《機械原理 第5版》 課件全套 劉會英 01-緒論、02-機構(gòu)組成-總10-機械系統(tǒng)方案設(shè)計、11總復(fù)習(xí)

第一章緒論機械原理本章內(nèi)容提要第一節(jié)機械原理課程學(xué)習(xí)概述第二節(jié)機械的基本概念《機械原理》是什么？為什么學(xué)習(xí)《機械原理》？如何學(xué)習(xí)《機械原理》？WWHhat?hy?ow?第一節(jié)機械原理課程學(xué)習(xí)概述What?《機械原理》是什么？機械原理是一門研究機械的運動學(xué)和動力學(xué)分析與設(shè)計的基本理論問題的課程。

（——定義）研究對象：機械（機器和機構(gòu)）包含What?《機械原理》是什么？研究內(nèi)容

本課程專門研究各種機器和機構(gòu)的共性的基本理論問題，其主要內(nèi)容有：(1)各種機構(gòu)的分析問題：主要研究機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、機構(gòu)的運動分析和機構(gòu)的受力分析等。(2)常用的各種機構(gòu)的設(shè)計問題。(3)機器動力學(xué)問題。(4)機構(gòu)創(chuàng)新與機械系統(tǒng)方案設(shè)計問題。機械原理教學(xué)內(nèi)容體系機構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析力分析運動分析機構(gòu)設(shè)計連桿機構(gòu)輪系齒輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)其他常用機構(gòu)機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計機械設(shè)計機械系統(tǒng)動力學(xué)設(shè)計機械系統(tǒng)方案設(shè)計

研究內(nèi)容從機械設(shè)計的一般過程看學(xué)習(xí)機械原理的重要性。Why?為什么要學(xué)習(xí)《機械原理》？初期規(guī)劃設(shè)計階段選題調(diào)研預(yù)測可行性論證確定設(shè)計任務(wù)選擇設(shè)計對象，提出設(shè)計題目市場調(diào)查：預(yù)測銷售量及市場占有率技術(shù)調(diào)查：預(yù)測技術(shù)可行性及產(chǎn)品成本同行調(diào)查：預(yù)測領(lǐng)先的可能性論證產(chǎn)品開發(fā)的必要性和產(chǎn)品設(shè)計、制造、銷售上各項措施實施的可能性明確設(shè)計目標(biāo)及需達到的功能和性能指標(biāo)調(diào)研報告論證報告設(shè)計任務(wù)書總體方案設(shè)計階段目標(biāo)分析根據(jù)設(shè)計任務(wù)，進行功能分析、工藝動作分解，明確各工藝動作的工作原理創(chuàng)新構(gòu)思構(gòu)思執(zhí)行機構(gòu)的運動方案并進行運動規(guī)律設(shè)計、機構(gòu)形式設(shè)計和協(xié)調(diào)設(shè)計方案擬定擬定總體方案，進行執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、原動機的選擇和基本參數(shù)設(shè)計方案評價對方案進行有關(guān)計算，做模擬試驗，進行功能、性能評價和技術(shù)、經(jīng)濟評價方案決策選最優(yōu)，確認總體設(shè)計方案，繪制系統(tǒng)運動簡圖，編寫總體方案設(shè)計計算說明書總體方案示意圖、機械系統(tǒng)運動簡圖、運動循環(huán)圖、方案設(shè)計計算說明書結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸設(shè)計圖紙繪制工藝設(shè)計工裝設(shè)計施工設(shè)計結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計階段生產(chǎn)施工設(shè)計階段從加工工藝、裝配工藝性等因素出發(fā)，設(shè)計零部件的結(jié)構(gòu)形式及連接方法選擇零件材料、熱處理方法和要求，確定零部件各部分的尺寸、公差、精度及制造安裝的技術(shù)條件繪制總裝配圖、各類系統(tǒng)圖、部件裝配圖和零件圖。編制設(shè)計計算說明書進行加工工藝、裝配工藝設(shè)計。制定工藝流程及零部件檢驗標(biāo)準進行加工、裝配時必要的工具、卡具、夾具和模具的設(shè)計，包括必要的專用加工設(shè)備及裝置的設(shè)計制定裝配調(diào)試、試運行及性能測試的步驟及各階段的技術(shù)指標(biāo)全套設(shè)計圖紙、設(shè)計計算說明書工藝流程卡、工裝設(shè)計圖、基礎(chǔ)安裝圖、使用說明書等Why?為什么要學(xué)習(xí)《機械原理》？從機械設(shè)計的一般過程看學(xué)習(xí)機械原理的重要性認識機械，了解機械本課程對機械的組成原理、工作原理、運動分析以及設(shè)計理論與方法都作了基本介紹，這對于在以后的專業(yè)課學(xué)習(xí)、實習(xí)以及在生活和工作中認識機械、了解機械和進一步創(chuàng)新機械都大有好處。例如：蒸汽機車的驅(qū)動機構(gòu)實質(zhì)上就是平行雙曲柄機構(gòu)與曲柄滑塊機構(gòu)的應(yīng)用。Why?為什么要學(xué)習(xí)《機械原理》？掌握方法，分析機構(gòu)

各種機械的形態(tài)和用途各不相同，但它們都有一個共同的特點：作機械運動。因而，運動幾何學(xué)中的相對運動不變原理、相互包絡(luò)原理等基本概念和方法，在各種機構(gòu)的分析和設(shè)計中都得到廣泛應(yīng)用。例如：Why?為什么要學(xué)習(xí)《機械原理》？曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)開闊思路，設(shè)計與創(chuàng)新機械本課程的目的是提供基本方法，開闊思路，便于學(xué)習(xí)者運用它。根據(jù)實際要求分析比較各種機構(gòu)的優(yōu)缺點，合理地選擇機構(gòu)，構(gòu)思并設(shè)計基本機構(gòu)和機械系統(tǒng)。例如，以下幾種機構(gòu)都可以實現(xiàn)直線運動，但是在什么情況下用哪種機構(gòu)更好一些，這要由設(shè)計者進行創(chuàng)造性運用。Why?為什么要學(xué)習(xí)《機械原理》？曲柄滑塊機構(gòu)凸輪機構(gòu)齒輪齒條機構(gòu)更新觀念，發(fā)展機械學(xué)科當(dāng)今機械學(xué)學(xué)科的發(fā)展與計算機技術(shù)的結(jié)合越來越緊密，在學(xué)習(xí)過程中，要充分利用機構(gòu)分析與計算機快速計算、存儲和比較的功能去解決較為復(fù)雜的機構(gòu)設(shè)計問題，要把對機械的研究與其他學(xué)科的技術(shù)（電、液、氣、計算機、控制等）充分地結(jié)合起來，去推動機械學(xué)科的發(fā)展。Why?為什么要學(xué)習(xí)《機械原理》？How?如何學(xué)習(xí)《機械原理》？常上網(wǎng)看看與同學(xué)侃侃(BBS)留心處處皆“機械”……多創(chuàng)新實踐動腦動眼動耳動嘴動腿動手多想多看多聽多問（講）多跑多做同老師談?wù)?BBS)保持好習(xí)慣——預(yù)習(xí)、聽課、討論、作業(yè)、博覽、廣聞、踐行、總結(jié)How?如何學(xué)習(xí)《機械原理》？常上網(wǎng)看看

課程簡介

基本要求

教學(xué)設(shè)計

教學(xué)進度

電子教案

CAI課件

網(wǎng)絡(luò)課程

學(xué)習(xí)指南

師資隊伍

教改成果

教材建設(shè)

課堂錄像

課程設(shè)計

課程實驗

課后作業(yè)知識拓展豐富的網(wǎng)絡(luò)資源從幾個名詞概念開始認識、學(xué)習(xí)機械:

機器

機構(gòu)

構(gòu)件

零件

機械第二節(jié)機械的基本概念2.機器

是一種可用來傳遞或變換能量、物料與信息的機構(gòu)或機構(gòu)的組合。它有三個特征。在日常生活和工程實踐中隨處都可見到各種各樣的機器。例如：1.機構(gòu)是用來傳遞與變換運動和動力的可動裝置。它有兩個特征。

