方程大小?√√

?√√?方向?√

√

√√√√由圖解法得到ccaC

a

pc，方向p→catCA

a

cc，方向c→catCB

a

cc，方向c→c方程不可解方程不可解方程可解cbba

p第70頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四cccbba

pBAC角加速度

atBALBA=abblAB，逆時針方向因此abLAB

bcLCBacLCA于是abc∽ABC加速度極點(加速度零點)α加速度多邊形第71頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

加速度多邊形(Accelerationpolygon)的性質(zhì)●聯(lián)接p點和任一點的向量代表該點在機(jī)構(gòu)圖中同名點的絕對加速度，指向為p→該點。●聯(lián)接任意兩點的向量代表該兩點在機(jī)構(gòu)圖中同名點的相對加速度，指向與加速度的下標(biāo)相反。如ab代表aBA而不是aAB。常用相對切向加速度來求構(gòu)件的角加速度?！馻bc∽ABC，稱abc為ABC的加速度(Accelerationimage)影像，兩者相似且字母順序一致?！窦铀俣葮O點p代表機(jī)構(gòu)中所有加速度為零的點的影像。BACcccbba

p第72頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四cccbba

pBAC

加速度影像的用途對于同一構(gòu)件，由兩點的加速度可求任意點的加速度。

舉例求BC中間點E的加速度

bc上中間點e為E點的影像

聯(lián)接pe，就代表E點的絕對加速度aE。Ee第73頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

⑶兩構(gòu)件上重合點之間的運動關(guān)系

轉(zhuǎn)動副

移動副BCAD12重合點B132AC重合點第74頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四①速度關(guān)系B132ACpb2大小方向

?CB21LABAB

?BCb3B3點的絕對速度vB3vpb3，方向p→b3由圖解法得到B3點相對于B2點的速度vB3B2v

pb3，方向b2→

b3

3v

pb3LBC，順時針方向31牽連運動相對運動第75頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四①加速度關(guān)系a大小方向??23LBC

B→C

?

CB21LAB

B→A

?

BC2vB3B23

√akB3B2的方向為vB3B2沿3轉(zhuǎn)過90°b2kb3b3p由圖解法得到aB3a

pb3，arB3B2akb3，B→C3atB3LBC

ab3b3LBC，順時針方向結(jié)論當(dāng)兩構(gòu)件用移動副聯(lián)接時，重合點的加速度不相等。3B132ACpb2b3331ak

B3B2第76頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四哥氏加速度的存在及其方向的判斷B123

用移動副聯(lián)接的兩構(gòu)件若具有公共角速度，并有相對移動時，此兩構(gòu)件上瞬時重合點的絕對加速度之間的關(guān)系式中有哥氏加速度ak。

判斷下列幾種情況取B點為重合點時有無哥氏加速度ak。1B23BB123牽連運動為平動，無ak

B123牽連運動為平動，無ak

牽連運動為轉(zhuǎn)動，有ak

牽連運動為轉(zhuǎn)動，有ak

第77頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四B123B123牽連運動為轉(zhuǎn)動，有ak

B123B123

牽連運動為轉(zhuǎn)動，有ak

牽連運動為轉(zhuǎn)動，有ak

牽連運動為轉(zhuǎn)動，有ak

平面連桿機(jī)構(gòu)運動分析的相對運動圖解法舉例1第78頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四＝

用相對運動圖解法進(jìn)行機(jī)構(gòu)運動分析的一些關(guān)鍵問題●以作平面運動的構(gòu)件為突破口，基點和重合點都應(yīng)選取該構(gòu)件上的鉸鏈點。使無法求解。ABCDGHEF例如大小：?

?

?

方向：?

?

√

?

√?√√√

如選取鉸鏈點作為基點時，所列方程仍不能求解，則此時應(yīng)聯(lián)立方程求解。方程不可解方程可解大小?

√

?

方向?

√

√√?

?

√√?

方程可解第79頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四●重合點應(yīng)選已知參數(shù)較多的點(一般為鉸鏈點)

。選C點為重合點大小?方向?

?

√

?

√方程不可解大小?方向√√

√

?

√方程可解選B點為重合點，并將構(gòu)件4擴(kuò)大至包含B點ABCD1234tt第80頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四tt取C為重合點大小?

?

?方向?

√

√方程不可解大小?

√

?方向?

√√取構(gòu)件3為研究對象方程不可解將構(gòu)件4擴(kuò)大至包含B點，取B點為重合點方程可解大小?

方向√√

√

?

