第三章連桿機構(gòu)分析和設(shè)計

1、第三章第三章 連桿機構(gòu)分析和設(shè)計連桿機構(gòu)分析和設(shè)計3-1 概述概述3-2 平面四桿機構(gòu)的基本類型及演化平面四桿機構(gòu)的基本類型及演化3-3 平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件及幾個基本概念平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件及幾個基本概念3-4 平面連桿機構(gòu)的運動分析平面連桿機構(gòu)的運動分析3-5 平面連桿機構(gòu)的力分析和機械效率平面連桿機構(gòu)的力分析和機械效率3-6 平面四桿機構(gòu)設(shè)計平面四桿機構(gòu)設(shè)計* *3-7 空間連桿機構(gòu)與機器人機構(gòu)空間連桿機構(gòu)與機器人機構(gòu)本章小結(jié)本章小結(jié)3-1 3-1 概述概述（1 1）由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的機構(gòu)稱為連桿機構(gòu)）由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的機構(gòu)稱為連桿機構(gòu) 連桿機構(gòu)又稱為低副

2、機構(gòu)連桿機構(gòu)又稱為低副機構(gòu)一、定義與分類一、定義與分類（2 2）連桿機構(gòu)可分為）連桿機構(gòu)可分為 空間連桿機構(gòu)空間連桿機構(gòu)和和 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)空間連桿機構(gòu)空間連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu) 連桿機構(gòu)常用其所含的桿數(shù)而命名，連桿機構(gòu)常用其所含的桿數(shù)而命名， 故此類機構(gòu)統(tǒng)稱為故此類機構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機構(gòu)連桿機構(gòu)。此類機構(gòu)的共同特點：此類機構(gòu)的共同特點：l機構(gòu)的原動件機構(gòu)的原動件1 1和從動件和從動件3 3的運動都需要經(jīng)過的運動都需要經(jīng)過連桿連桿2 2來傳動。來傳動。l機構(gòu)中的運動副一般均為低副。機構(gòu)中的運動副一般均為低副。故此類機構(gòu)也稱故此類機構(gòu)也稱低副機構(gòu)低副機構(gòu)。l連桿機構(gòu)中的構(gòu)件多呈現(xiàn)

3、桿的形狀，連桿機構(gòu)中的構(gòu)件多呈現(xiàn)桿的形狀，故常稱構(gòu)件為故常稱構(gòu)件為桿桿。故有故有四桿機構(gòu)、四桿機構(gòu)、六桿機構(gòu)六桿機構(gòu)等。等。二、連桿機構(gòu)的優(yōu)點二、連桿機構(gòu)的優(yōu)點 承受載荷大，便于潤滑承受載荷大，便于潤滑 制造方便，易獲得較高的精度制造方便，易獲得較高的精度 兩構(gòu)件之間的接觸靠幾何封閉實現(xiàn)兩構(gòu)件之間的接觸靠幾何封閉實現(xiàn) 實現(xiàn)多種運動規(guī)律和軌跡要求實現(xiàn)多種運動規(guī)律和軌跡要求 承受載荷大，便于潤滑承受載荷大，便于潤滑 制造方便，易獲得較高的精度制造方便，易獲得較高的精度 兩構(gòu)件之間的接觸靠幾何封閉實現(xiàn)兩構(gòu)件之間的接觸靠幾何封閉實現(xiàn) 實現(xiàn)多種運動規(guī)律和軌跡要求實現(xiàn)多種運動規(guī)律和軌跡要求三、連桿機構(gòu)的缺

4、點三、連桿機構(gòu)的缺點 慣性力不易平衡慣性力不易平衡 不易精確實現(xiàn)各種運動規(guī)律和軌跡要求不易精確實現(xiàn)各種運動規(guī)律和軌跡要求 慣性力不易平衡慣性力不易平衡 不易精確實現(xiàn)各種運動規(guī)律和軌跡要求不易精確實現(xiàn)各種運動規(guī)律和軌跡要求實現(xiàn)預(yù)定運動規(guī)律實現(xiàn)預(yù)定運動規(guī)律實現(xiàn)預(yù)定運動軌跡實現(xiàn)預(yù)定運動軌跡 只有只有9組組 值可以精確滿足預(yù)定值可以精確滿足預(yù)定的軌跡方程。的軌跡方程。, yx)(f)()(yyxxMM 只有只有5組組 、 值可以精確值可以精確滿足預(yù)定的函數(shù)滿足預(yù)定的函數(shù) 。)(f3-2 3-2 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其演化平面四桿機構(gòu)的基本類型及其演化一、平面四桿機構(gòu)的基本類型及應(yīng)用一、平面四桿機構(gòu)