它是機器的重要組成部分。例如：連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)等。例如：

機構(gòu)組成機器兩個特征1）它是人為的實體組合；2）各實體之間具有確定的相對運動；機器的特征3）它用來完成有用功、轉(zhuǎn)換能量或處理信息。從結(jié)構(gòu)與運動的角度分析，二者無異，統(tǒng)稱為機械。機構(gòu)機器3.機械

4.構(gòu)件

所謂構(gòu)件是指機器或機構(gòu)中獨立的運動單元。例如：

5.零件

所謂零件是指機器或機構(gòu)中獨立的制造單元。例如：零件組成構(gòu)件習(xí)題

1.辨一辨：辨析以下術(shù)語，并填空。

機器

機構(gòu)

構(gòu)件

零件

機械

2.談一談：談?wù)勀銓C械學(xué)科的認識。

3.想一想：說說機械原理課程的地位和作用。

4.練一練：試就某簡單日用機械（如搖頭風(fēng)扇）分析其組成與工作原理。（）個（）個（）個參考文獻[1]王知行,劉廷榮.機械原理[M].北京:高等教育出版社,2000.[2]孫桓,陳作模.機械原理[M].5版.北京:高等教育出版社,2000.[3]鄭文緯,吳克堅.機械原理[M].北京:高等教育出版社,1997.[4]曹惟慶.機構(gòu)組成原理[M].北京:高等教育出版社,1983.[5]張啟先.空間機構(gòu)的分析與綜合[M].北京:機械工業(yè)出版社,1984.[6]孫桓.機械原理課程參考教案[M].西安:西北工業(yè)大學(xué),1992.[7]申永勝.機械原理教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,1999.[8]申永勝.機械原理輔導(dǎo)與習(xí)題[M].北京:清華大學(xué)出版社,1999.進入下一章學(xué)習(xí)回本章首頁該下課了！第二章機構(gòu)的組成和結(jié)構(gòu)分析機械原理第一節(jié)機構(gòu)的組成第二節(jié)機構(gòu)運動簡圖及其繪制第三節(jié)機構(gòu)自由度的計算第四節(jié)平面機構(gòu)的組成原理與結(jié)構(gòu)分析第五節(jié)平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合本章內(nèi)容提要

研究機構(gòu)的組成及機構(gòu)具有確定運動的條件。研究機構(gòu)運動簡圖的繪制方法，即研究如何用簡單的圖形表示機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動狀態(tài)。

研究機構(gòu)的組成原理，并根據(jù)結(jié)構(gòu)特點對機構(gòu)進行分類，以便于對機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)分析。

研究機構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合方法，即研究在滿足預(yù)期運動及工作條件下，如何綜合出機構(gòu)可能的結(jié)構(gòu)形式。機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的目的第一節(jié)機構(gòu)的組成平面機構(gòu)：所有構(gòu)件在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動的機構(gòu)。

1.構(gòu)件構(gòu)件的自由度：構(gòu)件的獨立運動參數(shù)的數(shù)目。一、平面機構(gòu)的組成原動件:運動規(guī)律已知的活動構(gòu)件。從動件:隨原動件運動的其余活動構(gòu)件。固定件(機架):支承活動構(gòu)件的構(gòu)件。機器中每一個獨立的運動單元。2.運動副兩構(gòu)件直接接觸而又能產(chǎn)生一定相對運動的連接。球面高副螺旋副柱面副球銷副球面低副圓柱套筒副轉(zhuǎn)動副移動副平面運動副低副——面接觸（轉(zhuǎn)動副、移動副）高副——點、線接觸（凸輪副、齒輪副)齒輪副凸輪副3.運動鏈將構(gòu)件通過運動副連接而構(gòu)成的系統(tǒng)。閉式鏈開式鏈構(gòu)件+運動副=運動鏈機構(gòu)=

運動鏈固定一個構(gòu)件的4.機構(gòu)一、平面機構(gòu)運動簡圖

用簡單的線條和符號來表示構(gòu)件和運動副，并按比例定出各運動副的位置。這種說明機構(gòu)各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的簡單圖形稱為機構(gòu)運動簡圖。構(gòu)件表示方法原動件：固定件：構(gòu)件剛化：第二節(jié)機構(gòu)運動簡圖及其繪制運動副表示方法運動副表示方法二、運動簡圖的繪制步驟1.分析機構(gòu)運動，弄清構(gòu)件數(shù)目；4.標(biāo)注——構(gòu)件編號、運動副字母、原動件箭頭。3.表達運動副和構(gòu)件；三選——選視圖、選比例、選位置2.判定運動副的類型和數(shù)目；

——按接觸情況和相對運動例2-1牛頭刨床運動簡圖試繪制圖示牛頭刨床主運動機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖。

牛頭刨床主運動機構(gòu)試繪制圖示擺動式液壓泵的機構(gòu)運動簡圖。

例2-2三、平面機構(gòu)運動簡圖繪制時注意問題1.忽略構(gòu)件外形，關(guān)注運動副關(guān)系；2.視圖平面一般選擇為構(gòu)件的運動平面；3.同一構(gòu)件上的不同零件盡可能用同一數(shù)字標(biāo)注。機構(gòu)的自由度——機構(gòu)所具有的獨立運動的數(shù)目。第三節(jié)機構(gòu)自由度的計算結(jié)論：

平面低副具有兩個約束，平面高副具有一個約束。轉(zhuǎn)動副構(gòu)件移動副構(gòu)件高副構(gòu)件一、機構(gòu)自由度計算公式例2-3

求鉸鏈四桿機構(gòu)的自由度。（當(dāng)構(gòu)件1為原動件時，機構(gòu)有確定的相對運動。給出一個參變量

1，構(gòu)件2、3便有一個相應(yīng)位置）

設(shè)機構(gòu)有N個構(gòu)件，N-1=n個活動構(gòu)件，用PL個低副，PH個高副連接后，機構(gòu)的3n個自由度，受到2PL+PH個約束，則機構(gòu)自由度解：n=3，PL=4，PH=0F＝3×3－2×4－0＝1

鉸鏈四桿機構(gòu)解：

n=2，PL=3，PH=0F＝3×2－2×3－0＝0

（機構(gòu)不能運動）例2-5求鉸鏈五桿機構(gòu)的自由度。（構(gòu)件１為原動件，處于AB位置時，構(gòu)件2、3、4位置不確定。當(dāng)取構(gòu)件1和4為原動件時，機構(gòu)各構(gòu)件的運動確定。）鉸鏈五桿機構(gòu)三桿機構(gòu)例2-4求三桿機構(gòu)的自由度。解：

n=4，PL=5，PH=0

F＝3×4－2×5－0＝2結(jié)論：機構(gòu)具有確定運動的條件是

F>0且F等于原動件數(shù)W。二、機構(gòu)具有確定運動的條件通常，每個原動件只具有一個獨立運動，因此，機構(gòu)自由度數(shù)與原動件的數(shù)目相等時，機構(gòu)才能有確定的運動。牛頭刨床的原動件為電動機例2-6分析牛頭刨床機構(gòu)的自由度。（因原動件數(shù)為1，等于自由度數(shù)，故機構(gòu)具有確定的相對運動。）解：n=6，PL=8，PH=1

F＝3×6－2×8－1＝1

復(fù)合鉸鏈——兩個以上的構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動副相連接。

Ｋ個構(gòu)件，構(gòu)成Ｋ-１個轉(zhuǎn)動副。三、計算平面機構(gòu)自由度時的注意問題（有錯誤嗎？）慣性篩機構(gòu)例2-7計算圖示慣性篩機構(gòu)的自由度。解：此機構(gòu)C處由三個構(gòu)件組成復(fù)合鉸鏈，則n=5，PL=7，PH=0。由機構(gòu)自由度公式得

局部自由度F′

——與整個機構(gòu)運動無關(guān)的自由度。凸輪機構(gòu)中圖：右圖：（有錯誤嗎？）

虛約束——重復(fù)限制機構(gòu)運動的約束。中圖：右圖：軌跡重合——被連接件上的軌跡和機構(gòu)上連接點的軌跡完全重合。平行四邊形機構(gòu)虛約束之一（有錯誤嗎？）

