機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件

平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析1.1運(yùn)動(dòng)副及其分類Oyx自由度:相對於參考系構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副:使構(gòu)件直接接觸並能產(chǎn)生一定相對運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接運(yùn)動(dòng)副的分類運(yùn)動(dòng)副：可根據(jù)兩構(gòu)件之間接觸方式分為低副和高副兩種。低副：兩構(gòu)件通過面接觸組成的運(yùn)動(dòng)副。平面機(jī)構(gòu)中的低副有轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副高副：兩構(gòu)件通過點(diǎn)和線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副?？臻g運(yùn)動(dòng)副其他運(yùn)動(dòng)副的簡圖

球面副

(S)

圓柱副

(C)

球銷副

(S)1.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖一、運(yùn)動(dòng)副的表示方法:(1)a、b、c是兩個(gè)構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的表示方法。用圓圈表示轉(zhuǎn)動(dòng)副．其圓心代表相對轉(zhuǎn)動(dòng)軸線,圖中畫陰影線的構(gòu)件表示機(jī)架。(2)d、e、f是兩構(gòu)件組成移動(dòng)副的表示方法，移動(dòng)副的導(dǎo)路必須與相對移動(dòng)方向一致。圖中畫陰影線的構(gòu)件表示機(jī)架。(3)兩構(gòu)件組成高副時(shí)，在簡圖中應(yīng)當(dāng)畫出兩構(gòu)件接觸處的曲線輪廓．例：內(nèi)燃機(jī)二、構(gòu)件表示方法(1)固定構(gòu)件(機(jī)架)是用來支承活動(dòng)構(gòu)件(運(yùn)動(dòng)構(gòu)件)的構(gòu)件”

(2)原動(dòng)件(主動(dòng)件)是運(yùn)動(dòng)規(guī)律己知的活動(dòng)構(gòu)件，

(3)從動(dòng)件是機(jī)構(gòu)中隨著原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的其餘活動(dòng)構(gòu)件,其中：輸出預(yù)期運(yùn)動(dòng)的從動(dòng)件稱為輸出構(gòu)件，其他從功件則起傳遞運(yùn)動(dòng)的作用。1.3平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算一.平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式機(jī)構(gòu)總自由度數(shù)：F=3n-2PL-PH例1：額式破碎機(jī)有三個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，n＝3;包含四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副,PL＝4,沒有高副，PH

＝o：機(jī)構(gòu)自由度：F＝3n一2PL—PH＝3X3—2×4＝1例2活塞泵活塞泵有四個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)移動(dòng)副，PL

＝5,一個(gè)高副．PH＝1；則總自由度數(shù)：F＝3×4—2×5一1＝1

機(jī)構(gòu)的自由度與原動(dòng)件〔曲柄)數(shù)相等。二、具有確定運(yùn)動(dòng)的條件機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是：F＞o。且F等於原動(dòng)件數(shù)三、自由度計(jì)算的注意事項(xiàng)1、複合鉸鏈：兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處用轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接A、B、C、D為三個(gè)構(gòu)件匯交的符合鉸鏈，各有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，E、F各有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副故：圓盤鋸的總自由度是：F＝3×7－2×10＝12、局部自由度局部自由度：機(jī)構(gòu)中與輸出構(gòu)件運(yùn)動(dòng)無關(guān)的自由度3、虛約束：重複而對機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不起限制作用的約束(1)兩個(gè)構(gòu)件之間組成多個(gè)導(dǎo)路平行的移動(dòng)副時(shí)，只有一個(gè)移動(dòng)副起作用；(2)兩個(gè)構(gòu)件之間組成多個(gè)軸線重臺的轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副用；(3)機(jī)構(gòu)中傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對稱部分。虛約束構(gòu)件的自由度的計(jì)算實(shí)例圖中：n＝7，PL