√ABCD4321平面連桿機(jī)構(gòu)運動分析的相對運動圖解法舉例2第81頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

3.平面連桿機(jī)構(gòu)速度分析和加速度分析的解析法圖解法的缺點●分析精度較低●加速度分析困難、效率低，不適用于一個運動周期的分析●不便于把機(jī)構(gòu)分析與機(jī)構(gòu)綜合問題聯(lián)系起來

隨著對機(jī)構(gòu)設(shè)計要求的不斷提高以及計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，解析法得到愈來愈廣泛的應(yīng)用，成為機(jī)構(gòu)運動分析的主要方法。第82頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

解析法思路●由機(jī)構(gòu)的幾何條件，建立機(jī)構(gòu)的位置方程(Positionequation)

●將機(jī)構(gòu)的位置方程對時間求一階導(dǎo)數(shù)，得到機(jī)構(gòu)的速度方程(Velocityequation)；對時間求二階導(dǎo)數(shù)得到機(jī)構(gòu)的加速度方程(Accelerationequation)●求解方程，得到所需要的分析結(jié)果

方法向量投影法、復(fù)數(shù)法、矩陣法、基本桿組法等。第83頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四機(jī)構(gòu)運動分析的基本桿組法原理將基本桿組的運動分析模型編成通用的子程序，根據(jù)機(jī)構(gòu)的組成情況依次調(diào)用桿組分析子程序，完成整個機(jī)構(gòu)的運動分析。

特點運動學(xué)模型具有通用性的，適用于任意復(fù)雜的平面連桿機(jī)構(gòu)。

第84頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

類型簡圖矢量三角形中的已知量RRR組r1r2dPPR組PRP組RPR組RRP組r1r2dr1r2dr1r2d√√√?

√

?√√??

√

√√√?√

√

??√?√

√√?√√√

√

?r1r2d第85頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

建立機(jī)構(gòu)運動分析方程主要采用矢量投影，即用矢量表示剛體，用封閉矢量表示桿組，通過向坐標(biāo)軸投影得到運動分析方程表達(dá)式。符號及約定

角運動參數(shù)規(guī)定逆時針方向為正值。點Pi速度加速度角速度剛體Si角加速度位置角位置第86頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四⑴平面運動剛體的運動分析方程

待求參數(shù)(P2、P3點的運動參數(shù))步驟：1)建立P2及P3點的位置坐標(biāo)平面運動剛體運動分析OyP1P2P3srxP2、P3點的位置方程已知參數(shù)(P1點的運動參數(shù)、剛體幾何參數(shù)和運動參數(shù))第87頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四2)將位置方程對時間連續(xù)求導(dǎo)

利用上述方程，可求出曲柄上任意兩點P2、P3的運動參數(shù)。P2、P3點的速度方程P2、P3點的加速度方程平面運動剛體運動分析OyP1P2P3srx第88頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

待求參數(shù)(內(nèi)接運動副P3的運動參數(shù)，兩構(gòu)件角運動參數(shù))步驟：

1)求1

將桿組用封閉矢量三角形表示，求出

P1到P2的距離d⑵

RRR組運動分析方程已知參數(shù)(外接運動副P1、P2的運動參數(shù)，兩構(gòu)件幾何參數(shù))yOxP1r2P3P2dr12RRR組運動分析1P3第89頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四同一長度的r1、r2有兩種裝配模式

在計算機(jī)程序中，用給定裝配模式系數(shù)M的方法來確定上式中的正負(fù)號。

P1P3P2dr1M1dP1P2P3M1

構(gòu)件1的角位置方程yOxP1r2P3P2dr12RRR組運動分析1P3第90頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四或者

2)求(x3,y3)和2

P3點的位置方程

3)求

由P3點的位置方程和構(gòu)件1、2的角位置方程對時間求導(dǎo)，代入已知條件可解出各運動參數(shù)。構(gòu)件2的角位置方程yOxP1r2P3P2dr12RRR組運動分析1P3第91頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四⑶

RRP組的矢量表示及裝配模式的確定P1r1P2P3dr2M1P290oP1P3P2點在以r1為半徑的圓內(nèi)矢量三角形圖ydOxP2r2P3P11r1P2M190oP1P3P2點在以r1為半徑的圓外P1r1P2P3dr2r1P3r2第92頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四⑷

RPR組的矢量表示及裝配模式的確定矢量三角形圖yOxedr21P2P3P1r3edr2P2P1P3M1P1edr2P2P3M1第93頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四例8圖示六桿機(jī)構(gòu)，已知：LAB=80mmLBC=260mmLCD=300mmLDE=400mmLEF=460mm1=40rad/s，逆時針轉(zhuǎn)動