移動副導(dǎo)路平行——兩構(gòu)件在多處構(gòu)成移動副且移動方向彼此平行時，只有一個移動副起約束作用，其余都是虛約束。如右圖所示機構(gòu)D、D′之一為虛約束。這時：虛約束之二

虛約束之三

轉(zhuǎn)動副軸線重合——兩構(gòu)件有多處接觸而構(gòu)成轉(zhuǎn)動副且轉(zhuǎn)動軸線相互重合時，只有一個轉(zhuǎn)動副起約束作用，如右圖，曲軸的兩轉(zhuǎn)動副A

、B之一為虛約束。這時：AB

虛約束之四

高副接觸點公法線重合——兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成平面高副且各接觸點處的公法線彼此重合時，只有一個高副起約束作用，如圖中凸輪與從動桿構(gòu)成的兩高副A

、B之一為虛約束。這時：ABF=3×2－2×2－1×1=1虛約束之五

對稱部分——機構(gòu)中存在對傳遞運動不起獨立作用的對稱部分。行星輪系中的行星輪2′、2〞為虛約束，去掉后行星輪系行星輪2"行星輪2'

例2-8計算大篩機構(gòu)的自由度，并判斷機構(gòu)運動是否確定。

解：由左圖可知滾子具有局部自由度，Ｃ處為復(fù)合鉸鏈，

Ｅ、G之一為虛約束。按右圖分析。則因F＝W＝２，所以該機構(gòu)運動是確定的。機構(gòu)自由度計算公式討論：局部自由度數(shù)虛約束數(shù)一、全低副機構(gòu)的組成=基本機構(gòu)+從動件系統(tǒng)試分析曲柄搖桿機構(gòu)的組成特點：全低副機構(gòu)=第四節(jié)平面機構(gòu)的組成原理與結(jié)構(gòu)分析1.

基本機構(gòu)原動件+機架=一個基本機構(gòu)的自由度數(shù)為12.從動件系統(tǒng)n為2的倍數(shù)，PL為3的倍數(shù)桿組——最簡單的自由度為零的構(gòu)件組——Ⅱ級桿組（Ⅱ級組）a)RRR型b)RRP型c)RPR型d)PRP型e)RPP型——Ⅲ級桿組（Ⅲ級組）基本機構(gòu)+桿組=機構(gòu)若干機構(gòu)的組成原理：任何機構(gòu)都是由若干個基本桿組依次連接于原動件和機架上所組成的系統(tǒng)。在同一機構(gòu)中可包含不同級別的基本桿組，我們把機構(gòu)中所包含的基本桿組的最高級數(shù)作為機構(gòu)的級數(shù)，這就是機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類方法。++=

綜上所述，把若干個自由度為零的基本桿組依次連接到原動件和機架上，就可組成一個新的機構(gòu)，其自由度數(shù)與原動件數(shù)目相等。上圖表示了根據(jù)機構(gòu)組成原理組成機構(gòu)的過程。首先把Ⅱ級桿組BCD通過其外副B、D連接到基本機構(gòu)上形成四桿機構(gòu)ABCD。再把Ⅲ級桿組通過外副E、I、J依次與Ⅱ級桿組及機架連接，組成圖示的八桿機構(gòu)。根據(jù)機構(gòu)的級的定義，該機構(gòu)為Ⅲ級機構(gòu)。例2-91.高副低代：將機構(gòu)中的高副根據(jù)一定的條件虛擬地以低副加以代替。2.應(yīng)滿足的條件：3.替代關(guān)鍵：

高副用一個構(gòu)件、兩個低副代替。過接觸點找曲率中心。二、高副機構(gòu)的組成——用高副低代機構(gòu)分析自由度完全相同。瞬時速度和加速度完全相同。代替機構(gòu)和原機構(gòu)例2-10圖示機構(gòu)中高副用低副取代。43124.高副低代有兩種特殊情況:(1)如果兩接觸輪廓之一為直線，替代轉(zhuǎn)動副演化成移動副,如左圖所示。(2)若兩接觸輪廓之一為一點，其替代方法如右圖所示。方法：例2-11計算上圖所示機構(gòu)的自由度，并確定機構(gòu)的級別。③從遠離原動件的構(gòu)件開始拆桿組，先試拆Ⅱ級組，不成，再拆Ⅲ級組。每拆出一桿組后，剩下部分仍是一個與原機構(gòu)有相同自由度的機構(gòu)，直至只剩下基本機構(gòu)。②高副低代。①正確計算機構(gòu)自由度。三、平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析目的：了解已知機構(gòu)的組成情況，并確定機構(gòu)的級別。解：該機構(gòu)自由度，F(xiàn)=3×5－

2×7=1。該機構(gòu)為II級機構(gòu)。該機構(gòu)為低副機構(gòu)。由兩個II級桿組加基本機構(gòu)組成。例2-12計算圖示機構(gòu)的自由度，并分析當(dāng)構(gòu)件1和5分別為原動件時機構(gòu)的級別。612345解：F=3×5－

2×7=1

構(gòu)件1為原動件時：612435機構(gòu)為Ⅱ級機構(gòu)。123465構(gòu)件5為原動件時：機構(gòu)為Ⅲ級機構(gòu)。根據(jù)機構(gòu)的輸入特性與輸出特性的要求設(shè)計機構(gòu)運動簡圖的過程。機構(gòu)綜合：結(jié)構(gòu)綜合的方法：

基本桿組疊加法。往基本機構(gòu)上連接自由度等于零的基本桿組第五節(jié)平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合

例如：破碎機機構(gòu)就是由兩個II級桿組和基本機構(gòu)串聯(lián)構(gòu)成的。

平面機構(gòu)如果沒有高副，則可綜合出各種類型的基本桿組，再利用串聯(lián)、并聯(lián)等方式將基本桿組與基本機構(gòu)連接起來，即可得到各種類型的機構(gòu)。例2-13試分析圖示牛頭刨床的結(jié)構(gòu)，如有問題，請改正。a)d)b)c)（2）結(jié)構(gòu)分析解:（1）

計算機構(gòu)自由度

F＝3n－2PL－PH＝3×4－2×6＝0

機構(gòu)不能動。

上頁圖c所示部分不是桿組，機構(gòu)組成不合理?？勺兂蓤Dd所示桿組。這時機構(gòu)改成如右圖所示的機構(gòu)。該機構(gòu)為Ⅱ級機構(gòu)。請分析其他改進方案？試一試能夠提出幾種？請分析其他改進方案？試一試能夠提出幾種？大討論分析總結(jié)使機構(gòu)增加一個自由度的方法。繪制機構(gòu)運動簡圖計算自由度結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)綜合→→結(jié)構(gòu)？NY構(gòu)件+運動副→→運動鏈→→F>0?→→機構(gòu)有確定運動的條件(1)分析運動，數(shù)清構(gòu)件(2)判定運動副性質(zhì)并表達之(3)表達構(gòu)件注意：(1)復(fù)合鉸鏈

(2)局部自由度

(3)虛約束F=原動件數(shù)機構(gòu)=基本機構(gòu)+桿組桿組：3n=2PL二級桿組：n=2，PL=3三級桿組：n=4，PL=6零件機器機械高副低副轉(zhuǎn)動副移動副代機架主動件從動件本章小結(jié)進入下一章學(xué)習(xí)回本章首頁該下課了！第三章平面機構(gòu)的性能分析機械原理第一節(jié)平面機構(gòu)的運動分析第二節(jié)平面機構(gòu)的力分析本章內(nèi)容提要機構(gòu)運動分析：目的：方法：1一、機構(gòu)運動分析的目的和方法第一節(jié)平面機構(gòu)的運動分析根據(jù)原動件已知運動規(guī)律求其他構(gòu)件上某點的位移、速度、加速度及構(gòu)件角位移、角速度、角加速度。