＝9（7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和兩個(gè)移動(dòng)副），PH

＝1，故機(jī)構(gòu)的總自由度為：F＝3n－2PL

－PH

＝3×7－2×9－1＝1-4速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析上的應(yīng)用一.速度瞬心及其求法速度瞬心(暫態(tài)回轉(zhuǎn)中心,瞬心,同速點(diǎn))相對速度瞬心,絕對速度瞬心瞬心數(shù)N=K(K-1)/2速度瞬心的基本特徵(1)在因1—18中，構(gòu)件1和構(gòu)件2的瞬心P12

：；(2)當(dāng)兩構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心便是它們的瞬心；(3)當(dāng)兩構(gòu)件組成移動(dòng)副時(shí)、所以其瞬心位於導(dǎo)路垂線的無窮遠(yuǎn)處(4)當(dāng)兩構(gòu)件組成純滾動(dòng)高副時(shí)，接觸點(diǎn)就是其瞬心，(3)當(dāng)兩構(gòu)件組成滑動(dòng)兼滾動(dòng)的高副時(shí)，其瞬心應(yīng)位於過接觸點(diǎn)的公法線上

(4)不直接接觸的各個(gè)構(gòu)件，其瞬心可用三心定理定理是：作相對平面運(yùn)動(dòng)的三個(gè)構(gòu)件共有三個(gè)瞬心．這三個(gè)瞬心位於同—條直線上速度瞬心的求解實(shí)例1圖1-21：P12,P13,P14為絕對瞬心；P23,P34,P24-為相對瞬心。速度瞬心的求解實(shí)例21．鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)Vp24=ω

4Lp24p14=ω

2Lp24p12ω

2/ω

4=Lp24p14/Lp24p12兩構(gòu)件的角速度與其絕對瞬心至相對瞬心的距離成反比、2．齒輪或擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)Vp12=ω

1

Lp12p13=ω

2

Lp12p23

組成高副的兩構(gòu)件，其角速度連心線被接觸點(diǎn)公法線所分割的兩線段長度成反比。速度瞬心的求解實(shí)例3Lp13p12=V2/ω

1

作業(yè)指出以上機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖中的符合鉸鏈、局部自由度和虛約束，計(jì)算各自的自由度。內(nèi)燃機(jī)中曲柄連桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖顎式破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡圖活塞泵的運(yùn)動(dòng)簡圖第二章平面連桿機(jī)構(gòu)1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性2、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件3、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化4、平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)

1、鉸鏈四桿的基本型式、急回運(yùn)動(dòng)、死點(diǎn)位置和壓力角和傳動(dòng)角等特點(diǎn)；2、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的基本條件及其演變；3、根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)條件設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)

基本概念平面連桿機(jī)構(gòu)是許多構(gòu)件用低副(轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副)連接組成的平面機(jī)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：低副是面接觸．耐磨損；加上轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副的接觸表面是圓柱面和平面．製造簡便，易於獲得較高的製造精度。因此．平面連桿機(jī)構(gòu)在各種機(jī)械和儀器中獲得廣泛使用。缺點(diǎn)：低副中存在間隙。數(shù)目較多的低剮會引起運(yùn)動(dòng)積累誤差；而且它的設(shè)計(jì)比較複雜、不易精確地實(shí)現(xiàn)複雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。最簡單的平面連桿機(jī)構(gòu)是由四個(gè)構(gòu)件組成的，稱為平面四稈機(jī)構(gòu)。它的應(yīng)用非常廣泛．並且是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。§2-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：全部用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的平面四桿機(jī)構(gòu)，簡稱鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)的固定構(gòu)件4稱為機(jī)架，與機(jī)架用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接的桿1和桿3稱為連架桿、不與機(jī)架直連接的桿2稱為連桿。連架桿1或桿3如能繞機(jī)架上的轉(zhuǎn)動(dòng)副中心A或D作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，則稱為曲柄；若僅能在小於360的某—角度內(nèi)擺動(dòng)，則稱為搖桿。三種基本型式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿．一為曲柄，另一個(gè)為搖桿，則此鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。通常曲柄J為原動(dòng)件。並作勻運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)；而搖桿3為從動(dòng)件．作變速往復(fù)擺動(dòng)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的主要特性急回運(yùn)動(dòng)：快速回位的性能；死點(diǎn)問題：曲柄和連桿共線，容易出現(xiàn)卡死或運(yùn)動(dòng)不確定的點(diǎn)；壓力角：作用於從動(dòng)件上的力的方向與該點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向之夾角，用表示。傳動(dòng)角：壓力角之餘角，用表示。急回運(yùn)動(dòng)急回運(yùn)動(dòng)特性可用行程速度變化係數(shù)（或稱行程速比係數(shù)）K表示，式中