5、的基本類型及應(yīng)用鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)機架機架連架桿連架桿曲柄曲柄連架桿連架桿搖桿搖桿連桿連桿周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副1234ABCD平面四桿機構(gòu)的基本類型是一個鉸鏈四桿機構(gòu)。平面四桿機構(gòu)的基本類型是一個鉸鏈四桿機構(gòu)。 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式 按連架桿的運動形式不同，四按連架桿的運動形式不同，四桿機構(gòu)分為：桿機構(gòu)分為：（3）雙搖桿機構(gòu)）雙搖桿機構(gòu)（1）曲柄搖桿機構(gòu)）曲柄搖桿機構(gòu)（2）雙曲柄機構(gòu)）雙曲柄機構(gòu) 1.1.曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)這個鉸鏈四桿機構(gòu)有三種基本形式。這個鉸鏈四桿機構(gòu)有三種基本形式。一個連架桿作整周轉(zhuǎn)動；一個連架桿作整周轉(zhuǎn)動；一

6、個連架桿作擺動；一個連架桿作擺動；連桿作平面運動。連桿作平面運動。5634ADCB曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雷達天線雷達天線連桿曲線連桿曲線攪拌機攪拌機 2.2.雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)兩個連架桿都作整周轉(zhuǎn)動；兩個連架桿都作整周轉(zhuǎn)動；連桿作平面運動。連桿作平面運動。振動篩振動篩慣性篩機構(gòu)慣性篩機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)對邊長度相等且平行對邊長度相等且平行實現(xiàn)水平升降實現(xiàn)水平升降反平行四邊形機構(gòu)反平行四邊形機構(gòu)對邊長度相等但不且平行對邊長度相等但不且平行實現(xiàn)兩扇門同時開閉實現(xiàn)兩扇門同時開閉攝影平臺升降機構(gòu)攝影平臺升降機構(gòu)車門開閉機構(gòu)車門開閉機構(gòu) 3.3.雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)兩個連架桿都作擺動；兩

7、個連架桿都作擺動；連桿作平面運動。連桿作平面運動。鶴式起重機鶴式起重機汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)汽車前輪的轉(zhuǎn)向機構(gòu)汽車前輪的轉(zhuǎn)向機構(gòu)二、平面四桿機構(gòu)的演化二、平面四桿機構(gòu)的演化平面四桿機構(gòu)的演化方式平面四桿機構(gòu)的演化方式(2) (2) 改變相對桿長改變相對桿長(3) (3) 選不同構(gòu)件作機架選不同構(gòu)件作機架 (1)(1) 改變運動副類型改變運動副類型轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副 移動副移動副 (4) (4) 改變運動副的尺寸改變運動副的尺寸 人們認為所有的四桿機構(gòu)都是由四桿機構(gòu)的基本形式演化來的。人們認為所有的四桿機構(gòu)都是由四桿機構(gòu)的基本形式演化來的。1 1、曲柄搖桿機構(gòu)的演化曲柄搖桿機構(gòu)的演化改變運動副類型改

8、變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副轉(zhuǎn)動副變成移動副改變構(gòu)件改變構(gòu)件相對尺寸相對尺寸改變構(gòu)件相對尺寸改變構(gòu)件相對尺寸e01234ABCD1234ABCDe1234ABCD1234ABCD2 2、雙曲柄機構(gòu)的演化、雙曲柄機構(gòu)的演化改變運動副類型改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副轉(zhuǎn)動副變成移動副轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)改變構(gòu)件改變構(gòu)件相對尺寸相對尺寸1234ABCD01234ABCD1234ABCD改變運動副類型改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副轉(zhuǎn)動副變成移動副雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)改變構(gòu)件改變構(gòu)件相對尺寸相對尺寸1234ABCD1234ABCD1234ABCD1234ABCD2 2、雙曲柄機構(gòu)的演化、雙曲柄機構(gòu)的

9、演化十字滑塊聯(lián)軸器十字滑塊聯(lián)軸器3 3、雙搖桿機構(gòu)的演化、雙搖桿機構(gòu)的演化改變運動副類型改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副轉(zhuǎn)動副變成移動副移動導(dǎo)桿機構(gòu)移動導(dǎo)桿機構(gòu)改變構(gòu)件改變構(gòu)件相對尺寸相對尺寸1234ABCD01234ABCD1234ABCD改變運動副類型改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副轉(zhuǎn)動副變成移動副雙滑塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)改變構(gòu)件改變構(gòu)件相對尺寸相對尺寸1234ABCD001234ABCD1234ABCD3 3、雙搖桿機構(gòu)的演化、雙搖桿機構(gòu)的演化4 4、曲柄滑塊機構(gòu)的演化、曲柄滑塊機構(gòu)的演化改變運動副類型改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副轉(zhuǎn)動副變成移動副改變構(gòu)件改變構(gòu)件相對尺寸相對尺寸改變機架改變機架