確定構(gòu)件運動空間、行程及某點的軌跡；判定構(gòu)件是否干涉；為機構(gòu)受力分析做準備。圖解法（速度瞬心法、矢量方程圖解法）；解析法。圖解法作機構(gòu)位置圖：由原動件開始，按機構(gòu)組成順序，逐步按桿組依次確定各運動副的位置。動點軌跡：作出機構(gòu)位置圖后，任何動點的位置隨之確定。同一動點的一系列位置的連線，即是該動點的軌跡。二、平面機構(gòu)的位置圖及動點軌跡的求法平面機構(gòu)的位置圖平面機構(gòu)的動點軌跡速度瞬心

做平面相對運動的兩構(gòu)件上，瞬時相對速度為零的點或瞬時絕對速度相等的點。用Pij表示。2.瞬心的數(shù)目

設(shè)N

為組成機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)（含機架），K為瞬心數(shù)，則若該點絕對速度為零——絕對瞬心。若該點絕對速度不為零——相對瞬心。三、速度瞬心及其在平面機構(gòu)速度分析中的應(yīng)用12P12(1)兩構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動副

轉(zhuǎn)動副中心即為瞬心(2)兩構(gòu)件組成移動副

瞬心位于移動副導(dǎo)路的垂直方向上無窮遠處12P12∞(3)兩構(gòu)件組成高副

瞬心位于接觸點公法線nn上某一點12P12nn3.瞬心的位置(4)兩構(gòu)件不直接成副

用三心定理確定瞬心三心定理：

三個彼此作平面平行運動的構(gòu)件的三個瞬心必位于同一直線上。證明：

設(shè)三個構(gòu)件應(yīng)有三個瞬心，已知P12、P13，何處為P23？要滿足瞬心定義，P12、P13、P23必位于一條直線上。K321vK3P12P13

2

3vK2例3-1已知構(gòu)件1為原動件，求四桿機構(gòu)的全部瞬心及C點速度和構(gòu)件2及構(gòu)件3的角速度。4.用瞬心法進行機構(gòu)速度分析(1)求C點速度及構(gòu)件2角速度vB

=ABω1ω2=vBBP24vC

=CP24ω2(2)求構(gòu)件3的角速度vP13

=AP13ω1ω3=DP13vP13=DP13ω3(2)可求某構(gòu)件的角速度。(1)可求某一構(gòu)件上某點的速度。(3)不便對構(gòu)件較多的機構(gòu)進行速度分析，且不能進行加速度分析。1)找出該構(gòu)件的絕對瞬心；2)求該構(gòu)件與已知構(gòu)件相對瞬心一點的速度；3)求出該構(gòu)件角速度；4)求出該構(gòu)件上某點的速度。1)找出該構(gòu)件的絕對瞬心；2)找出該構(gòu)件與已知構(gòu)件的相對瞬心；3)兩構(gòu)件的角速度之比等于其絕對瞬心至其相對瞬心的距離的反比。小結(jié)瞬心法矢量——具有大小和方向的物理量回顧一下。。。四、用矢量方程圖解法作機構(gòu)的速度和加速度分析ωεOaAn=0Aω2剛體轉(zhuǎn)動：AaAτ=0Aε回顧一下。。。剛體平動：aAnaAτvA=0Aω剛體上任一直線始終與原位置平行。剛體平動時各點速度和加速度均相同。平面運動：可分解為平動加轉(zhuǎn)動回顧一下。。。剛體平面運動：剛體內(nèi)任一點與某個固定平面之間的距離始終保持不變。1.同一構(gòu)件上兩點間速度、加速度關(guān)系C點運動=隨B點平動+繞B點轉(zhuǎn)動ABC1

1234E例3-2已知圖示機構(gòu)各構(gòu)件的尺寸及原動件1的角速度

1，求C點的速度vc及構(gòu)件2和構(gòu)件3的角速度

2及

3。解：

(1)列矢量方程,

分析各矢量大小和方向。(2)定比例尺，作矢量圖。(3)量取圖示尺寸，求解未知量。求E點的速度vE。ABC1

1234D

大?。海縧AB

1

？

方向：⊥CD⊥AB⊥BC列方程:

pbc定比例尺：作矢量圖：求未知量：ABC1

1234D

大?。骸?？√？方向：⊥AB⊥EB⊥CD⊥EC列方程:

pbce求E點的速度vEEABC1

1234D速度多邊形特性：(1)連接極點p和任一點的矢量代表該點的絕對速度，指向為從p指向該點。(2)連接其他任意兩點的矢量代表該兩點的相對速度，指向與速度角標(biāo)相反。(3)極點代表構(gòu)件上速度為零的點。(4)因

bce與

BCE相似，故圖形bce稱為構(gòu)件圖形BCE的速度影像。

pbceEABC1

1234D例3-3已知原動件1的角速度

1，并求出了構(gòu)件2和3的角速度

2及

3。求C點的加速度ac及構(gòu)件3的角加速度

3。求E點的加速度aE。解：

(1)列矢量方程，(2)定比例尺，作矢量圖。(3)量取圖示尺寸，求解未知量。分析各矢量大小和方向。EABC1

1234D大?。?/p>

lCD

32

？lAB

12

0lBC

22

？

方向：

C→D⊥CD

B→A⊥AB

C→B⊥BC列方程：定比例尺：p’b’c’n3n2e’EABC1

1234D加速度多邊形特性(1)連接極點p'和任一點的矢量代表該點的絕對加速度，指向是從p'點指向該點。(2)連接其他任意兩點的矢量代表該兩點的相對加速度，指向與加速度的下角標(biāo)相反。(3)極點p'代表構(gòu)件上加速度為零的點。(4)因

b'c'e'與

BCE相似，故圖形b'c'e'稱為構(gòu)件圖形BCE的加速度影像。P'b'c'n3n2e’EABC1

1234D平面機構(gòu)的運動分析運動傳遞：1→2→3→4→5知求1→B1(B2)→B3→D→E(5)CF求解順序：桿組2-3影像法桿組4-5桿組2-3桿組4-5同一構(gòu)件上兩點間速度、加速度關(guān)系兩個構(gòu)件重合點間速度、加速度關(guān)系2.

兩個構(gòu)件（組成移動副）重合點間速度、加速度關(guān)系B2點運動=

B3點牽連運動+B2與B3的相對運動4A1B2C3絕對運動：構(gòu)件2上B點相對于機架的運動牽連運動：構(gòu)件3相對于機架的運動相對運動：構(gòu)件2上B點相對于構(gòu)件3的運動速度合成定理絕對速度=牽連速度+相對速度加速度合成定理牽連運動為平動時絕對加速度

=牽連加速度+相對加速度牽連運動為定軸轉(zhuǎn)動時絕對加速度

=牽連加速度+相對加速度+哥式加速度例3-4已知原動件1的角速度

1及機構(gòu)尺寸，求

3

、

3。4A1B2C3

1列方程：

大?。簂AB

1

？

？

方向：⊥AB⊥BC∥BC定比例尺：作矢量圖：pb2b3解：(1)求構(gòu)件3的角速度

3。4A1B2C3

1作矢量圖：大?。?/p>

lAB

120lBC

32

？

？

2

3vB2B3

方向：

B→A⊥AB

B→C⊥BC∥BC⊥BC定比例尺：p’b2’b3’b3’’k(2)求構(gòu)件3的角加速度

3。列方程：例3-5已知原動件1的角速度

1及機構(gòu)尺寸，分析B點的加速度。4A1B2C3

1例3-6已知原動件1的角速度

1及機構(gòu)尺寸，分析構(gòu)件3的角速度和角加速度。A1B2C3D

14⊥AB⊥BC∥DCpb2b3B→AB→C⊥BC∥DC⊥DC

√√？？√p'b2'n3b3'k

√?？

兩構(gòu)件重合點間運動關(guān)系分析時應(yīng)注意：(1)

滑塊與導(dǎo)桿相對移動時，滑塊角速度同導(dǎo)桿一致。(2)