為搖桿處於兩極限伎置時(shí)，對應(yīng)的曲柄所夾的銳角．稱為極位夾角。極位夾角可以從行程速比係數(shù)推出死點(diǎn)位置以搖桿3為原動(dòng)件，曲柄1為從動(dòng)件，當(dāng)搖桿擺到極限位置C1D和C2D時(shí)，連桿2與曲柄1共線。若不計(jì)各桿的品質(zhì)，則這時(shí)連桿加給曲柄的力將通過鉸鏈中心A。此力對A點(diǎn)不產(chǎn)生力矩，因此不能使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點(diǎn)位置。為了消除死點(diǎn)的不良影響，通常是對從動(dòng)曲柄施加外力或利用飛輪及自身的慣性作用，使構(gòu)件通過死點(diǎn)位置。死點(diǎn)對傳動(dòng)不利，但可以用於夾緊裝置的防松。壓力角與傳動(dòng)角壓力角：作用在從動(dòng)件上的驅(qū)動(dòng)力與作用點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向的絕對速度的所夾的銳角。越小，有效分力越大。可作為判斷機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能的標(biāo)誌。傳動(dòng)角：壓力角的餘角最小傳動(dòng)角：機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)．傳動(dòng)角是變化的，為了保證機(jī)構(gòu)正常工作．必須規(guī)定最小傳動(dòng)角γmin的下限、對於一般機(jī)械，通常取γmin≥40o；對於顎式破碎機(jī)、衝床等大功率機(jī)械，最小傳動(dòng)角應(yīng)當(dāng)取大一些。可取γmin≥50o；對於小功率的控制機(jī)構(gòu)和儀錶，γmin可略小於40”。最小傳動(dòng)角的確定曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角必出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線（）的位置雙曲柄機(jī)構(gòu)兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)式水泵由相位依次相差90度的四個(gè)雙曲柄機(jī)構(gòu)組成，圖b是其中一個(gè)雙曲柄機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖，當(dāng)原動(dòng)曲柄1等角速順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)．連桿2帶動(dòng)從動(dòng)曲柄3作週期性變速轉(zhuǎn)動(dòng)，因此相鄰兩從動(dòng)曲柄(隔板)問的夾角也週期性地變化。轉(zhuǎn)到右邊時(shí)．相鄰二隔扳間的夾角及容積增大、形成真空。於是從進(jìn)水口吸水，轉(zhuǎn)到左邊時(shí)，相鄰二隔扳的夾角及容積變小，壓力升高，從出水口排水．從而起到泵水的作用。平行雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)中，用得最多的是平行四邊形機(jī)構(gòu)，或稱平行雙曲柄機(jī)構(gòu)，如下圖a中的AB!C!D所示。這種機(jī)構(gòu)的對邊長度相等，組成平行四邊形。運(yùn)動(dòng)不確定狀態(tài)為了消除這種運(yùn)動(dòng)不確定狀態(tài)，可以在主、從動(dòng)曲柄上錯(cuò)開一定角度再安裝一組平行四邊形機(jī)構(gòu)，如圖b所示。雙搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)§2-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件兩構(gòu)件能相對轉(zhuǎn)動(dòng)360度的轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為整轉(zhuǎn)副。顯然．具有整轉(zhuǎn)副的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)才可能存在曲柄。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是否具有整轉(zhuǎn)副．取決於各桿的相對長度。桿1為曲柄，故桿1與桿4的夾角

