機(jī)械原理第三章

第三章平面連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)：由若干個(gè)剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接所組成。

平面連桿機(jī)構(gòu)：各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。

空間連桿機(jī)構(gòu)：運(yùn)動(dòng)構(gòu)件不都在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。平面四桿機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)最簡單的且應(yīng)用最廣泛的由4個(gè)構(gòu)件所組成的平面連桿機(jī)構(gòu)。第一節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的類型一、平面四桿運(yùn)動(dòng)鏈

平面四桿機(jī)構(gòu)：四個(gè)構(gòu)件和四個(gè)低副組成的閉式鏈機(jī)構(gòu)。

平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)RRRR

含有一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)RRRP

含有二個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)RRPP

RPRP第一節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的類型（2）二、平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：四個(gè)運(yùn)動(dòng)副都是轉(zhuǎn)動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)。構(gòu)件名稱：圖

機(jī)架—固定不動(dòng)的構(gòu)件。

連架桿—直接與機(jī)架相連的構(gòu)件。

曲柄：能整周回轉(zhuǎn)；回轉(zhuǎn)副

搖桿：不能整周回轉(zhuǎn)。擺轉(zhuǎn)副

連桿—不直接與機(jī)架相連的構(gòu)件。第一節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的類型（3）有回轉(zhuǎn)副的條件：

圖

最短構(gòu)件上的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副為回轉(zhuǎn)副。

等式機(jī)構(gòu)：

圖基本類型：

1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：兩個(gè)連架桿一為曲柄，一為搖桿。圖3－2

3－3

3－4

正偏置無偏置(正置)

負(fù)偏置

2、雙曲柄機(jī)構(gòu)：兩個(gè)連架桿都是曲柄。

圖3－6

3－7

正平行四邊形機(jī)構(gòu)圖3－11

圖

反平行四邊形機(jī)構(gòu)圖3－12

圖

3、雙搖桿機(jī)構(gòu)：兩個(gè)連架桿都是搖桿。

圖3－8

3－9第一節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的類型（5）三、含有一個(gè)移動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)1、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對心的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖偏置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)取不同構(gòu)件為機(jī)架圖擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖

轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖擺塊機(jī)構(gòu)圖定塊機(jī)構(gòu)圖

手壓抽水機(jī)機(jī)構(gòu)第一節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的類型（6）四、含有兩個(gè)移動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)1、雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)圖2、正弦機(jī)構(gòu)圖3、雙滑塊機(jī)構(gòu)橢圓儀第二節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性一、平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)基本特性1、轉(zhuǎn)動(dòng)副為回轉(zhuǎn)副的條件

A為回轉(zhuǎn)副：設(shè)a<d△B1C1D：a+d≤b+c△B2C2D：b-c≤d-a

c-b≤d-a則：a≤c;a≤b;a≤dP40有推導(dǎo)

得：a為最短構(gòu)件。同理，當(dāng)a>d時(shí)，得d為最短構(gòu)件。

第二節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性（2）轉(zhuǎn)動(dòng)副成為回轉(zhuǎn)副的條件：（1）連接回轉(zhuǎn)副的兩個(gè)構(gòu)件中，必有一個(gè)是最短構(gòu)件；（2）最短桿與最長桿之和小于或等于其他兩桿之和?！獥U長之和條件。

最短桿的兩端都是回轉(zhuǎn)副。機(jī)構(gòu)演化：取不同構(gòu)件為機(jī)架（）（1）最短桿為機(jī)架——雙曲柄機(jī)構(gòu)；圖（2）最短桿的鄰邊為機(jī)架——曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（3）最短桿對邊為機(jī)架——雙搖桿機(jī)構(gòu)。第二節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性（3）曲柄存在的條件：（1）桿長之和條件；（2）取最短桿或最短桿的鄰邊為機(jī)架。若不滿足桿長之和條件，不論選取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，所得機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)

滑塊機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件：

圖

a+e≤b第二節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性（4）2、急回運(yùn)動(dòng)特性（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

極位夾角θ：搖桿位于兩極限位置時(shí)曲柄兩位置所夾的銳角。

急回特性:從動(dòng)搖桿往復(fù)擺動(dòng)的平均角速度不等，空回行程的平均速度大于正行程的平均速度。圖

行程速比系數(shù)：背上第二節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性（5）（2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

偏置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：圖

圖對心的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：

圖（3）擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)：

圖3.運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性（課本上沒有）機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性：當(dāng)主動(dòng)件連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件也能連續(xù)地占據(jù)預(yù)定的各個(gè)位置。圖

二、平面四桿機(jī)構(gòu)的傳力特性1、壓力角和傳動(dòng)角圖

壓力角a：從動(dòng)件所受的力與力作用點(diǎn)的速度方向之間所夾的銳角。

傳動(dòng)角g：壓力角的余角。可以直接從圖中量出。

a愈小，

g

愈大，對傳動(dòng)愈有利。設(shè)計(jì)時(shí)限制最小傳動(dòng)角：（一般）（高速、重載）

最小傳動(dòng)角g

min的位置：

（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：曲柄與機(jī)架共線。圖

1）當(dāng)主動(dòng)件與機(jī)架重疊共線時(shí)