對于活動導(dǎo)路為轉(zhuǎn)動的移動副進行加速度分析時，除牽連加速度和相對加速度之外，應(yīng)添加：哥氏加速度aKC2C1其大小為

aKC2C1

=2

1vC2C1其方向為相對速度vC2C1按牽連角速度

1的方向轉(zhuǎn)過90的指向。例3-7綜合運用瞬心法和矢量方程圖解法，對復(fù)雜機構(gòu)進行速度分析。++=67B→C→E→F→G→H↑↑↑↑↑DDP58JI課堂測驗：試用圖解法對圖示平面機構(gòu)進行運動分析運動傳遞：1→2→3→4→5知求1→B1(B2)→B3→D→E(5)CF求解順序：桿組2-3影像法桿組4-5桿組2-3桿組4-5同一構(gòu)件上兩點間速度、加速度關(guān)系兩個構(gòu)件重合點間速度、加速度關(guān)系列方程、畫速度加速度多邊形示意圖圖解法小結(jié)：（1）直觀、方便；（2）精度不高；（3）分析一系列位置不便。封閉矢量多邊形投影法矩陣法復(fù)數(shù)矢量法桿組法位置分析是關(guān)鍵！位置分析確定后，對時間求一階、二階導(dǎo)數(shù)，就可得到速度、加速度。五、用解析法作機構(gòu)的運動分析ABCD1234xy

1

2

31.位置分析2.速度分析3.加速度分析

封閉矢量多邊形投影法ABCD1234xy

1

2

3

矩陣法以速度分析為例：用矩陣表示：式中：——機構(gòu)從動件位置參數(shù)矩陣——機構(gòu)從動件速度矩陣——機構(gòu)原動件位置參數(shù)矩陣課堂小結(jié)2.矢量方程圖解法進行運動分析矢量方程，1.瞬心法對簡單機構(gòu)進行速度分析速度瞬心的概念；三心定理的應(yīng)用。兩種情況：同一構(gòu)件上兩點間運動關(guān)系分析；組成移動副兩構(gòu)件重合點間運動關(guān)系分析。速度多邊形及加速度多邊形作法及特性。3.解析法進行運動分析的基本思路機構(gòu)位置方程的建立。作業(yè)：3-1、3-4、3-9、3-10（選做）、補充題練習(xí)

在圖示機構(gòu)中，設(shè)已知各構(gòu)件長度lAD=85mm，lAB=25mm，lCD=45mm，lBC=70mm，原動件以角速度ω1=10rad/s轉(zhuǎn)動，試用圖解法求在圖示位置時E點的速度vE和加速度aE，以及構(gòu)件2的角速度ω2和角加速度ε2。預(yù)習(xí)內(nèi)容：

平面機構(gòu)力分析1.作用在機構(gòu)上的力驅(qū)動力——促使機構(gòu)運動的力。

特征：力與受力點速度方向相同或成銳角。阻抗力——阻止機構(gòu)運動的力。

特征：力與受力點速度方向相反或成鈍角。

一、機構(gòu)中所受的力及力分析的目的和方法第二節(jié)平面機構(gòu)的力分析2.力分析的目的和方法目的：確定運動副中反力，從而計算構(gòu)件強度；確定機械功率、效率;

確定平衡力。方法：

不計慣性力——靜力分析（低速機械）計及慣性力——動態(tài)靜力分析（高速機械）（圖解法、解析法）(1)作平面復(fù)合運動的構(gòu)件PIPI′lh質(zhì)心處慣性力

PI=-m

aS慣性力偶矩

MI=-JS

合成為：PI'lh=MI/PI

1.一般力學(xué)方法

二、構(gòu)件慣性力的確定ABCDass

MIPIABCaSs(2)作平面移動的構(gòu)件質(zhì)心處的慣性力

PI=-maSSaSaStaSn

(3)作定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件繞通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動慣性力偶矩

MI=-JS

繞不通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動PIPI'質(zhì)心處慣性力

PI=-maS慣性力偶矩

MI=-JS

合成：PI'S

MIMI

按一定的條件將構(gòu)件的質(zhì)量假想地用集中于若干選定點上的質(zhì)量來代換，并使其慣性效果與原來相同——質(zhì)量代換法。

選定點——代換點集中于代換點的質(zhì)量——代換質(zhì)量2.質(zhì)量代換法代換條件構(gòu)件總質(zhì)量不變；構(gòu)件質(zhì)心位置不變；構(gòu)件對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量不變。mB+mK=mmBb=mKkmBb2+mKk2=JSmB=mk/(k+b)mk=mb/(k+b)k=JS/mbSBKmBmKbkm代換類型此時可同時選定B、K兩點，mB=mk/(k+b)保證PI不變。mK=mb/(k+b)此時只能選定一點B，K點由計算確定，保證PI、MI均不變。滿足構(gòu)件總質(zhì)量不變；構(gòu)件質(zhì)心位置不變；構(gòu)件對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量不變?！獎哟鷵Q滿足構(gòu)件總質(zhì)量不變；構(gòu)件質(zhì)心位置不變?！o代換質(zhì)心處慣性力

PI=-maS慣性力偶矩MI=-JS

連桿質(zhì)量m，質(zhì)心s：PCIPI選定B、C兩點作靜代換PBI代換質(zhì)量：mb、mcB處慣性力

PBI=-mbaBC處慣性力

PCI=-mcaCABCsMI1.構(gòu)件組的靜定條件RRnncR運動副反力分析反力通過轉(zhuǎn)動副中心反力沿導(dǎo)路垂線方向反力過接觸點沿公法線已知作用點，未知大小和方向已知方向，未知作用點和大小已知作用點和方向，未知大小

轉(zhuǎn)動副移動副高副

三、圖解法作機構(gòu)動態(tài)靜力分析設(shè)：構(gòu)件數(shù)為n，低副數(shù)為PL，高副數(shù)為PH，基本桿組是靜定的，受力分析時，應(yīng)以基本桿組為隔離體。若運動副全為低副，條件為

3n-2PL=0即3n=2PL即3n–2PL

–PH

=0——力的靜定條件則：平衡方程數(shù)為3n,未知要素數(shù)為2PL+PH，須滿足3n=2PL+PH2.機構(gòu)動態(tài)靜力分析方法(1)機構(gòu)運動分析；(3)拆桿組并逐一對基本桿組進行受力分析，寫出矢量平衡方程，作矢量多邊形，求解未知力。(2)求各構(gòu)件慣性力，作為外力和外力矩加在相應(yīng)構(gòu)件上；

畫出構(gòu)件上的已知外力、慣性力、拆桿組后運動副之間的反力。例3-8已知圖示機構(gòu)中各構(gòu)件尺寸及構(gòu)件3的重量G3、轉(zhuǎn)動慣量J3，滑塊5的重量G5及生產(chǎn)阻力Fr，求各運動副反力及原動件1上應(yīng)加的平衡力矩Mb。pb2b3P'b2’n3b3’kded'e’(1)運動分析4A1B2C3

15DEs3G3G56Frds3'4A1B2C3

15DEs3G3G5(2)求慣性力及慣性力偶矩構(gòu)件3上慣性力構(gòu)件3上慣性力偶矩FI3'h3FI3'滑塊5上慣性力FI5'G5FI5'(3)拆桿組進行受力分析45FrR654A1B2C3

15DEs3G3FI3'h3FI5'6R34G5FrFI5R65R34(3)拆桿組進行受力分析（續(xù)）4A1B2C3

15DEs3G3FI3'h3FI5'6G5FrFI5R65R3423FI3'h3G3R43R12R43R12FI3G3ΣMC=04A1B2C3

15DEs3G3FI5'6R21G5FrFI5R65R34R43R12FI31R61MbR63平衡力矩：Mb運動副反力：R61、R12、R63、R43、R65(3)拆桿組進行受力分析（續(xù)）(3)

作力多邊形時，同一構(gòu)件上的作用力應(yīng)放在一起，成對的力銜接畫，將只知方向不知大小的力作為力多邊形的封閉邊。圖解法進行機構(gòu)動態(tài)靜力分析時應(yīng)注意：(2)

基本桿組外端副為轉(zhuǎn)動副時，反力分解為沿構(gòu)件軸線和垂直于構(gòu)件軸線的兩個分力。借助于力矩平衡條件，對內(nèi)端副取力矩，求出垂直分力的大小。(1)