10、定為機架定為機架1234ABCD1234ABCD正弦機構(gòu)正弦機構(gòu)1234ABCD雙滑塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)1234ABCD35 5、四桿機構(gòu)基本類型的演化關(guān)系、四桿機構(gòu)基本類型的演化關(guān)系A(chǔ)BCD1234構(gòu)件構(gòu)件4 4為機架為機架曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)ABCD1234雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)ABCD1234曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)ABCD1234構(gòu)件構(gòu)件3 3為機架為機架構(gòu)件構(gòu)件1 1為機架為機架構(gòu)件構(gòu)件2 2為機架為機架雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)2 2）改變機架）改變機架曲柄滑塊機構(gòu)演化曲柄滑塊機構(gòu)演化3 3）改變機架）改變機架雙滑塊機構(gòu)演化雙滑塊機構(gòu)演化1 1）改變機架）改變機架鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)6

11、、 改變運動副尺寸改變運動副尺寸 曲柄演化為偏心輪曲柄演化為偏心輪 在曲柄搖桿機構(gòu)中，若把曲柄端點的轉(zhuǎn)動副半徑擴大，在曲柄搖桿機構(gòu)中，若把曲柄端點的轉(zhuǎn)動副半徑擴大，使它超過曲柄的長度，曲柄就演化成一個偏心輪，其偏心距使它超過曲柄的長度，曲柄就演化成一個偏心輪，其偏心距為曲柄的長度。同樣，曲柄滑塊機構(gòu)中曲柄端點的轉(zhuǎn)動副半為曲柄的長度。同樣，曲柄滑塊機構(gòu)中曲柄端點的轉(zhuǎn)動副半經(jīng)擴大，使它超過曲柄的長度，曲柄就演化成了一個偏心輪。經(jīng)擴大，使它超過曲柄的長度，曲柄就演化成了一個偏心輪。擴大轉(zhuǎn)動副尺寸擴大轉(zhuǎn)動副尺寸3-3 3-3 平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件 及幾個基本概念及幾個基本概

12、念一、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1 1、鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件、鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件藍色三角形成立藍色三角形成立bdaccdabcbda紅色三角形成立紅色三角形成立ba-dcca-dbcba-dDCB11DCB22b bA2 2a aa ac cb bc cd dda BCD1B1C2B2C1 13 3比較比較bdaccdabcbdaba-dcca-dbcba-dcbdaa-dcbdacdaca-dbca-dbbdaba-dcba-dccbdaca-dbba-dcca ba da a a最短最短abcd該機構(gòu)中構(gòu)件該機構(gòu)中構(gòu)件a a最短，最短，構(gòu)件構(gòu)件a a能否

13、整周回轉(zhuǎn)？能否整周回轉(zhuǎn)？最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和最短桿是連架桿或機架最短桿是連架桿或機架cbdaca-dbba-dcca ba da a a最短最短cbdacdbabdca最短桿與最長桿之和小于最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和。等于其它兩桿長度之和。設(shè)設(shè)b b最長最長cdba成立成立cbdabdca必然成立必然成立abcd再看這個例子再看這個例子構(gòu)件構(gòu)件a a為什么不能整周回轉(zhuǎn)？為什么不能整周回轉(zhuǎn)？cbdaa a最短，最短，d d最長最長是否成立？是否成立？鉸鏈四桿鉸鏈四桿機構(gòu)有曲機構(gòu)有曲柄的條件柄的條件討論討論最短桿與最長

14、桿之和小于等于其它兩桿長度之和最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和這是鉸鏈四桿運動鏈有周轉(zhuǎn)副的幾何條件這是鉸鏈四桿運動鏈有周轉(zhuǎn)副的幾何條件a ab bc cd ddcba當最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和即當最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和即該式表明鉸鏈四桿運動鏈有兩個周轉(zhuǎn)動副該式表明鉸鏈四桿運動鏈有兩個周轉(zhuǎn)動副, ,并且這兩個周轉(zhuǎn)副在最短桿的兩端。并且這兩個周轉(zhuǎn)副在最短桿的兩端。最短桿是連架桿或機架最短桿是連架桿或機架a ab bc cd d周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副最短桿最短桿a a是機架時，連架桿是機架時，連架桿b,db,d都是曲柄都是曲柄

15、最短桿最短桿a a是連架桿時，是連架桿時，b b或者或者d d是機架，是機架，a a是曲柄是曲柄c c是機架時，無曲柄是機架時，無曲柄雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)若若不滿足桿長條件不滿足桿長條件則沒有周轉(zhuǎn)副，獲得雙搖桿機構(gòu)；則沒有周轉(zhuǎn)副，獲得雙搖桿機構(gòu)；注意：注意：即無論取哪個為機架，均為雙搖桿機構(gòu)。即無論取哪個為機架，均為雙搖桿機構(gòu)。2 2、曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件構(gòu)件構(gòu)件1 1能通過能通過ABAB1 1位置的條件是：位置的條件是：beabea曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件是：曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件是：beaAB1B2BabeC1C2C

