《機(jī)械原理》（課堂PPT）

1、.1第八章第八章 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)基本內(nèi)容：基本內(nèi)容： 1)平面連桿機(jī)構(gòu)的定義、類型及應(yīng)用；平面連桿機(jī)構(gòu)的定義、類型及應(yīng)用； 2)四桿機(jī)構(gòu)的四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及演化基本型式及演化; 3)平面四桿機(jī)構(gòu)的平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性基本特性; 4)平面四桿機(jī)構(gòu)的平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)( (尺寸綜合尺寸綜合) )。連桿機(jī)構(gòu)的定義：連桿機(jī)構(gòu)的定義： 由若干個(gè)由若干個(gè)剛性構(gòu)件用低副剛性構(gòu)件用低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副）（轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副）連接連接而成的機(jī)構(gòu)而成的機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)，又稱為低副機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)，又稱為低副機(jī)構(gòu)。 用四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接而成的四桿機(jī)構(gòu)用四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接而成的四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)

2、，是平面四桿機(jī)構(gòu)中最基本的形式，是平面四桿機(jī)構(gòu)中最基本的形式。 連桿運(yùn)行曲線的形式主要取決與各構(gòu)件的相對連桿運(yùn)行曲線的形式主要取決與各構(gòu)件的相對長度變化。長度變化。.2實(shí)際應(yīng)用舉例：實(shí)際應(yīng)用舉例：雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架.3連桿機(jī)構(gòu)的基本型式及演化連桿機(jī)構(gòu)的基本型式及演化1. 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)牛頭刨床橫向自動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)牛頭刨床橫向自動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu) 構(gòu)件構(gòu)件2作作整周轉(zhuǎn)動(dòng)整周轉(zhuǎn)動(dòng)； 構(gòu)件構(gòu)件4作作在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)。.42. 雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu) 兩連架桿均可作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的四桿機(jī)構(gòu)。兩連架桿均可作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的四桿機(jī)構(gòu)。 圖圖(a) ：正平行四邊形機(jī)構(gòu)。連架

3、桿：正平行四邊形機(jī)構(gòu)。連架桿1、3均可均可作整周轉(zhuǎn)動(dòng)；作整周轉(zhuǎn)動(dòng)； 正平行四邊形機(jī)構(gòu)的正平行四邊形機(jī)構(gòu)的最大特點(diǎn)是曲柄的轉(zhuǎn)向及最大特點(diǎn)是曲柄的轉(zhuǎn)向及大小均相同大小均相同。 圖圖(b) ：保證運(yùn)動(dòng)確定性的機(jī)構(gòu)形式保證運(yùn)動(dòng)確定性的機(jī)構(gòu)形式(虛約束虛約束)。 反平行四邊形機(jī)構(gòu)的反平行四邊形機(jī)構(gòu)的最大特點(diǎn)是曲柄的轉(zhuǎn)向及最大特點(diǎn)是曲柄的轉(zhuǎn)向及大小均不相同大小均不相同。P113 圖圖8-10(a).53. 雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu) 兩連架桿均不兩連架桿均不可作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的四可作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的四桿機(jī)構(gòu)。桿機(jī)構(gòu)。 與機(jī)架相連接與機(jī)架相連接的構(gòu)件只能作一定的構(gòu)件只能作一定范圍內(nèi)的擺動(dòng)。范圍內(nèi)的擺動(dòng)。 圖示與連桿形圖示與連

4、桿形成的轉(zhuǎn)動(dòng)副為擺轉(zhuǎn)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副為擺轉(zhuǎn)副。副。 因此，因此，機(jī)構(gòu)命名顯然與活動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式機(jī)構(gòu)命名顯然與活動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式有關(guān)有關(guān)。 形成的運(yùn)動(dòng)方式與可運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍、形成的運(yùn)動(dòng)方式與可運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍、運(yùn)動(dòng)形式有關(guān)運(yùn)動(dòng)形式有關(guān)( (如：正、反平行四邊形機(jī)構(gòu)如：正、反平行四邊形機(jī)構(gòu)) )。.6平面四桿機(jī)構(gòu)的演化平面四桿機(jī)構(gòu)的演化 1. 擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副.72. 轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副移動(dòng)副圖圖(a) ：對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。：對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 偏距偏距 e 等于零。滑塊等于零?；瑝K C 的行程等于的行程等于2 ；往；往返的平均速度也相同。返的平均速度也相同。ABl圖圖(b)：偏置曲柄滑塊機(jī)

