機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第四章連桿機(jī)構(gòu)課件

4-1概述（1）由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)稱為連桿機(jī)構(gòu)

連桿機(jī)構(gòu)又稱為低副機(jī)構(gòu)一、定義與分類2/6/20231課件（2）連桿機(jī)構(gòu)可分為空間連桿機(jī)構(gòu)和平面連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)2/6/20232課件二、連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)?承受載荷大，便于潤(rùn)滑?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(shí)現(xiàn)?實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡要求2/6/20233課件4-2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及應(yīng)用

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)基本類型：四桿機(jī)構(gòu)連桿曲線2/6/20235課件

雙曲柄機(jī)構(gòu)2/6/20236課件

雙搖桿機(jī)構(gòu)2/6/20237課件二、平面連桿機(jī)構(gòu)的演化人們認(rèn)為所有的四桿機(jī)構(gòu)都是由四桿機(jī)構(gòu)的基本形式演化來(lái)得。1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的演化改變運(yùn)動(dòng)副類型轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副e∞改變構(gòu)件相對(duì)尺寸改變構(gòu)件相對(duì)尺寸e＝02/6/20239課件2、雙曲柄機(jī)構(gòu)的演化改變運(yùn)動(dòng)副類型轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)改變運(yùn)動(dòng)副類型轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副雙轉(zhuǎn)塊桿機(jī)構(gòu)改變構(gòu)件相對(duì)尺寸0改變構(gòu)件相對(duì)尺寸2/6/202310課件3、雙搖桿機(jī)構(gòu)的演化改變運(yùn)動(dòng)副類型轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)改變運(yùn)動(dòng)副類型轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副雙滑塊機(jī)構(gòu)0改變構(gòu)件相對(duì)尺寸00改變構(gòu)件相對(duì)尺寸2/6/202311課件平面四桿機(jī)構(gòu)的演化方式(2)改變相對(duì)桿長(zhǎng)(3)選不同構(gòu)件作機(jī)架

改變運(yùn)動(dòng)副類型

轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副

2/6/202313課件4-3平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件及幾個(gè)基本概念一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件aabcbcd藍(lán)色三角形成立紅色三角形成立2/6/202314課件比較a最短abcd該機(jī)構(gòu)中構(gòu)件a最短，構(gòu)件a能否整周回轉(zhuǎn)？2/6/202315課件討論◆最短桿與最長(zhǎng)桿之和小于等于其它兩桿長(zhǎng)度之和這是鉸鏈四桿運(yùn)動(dòng)鏈有周轉(zhuǎn)副的幾何條件abcd當(dāng)最短桿與最長(zhǎng)桿之和小于等于其它兩桿長(zhǎng)度之和即該式表明鉸鏈四桿運(yùn)動(dòng)鏈有兩個(gè)周轉(zhuǎn)動(dòng)副,并且這兩個(gè)周轉(zhuǎn)副在最短桿的兩端。2/6/202317課件◆最短桿是連架桿或機(jī)架abcd周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副最短桿a是機(jī)架時(shí)，連架桿b,d都是曲柄最短桿a是連架桿時(shí)，b或者d是機(jī)架，a是曲柄c是機(jī)架時(shí)，無(wú)曲柄雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)2/6/202318課件2、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件ababemn構(gòu)件a能通過(guò)m點(diǎn)的條件是：構(gòu)件a能通過(guò)n點(diǎn)的條件是：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件2/6/202319課件4、偏置導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件有曲柄，該機(jī)構(gòu)是擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。有曲柄，該機(jī)構(gòu)是擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。2/6/202321課件沒(méi)有曲柄。有曲柄，該機(jī)構(gòu)是轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。結(jié)論偏置導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件是2/6/202322課件二、壓力角和傳動(dòng)角壓力角：力F的作用線與力作用點(diǎn)絕對(duì)速度V所夾的銳角α稱為壓力角。傳動(dòng)角：壓力角的余角γ稱為傳動(dòng)角2/6/202323課件ABCDabcdFFtFn曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的壓力角2/6/202325課件ABCDabcdFFtFn2/6/202326課件e曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的極位夾角擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角2/6/202329課件2.急回運(yùn)動(dòng)