16、123構(gòu)件構(gòu)件1 1能通過能通過ABAB2 2位置的條件是：位置的條件是：3 3、導(dǎo)桿機構(gòu)有曲柄的條件、導(dǎo)桿機構(gòu)有曲柄的條件有曲柄，該機構(gòu)是擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。有曲柄，該機構(gòu)是擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。有曲柄，該機構(gòu)是轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)。有曲柄，該機構(gòu)是轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)。da daABC1231B2Bda dABC1a231B2Bda 有曲柄，該機構(gòu)是有曲柄，該機構(gòu)是轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)。導(dǎo)桿機構(gòu)。結(jié)結(jié) 論論導(dǎo)桿機構(gòu)總導(dǎo)桿機構(gòu)總是有曲柄的是有曲柄的dABC1a231B2B轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)4 4、偏置導(dǎo)桿機構(gòu)有曲柄的條件、偏置導(dǎo)桿機構(gòu)有曲柄的條件e-da e-da 有曲柄，該機構(gòu)是有曲柄，該機構(gòu)是擺動導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機

17、構(gòu)。有曲柄，該機構(gòu)是有曲柄，該機構(gòu)是擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。D1CdeAB1a23C1B2B2CdeAB1a23CD1B2B1C2C偏置轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)偏置轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)edae-deda沒有曲柄。沒有曲柄。有曲柄，該機構(gòu)是轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)有曲柄，該機構(gòu)是轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)。偏置導(dǎo)桿機構(gòu)有偏置導(dǎo)桿機構(gòu)有曲柄的條件是：曲柄的條件是：edae,dadaeAB123CD1B2B1C2CdeAB1a23CD1B2B1C2C結(jié)結(jié)論論偏置轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)偏置轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)二、壓力角和傳動角二、壓力角和傳動角FVScosSFW壓力角：壓力角：力力F F的作用線與力作用點絕對速度的作用線與力作用點絕對速度V V所夾的銳角所夾的

18、銳角稱為稱為壓力角壓力角。傳動角：傳動角：壓力角的余角壓力角的余角稱為稱為傳動角傳動角cosSFW在其它條件不變的情況下壓力角在其它條件不變的情況下壓力角越小，作功越小，作功W W越大越大壓力角是機構(gòu)傳力性能的一個重要指標，它是力的利壓力角是機構(gòu)傳力性能的一個重要指標，它是力的利用率大小的衡量指標。用率大小的衡量指標。bccoscbBDadcosdaBD222222222bc2adcosda-cbcos222290曲柄搖桿機構(gòu)的壓力角曲柄搖桿機構(gòu)的壓力角ABCDabcdFFtFncVminmax90180ABCDabcdcVminmaxnFtFF 最小傳動角的確定：最小傳動角的確定： 對于曲柄

19、搖桿機構(gòu)，對于曲柄搖桿機構(gòu)， min出現(xiàn)在主動件出現(xiàn)在主動件曲柄與機架共線曲柄與機架共線的兩位置之一。的兩位置之一。為了保證機構(gòu)傳力性能良好，為了保證機構(gòu)傳力性能良好，應(yīng)使應(yīng)使min40 50。曲柄滑塊機構(gòu)的壓力角曲柄滑塊機構(gòu)的壓力角maxminAB1B2BabeC1C2C123導(dǎo)桿機構(gòu)的壓力角導(dǎo)桿機構(gòu)的壓力角= 0 ； = 90具有良好的傳力性能具有良好的傳力性能aABC1231B2BF三、急回運動和行程速比系數(shù)三、急回運動和行程速比系數(shù)1. 極位夾角極位夾角 當機構(gòu)從動件處于兩極限位置時，主動件曲柄在兩個相應(yīng)當機構(gòu)從動件處于兩極限位置時，主動件曲柄在兩個相應(yīng)位置所夾的銳角位置所夾的銳角曲柄

20、搖桿機構(gòu)的極位夾角曲柄搖桿機構(gòu)的極位夾角CADabd1BB1CC12曲柄滑塊機構(gòu)的極位夾角曲柄滑塊機構(gòu)的極位夾角擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的極位夾角擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的極位夾角eAB1BC1C12dAB1BD12212212. 2. 急回運動急回運動 當曲柄等速回轉(zhuǎn)的情況下，通常把從動件往當曲柄等速回轉(zhuǎn)的情況下，通常把從動件往復(fù)運動速度快慢不同的運動稱為急回運動。復(fù)運動速度快慢不同的運動稱為急回運動。Dabd2B1B2C1Cccab12A主動件主動件a a21ABAB 時間：時間：1t轉(zhuǎn)角：轉(zhuǎn)角：1運動：運動：從動件從動件c c21DCDC 1t12ABAB 時間：時間：2t轉(zhuǎn)角：轉(zhuǎn)角：2運動：運動：12DCDC