基本桿組的拆分順序應(yīng)從離作用有未知平衡力構(gòu)件最遠的基本桿組開始，最后剩下作用有未知平衡力的構(gòu)件，而不管該構(gòu)件是原動件還是從動件。本章小結(jié)機構(gòu)慣性力的確定；質(zhì)量代換法；平面復(fù)雜運動構(gòu)件的慣性力質(zhì)量代換的條件及代換意義

機構(gòu)動態(tài)靜力分析。適用場合，分析方法及平衡力的意義作業(yè)：4-8，4-9（靜代換），4-16預(yù)習(xí)內(nèi)容：運動副中的摩擦、機械效率及自鎖摩擦的影響：運動副元素受磨損，降低強度、精度、壽命；發(fā)熱膨脹、運轉(zhuǎn)不靈、潤滑惡化；降低效率。研究目的：了解運動副中摩擦狀況并掌握其分析計算方法，以減小摩擦的不利影響，充分發(fā)揮其有利作用。1.研究機械中摩擦的目的四、機械的摩擦和機械效率QPv1212(1)移動副中的摩擦平面摩擦N21F21R21法向反力N21=Q摩擦力F21=fN21=fQ合成為總反力R21

——摩擦角tan

=F21/N21=f考慮摩擦?xí)r，移動副中總反力偏離法向一摩擦角。

偏離方向與運動方向相反。2.運動副中的摩擦

12Qv12P

槽面摩擦N21/2N21/2F21法向反力

N21=Q/sin

摩擦力

F21=fN21=fQ/sin=fvQ

fv=f/sin

——當(dāng)量摩擦系數(shù)tan

v=fv

v——當(dāng)量摩擦角

vR21

受力分析

v12QP21N21F21滑塊沿斜面勻速上升法向反力N21摩擦力F21合成為總反力R21R21

P+Q+R21=0驅(qū)動力P=Qtan(+)PQR21

+

受力分析滑塊沿斜面勻速下降法向反力N21摩擦力F21合成為總反力R21P'+Q+R21=0

阻抗力P'=Qtan(-)

v12QP'21N21F21R21

-

P'QR21當(dāng)

＜

時，P'為負

——驅(qū)動力螺母逆Q而上時P=Qtan(

+

)即正行程M=Pd2/2=Qd2tan(

+

)/2螺母順Q而下時P’=Qtan(

-

)即反行程M’=P’d2/2=Qd2tan(

-

)/2螺母逆Q而上時P=Qtan(

+

v)即正行程M=Pd2/2=Qd2tan(

+

v)/2螺母順Q而下時P'=Qtan(

-

v)即反行程M'=P'd2/2=Qd2tan(

-

v)/2(2)螺旋副中的摩擦矩形螺紋QMQ

d2l

P三角螺紋返回(3)轉(zhuǎn)動副中的摩擦1)軸頸摩擦Q12R21=QMd=R21

=QR21

N21F21以O(shè)為圓心，

為半徑的圓——摩擦圓摩擦力矩Mf=F21r=fvQr=QF21=fvQ

，fv=(1-1.57)f摩擦力=fvr考慮摩擦?xí)r，轉(zhuǎn)動副中總反力偏離轉(zhuǎn)動中心一摩擦圓半徑。Md轉(zhuǎn)動副中總反力方向的判定：不考慮摩擦，初定總反力方向；

總反力應(yīng)切于摩擦圓；

總反力對軸頸中心的矩的方向與軸頸相對于軸承的角速度方向相反。例3-9四桿機構(gòu)如圖所示，驅(qū)動力矩M1，阻抗力矩M3，試確定轉(zhuǎn)動副中作用力方向和位置。

R12R32BAR21M1R41DCR23R42M3ABCD1234

1M1M32)軸端摩擦新軸端：p=常數(shù)Mf=2fQ(R3-r3)/3(R2-r2)跑合軸端：=常數(shù)Mf=fQ(R+r)/212QMd

Rr輸入功Wd

——驅(qū)動力所作的功。輸出功Wr

——克服生產(chǎn)阻力所作的功。損失功Wf——克服有害阻力所作的功。Wd=Wr+Wf機械效率

——輸出功與輸入功的比值。

＜13.機械的效率vpPQvQ設(shè)：P為驅(qū)動力，該處速度vp；

Q為生產(chǎn)阻力，該處速度vQ。機械效率=不計摩擦?xí)r克服生產(chǎn)阻力所需理想驅(qū)動力與克服同樣生產(chǎn)阻力（連同摩擦力）所需實際驅(qū)動力之比。機械效率：理想機械效率實際機械效率：假設(shè)：機械中不存在摩擦——理想機械克服同樣生產(chǎn)阻力Q需要的驅(qū)動力P0——理想驅(qū)動力例如，分析螺旋機構(gòu)的效率。逆Q而上，正行程中:順Q而下，反行程中:機組效率串聯(lián)：并聯(lián)：混聯(lián)：減小運動副摩擦縮短傳動鏈12KNdN1N2Nk123NdN1N2NkN1’N2’Nk’提高效率的措施12機械自鎖——不論作用在機械上的驅(qū)動力如何增大，也無法使機械運動的現(xiàn)象。自鎖條件——根據(jù)運動副判別

PPtPn驅(qū)動力PPt=Psin=Pntan

Pn=Pcos

摩擦力F21=fN21=fPn=Pntan

當(dāng)

≤

時，Pt

≤F21自鎖N21F21

R21移動副中，驅(qū)動力作用在摩擦角之內(nèi)時將發(fā)生自鎖。4.機械的自鎖12a

PR21驅(qū)動力P驅(qū)動力矩Md=Pa摩擦力矩Mf=R21=P當(dāng)a≤

時，Md

≤Mf

——自鎖轉(zhuǎn)動副中，驅(qū)動力作用線與摩擦圓相切時將發(fā)生自鎖。自鎖條件——根據(jù)機械效率判別當(dāng)Wd≤Wf時，

≤0例如，分析螺旋千斤頂機構(gòu)在重力Q作用下的自鎖條件。反行程時效率：自鎖條件：

≤0即

≤

V自鎖條件——根據(jù)阻抗力判別機械自鎖時：阻抗力≤0即該力變?yōu)轵?qū)動力時，才能使機械運動例如螺旋千斤頂反行程時，阻抗力為P'P'=Qtan(-)自鎖條件：P'≤0，即≤課堂小結(jié)1.機械中摩擦的影響。2.移動副、轉(zhuǎn)動副、螺旋副中摩擦力的分析。3.機械效率的意義、表達方式。4.機械的自鎖及自鎖條件的判別。作業(yè)：5-8、5-11進入下一章學(xué)習(xí)回本章首頁該下課了！第四章連桿機構(gòu)及其設(shè)計機械原理第一節(jié)平面四桿機構(gòu)的類型及其演化第二節(jié)平面四桿機構(gòu)的基本特性第三節(jié)平面連桿機構(gòu)設(shè)計第四節(jié)多桿機構(gòu)本章內(nèi)容提要平面連桿機構(gòu)

將若干個構(gòu)件用低副連接起來并作平面運動的機構(gòu)，稱為平面連桿機構(gòu)。這種機構(gòu)也稱為低副機構(gòu)。鉸鏈四桿機構(gòu)

雷達天線機構(gòu)第一節(jié)平面四桿機構(gòu)的類型及其演化運動副為面接觸，壓強小，承載能力大，耐沖擊。平面連桿機構(gòu)的特點可以實現(xiàn)不同的運動規(guī)律和特定軌跡要求。構(gòu)件可以很長，用于遠距離的操作。運動副的形狀簡單、規(guī)則，容易制造。5.運動傳遞路線較長，易產(chǎn)生累積誤差。6.慣性力難以平衡，不易于高速運動。用于實現(xiàn)遠距離操作及受力大的場合挖掘機用于受力大的場合破碎機攪拌機實現(xiàn)給定軌跡用于實現(xiàn)各種不同的運動規(guī)律要求

慣性篩鉸鏈四桿機構(gòu)

全部運動副都為轉(zhuǎn)動副的四桿機構(gòu)。連桿：不與機架相連并作平面運動的構(gòu)件。一、基本類型四桿機構(gòu)