5、構(gòu)。：偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 偏距偏距 e 不等于零?；瑝K不等于零?；瑝K C 的行程不等的行程不等2 ；往返的平均速度也不相同。往返的平均速度也不相同。ABl.83. 取不同的構(gòu)件為機(jī)架取不同的構(gòu)件為機(jī)架 (1)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 桿桿2長度長度桿桿1長度長度，形，形成轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；成轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)； 桿桿2長度長度桿桿1長度長度，形，形成擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。成擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。 P115 圖圖8-18，19轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu).9(2)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) a)以桿以桿BC或或AD為機(jī)架為機(jī)架，得到，得到曲柄搖曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；圖桿機(jī)構(gòu)；圖(a) (

6、b)桿桿AB可以作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，可以作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，桿桿CD作一定范圍內(nèi)作一定范圍內(nèi)的擺動(dòng)。的擺動(dòng)。 b)以桿以桿AB為機(jī)為機(jī)架架，得到雙，得到雙曲柄機(jī)構(gòu)；曲柄機(jī)構(gòu)；圖圖(c)桿桿BC、AD均可均可作整周轉(zhuǎn)動(dòng)。作整周轉(zhuǎn)動(dòng)。 c)以桿以桿CD為機(jī)為機(jī)架，得到雙架，得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。搖桿機(jī)構(gòu)。圖圖(d)桿桿BC、AD作一作一定范圍內(nèi)的擺動(dòng)。定范圍內(nèi)的擺動(dòng)。 顯然，顯然，形成的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形形成的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式與取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架式與取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架( (固定構(gòu)固定構(gòu)件件) )有關(guān)有關(guān)。.10 雙搖桿機(jī)構(gòu)也可存在雙搖桿機(jī)構(gòu)也可存在周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副。 對于移動(dòng)副而言，對于移動(dòng)副而言，將移動(dòng)副兩元素的包容關(guān)將移動(dòng)副兩元素的包

7、容關(guān)系進(jìn)行逆換，并不影響兩構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)系進(jìn)行逆換，并不影響兩構(gòu)件間的相對運(yùn)動(dòng)，卻，卻可形成不同的機(jī)構(gòu)。可形成不同的機(jī)構(gòu)。.11平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性 整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副(曲柄曲柄)存在條件：存在條件： 主要分析：主要分析：桿桿 可可以整周轉(zhuǎn)動(dòng)的條件以整周轉(zhuǎn)動(dòng)的條件。1l結(jié)論：結(jié)論：整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副(曲柄曲柄)存在存在(必要必要)條件條件 1.最短桿是連架桿或機(jī)架。最短桿是連架桿或機(jī)架。 2.最短桿和最長桿之和小于等于其它兩桿長度最短桿和最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和之和。2431llll 桿桿 與桿與桿 兩次共兩次共線后，形成兩個(gè)三角形線后，形成兩個(gè)三角形( )、 ( )，

8、可導(dǎo)出三，可導(dǎo)出三個(gè)不等式以便于分析。個(gè)不等式以便于分析。1lDACDAC 2l.12分析：分析：( (充分條件充分條件) )1)最短桿最短桿為為機(jī)架時(shí)，得到機(jī)架時(shí)，得到雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)； 2)最短桿的對邊最短桿的對邊為為機(jī)架時(shí)，得到機(jī)架時(shí)，得到雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)；3)最短桿的鄰邊最短桿的鄰邊為為機(jī)架時(shí)，得到機(jī)架時(shí)，得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。注意：注意： 若最短桿和最長桿之和若最短桿和最長桿之和大于大于其它兩桿長度之其它兩桿長度之和，無論取哪個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架，均為和，無論取哪個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)。.13例例1：ABCD 已知已知 , ， ， 為固定件。試求：為固定件

9、。試求：mmlBC100mmlCD70mmlAD50AD 1)如果該機(jī)構(gòu)欲成為曲如果該機(jī)構(gòu)欲成為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，且柄搖桿機(jī)構(gòu)，且 為曲柄，為曲柄，求求 的值；的值； 2) 如果該機(jī)構(gòu)欲成為雙如果該機(jī)構(gòu)欲成為雙曲柄機(jī)構(gòu)，求曲柄機(jī)構(gòu)，求 的值；的值； 3)如果該機(jī)構(gòu)欲成為雙如果該機(jī)構(gòu)欲成為雙搖桿機(jī)構(gòu)，求搖桿機(jī)構(gòu)，求 的值。的值。ABlABABAB.14解解: (1)最短桿與最長桿長度之和小于或等于其它最短桿與最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和，且兩桿長度之和，且AB為最短桿。為最短桿。(曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu))ADCDBCABllllmmlAB200 (2)最短桿與最長桿長度之和小于或等于其