求該機(jī)構(gòu)在一個運動循環(huán)中

180mmC311A6BED190mm242F543

sF、vF

、aF、2、3、

4、2

、3、4第94頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四180mmC311A6BED190mm242F543解⑴建立坐標(biāo)系⑵拆分桿組，確定計算步驟原動件曲柄1、機(jī)架6，驅(qū)動桿組構(gòu)件2、3，RRR組構(gòu)件4、5，RRP組⑶確定裝配模式⑷畫出計算流程圖，編制計算程序。Oyx第95頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四開始輸入已知數(shù)據(jù)調(diào)用曲柄運動分析子程序計算B點的位置、速度和加速度11oM1調(diào)用RRR組運動分析子程序計算構(gòu)件2、3的角速度和角加速度調(diào)用剛體運動分析子程序計算E點的位置、速度和加速度M1調(diào)用RRP組運動分析子程序計算構(gòu)件4的角速度和角加速度及滑塊5的位置、速度、加速度1

360o輸出計算結(jié)果并打印數(shù)據(jù)表及運動線圖結(jié)束YN1

11o第96頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四100.860o120o360o300o180o240o0.40.41.20.8sFvFaFs(m)v(10ms)a(1000ms2)第97頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

三、平面四桿機(jī)構(gòu)的合理選用⑴平行四邊形機(jī)構(gòu)、雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)均能實現(xiàn)主從動件運動參數(shù)不變的運動傳遞。

連桿質(zhì)心的慣性力容易實現(xiàn)完全平衡，適合于轉(zhuǎn)速較高的場合.

十字滑塊其質(zhì)心產(chǎn)生的慣性力大，不能被完全平衡，對機(jī)構(gòu)運動的平穩(wěn)性影響較大，不適用于高速。

第98頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

⑵在曲柄長度和曲柄角速度相同的條件下，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的速度最大值和加速度最大值均比正弦機(jī)構(gòu)大。第99頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

⑶偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)均能實現(xiàn)從動構(gòu)件的急回運動，但從保證機(jī)構(gòu)具有良好的運動性能方面考慮，偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的行程速度變化系數(shù)K不能太大，通常不超過1.3。擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的K值可以達(dá)到2.0左右。

導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)是能使往復(fù)運動從動構(gòu)件實現(xiàn)較大K值的急回運動，且運動性能和動力性能都比較好的四桿機(jī)構(gòu)。第100頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四⑷平行四邊形機(jī)構(gòu)的連桿可作剛體平移導(dǎo)引，其它平面四桿機(jī)構(gòu)的連桿能實現(xiàn)復(fù)雜平面軌跡運動和剛體的導(dǎo)引，但曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的連桿曲線變化最豐富、最復(fù)雜，并且有比較系統(tǒng)、詳細(xì)的手冊可以查閱，故最富有應(yīng)用價值。第101頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

⑸雙滑塊機(jī)構(gòu)還可以實現(xiàn)兩個不同方向移動的運動變換。第102頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的力分析

力分析的必要性●作用在機(jī)械上的力是影響機(jī)械運動和動力性能的主要因素●作用在機(jī)械上的力是決定構(gòu)件尺寸和結(jié)構(gòu)形狀的重要依據(jù)

一、機(jī)械中的摩擦及傳動效率

(一)作用在機(jī)構(gòu)上的力

原動力、生產(chǎn)阻力、重力、摩擦力、介質(zhì)阻力、慣性力、運動副反力等第103頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

按力對運動的影響分類驅(qū)動力(Drivingforce)—驅(qū)使機(jī)械運動，力作用線與構(gòu)件運動速度方向夾角為銳角。與構(gòu)件角速度方向一致的力矩稱為驅(qū)動力矩(Drivingmoment)。阻力(Resistance)—阻礙機(jī)械運動，力作用線與構(gòu)件運動速度方向夾角為鈍角。與構(gòu)件角速度方向相反的力矩稱為阻力矩(Resistancemoment)。

阻力類型

有效(工作)阻力(Effectiveresistance)—機(jī)械在運轉(zhuǎn)過程中為完成有益工作而必須克服的生產(chǎn)阻力。有害阻力(Detrimentalresistance)—機(jī)械在運轉(zhuǎn)過程中所受到的非生產(chǎn)性無用阻力。第104頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

作用在運動副中的力約束反力(Constrainedforce)—作用在運動副元素上的力。對機(jī)構(gòu)而言，約束反力是內(nèi)力(Internalforce)；對構(gòu)件而言，約束反力是外力(Externalforce)。附加動壓力(Additionalkineticpressure)—僅由慣性力(矩)引起的約束反力。約束反力類型法向力(Normalcomponentforce)—垂直于運動副元素表面的不作功的約束反力。切向力(Tangentialcomponentforce)—切于運動副元素表面的摩擦力?？偡戳?Totalreactionforce)—計入摩擦力的約束反力。第105頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