由四個構(gòu)件組成的平面連桿機構(gòu)。機架：支承傳動零件。曲柄：與機架相連并作整周轉(zhuǎn)動的構(gòu)件。搖桿：與機架相連并作往復(fù)擺動的構(gòu)件。曲柄、搖桿——連架桿曲柄機架連桿搖桿1.曲柄搖桿機構(gòu)兩連架桿中，一個作整周轉(zhuǎn)動，一個作往復(fù)擺動。曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)用顎式破碎機構(gòu)四桿破碎機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)用雷達天線機構(gòu)攪拌機機構(gòu)2.雙曲柄機構(gòu)兩連架桿均能作整周轉(zhuǎn)動。雙曲柄機構(gòu)的應(yīng)用正平行四邊形機構(gòu)機車車輪驅(qū)動機構(gòu)攝影平臺升降機構(gòu)車門機構(gòu)3.雙搖桿機構(gòu)

兩連架桿均不能作整周轉(zhuǎn)動。雙搖桿機構(gòu)的應(yīng)用鶴式起重機構(gòu)1.改變運動副尺寸——

曲柄演化為偏心輪二、演化形式

當(dāng)曲柄的實際尺寸很短并傳遞較大的動力時,可將曲柄做成幾何中心與回轉(zhuǎn)中心距離等于曲柄長度的圓盤，常稱此機構(gòu)為偏心輪機構(gòu)。偏心輪機構(gòu)的演化曲柄搖桿機構(gòu)雙偏心輪機構(gòu)

在曲柄搖桿機構(gòu)中，若搖桿的桿長增大至無窮長，則其與機架相連的轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化成移動副。2.改變構(gòu)件形狀——轉(zhuǎn)動副演化為移動副單移動副機構(gòu)雙移動副機構(gòu)1)曲柄滑塊機構(gòu)（固定導(dǎo)桿）3.選用不同構(gòu)件為機架對心式偏置式2)曲柄搖塊機構(gòu)（固定與滑塊相對轉(zhuǎn)動的構(gòu)件）自卸卡車3)導(dǎo)桿機構(gòu)

(固定與滑塊不相連的構(gòu)件)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿擺動導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)的應(yīng)用

擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的應(yīng)用4)定塊機構(gòu)（固定滑塊）

唧筒定塊機構(gòu)四桿機構(gòu)的基本形式

曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)

課堂小結(jié)2.四桿機構(gòu)的演化形式

偏心輪與轉(zhuǎn)動副的關(guān)系移動副與轉(zhuǎn)動副的關(guān)系曲柄滑塊機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)一、曲柄存在的條件第二節(jié)平面四桿機構(gòu)的基本特性

曲柄整周轉(zhuǎn)動，曲柄AB必須順利通過與機架AD共線的兩個位置AB1和AB2。當(dāng)曲柄處于AB2時，有

b≤(d－a)＋c

a＋b≤c＋d

c≤(d－a)＋b

a＋c≤b＋d

a＋d≤b＋c

當(dāng)曲柄處于AB1時，有前三式兩兩相加可得

轉(zhuǎn)動副成為周轉(zhuǎn)副的條件:

(2)組成周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為四桿中的最短桿。(1)桿長條件：最短桿與最長桿的長度和應(yīng)小于或等于其余兩桿的長度和。同時即最短桿為機架——

雙曲柄機構(gòu)最短桿為連桿——

雙搖桿機構(gòu)(2)當(dāng)時：雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)(1)當(dāng)時：最短桿為連架桿——曲柄搖桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判斷方法：無論何桿為機架——均為雙搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)例4-1圖示鉸鏈四桿機構(gòu)，BC=50mm，CD=35mm，

AD=30mm，AD為機架，若為曲柄搖桿機構(gòu)，

試討論AB的取值范圍。解：ABCD若為曲柄搖桿機構(gòu)，則AB必為最短桿，由桿長條件得AB+BC≤CD+AD所以，AB≤CD＋AD－BC=(35＋30－50)mm=15mm即AB≤15mm時，該鉸鏈四桿機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)。二、急回運動特性——原動件勻速連續(xù)回轉(zhuǎn)，從動件往復(fù)運動速度不同的性質(zhì)。機構(gòu)極位——曲柄與連桿兩次共線時的位置。極位夾角——原動件曲柄在機構(gòu)極位時所夾的銳角

。擺角——從動件搖桿兩極限位置的夾角

。擺角

,時間t1擺角

,時間t2

因為α1＞α2且曲柄勻速所以t1

＞t2

曲柄搖桿

原動件勻速轉(zhuǎn)動時，從動件往復(fù)運動速度快慢不同，稱為急回運動特性。故搖桿C點平均速度

四桿機構(gòu)從動件空回行程平均速度與工作行程平均速度的比值稱為行程速比系數(shù)，用K表示：

（2）當(dāng)

>0°，K>1，機構(gòu)有急回作用。因此，（1）當(dāng)

=0°，K=1，機構(gòu)無急回作用。壓力角——從動件在Ｃ點的受力方向與該點速度方向所夾的銳角，稱機構(gòu)在此位置的壓力角，用

表示。有效分力有害分力

壓力角

越小，推動機械運動的有效分力越大，故壓力角越小越好。三、壓力角和傳動角F

Fn

vFtFABCD

傳動角

越大，推動機械運動的有效分力越大，故傳動角越大越好。

min

40°大功率機械：

min

50°

min的位置：曲柄與機架兩共線位置之一——最小傳動角位置。對

min的要求：

傳動角：壓力角的余角，用

表示。（圖示∠

B1C1D=

min）死點位置:

機構(gòu)頂死，不能運動；或出現(xiàn)運動不確定。四、死點位置死點位置的危害：

從動件的傳動角

等于零時機構(gòu)所處的位置。

克服死點的措施：1.利用慣性,如飛輪。2.采用幾套相同的機構(gòu)錯位。3.利用虛約束,如蒸汽機車中的平行四邊形機構(gòu)。死點位置的利用夾緊機構(gòu)

從動件不能在兩個不連通的可行域內(nèi)連續(xù)運動，這種運動的不連續(xù)一般稱為錯位不連續(xù)；C2B1AC1DB2BC

'

五、運動的連續(xù)性從動件不能違反運動順序，否則稱為錯序不連續(xù)。設(shè)計任務(wù)：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)件的尺寸參數(shù)。設(shè)計的基本問題:

滿足預(yù)定的運動規(guī)律要求:

要求原動件運動規(guī)律一定的條件下，從動件滿足預(yù)定的運動規(guī)律要求。（圖解法、解析法）

滿足預(yù)定的軌跡要求:

要求連桿上某些點的軌跡能符合預(yù)定的要求，稱為軌跡機構(gòu)設(shè)計。（解析法、實驗法）

滿足預(yù)定的連桿位置要求:

要求連桿能順序地實現(xiàn)一些給定位置，稱為導(dǎo)引機構(gòu)設(shè)計。（圖解法、解析法）繼續(xù)第三節(jié)平面連桿機構(gòu)設(shè)計一、圖解法

1.按連桿預(yù)定的位置設(shè)計四桿機構(gòu)1）作出已知的連桿位置B1C1、B2C2、B3C3；2）分別連接B1B2、B2B3、C1C2、C2C3；3）分別作B1B2、B2B3、C1C2、C2C3的垂直平分線,取對應(yīng)的交點為A與D；4）連接AB1、C1D，并求得各構(gòu)件尺寸長度。已知條件：連桿長度lBC和連桿的三個給定位置B1C1、B2C2、B3C3。應(yīng)用于車門裝置、爐門裝置等。返回爐門裝置2.按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)已知條件：機架長度lAD和兩連架桿的三個對應(yīng)位置AB1、ID和AB2、IID及AB3、IIID。C1B2'-