當(dāng)曲柄等速回轉(zhuǎn)的情況下，通常把從動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度快慢不同的運(yùn)動(dòng)稱為急回運(yùn)動(dòng)。DabdccabA主動(dòng)件a時(shí)間：轉(zhuǎn)角：運(yùn)動(dòng)：從動(dòng)件c時(shí)間：轉(zhuǎn)角：運(yùn)動(dòng)：從動(dòng)件c的平均角速度：2/6/202330課件通常把從動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)平均速度的比值(大于1)稱為行程速比系數(shù)，用K表示。3.行程速比系數(shù)K2/6/202331課件四、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置所謂死點(diǎn)位置就是指從動(dòng)件的傳動(dòng)角等于零或者壓力角等于90°時(shí)機(jī)構(gòu)所處的位置。1.死點(diǎn)位置DabdccabA如何確定機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置？分析B、C點(diǎn)的壓力角2/6/202332課件曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（曲柄為主動(dòng)件）的死點(diǎn)無(wú)死點(diǎn)存在DA2/6/202333課件曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（搖桿為主動(dòng)件）的死點(diǎn)AB與BC共線時(shí)或者機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)存在DA2/6/202334課件曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（曲柄為主動(dòng)件）的死點(diǎn)ee無(wú)死點(diǎn)存在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（滑塊為主動(dòng)件）的死點(diǎn)有死點(diǎn)存在2/6/202335課件2.死點(diǎn)位置的應(yīng)用飛機(jī)起落架夾具2/6/202336課件火車輪2.避免死點(diǎn)位置的危害加虛約束的平行四邊形機(jī)構(gòu)2/6/202337課件加虛約束的平行四邊形機(jī)構(gòu)2/6/202338課件4-4平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析一、研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的目的和方法位移分析可以：◆進(jìn)行干涉校驗(yàn)◆確定從動(dòng)件行程◆考查構(gòu)件或構(gòu)件上某點(diǎn)能否實(shí)現(xiàn)預(yù)定位置變化的要求。速度、加速度分析可以：◆確定速度變化是否滿足要求◆確定機(jī)構(gòu)的慣性力、振動(dòng)等

1.目的2/6/202339課件◆圖解法◆解析法◆實(shí)驗(yàn)法

2.運(yùn)動(dòng)分析的基本方法2/6/202340課件二、用速度瞬心法對(duì)平面機(jī)構(gòu)作速度分析作平面運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)構(gòu)件上瞬時(shí)相對(duì)速度等于零的點(diǎn)或絕對(duì)速度相等的點(diǎn)(等速重合點(diǎn))，稱為速度瞬心。速度瞬心的個(gè)數(shù)：1.什么是速度瞬心？設(shè)有m個(gè)構(gòu)件1，2，3，4，．．．，m2/6/202341課件2.瞬心位置的確定

(1)通過(guò)運(yùn)動(dòng)副直接連接的兩個(gè)構(gòu)件12P1221P12∞轉(zhuǎn)動(dòng)副連接的兩個(gè)構(gòu)件移動(dòng)副連接的兩個(gè)構(gòu)件12MP12高副連接的兩個(gè)構(gòu)件（純滾動(dòng)）nnt12M高副連接的兩個(gè)構(gòu)件（存在滾動(dòng)和滑動(dòng)）2/6/202342課件(2)不直接連接的兩個(gè)構(gòu)件三心定理：三個(gè)作平面平行運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件的三個(gè)瞬心必在同一條直線上。123K(K1,K2)vk2vk1P23P132/6/202343課件3.用速度瞬心對(duì)平面機(jī)構(gòu)作速度分析2/6/202344課件三、用解析法對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)作速度和加速度分析1.基本方法解析法有很多種不同的方法,本教材采用桿組法分解基本桿組建立基本桿組數(shù)學(xué)模型按照基本桿組構(gòu)成機(jī)構(gòu)的順序?qū)C(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析2/6/202345課件2.桿組法運(yùn)動(dòng)分析的數(shù)學(xué)模型(1)同一構(gòu)件上點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分析xyO已知：位置：數(shù)學(xué)模型速度：加速度：2/6/202346課件(2)RRRII級(jí)桿組的運(yùn)動(dòng)分析xyO已知：數(shù)學(xué)模型位置：速度：加速度：2/6/202347課件(3)RRPII級(jí)桿組的運(yùn)動(dòng)分析xyOBCDKs2/6/202348課件例(1)用I級(jí)桿數(shù)學(xué)模型計(jì)算B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)(2)用RRR桿組數(shù)學(xué)模型計(jì)算C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)(3)用I級(jí)桿數(shù)學(xué)模型計(jì)算E點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)(4)用RRP桿組數(shù)學(xué)模型計(jì)算F點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)O4xyHKABDEF12356I級(jí)桿RRR桿組I級(jí)桿RRP桿組C2/6/202349課件4-5平面連桿機(jī)構(gòu)的力分析機(jī)械效率一、力分析的基本知識(shí)作用在機(jī)械上的力：◆驅(qū)動(dòng)力驅(qū)使機(jī)械運(yùn)動(dòng)的力，其特征:力與作用點(diǎn)速度方向的夾角為銳角◆阻力阻礙機(jī)械運(yùn)動(dòng)的力，其特征:力與作用點(diǎn)速度方向的夾角為鈍角通常認(rèn)為摩擦力是阻力，但是，有時(shí)候摩擦力也可以是驅(qū)動(dòng)力2/6/202350課件汽車前進(jìn)方向摩擦力是驅(qū)動(dòng)力的實(shí)例2/6/202351課件三、運(yùn)動(dòng)副的摩擦力及摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的力分析1.移動(dòng)副的摩擦和自鎖ij自鎖ij摩擦角（錐）2/6/202352課件結(jié)論：(1)當(dāng)驅(qū)動(dòng)力作用在摩擦角之外時(shí),滑塊不能被推動(dòng)的原因是驅(qū)動(dòng)力不夠大，而不是自鎖。