21、 2t從動件從動件c c的平的平均角速度：均角速度：:DCDC2113t:DCDC1223t 1111180t1122180t21tt 33 通常把從動件往復(fù)運動平均速度的比通常把從動件往復(fù)運動平均速度的比值值(大于大于1)稱為行程速比系數(shù)，用稱為行程速比系數(shù)，用K表示。表示。11180KK180180K3. 行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)K33K 度從動件慢速行程平均速度從動件快速行程平均速13t23t 1111180t1122180t對心曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)牛頭刨床機構(gòu)牛頭刨床機構(gòu)四、機構(gòu)的死點位置四、機構(gòu)的死點位置所謂死點位置就是指從動件的傳動角等于零或

22、者壓力角等于所謂死點位置就是指從動件的傳動角等于零或者壓力角等于9090 時機構(gòu)所處的位置。時機構(gòu)所處的位置。1. 死點位置死點位置Dabd1B2B1C2CccabABC如何確定機構(gòu)的如何確定機構(gòu)的死點位置？死點位置？分析分析B、C點的壓力角點的壓力角（例如：（例如：蹬縫紉機蹬縫紉機）曲柄搖桿機構(gòu)（曲柄為主動件）的死點曲柄搖桿機構(gòu)（曲柄為主動件）的死點無死點存在無死點存在DABCMBvBFCFCvC0BABMFB曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)（搖桿為主動件）的死點（搖桿為主動件）的死點AB與與BC共線時共線時90B或者或者0B機構(gòu)有死點存在機構(gòu)有死點存在DABCMBvBFCFCv0CBCDMFC曲柄

23、滑塊機構(gòu)（曲柄為主動件）的死點曲柄滑塊機構(gòu)（曲柄為主動件）的死點eABCMBFBvCFCvABMFB0BCeABCBFBvCFCvB0C無死點存在無死點存在曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)（滑塊為主動件）的死點（滑塊為主動件）的死點有死點存在有死點存在擺動導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)（導(dǎo)桿為主動件）的死點（導(dǎo)桿為主動件）的死點2. 2. 死點位置的應(yīng)用死點位置的應(yīng)用夾具夾具火車輪火車輪2. 2. 避免死點位置的危害避免死點位置的危害加虛約束的平行四邊加虛約束的平行四邊形機構(gòu)形機構(gòu)加虛約束的平行四邊形加虛約束的平行四邊形機構(gòu)機構(gòu)3-4 3-4 平面連桿機構(gòu)的運動分析平面連桿機構(gòu)的運動分析一、研究機構(gòu)運動分析的目

24、的和方法一、研究機構(gòu)運動分析的目的和方法位移分析可以：位移分析可以：進行干涉校驗進行干涉校驗確定從動件行程確定從動件行程 考查構(gòu)件或構(gòu)件上某點能否實現(xiàn)預(yù)定位置變化的要求。考查構(gòu)件或構(gòu)件上某點能否實現(xiàn)預(yù)定位置變化的要求。速度、加速度分析可以：速度、加速度分析可以：確定速度變化是否滿足要求確定速度變化是否滿足要求確定機構(gòu)的慣性力、振動等確定機構(gòu)的慣性力、振動等 1. 1. 目的目的圖解法圖解法解析法解析法實驗法實驗法 2. 2. 運動分析的基本方法運動分析的基本方法二、用速度瞬心法對平面機構(gòu)作速度分析二、用速度瞬心法對平面機構(gòu)作速度分析作平面運動的兩個構(gòu)件上瞬時相對速度等于零的點或絕對速度作平面運

25、動的兩個構(gòu)件上瞬時相對速度等于零的點或絕對速度相等的點相等的點( (等速重合點等速重合點) )，稱為速度瞬心。，稱為速度瞬心。速度瞬心的個數(shù)速度瞬心的個數(shù)：1. 1. 什么是速度瞬心？什么是速度瞬心？m(m-1)K2絕對瞬心重合點絕對速度為零。絕對瞬心重合點絕對速度為零。相對瞬心重合點絕對速度不為零。相對瞬心重合點絕對速度不為零。 每兩個構(gòu)件就有一個瞬心每兩個構(gòu)件就有一個瞬心 根據(jù)排列組合根據(jù)排列組合若機構(gòu)中有若機構(gòu)中有m個構(gòu)件，則個構(gòu)件，則2mCP12P23P131 2 32. 2. 瞬心位置的確定瞬心位置的確定 (1) (1) 通過運動副直接連接的兩個構(gòu)件通過運動副直接連接的兩個構(gòu)件12P