12B3'-

131）作出兩連架桿的幾個對應(yīng)位置；2）連接B2D，繞D點轉(zhuǎn)-

12角，得B2'點；3）連接B3D，繞D點轉(zhuǎn)-

13角，得B3'點；4）分別作B1B2'、B2'B3'的垂直平分線，兩線交于ⅠD

桿上C1點；5）確定連桿BC和連架桿CD的長度。

12

13ⅠⅡⅢD

12

13B2B3AB13.按給定的行程速比系數(shù)Ｋ設(shè)計四桿機構(gòu)已知條件：擺角

設(shè)計關(guān)鍵：找鉸鏈中心A

點的位置。C1

D

A

？搖桿長度和行程速比系數(shù)Ｋ。

C2

B1

θ

1)畫出搖桿CD兩極限位置，且C1DC2=ψ;N

C2

C1

D

A

B2E

ψ

θ

2)畫輔助圓;3)根據(jù)機架長度或位置確定A點;4)連接AC1、AC2，

C1AC2=θ;5)確定曲柄、連桿長度。設(shè)計方法：90－θ圖解法思路：（4）利用其他輔助條件完成設(shè)計。（3）利用幾何關(guān)系尋找問題的關(guān)鍵；（2）將運動條件轉(zhuǎn)化為幾何條件；（1）將已知的幾何條件盡可能畫出；返回二、解析法

1.按預(yù)定的兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)令令返回由上兩式分別消去

和

得2.按預(yù)定的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)返回

三、實驗法按兩連架桿對應(yīng)角位移設(shè)計返回連桿機構(gòu)設(shè)計方法小結(jié)：

圖解法：簡便、易行，精度稍差；

解析法：精確、繁雜；

實驗法：直觀、精度低。返回五、六、七、八、九、十桿……改善受力——傳動角改善運動——位移（行程、可調(diào)）、速度（勻速、停歇）何為多桿？第四節(jié)多桿機構(gòu)鍛壓設(shè)備中的肘桿機構(gòu)——獲得較大機械利益進入下一章學(xué)習(xí)回本章首頁該下課了！第五章凸輪機構(gòu)及其設(shè)計機械原理第一節(jié)凸輪機構(gòu)的類型及應(yīng)用第二節(jié)推桿運動規(guī)律設(shè)計第三節(jié)平面凸輪輪廓設(shè)計第四節(jié)凸輪機構(gòu)基本尺寸設(shè)計本章內(nèi)容提要一、凸輪機構(gòu)的組成、特點與應(yīng)用基本組成：凸輪1一般為主動件推桿2一般為從動件機架31.凸輪機構(gòu)的組成附加裝置：

鎖合裝置彈簧的作用是保持高副鎖合（封閉）第一節(jié)凸輪機構(gòu)的類型及應(yīng)用2.凸輪機構(gòu)的特點和應(yīng)用

推桿可實現(xiàn)各種預(yù)期的運動規(guī)律；用于傳力不大的控制和調(diào)節(jié)裝置凸輪機構(gòu)特點應(yīng)用組成凸輪+推桿+機架（+鎖合裝置）

結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)件少。

凸輪與推桿高副接觸，傳力??；

二、凸輪機構(gòu)的分類與命名用一例說明，對圖示凸輪機構(gòu)作如下分析：凸輪形狀：那么，該凸輪機構(gòu)的名字可以命為：力鎖合對心直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)形鎖合偏置滾子從動件平低從動件空間凸輪移動凸輪其他類型盤形凸輪（對心）直動滾子重力鎖合可以組合出多種類型的凸輪機構(gòu)……擺動高副的鎖合方式：運動副元素形狀：從動件運動形式：

對心直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)

滾子擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)

擺動從動件直動從動件

直動滾子從動件移動凸輪機構(gòu)

空間凸輪機構(gòu)形鎖合凸輪機構(gòu)一、從動件位移與凸輪轉(zhuǎn)角的對應(yīng)關(guān)系偏距e推桿凸輪距凸輪轉(zhuǎn)動中心最近→最遠=推程AB----推程運動角φ0(δ0)在最遠處停止不動=遠休BC----遠休止角φs(δ01)

距凸輪轉(zhuǎn)動中心最遠→最近=回程CD----回程運動角φ0'(δ0')在最近處停止不動=近休DA----近休止角φs'(δ01')

凸輪基圓r0;從動件行程h;

h從動件位移線圖0δsδ0δ01δ'0δ02δ01δ02δ0δ'0第二節(jié)推桿運動規(guī)律設(shè)計ω1ABCD二、從動件常用運動規(guī)律多項式型一次多項式等速運動規(guī)律組合改進型二次多項式等加速等減速五次多項式三角函數(shù)型余弦加速度簡諧運動正弦加速度擺線運動1.

等速運動規(guī)律

svaV0

0

0h＋∞-∞01位移：速度：加速度：（以推程為例分析）

當(dāng)速度有突變時，理論上加速度為無窮大，此時推桿上的慣性力產(chǎn)生的沖擊。剛性沖擊:運動特點：

在行程的起始和終止位置有剛性沖擊，適用于低速。2.等加速等減速運動規(guī)律

sva位移：速度：加速度：

0A0-A0

0

0h（以推程為例分析）

當(dāng)加速度有突變時，推桿上的慣性力產(chǎn)生的沖擊。柔性沖擊:運動特點：

在行程的起始、中間和終止位置有柔性沖擊，適用于中速。3.余弦加速度(簡諧)運動規(guī)律（以推程為例分析）

sva

0

0

0h位移：速度：加速度：運動特點：

在行程的起始和終止位置有柔性沖擊，適用于中速。

4.正弦加速度(擺線)運動規(guī)律運動特點：

無沖擊，適用于高速。5.

改進型等速運動規(guī)律運動特點：

滿足等速要求且無沖擊，適用于高速。三、從動件運動規(guī)律的選擇1.首先考慮滿足機器工作要求2.考慮使機器有良好的動力特性3.考慮凸輪加工方便

簡單

h-φ關(guān)系——簡單曲線

模擬函數(shù)關(guān)系——別無選擇考慮因素：沖擊、速度幅值vmax、加速度幅值amax對于重載凸輪機構(gòu)：應(yīng)選擇vmax值較小的運動規(guī)律；對于高速凸輪機構(gòu)：應(yīng)選擇amax值較小的運動規(guī)律。

高速凸輪一、凸輪輪廓設(shè)計基本原理反轉(zhuǎn)法：第三節(jié)平面凸輪輪廓設(shè)計設(shè)想給整個凸輪機構(gòu)加上一個繞轉(zhuǎn)動軸心轉(zhuǎn)動的公共角速度，此時，凸輪相對靜止，從動桿一邊隨導(dǎo)路以轉(zhuǎn)動，一邊沿導(dǎo)路作往復(fù)運動。1.直動尖頂從動件盤形凸輪二、圖解法設(shè)計凸輪輪廓已知：凸輪以角速度ω逆時針回轉(zhuǎn)，其基圓半徑r0、偏距e及從動桿運動規(guī)律為：凸輪轉(zhuǎn)角從動桿運動0°～120°等速上升h120°～180°遠休180°～270°余弦加速度下降h

270°～360°近休(1)作從動件位移線圖。

s60°120°90°90°（2）作凸輪機構(gòu)初始位置。

s60°120°90°90°r0e（3）找從動桿的反轉(zhuǎn)位置。0120°60°90°90°56789（4）量取從動桿在各反轉(zhuǎn)位置上的位移。1243（5）將從動桿末端各點連成光滑曲線。-ω（1）作從動件位移線圖。2.直動滾子從動件盤形凸輪(1)

將滾子中心視為尖頂，按尖頂從動桿設(shè)計凸輪輪廓——理論輪廓。(2)

以理論輪廓上各點為圓心，滾子半徑為半徑，作一系列滾子圓，并作滾子圓族的包絡(luò)線——工作輪廓。3.直動平底從動件盤形凸輪(1)將從動桿導(dǎo)路中心線與平底的交點視為尖頂，按尖頂從動桿設(shè)計方法找到從動桿末端的一系列點的位置。(2)過從動桿末端各點作一系列平底直線，并作平底直線族的包絡(luò)線——工作輪廓。4.擺動從動件盤形凸輪注意：（1）從動件位移表示的為角位移；（2）找從動件反轉(zhuǎn)位置時，應(yīng)保持凸輪轉(zhuǎn)動中心與從動桿擺動中