的變化範(fàn)圍為0-360度，當(dāng)搖桿處於左右極限位置的，曲柄與連桿兩次共線、故桿1與桿2的夾角

的變化範(fàn)圍也是0-360度；桿3為搖桿，它與相鄰兩桿的夾角、的變化範(fàn)圍小於360’。顯然，A、B為整轉(zhuǎn)副，C、D不是整轉(zhuǎn)副。為了實(shí)現(xiàn)曲柄1整周回轉(zhuǎn)，AB桿必須順利通過與連桿共線的兩個(gè)位置AB′和AB"

整轉(zhuǎn)副的數(shù)學(xué)條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄的存在條件曲柄是連架桿，整轉(zhuǎn)副處於機(jī)架上才能形成曲柄。因此，具有整轉(zhuǎn)副的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是否存在曲柄，還應(yīng)根據(jù)選擇何桿為機(jī)架來判斷。

(1)取最短桿為機(jī)架時(shí)，機(jī)架上有兩個(gè)整轉(zhuǎn)副，故得雙曲柄機(jī)構(gòu)。

(2)取最短桿的鄰邊為機(jī)架時(shí)，機(jī)架上只有一個(gè)整轉(zhuǎn)副，故得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

(3)取最短桿的對邊為機(jī)架時(shí)，機(jī)架上沒有整轉(zhuǎn)副，故得雙搖桿機(jī)構(gòu)。這種具有整轉(zhuǎn)副而沒有曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)常用作電風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)。如果鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的最短桿與最長桿長度之和大於其餘兩桿長度之和，則該機(jī)構(gòu)中不存在整轉(zhuǎn)副．無論取哪個(gè)構(gòu)件作機(jī)架都只能得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。§2-3

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化通過用移動(dòng)副取代轉(zhuǎn)動(dòng)副、變更桿件長度、變更機(jī)架和擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副等途徑，可以得到鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其他演化型式。如：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)搖桿機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)l3變成無窮大對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有急回特性，常用於內(nèi)燃機(jī)、壓縮機(jī)和衝床等導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)當(dāng)l1＜l2時(shí)，桿2、4可作整周回轉(zhuǎn)，即為曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)l1＞l2時(shí)，桿4只能往復(fù)擺動(dòng)，則稱為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角始終是90，傳動(dòng)性能好，常用於牛頭刨床、插床和回轉(zhuǎn)式油泵。搖塊機(jī)構(gòu)取桿2為固定構(gòu)件，即為搖塊機(jī)構(gòu)，主要用於內(nèi)燃機(jī)和液壓驅(qū)動(dòng)裝置定塊機(jī)構(gòu)取桿3為固定構(gòu)件，即為定塊機(jī)構(gòu)，主要用於抽油泵和抽水吸筒雙滑塊機(jī)構(gòu)－正切機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)是具有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)?？梢哉J(rèn)為是由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的兩桿長度趨於無窮大而演化成的。按照兩個(gè)移動(dòng)副所處位置的不問，可將雙滑塊機(jī)構(gòu)分成四種型式：1)兩個(gè)移動(dòng)副不相鄰，從動(dòng)件3的位移與原動(dòng)件轉(zhuǎn)角的正切成正比，故稱為正切機(jī)構(gòu)。正弦機(jī)構(gòu)2)兩個(gè)移動(dòng)副相鄰，且其中一個(gè)移動(dòng)副與機(jī)架相關(guān)聯(lián)。這種機(jī)構(gòu)從動(dòng)件3的位移與原動(dòng)件轉(zhuǎn)角的正弦成正比，故稱為正弦機(jī)構(gòu)。滑塊聯(lián)軸器3)兩個(gè)移動(dòng)副相鄰，且均不與機(jī)架相關(guān)聯(lián)，如圖2-21a所示。這種機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件1與從動(dòng)件3具有相等的角速度。圖2-21b所示滑塊聯(lián)軸器，可用來連接中心線不重合的兩根軸。橢圓儀4)兩個(gè)移動(dòng)副都與機(jī)架相關(guān)聯(lián)，圖2-22所示橢圓儀就用到這種機(jī)構(gòu)。當(dāng)滑塊1和3沿機(jī)架的十字槽滑動(dòng)時(shí)，連桿上的各點(diǎn)便可以描繪出長、短徑不同的橢圓。偏心輪機(jī)構(gòu)桿1為圓盤、其幾何中心為B，因運(yùn)動(dòng)時(shí)該圓盤繞偏心A轉(zhuǎn)動(dòng)，故稱偏心輪。A、B之間的距離e稱為偏心距。多桿機(jī)構(gòu)衝床是由兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)組成六桿機(jī)構(gòu)，第一個(gè)是雙搖桿機(jī)構(gòu)，第二個(gè)是搖桿滑塊機(jī)構(gòu)；篩料機(jī)也是兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)組成六桿機(jī)構(gòu)，第一個(gè)是雙曲柄機(jī)構(gòu)，第二個(gè)是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。有些多桿機(jī)構(gòu)不是由四桿機(jī)構(gòu)組成的，如例題1-6的鋸木機(jī)構(gòu)。§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