(2)當(dāng)驅(qū)動(dòng)力作用于摩擦角之內(nèi)時(shí),將產(chǎn)生自鎖。移動(dòng)副自鎖條件：驅(qū)動(dòng)力作用于摩擦角之內(nèi)2/6/202353課件2.轉(zhuǎn)動(dòng)軸頸的摩擦和自鎖ijij軸頸均速轉(zhuǎn)動(dòng)2/6/202354課件ij軸頸減速轉(zhuǎn)動(dòng)ij軸頸加速轉(zhuǎn)動(dòng)2/6/202355課件結(jié)論：(1)當(dāng)時(shí)，M=Mf,軸頸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)或靜止不動(dòng)；(2)當(dāng)時(shí)，M>Mf，軸頸加速轉(zhuǎn)動(dòng)(3)當(dāng)時(shí)，M<Mf，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力G增加到多大，軸頸都不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為自鎖。轉(zhuǎn)動(dòng)副自鎖條件：2/6/202356課件如何計(jì)算摩擦圓半徑和摩擦力矩？如何計(jì)算當(dāng)量摩擦系數(shù)？該公式不能使用！2/6/202357課件ij應(yīng)用ij2/6/202358課件應(yīng)用舉例2/6/202359課件四、機(jī)械效率什么是機(jī)械效率?機(jī)械系統(tǒng)輸入功輸出功損耗功機(jī)械效率的定義式2/6/202360課件機(jī)械系統(tǒng)輸入功率輸出功率損耗功率機(jī)械系統(tǒng)輸入功率輸出功率損耗功率或2/6/202361課件機(jī)械系統(tǒng)輸入功率輸出功率損耗功率理想情況下(沒(méi)有摩擦)2/6/202362課件機(jī)械系統(tǒng)輸入功率輸出功率損耗功率理想情況下(沒(méi)有摩擦)結(jié)論：2/6/202363課件思考這幾個(gè)效率計(jì)算式含義相同嗎？??2/6/202364課件五、機(jī)械自鎖從效率的觀點(diǎn)討論自鎖，則自鎖的條件為：機(jī)械效率小于等于0，即2/6/202365課件4-6平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一、四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題1、函數(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2、軌跡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)連桿曲線2/6/202366課件3、導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2/6/202367課件二、函數(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在這個(gè)方程中要求的未知數(shù)有哪些,已知的數(shù)有哪些?2/6/202368課件已知：未知：2/6/202369課件函數(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的特例按從動(dòng)件的急回運(yùn)動(dòng)特性設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)已知行程速比系數(shù)K，搖桿長(zhǎng)度Lc，機(jī)架長(zhǎng)度LAD，搖桿擺角ψ，試求曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的尺寸。解：（1）求出極位夾角2/6/202370課件2/6/202371課件三、軌跡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)f(xA,yA,η,a,b,

c,

d,

e,α，x，y)=0軌跡方程：2/6/202372課件f(