10、它最短桿與最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和，且兩桿長度之和，且AD為最短桿。為最短桿。(雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)) 1)若若BC為最長桿為最長桿ABCDBCADllllmmlAB802)若若AB為最長桿為最長桿BCCDABADllllmmlAB120結(jié)論：結(jié)論：mmlmmAB12080.15(3)若欲成為若欲成為雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)，則應(yīng)分析兩種情況：，則應(yīng)分析兩種情況： 1)機(jī)構(gòu)各桿件長度滿足機(jī)構(gòu)各桿件長度滿足“桿長之和條件桿長之和條件”，但，但以最短桿的對邊為機(jī)架；以最短桿的對邊為機(jī)架； 2)機(jī)構(gòu)各桿件長度不滿足機(jī)構(gòu)各桿件長度不滿足“桿長之和條件桿長之和條件”。 *本題只存在第二種情況

11、。本題只存在第二種情況。# #：AB為最短桿，為最短桿，BC為最長桿；為最長桿； CDADBCABllllmmlmmAB5020# #：AD為最短桿，為最短桿，BC為最長桿；為最長桿；CDABBCADllllmmlmmAB8050# #：AD為最短桿，為最短桿，AB為最長桿。為最長桿。CDBCABADllllmmlmmAB220120裝配條件：裝配條件：mmllllADBCCDAB220)(.16結(jié)論：結(jié)論：( (雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)) )AB桿的取值范圍桿的取值范圍：mmlmmmmlmmABAB2201208020其他形式機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件：其他形式機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件： 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊

12、機(jī)構(gòu)AB桿為曲柄的條件：桿為曲柄的條件： 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)BC桿為曲柄的條件：桿為曲柄的條件：eab.17例例2：ABCDmmlCD70mmllADBC100 在圖示機(jī)構(gòu)中，已知：在圖示機(jī)構(gòu)中，已知：桿長桿長， ，試求該機(jī)，試求該機(jī)構(gòu)欲成為有曲柄存在的機(jī)構(gòu)構(gòu)欲成為有曲柄存在的機(jī)構(gòu)時(shí)時(shí) 的取值范圍。的取值范圍。ABlmmlllllABADCDBCAB700解：解：mmlllllllllABADBCABCDADABBCCD13070結(jié)論：結(jié)論：mmlAB1300.18例例3：習(xí)題集：習(xí)題集P49 題題8-2(3)機(jī)架為機(jī)架為c：(不滿足必要條件不滿足必要條件)mmcdbcammcdcbam

13、mcdabc860340140裝配條件：裝配條件：mmdbac1340滿足必要條件滿足必要條件(不滿足充分條件不滿足充分條件)：mmcdbcammcdcba8603401340,140(mmmmclCD.19急回特性急回特性 左上圖為左上圖為對心對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 完成行程完成行程H所所用平均時(shí)間相同。用平均時(shí)間相同。 左下圖為左下圖為偏置偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 完成行程完成行程H所所用平均時(shí)間不相同，用平均時(shí)間不相同，因此因此必定具有急回必定具有急回特性特性。 機(jī)構(gòu)具有急回特性的最大優(yōu)點(diǎn)在于可減少輔機(jī)構(gòu)具有急回特性的最大優(yōu)點(diǎn)在于可減少輔助工作時(shí)間，以提高機(jī)械的工作效率助工

14、作時(shí)間，以提高機(jī)械的工作效率。.20曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)： 通常把從通常把從動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)平均速度的比平均速度的比值值(大于大于1)，稱，稱為行程速比系為行程速比系數(shù)，用數(shù)，用K表示。表示。0021180180K極位夾角的計(jì)算：極位夾角的計(jì)算：分析：分析：1) 行程速比系數(shù)與極位夾角呈正比例關(guān)系；行程速比系數(shù)與極位夾角呈正比例關(guān)系； 2) 行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)K值愈大，表示急回的作用值愈大，表示急回的作用愈明顯，生產(chǎn)效率愈高愈明顯，生產(chǎn)效率愈高。.21壓力角和傳動(dòng)角壓力角和傳動(dòng)角 壓力角壓力角：在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，如果不考慮構(gòu)：在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，如果不考慮構(gòu)件的慣性力和鉸鏈中