生產(chǎn)實(shí)踐中的要求是多種多樣的，給定的條件也各不相同，歸納起來，主要有下麵兩類問題：平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)汁，主要是根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)條件，確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的尺寸參數(shù)。有時(shí)為了使機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)得可靠、合理，還應(yīng)考慮幾何條件和動(dòng)力條件(如最小傳動(dòng)角γmin)等。(1)按照給定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(位置、速度、加速度)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。(2)按照給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法有解析法、幾何作圖法和實(shí)驗(yàn)法。作圖法直觀，解析法精確，實(shí)驗(yàn)法簡便。一、按照給定的行程速度變化係數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)具有急回運(yùn)動(dòng)特性的四桿機(jī)構(gòu)時(shí)，通常按實(shí)際需要先給定行程速度變化係數(shù)K的數(shù)值，然後根據(jù)機(jī)構(gòu)在極限位置的幾何關(guān)係，結(jié)合有關(guān)輔助條件來確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的尺寸參數(shù)。1按K值設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)已知條件：搖桿長度l3

，擺角ψ和速度變化係數(shù)K。設(shè)計(jì)目標(biāo)：確定鉸鏈中心A的位置、其他三個(gè)桿件的尺寸l1、l2和l4。設(shè)計(jì)步驟：1)極位夾角：2)選定固定鉸鏈D的位置，根據(jù)l1和擺角ψ作C1D和C2D3)連接C1和C2，作C1M⊥C1C2；4)作∠C1C2N＝90-θ，得到P點(diǎn)，即∠C1PC2＝θ;5)作△PC1C2的外接圓，取A點(diǎn)，連接AC1、AC2，即∠C1AC2＝θ;6)根據(jù)曲柄的極限位置桿1和桿2共線的特徵，可得l1＝1/2(AC2-AC1)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)二、按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)－給定運(yùn)動(dòng)前後的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知：連桿長度l1