力分析的任務(wù)和目的●確定運動副中的反力，為進(jìn)一步研究構(gòu)件強(qiáng)度、運動副中的摩擦、磨損、機(jī)械效率、機(jī)械動力性能等作準(zhǔn)備?！翊_定在已知外力作用下，為了使機(jī)械按給定的運動規(guī)律運動所必需添加的未知外力(機(jī)械的平衡力),以便在已知生產(chǎn)負(fù)荷的情況下確定原動機(jī)的最小功率；或由原動機(jī)的功率來確定機(jī)械所能克服的最大生產(chǎn)阻力。

第106頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

(二)低副中的摩擦⑴移動副中的摩擦力和總反力移動副中摩擦力的確定

⑵轉(zhuǎn)動副中的摩擦力與總反力軸頸的摩擦軸端的摩擦第107頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

⑶螺旋副中的摩擦

螺紋用途傳遞動力或聯(lián)接

牙型矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋15o30o3o30o旋向右旋左旋第108頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四可以將螺旋副的摩擦分析簡化為斜面摩擦來分析

d2Gd3d1d2vvlGF

螺紋的擰緊—螺母在F和G的聯(lián)合作用下，逆著G等速向上運動。

螺紋的擰松—螺母在F和G的聯(lián)合作用下，順著G等速向下運動。

擰緊力矩M擰松力矩第109頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

(三)高副中的摩擦平面高副摩擦力的確定

(四)機(jī)械傳動效率和自鎖

機(jī)械效率(Mechanicalefficiency)—克服工作阻力所作的有益功與輸入功的比值。

概念運動周期(Motionperiod)

運動循環(huán)(Motioncircle)質(zhì)量不變的機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時期Ad=Ar+Af

第110頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

機(jī)械效率公式的其它表達(dá)形式vGGFvF輸入端輸出端用功率比值表示機(jī)械

1.

機(jī)械效率的表達(dá)形式

由機(jī)械效率定義導(dǎo)出的表達(dá)形式第111頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四理想機(jī)械vGGF0vF

用力(力矩)的比值表示

理想機(jī)械，工作阻力G一定時實際機(jī)械第112頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

理想機(jī)械，驅(qū)動力F一定時實際機(jī)械理想驅(qū)動力實際驅(qū)動力理想驅(qū)動力矩實際驅(qū)動力矩實際工作阻力理想工作阻力實際工作阻力矩理想工作阻力矩理想機(jī)械vGG0FvF第113頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四2.機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械效率⑴串聯(lián)⑵并聯(lián)N1N2NkN1N2Nk12k…NrNdN1N212kNdNk…k12Nk1第114頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四⑶混聯(lián)先分別計算，合成后按串聯(lián)或并聯(lián)計算N1N2N2

N2N3Nr123344NdNrN3NrNdN112NrN2NrNrNrNdN112串聯(lián)計算并聯(lián)計算串聯(lián)計算第115頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

3.

機(jī)械的自鎖(Self-locking)機(jī)械自鎖現(xiàn)象和條件

機(jī)械是否發(fā)生自鎖，與其驅(qū)動力的作用線的位置及方向有關(guān)。機(jī)械出現(xiàn)自鎖時，驅(qū)動力所作的功總小于或等于它所產(chǎn)生的摩擦阻力所作的功。即0注意此時的已沒有通常效率的意義。

第116頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

自鎖的工程意義設(shè)計新機(jī)械時，應(yīng)避免在運動方向出現(xiàn)自鎖，而有些機(jī)械要利用自鎖進(jìn)行工作。第117頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

機(jī)械的正行程和反行程正行程(Drive，Running)—當(dāng)驅(qū)動力作用在原動件上，而運動從原動件到從動件傳遞時的行程。反行程(Reversedrive，Reverserunning)—當(dāng)正行程的生產(chǎn)阻力作為驅(qū)動力作用在原來的從動件上，而運動向相反方向(即從正行程的從動件到原動件)傳遞時的行程。機(jī)械正行程和反行程的機(jī)械效率一般并不相等。

第118頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

設(shè)計要求正行程，機(jī)械效率大于零。反行程，根據(jù)使用場合既可使其機(jī)械效率大于零，也可使其機(jī)械效率小于零。

自鎖機(jī)械—反行程能自鎖的機(jī)械。根據(jù)機(jī)械自鎖條件可以對自鎖機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。斜面壓榨機(jī)的自鎖分析第119頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四1DA3Oe