15、的摩擦力，則原動(dòng)件件的慣性力和鉸鏈中的摩擦力，則原動(dòng)件AB通過通過連桿連桿BC作用到從動(dòng)件作用到從動(dòng)件CD上的力上的力F的作用線與力作的作用線與力作用點(diǎn)用點(diǎn)C點(diǎn)絕對速度點(diǎn)絕對速度Vc所夾的銳角稱為壓力角所夾的銳角稱為壓力角。 傳動(dòng)角傳動(dòng)角：壓力角的余角稱為傳動(dòng)角。：壓力角的余角稱為傳動(dòng)角。.22最小傳動(dòng)角位置分析最小傳動(dòng)角位置分析 ( (曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)) ) 圖解法圖解法的關(guān)鍵在于的關(guān)鍵在于找到找到主動(dòng)件主動(dòng)件( (曲柄曲柄) )與機(jī)與機(jī)架共線架共線的兩的兩個(gè)位置。個(gè)位置。 1)若兩個(gè)位置的最小傳動(dòng)角均小于若兩個(gè)位置的最小傳動(dòng)角均小于 ，則，則最小的為機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角最小的為機(jī)構(gòu)的最

16、小傳動(dòng)角 。 2)若兩個(gè)位置的最小傳動(dòng)角之一為鈍角時(shí)，若兩個(gè)位置的最小傳動(dòng)角之一為鈍角時(shí)， ，再確定機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角，再確定機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角 。090min0180min.23最小傳動(dòng)角位置分析最小傳動(dòng)角位置分析 ( (曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)) ) 用于牛頭刨床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。用于牛頭刨床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。若不計(jì)摩擦損耗，則工作時(shí)若不計(jì)摩擦損耗，則工作時(shí)其壓力角等于零其壓力角等于零( (常常數(shù)數(shù)) )。 設(shè)計(jì)時(shí)必須同時(shí)考慮運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力特性。設(shè)計(jì)時(shí)必須同時(shí)考慮運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力特性。偏置偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)擺動(dòng)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu).24例例4:1B1C1E2B2C2EH.251

17、B1C2B2C.26平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)亦稱為：機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)亦稱為：運(yùn)動(dòng)綜合運(yùn)動(dòng)綜合。( (不考慮構(gòu)件本身不考慮構(gòu)件本身的強(qiáng)度、剛度及具體的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度及具體的結(jié)構(gòu)) )給定條件給定條件：(1)運(yùn)動(dòng)條件運(yùn)動(dòng)條件 ( (通常為主要的設(shè)計(jì)條件通常為主要的設(shè)計(jì)條件) )； (2)幾何條件幾何條件 ( (設(shè)計(jì)后的校核條件設(shè)計(jì)后的校核條件) )； (3)動(dòng)力條件動(dòng)力條件 ( (設(shè)計(jì)后的校核條件設(shè)計(jì)后的校核條件) )。 設(shè)計(jì)結(jié)果：設(shè)計(jì)結(jié)果： 給出可以繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的數(shù)據(jù)。給出可以繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的數(shù)據(jù)。 1)固定鉸鏈點(diǎn)的相對坐標(biāo)位置；固定鉸鏈點(diǎn)的相對坐標(biāo)位置； 2)各桿的長度；各桿

18、的長度； 3)相鄰構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)副形式。相鄰構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)副形式。 設(shè)計(jì)方法：設(shè)計(jì)方法： 圖解法。圖解法。學(xué)習(xí)的重點(diǎn)學(xué)習(xí)的重點(diǎn) 解析法、實(shí)驗(yàn)法。自學(xué)解析法、實(shí)驗(yàn)法。自學(xué).27 1) 按行程按行程速比系數(shù)速比系數(shù)K設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 1.1 曲柄曲柄搖桿機(jī)構(gòu)搖桿機(jī)構(gòu)參見教材參見教材P132。.281.2 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1C2CeAminBC.292) 按給定的連桿位置設(shè)計(jì)按給定的連桿位置設(shè)計(jì)2.1 給定活動(dòng)鉸鏈給定活動(dòng)鉸鏈(B,C)1B1C2B2C3B3C12b23bA12C23CD.302.2 給定固定鉸鏈給定固定鉸鏈(A,D)1E1F2E2F3E3FAD1B1C.31給定固定鉸鏈給定固定鉸鏈:20 201A40 401B.323) 按給定的連架桿對應(yīng)位置設(shè)計(jì)按給定的連架桿對應(yīng)位置設(shè)計(jì)3.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)AD1B2B3B1E2E3E3B1B2C.333.2 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)A1C2C3C1E2E3E1C3C.34例例5: 擬設(shè)計(jì)一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。已知搖桿擬設(shè)計(jì)一曲