2）當(dāng)主動(dòng)件與機(jī)架拉直共線時(shí)：

兩個(gè)中取小值。P44(3-10)（2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：曲柄與連桿的位置。

圖

圖

圖（3）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

圖

2、死點(diǎn)（止點(diǎn)）位置死點(diǎn)：機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角為零的位置。

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：搖桿為主動(dòng)件，曲柄與連桿共線的位置。圖

曲柄滑塊機(jī)構(gòu):滑塊為主動(dòng)件。圖

擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)：導(dǎo)桿為主動(dòng)件。圖

死點(diǎn)既有不好的一面，也有好的一面?？朔傈c(diǎn)（或運(yùn)動(dòng)不確定狀態(tài)）：

①靠慣性圖3－43、

②附加桿組圖3－11、

③止點(diǎn)位置錯(cuò)開圖3－44利用死點(diǎn):

①夾緊機(jī)構(gòu)圖

②飛機(jī)起落架圖

第三節(jié)四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一、四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的基本問題平面連桿機(jī)構(gòu)的功能：（1）傳動(dòng)功能圖（2）引導(dǎo)功能圖四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的基本問題：（1）實(shí)現(xiàn)預(yù)定的連桿位置問題；（1）實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律問題；（2）實(shí)現(xiàn)已知軌跡問題。設(shè)計(jì)方法：（1）圖解法；（2）解析法；（3）實(shí)驗(yàn)法。二、按預(yù)定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1、連桿位置用兩個(gè)活動(dòng)鉸鏈中心表示給定連桿上兩鉸鏈中心三個(gè)位置,

設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)課本P46方法：圖解法B1B2B3C1C2C3設(shè)計(jì)步驟：取作圖ADB1B2B3C1C2C3三、按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1、按給定兩連架桿對應(yīng)位移設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)課本P47～48

采用轉(zhuǎn)換機(jī)架法設(shè)計(jì)

也稱反轉(zhuǎn)法剛化反轉(zhuǎn)法作圖過程P482、行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)已知：

，求機(jī)構(gòu)其它構(gòu)件尺寸。課本P51步驟：取作圖AB=(AC1-AC2)/2BC=AC1-ABAC2=BC-ABAC1=AB+BCADC1C2B1MθB2（2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)已知：

，求機(jī)構(gòu)其它構(gòu)件尺寸.

步驟：取作圖HOeAc1c2BAB=(AC1-AC2)/2BC=AC1-ABMθAB1DB2

=（3）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)已知：P52

3.3.4按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

大綱中不作要求。

其它四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

1）解析法

2）圖譜法

大綱中不作要求。第四節(jié)平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析:對機(jī)構(gòu)的位移、速度和加速度進(jìn)行分析。

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的方法:主要有圖解法和解析法。圖解法比較直觀,但精度差；解析法可以得到較高的精度,但不太直觀,計(jì)算量大。第四節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析（2）一、速度分析的瞬心法及其應(yīng)用1、速度瞬心的概念和類型

瞬時(shí)速度中心(瞬心)P54:

互相作平面相對運(yùn)動(dòng)的兩構(gòu)件,都可以認(rèn)為它們該瞬時(shí)是繞某一點(diǎn)作相對轉(zhuǎn)動(dòng)。即在任一瞬時(shí)都有相對速度為零的重合點(diǎn)。圖

或：絕對速度相等的重合點(diǎn)。

絕對瞬心:

瞬心的絕對速度為零的瞬心。

相對瞬心:

瞬心的絕對速度不為零的瞬心。2、機(jī)構(gòu)中瞬心的數(shù)目由n個(gè)構(gòu)件(含支架)組成的機(jī)構(gòu),其總的瞬心數(shù)為N

3、機(jī)構(gòu)中瞬心位置的確定（1）.通過運(yùn)動(dòng)副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心

1)以轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接的兩構(gòu)件,其轉(zhuǎn)動(dòng)中心即為瞬心。圖

2)以移動(dòng)副聯(lián)接的兩構(gòu)件,其瞬心在導(dǎo)路方向的垂線上的無究遠(yuǎn)處。圖3)以平面高副聯(lián)接的兩構(gòu)件,若高副元素之間為純滾動(dòng)時(shí),接觸點(diǎn)即為兩構(gòu)件的瞬心；若高副元素之間既滾動(dòng)又滑動(dòng),則瞬心在高副接觸點(diǎn)處的公法線上。圖（2）不直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心——三心定理三心定理:

三個(gè)彼此作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件共有三個(gè)瞬心，且必定位于同一直線上。圖4、速度瞬心在機(jī)構(gòu)速度分析中的應(yīng)用例：課本上P56圖3-49,