26、1221P12轉(zhuǎn)動副連接的兩個構(gòu)件轉(zhuǎn)動副連接的兩個構(gòu)件移動副連接的兩個構(gòu)件移動副連接的兩個構(gòu)件12MP1212高副連接的兩個構(gòu)件高副連接的兩個構(gòu)件（純滾動）（純滾動）nnt12M12高副連接的兩個構(gòu)件高副連接的兩個構(gòu)件（存在滾動和滑動）（存在滾動和滑動）(2)(2)不直接連接的兩個構(gòu)件不直接連接的兩個構(gòu)件三心定理：三心定理：三個作平面平行運動的構(gòu)件三個作平面平行運動的構(gòu)件的三個瞬心必在同一條直線上。的三個瞬心必在同一條直線上。123K(K1,K2)vk2vk11323P23P133.3.用速度瞬心對平面機構(gòu)作速度分析用速度瞬心對平面機構(gòu)作速度分析11BLvBPvB2421234414P34P1

27、2P23P13P24P1ABCDBvCv224CPvC33LvC說明說明: : 瞬心確定的一種簡捷方法為瞬心代號瞬心確定的一種簡捷方法為瞬心代號 下腳標同號消去法。下腳標同號消去法。3413131413P PP PK=4 , N=4(41) /2=6找找P13： 構(gòu)件構(gòu)件1 1、2 2、3 3 在在P P1212P P2323連線上連線上構(gòu)件構(gòu)件1 1、4 4、3 3 在在P P1414P P3434連線上連線上 過過P P1414作導(dǎo)軌垂線作導(dǎo)軌垂線找找P24：構(gòu)件構(gòu)件2 2、1 1、4 4 在在P P1212P P1414連線上連線上構(gòu)件構(gòu)件2 2、3 3、4 4 在在P P2323P P

28、3434連線上連線上 過過P P2323作導(dǎo)軌垂線作導(dǎo)軌垂線A1B234CP34P24P34P13P14P12P23例例2 2：已知構(gòu)件已知構(gòu)件1 1為原動件，求四桿機構(gòu)的全部瞬心及為原動件，求四桿機構(gòu)的全部瞬心及構(gòu)件構(gòu)件2 2的角速度及構(gòu)件的角速度及構(gòu)件3 3的速度。的速度。vP12 = P14P1212= vP12P12P24v3 = P23P2421例例3 3：求傳動比求傳動比定義：兩構(gòu)件角速度之比傳動比。定義：兩構(gòu)件角速度之比傳動比。結(jié)論結(jié)論: :兩構(gòu)件的角速度之比等于絕對瞬心至相對兩構(gòu)件的角速度之比等于絕對瞬心至相對瞬心的距離之反比瞬心的距離之反比。角速度的方向為：角速度的方向為：相

29、對瞬心位于兩絕對瞬心的同一側(cè)時，兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相同。相對瞬心位于兩絕對瞬心的同一側(cè)時，兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相同。相對瞬心位于兩絕對瞬心之間時，兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相反。相對瞬心位于兩絕對瞬心之間時，兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相反。3 3 /2 2 P12P23 / / P13P23例例4: 4: 平面凸輪機構(gòu)平面凸輪機構(gòu)2 23 3312P P2323P P1313P P1212用瞬心法解題步驟用瞬心法解題步驟: :繪制機構(gòu)運動簡圖；繪制機構(gòu)運動簡圖；求瞬心的位置；求瞬心的位置；求出相對瞬心的速度求出相對瞬心的速度; ;瞬心法的優(yōu)缺點：瞬心法的優(yōu)缺點：適合于求簡單機構(gòu)的速度，機構(gòu)復(fù)雜時因適合于求簡單機構(gòu)的速度，機構(gòu)復(fù)雜時因 瞬心數(shù)急

30、劇增加而求解過程復(fù)雜。瞬心數(shù)急劇增加而求解過程復(fù)雜。 有時瞬心點落在紙面外。有時瞬心點落在紙面外。僅適于求速度僅適于求速度V,V,使應(yīng)用有一定局限性。使應(yīng)用有一定局限性。求構(gòu)件絕對速度求構(gòu)件絕對速度V V或角速度或角速度。作業(yè)：作業(yè)：3-43-4，3-53-5，3-63-6，3-73-73-83-8、3-93-9（這兩道題用瞬心法（這兩道題用瞬心法求解速度）求解速度）三、用解析法對平面連桿機構(gòu)作速度和加速度分析三、用解析法對平面連桿機構(gòu)作速度和加速度分析1.1.基本方法基本方法解析法有很多種不同的方法，本教材采用解析法有很多種不同的方法，本教材采用桿組法桿組法分解基本桿組分解基本桿組建立基本桿