＝BC和兩個(gè)位置B1C1和B2C2

。求解：鉸鏈中心A和D、和其餘三桿的長度。步驟：（1）繪出B1C1和B2C2

；（2）連接B1和B2

、C1和C2

，並作B1B2和C1C2

的垂直平分線b12和c12

，並在b12和c12上任意取A、D兩點(diǎn)，可得求解；（3）有無窮多個(gè)解，可根據(jù)最小傳動(dòng)角及其結(jié)構(gòu)要求確定唯一解。本題可按照A、D在同一水平線上，且AD＝BC確定唯一解。2、給定連桿的三個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)由於B和C點(diǎn)分別是繞著A點(diǎn)和D點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此可以按照三點(diǎn)求圓心的方法得出A、D兩點(diǎn)，連接A、B、C、D就可以形成四桿機(jī)構(gòu)的圖形三、按照給定兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知：連架桿AB和CD的三個(gè)對應(yīng)角度求解：各桿的長度解（1）根據(jù)各桿長度按同一比例增減時(shí)，各桿的轉(zhuǎn)角關(guān)係不變，所以取AB的長度為1；（2）通過x和y軸的投影關(guān)係建立以下關(guān)係式：（3）設(shè)：（4）代入對應(yīng)轉(zhuǎn)角可求得P0、P1和P2

，然後可得出尺寸l2、l3和l4。由上式可知，如果已知的對應(yīng)轉(zhuǎn)角只有兩組，則不能求解。但如果已知的對應(yīng)轉(zhuǎn)角超過三組，就不可能得到精確的解。只能採用試探的方法求解。四、按照給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1.連桿曲線四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其連桿作平面複雜運(yùn)動(dòng)，連桿上每一點(diǎn)都描出一條封閉曲線—連桿曲線。連桿曲線的形狀隨點(diǎn)在連桿上的位置和各桿相對尺寸的不同而變化。連桿曲線形狀的多樣性使它有可能用於描繪複雜的軌跡。2.運(yùn)用連桿曲線圖譜設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)平面連桿曲線是高階曲線，所以設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)使其連桿上某點(diǎn)實(shí)現(xiàn)給定的任意軌跡是十分複雜的。為了便於設(shè)計(jì)，工程上常常利用事先編就的連桿曲線圖譜。從圖譜中找出所需的曲線．便可直接查出該四桿機(jī)構(gòu)的各尺寸參數(shù)。這種方法稱為圖譜法。第三章凸輪機(jī)構(gòu)主要內(nèi)容：1、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和類型；2、從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律；3、凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角；4、圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓§3-1凸輪機(jī)構(gòu)的組成及分類凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械中的一種常用機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)化和辦自動(dòng)化機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛組成：主要由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架等三個(gè)基本構(gòu)件組成分類：按凸輪的形狀分：盤形凸輪，移動(dòng)凸輪，圓柱凸輪凸輪機(jī)構(gòu)的分類.按從動(dòng)件的型式分：尖底從動(dòng)件，滾子從動(dòng)件，平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：從動(dòng)件可以相對於機(jī)架作往復(fù)移動(dòng)或作往復(fù)擺動(dòng)，並通過重力、彈簧力或凸輪上的凹槽實(shí)現(xiàn)與凸輪的緊密接觸。凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞憧墒箯膭?dòng)件得到所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．並且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計(jì)方便。凸輪機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)：凸輪輪廓與從動(dòng)件之間為點(diǎn)接觸或線接觸，易於磨損，所以通常用於傳力不大的控制機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)的基本概念基圓：以凸輪最小向徑為半徑所繪的圓。推程：從動(dòng)件以一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律由離回轉(zhuǎn)中心最近的點(diǎn)移動(dòng)到最遠(yuǎn)點(diǎn)過程。升程：推程所走過的距離，一般用h來表示推程運(yùn)動(dòng)角：與推程對應(yīng)的凸輪轉(zhuǎn)角，用表示。休止角：從動(dòng)件停止不動(dòng)時(shí)凸輪繼續(xù)回轉(zhuǎn)的角度，有遠(yuǎn)休止角和近休止角，分別用和表示從動(dòng)件位移線圖：用凸輪轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)，而以從動(dòng)件位移為縱坐標(biāo)繪製的位移關(guān)係曲線。凸輪與從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)係