例9已知偏心夾具的幾何尺寸，偏心軸頸的摩擦圓半徑為，摩擦角為，分析該夾具反行程的自鎖條件。

自鎖條件

ss1

在直角ABC中s

OEs1AC

(Dsin)2

在直角OEA中esin()

反行程自鎖條件稱為楔緊角。2BDA123OFFR23Bss1

解若總反力FR23與摩擦圓相割，則夾具發(fā)生自鎖。CACBEeEOesin()(Dsin)2第120頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

簡單機(jī)械傳動效率計算步驟⑴確定總反力的實際作用方向；⑵建立力分析方程，確定驅(qū)動力及其它力；⑶由0求理想機(jī)械驅(qū)動力P0，確定正行程效率；

⑷用代替，確定反行程時力的關(guān)系式；⑸由0求理想機(jī)械生產(chǎn)阻力P0，確定反行程效率；⑹自鎖條件由驅(qū)動力位于摩擦角內(nèi)(移動副)或位于摩擦圓內(nèi)(轉(zhuǎn)動副)確定。第121頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四二、平面連桿機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)分析平面連桿機(jī)構(gòu)力分析的目的●

確定運動副中的反力

●確定機(jī)械上的平衡力或平衡力矩

內(nèi)容

靜力分析慣性力可忽略不計，適用于低速機(jī)械。動態(tài)靜力分析慣性力不能忽略，適用于高速、重型機(jī)械。

方法圖解法解析法

第122頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

(一)構(gòu)件組的靜定條件

可以用動力學(xué)方法或動態(tài)靜力分析方法確定機(jī)構(gòu)中構(gòu)件組全部運動副約束反力的結(jié)構(gòu)條件，稱為構(gòu)件組的靜定條件(Staticallydeterminatecondition)。滿足靜定條件的構(gòu)件中的所有未知力可通過求解聯(lián)立方程或圖解方法求得。構(gòu)件組的靜定條件

第123頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

例10

已知機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的尺寸、各轉(zhuǎn)動副的半徑r和當(dāng)量摩擦系數(shù)fv、作用在構(gòu)件3上的工作阻力G及其作用位置，求作用在曲柄1上的驅(qū)動力矩Md(不計各構(gòu)件的重力和慣性力)。MdBAGABCD1234Md142123GFR21FR41FR23FR43143434FR12FR32

解⑴根據(jù)已知條件作摩擦圓⑵作二力桿反力的作用線

⑶分析其它構(gòu)件的受力狀況第124頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四FR23clGbaMdBAGABCD1234Md142123GFR21FR41FR23FR43143434FR12FR32FR43

解⑴根據(jù)已知條件作摩擦圓⑵作二力桿反力的作用線

⑶分析其它構(gòu)件的受力狀況

⑷列力平衡向量方程大小?

?√方向√√√選比例尺F(Nmm)作圖FR23

FbcMd=FbclFR21

FR23第125頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四213ABC4

例11

已知機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的尺寸、各轉(zhuǎn)動副的半徑r和當(dāng)量摩擦系數(shù)fv、作用在構(gòu)件3上的工作阻力Fr，求作用在曲柄1上的平衡力Fb

的大小(不計各構(gòu)件的重力和慣性力)。

解⑴根據(jù)已知條件作摩擦圓⑵作二力桿反力的作用線14Fr2123Fbv3490oFR23FR21FR41FR43FR12FR32⑶分析其它構(gòu)件的受力狀況第126頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四

解⑴根據(jù)已知條件作摩擦圓⑵作二力桿反力的作用線⑶分析其它構(gòu)件的受力狀況dFbcFR23FR21FR41FR43Frba

⑷列出力平衡向量方程大小?

?√方向√√√選比例尺F(Nmm)作圖大小?√?方向√√√Fb=F

da213ABC414Fr2123Fbv3490oFR23FR21FR41FR43FR12FR32第127頁，共162頁，2023年，2月20日，星期四機(jī)構(gòu)力分析圖解法解題步驟小結(jié)

⑴準(zhǔn)確畫出機(jī)構(gòu)運動簡圖及各基本桿組圖；⑵從二力構(gòu)件入手，判斷其受力狀況；⑶判斷構(gòu)件之間的相對速度、相對角速度；⑷根據(jù)考慮摩擦?xí)r運動副總反力的判定準(zhǔn)則，確定構(gòu)件之間的作用力方向；利用三力平衡條件或力偶平衡條件，確定相關(guān)構(gòu)件的受力方向；⑸選擇合適的力比例尺F(Nmm)，列出力平衡向量方程，并根據(jù)該方