31、建立基本桿組數(shù)學模型組數(shù)學模型按照基本桿組構(gòu)成按照基本桿組構(gòu)成機構(gòu)的順序?qū)C構(gòu)機構(gòu)的順序?qū)C構(gòu)進行運動分析進行運動分析2.2.桿組法運動分析的數(shù)學模型桿組法運動分析的數(shù)學模型(1) (1) 同一構(gòu)件上點的運動分析同一構(gòu)件上點的運動分析已知：已知：iAAiAAiiiAAyxyxllyxA ,),(位置方程：位置方程：iiABiiABlyylxxsincos根據(jù)該方程確定根據(jù)該方程確定B點的位置。點的位置。xyOiiArililBBA速度方程：速度方程：iiiABBiiiABBlyytylxxtxcossindd-ddiiiiiiABBiiiiiiABBllyytyllxxtxcossinsinc

32、os222 -dd-dd222加速度方程：加速度方程：根據(jù)該方程確定根據(jù)該方程確定B點的速度。點的速度。根據(jù)該方程確定根據(jù)該方程確定B點的加速度。點的加速度。xyOiiArililBBA位置方程：位置方程：iiABiiABlyylxxsincos已知：已知：iAAiAAiiiAAyxyxllyxA ,),(ii根據(jù)該方程確定根據(jù)該方程確定 點的位置。點的位置。BxyOiiArililBBA速度方程：速度方程：iiiABBiiiABBlyytylxxtxcosddsin-ddiiiiiiABBiiiiiiABBllyytyllxxtxcossin-ddsin-cos-dd222222 加速度方程

33、：加速度方程：ttiid)d(ddii 根據(jù)該方程確定根據(jù)該方程確定 點的速度。點的速度。Bttiiddddii 根據(jù)該方程確定根據(jù)該方程確定 點的加速度。點的加速度。BxyOiiArililBBAiittiid)d(ddii ttiiddddii 上述關(guān)系使得計算更加簡捷方便。上述關(guān)系使得計算更加簡捷方便。OxyiiArililBBAiill(2)RRRII(2)RRRII級桿組的運動分析級桿組的運動分析xyOijiljlCBDCBrDr已知：已知：DDBBDDBBjiDDBByxyxyxyxllyxDyxB ,),(),(位置方程：位置方程：jjDiiBCjjDiiBClylyylxlxx

34、sinsincoscos位置方程：位置方程：jjDiiBCjjDiiBClylyylxlxxsinsincoscos首先根據(jù)該方程求解首先根據(jù)該方程求解ji,然后把然后把 帶入該方程求解帶入該方程求解C點位置。點位置。ji,xyOijiljlCBDCBrDrjjjDiiiBCCjjjDiiiBCClylyytylxlxxtxcoscosddddsinsin速度方程：速度方程：xyOijiljlCBDCBrDr已知：已知：DDBBDDBBjiDDBByxyxyxyxllyxDyxB ,),(),(jjjDiiiBCCjjjDiiiBCClylyytylxlxxtxcoscosddddsinsin

35、首先根據(jù)該方程求解首先根據(jù)該方程求解ji ,然后把然后把 帶入該方程求解帶入該方程求解C點速度。點速度。ji ,xyOijiljlCBDCBrDriiiiiiBCCiiiiiiBCCllyytyllxxtxsincoscossin2222 dddd22加速度方程：加速度方程：已知：已知：DDBBDDBBjiDDBByxyxyxyxllyxDyxB ,),(),(iiiiiiBCCiiiiiiBCCllyytyllxxtxsincoscossin2222 dddd22加速度方程：加速度方程：首先根據(jù)該方程求解首先根據(jù)該方程求解ji ,然后把然后把 帶入該方程求解帶入該方程求解C點加速度。點加速度

36、。ji ,(3)RRPII(3)RRPII級桿組的運動分析級桿組的運動分析xyOBCDKsijBriljlKr請自行分析請自行分析例例(1)(1)用用I I級桿數(shù)學模型計算級桿數(shù)學模型計算B B點的運動點的運動(2)(2)用用RRRRRR桿組數(shù)學模型計算桿組數(shù)學模型計算C C點的運動點的運動(3)(3)用用I I級桿數(shù)學模型計算級桿數(shù)學模型計算E E點的運動點的運動(4)(4)用用RRPRRP桿組數(shù)學模型計算桿組數(shù)學模型計算F F點的運動點的運動O4xyHKABDEF12356I I級桿級桿RRRRRR桿組桿組I I級桿級桿RRPRRP桿組桿組C3-5 3-5 平面連桿機構(gòu)的力分析機械效率平面

37、連桿機構(gòu)的力分析機械效率一、力分析的基本知識一、力分析的基本知識作用在機械上的力：作用在機械上的力：驅(qū)動力驅(qū)動力 驅(qū)使機械運動的力，其特征驅(qū)使機械運動的力，其特征:力與作用點速度方向的夾力與作用點速度方向的夾角為銳角角為銳角阻力阻力 阻礙機械運動的力，其特征阻礙機械運動的力，其特征:力與作用點速度方向的夾角力與作用點速度方向的夾角為鈍角為鈍角通常認為摩擦力是阻力，但是，有時候摩擦力也可以是驅(qū)動力通常認為摩擦力是阻力，但是，有時候摩擦力也可以是驅(qū)動力汽車前進方向汽車前進方向vvfFfF摩擦力是驅(qū)摩擦力是驅(qū)動力的實例動力的實例二、桿組法對平面連桿機構(gòu)進行受力分析二、桿組法對平面連桿機構(gòu)進行受力分析