圖1

圖2

瞬心法優(yōu)缺點(diǎn)：利用瞬心法對簡單的平面機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度分析比較簡單,但是若是多桿機(jī)構(gòu),則由于瞬心數(shù)目很多,因而使速度分析問題復(fù)雜化,另外,利用速度瞬心法只限于對速度進(jìn)行分析,而不能分析機(jī)構(gòu)的加速度。第四節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析

二、用解析法對平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析（一）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)1.(角)位移分析已知：各桿長及

1,

1

求：寫成復(fù)向量形式：l1l2l3l432Bxy1

1

1ACD

34

2將上式分別按實(shí)部相等和虛部相等寫出：消去2后得：第四節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析（7）根據(jù)，則得圖中實(shí)線所示的裝配模式應(yīng)取“+”，虛線所示的裝配模式應(yīng)取“

－

”。將式（對時(shí)間求導(dǎo)，得到，并取實(shí)部消去，解得：同樣方法求得：第四節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析（8）2.速度分析將式中的每項(xiàng)乘指數(shù)函數(shù)求導(dǎo)3.加速度分析將式對時(shí)間求導(dǎo)，可得：將式中的每項(xiàng)乘，并取實(shí)部消去，解得：積函數(shù)求導(dǎo)(二)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1B24CA3s1.位移分析根據(jù)等式兩邊實(shí)部和虛部分別相等可得：解得：，將式對時(shí)間求導(dǎo)，得到:展開后得2.速度分析3.加速度分析將式對時(shí)間求導(dǎo)，得到展開后得：1、位移分析.（三）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)x432By1

1

1AC

3s寫成復(fù)數(shù)形式：根據(jù)等式兩邊實(shí)部和虛部分別相等可得：解得：，將式中的每項(xiàng)乘，并取實(shí)部和虛部分別相等，解得：2.速度分析將式對時(shí)間求導(dǎo)，得到:于是有則得由位移分析，3.加速度分析同樣方法可求得：例3－1P60本章小結(jié)1．四桿機(jī)構(gòu)的基本形式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)。

2．平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性1）曲柄存在的條件:桿長之和條件；最短桿或其相鄰桿為機(jī)架

；2）急回特性。3．平面四桿機(jī)構(gòu)的傳力特性：（1）傳動(dòng)角與壓力角壓力角——傳動(dòng)件上受力點(diǎn)的速度方向與所受作用力方向之間所夾的銳角。傳動(dòng)角——壓力角的余角。（2）止點(diǎn)：搖桿作主動(dòng)件時(shí)，當(dāng)曲柄與連桿共線時(shí)，從動(dòng)件轉(zhuǎn)向不定或被卡死的現(xiàn)象。4.圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。5.圖解法、解析法四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析。習(xí)題P62習(xí)題3-10；習(xí)題3-11習(xí)題3-15

；習(xí)題3-16；習(xí)題3-18；習(xí)題3-19習(xí)題3-22；習(xí)題3-23；習(xí)題3-24思考題

(不做到作業(yè)本上，僅供課后復(fù)習(xí)參考，共4張)一、填空題

1、平面連桿機(jī)構(gòu)是一種

副機(jī)構(gòu)，其接觸處的壓強(qiáng)較

，磨損較

，因此適用于受力較

的場合。2、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本型式分為

、

、

。3、在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)

為主動(dòng)件時(shí)，可把主動(dòng)件的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)變成從動(dòng)件的往復(fù)擺動(dòng)；當(dāng)

為主動(dòng)件時(shí)，可把主動(dòng)件的往復(fù)擺動(dòng)變成從動(dòng)件的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。4、在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，以曲柄為主動(dòng)件。當(dāng)從動(dòng)搖桿處于兩極限位置時(shí)，

在該兩位置間所夾的銳角為極位夾角。5、在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)

為主動(dòng)件時(shí)，在曲柄與

共線時(shí)，機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，該位置機(jī)構(gòu)的壓力角=

。6、在對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)中，曲柄均為主動(dòng)件：肯定具有急回特性的機(jī)構(gòu)為

、

、

；7、消除機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置有

、

、

等方法。二、簡答題1.何謂“壓力角”、“傳動(dòng)角”？若機(jī)架為最長桿，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在什么位置？2.機(jī)構(gòu)在什么情況下會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)，舉出利用死點(diǎn)的例子。3.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在整轉(zhuǎn)副的條件是什么？4.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是否具有急回特性？其最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在什么位置？5、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件是什么？6、如何確定機(jī)構(gòu)中不直接聯(lián)接的構(gòu)件間的相對瞬心？7、什么是速度瞬心？相對瞬心與絕對瞬心有何不同？9、什么是行程速比系數(shù)？它反映了機(jī)構(gòu)什么特性？10、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在什么情況下是雙搖桿機(jī)構(gòu)？結(jié)束

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)急回特性機(jī)構(gòu)的可行域鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)攪拌機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)反向雙曲柄慣性篩機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)翻箱機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)平行機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)對心曲柄滑塊偏置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)橢圓儀手壓抽水機(jī)機(jī)構(gòu)

取不同構(gòu)件為機(jī)架（滑塊機(jī)構(gòu)）直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