38、自學，參見教材自學，參見教材5757頁頁6262頁。頁。（1 1）由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的機構(gòu)稱為連桿機構(gòu)）由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的機構(gòu)稱為連桿機構(gòu) 連桿機構(gòu)又稱為低副機構(gòu)連桿機構(gòu)又稱為低副機構(gòu)三、運動副的摩擦及計及摩擦時機構(gòu)的力分析三、運動副的摩擦及計及摩擦時機構(gòu)的力分析平面連桿機構(gòu)中存在兩種運動副：平面連桿機構(gòu)中存在兩種運動副：移動副移動副轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副1. 1. 移動副的摩擦和自鎖移動副的摩擦和自鎖ijnFFnntFv移動副的摩擦系數(shù)為：移動副的摩擦系數(shù)為：tanfijNijFfF摩擦角摩擦角摩擦角（錐）摩擦角（錐）ij RijFnnNijFijvfijF摩擦角的定義摩擦角的定

39、義總反力總反力 與支與支撐反力的夾角撐反力的夾角RijF為摩擦角。為摩擦角。fFijnFFnntFvsinFFtcosFFntancostanfnnFfFFFftFF tancossinFFtantan物體移動物體移動ftFF 物體不移動（自鎖）物體不移動（自鎖）tancossinFFtantanfFfijtFF ij nFFRijFnnNijFtFijvfijFfijtFF 自鎖自鎖ij nFFRijFnnNijFtFijvfijF摩擦角（錐）摩擦角（錐）結(jié)論：結(jié)論：(1) 當驅(qū)動力作用在摩擦角之外當驅(qū)動力作用在摩擦角之外 時時,滑塊不滑塊不 能被推動的原因是驅(qū)動力不夠大，而不是自鎖。能被推

40、動的原因是驅(qū)動力不夠大，而不是自鎖。 (2) 當驅(qū)動力作用于摩擦角之內(nèi)當驅(qū)動力作用于摩擦角之內(nèi) 時時,將產(chǎn)生將產(chǎn)生 自鎖。自鎖。移動副自鎖條件：移動副自鎖條件：驅(qū)動力作用于摩擦角之內(nèi)驅(qū)動力作用于摩擦角之內(nèi)槽形移動副可改變摩擦系數(shù)大小槽形移動副可改變摩擦系數(shù)大小2. 2. 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動軸頸軸頸的摩擦和自鎖的摩擦和自鎖GMrijrMjiOfijFNijFRijFGrRijFG rFMfijrRijFG eijjiOfijFNijFRijFGerrMGGMerrFMfijr軸頸均速轉(zhuǎn)動軸頸均速轉(zhuǎn)動支撐反力支撐反力RijFNijF總反力總反力摩擦力摩擦力fijFrMG與與 求合力求合力ijjiOfijFN

41、ijFRijFGere軸頸減速轉(zhuǎn)動軸頸減速轉(zhuǎn)動rFMfijrijjiOfijFNijFRijFGere軸頸加速轉(zhuǎn)動軸頸加速轉(zhuǎn)動rFMfijrRijFG GMerRijFG GMer結(jié)論：結(jié)論：(1) 當當 時，時，M=Mf ，軸頸勻速轉(zhuǎn)動，軸頸勻速轉(zhuǎn)動 或靜止不動；或靜止不動； (2) 當當 時，時，MMf，軸頸加速轉(zhuǎn)動軸頸加速轉(zhuǎn)動 (3) 當當 時，時，M lCD+ lAD， lAB lCD+ lAD lBC =15mm若若AD桿為最短桿、桿為最短桿、BC桿為最長桿時：桿為最長桿時：lAD+ lBC lAB + lCD，lAB lBC + lCD，lAB lBC + lCD lAD = 55mm所以，若機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)，所以，若機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)，lAB取值范圍為：取值范圍為：15mm lAB 45mm 或或 55mm lAB 115mm。 503530lAB lBC + lCD + lAD = 115mm如圖所示鉸鏈四桿機構(gòu)中，已知如圖所示鉸鏈四桿機構(gòu)中，已知lBC=50mm， lDC=35mm，lAD=30mm，試求：，試求：（3）若此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)，）若此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)，lAB的值；的值；例：例：試設(shè)計一鉸鏈四桿機構(gòu)，已知搖桿試設(shè)計一鉸鏈四桿機構(gòu)，已知搖桿CD的行程