及其設(shè)計(jì)思路凸輪機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與凸輪輪廓的關(guān)係：從動(dòng)件的位移圖取決於凸輪輪廓的形狀。也就是說。從動(dòng)件的不同運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求凸輪具有不同的輪廓曲線。凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路：根據(jù)工作要求確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然後按照這一規(guī)律設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線§3-2從動(dòng)件的常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速或等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律正弦加速度運(yùn)動(dòng)高階多相式運(yùn)動(dòng)多種曲線組合運(yùn)動(dòng)等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律從動(dòng)件：速度：位移：；加速度：凸輪：為常數(shù)，故；從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方程：推程運(yùn)動(dòng)方程回程運(yùn)動(dòng)方程等速運(yùn)動(dòng)剛性衝擊從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)開始時(shí)，速度由零突變?yōu)?，加速度；運(yùn)動(dòng)終止時(shí)，速度由變成零，其慣性力將引起剛性衝擊，因此，這種運(yùn)動(dòng)規(guī)律不宜單獨(dú)使用，在運(yùn)動(dòng)開始和終止時(shí)應(yīng)當(dāng)用其他運(yùn)動(dòng)規(guī)律過渡2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律約定：前半程等加速，後半程等減速，時(shí)間為T/2，凸輪轉(zhuǎn)角為/2，代入位移方程得到推程等加速運(yùn)動(dòng)方程推程等減速運(yùn)動(dòng)方程由和等加速等減速回程運(yùn)動(dòng)方程回程等加速運(yùn)動(dòng)方程回程等減速運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：1、從動(dòng)件的位移與凸輪轉(zhuǎn)角的平方成正比，所以位移曲線是一個(gè)拋物線；2、加速減速變換出加速度存在有限的突然變化，從而引起有限慣性突變，產(chǎn)生所謂的柔性衝擊。從動(dòng)件位移曲線的作圖方法1、計(jì)算法將/2線段分成若干等分得到等分點(diǎn)1、2、3，過這些點(diǎn)作橫坐標(biāo)的垂直線；在垂直線上選取相應(yīng)的位移量，連接各點(diǎn)即可。2、斜線平行作圖法任意作過O點(diǎn)的斜線；將斜線分為9等分，9點(diǎn)和1/2位移點(diǎn)連線；作相應(yīng)連線的平行線；平行點(diǎn)向橫坐標(biāo)等分線上投影得到相應(yīng)點(diǎn)並連線得到等加速拋物線3.簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡諧運(yùn)動(dòng)：點(diǎn)在圓周上作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其在圓的直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)。作圖方法：1、以從動(dòng)件的行程為直徑作半園；2、將半園和凸輪運(yùn)動(dòng)角分成若干等分；3、將圓周上的等分點(diǎn)投影到轉(zhuǎn)角等分垂直線上；4、連接轉(zhuǎn)角等分線的投影點(diǎn)形成的光滑曲線即是從動(dòng)件的位移曲線簡諧運(yùn)動(dòng)方程從位移曲線圖可以看出，從動(dòng)件的位移為：當(dāng)θ＝π時(shí)，＝，故。由此可以得到：從動(dòng)件推程簡諧運(yùn)動(dòng)方程從動(dòng)件回程簡諧運(yùn)動(dòng)方程§3-3凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角如前章所述、作用在從動(dòng)件L的驅(qū)動(dòng)力與該力作用點(diǎn)絕對速度之間所夾的銳角稱為壓力角。在不計(jì)摩擦?xí)r，高副中構(gòu)件間的力是沿法線方向作用的．因此，對於高副機(jī)構(gòu)．壓力角也即是接觸輪廓法線與從動(dòng)件速度方向所夾的銳角。在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)時(shí)，除了要求從功件能實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律之外、還希望機(jī)構(gòu)有較好的受力情況和較小的尺寸．為此，需些討論壓力角對機(jī)構(gòu)的受力情況及尺寸的影響。一、壓力角與作用力的關(guān)係凸輪壓力角：從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向與力F之間的銳角α。有害用分力F"

＝Fˊtgα。壓力角α越大，有害用分力F”

就越大。自鎖：當(dāng)α增大到一定程度後，以至於導(dǎo)路的摩擦阻力大於有用分力時(shí)，無論凸輪給予從動(dòng)件多大的力，從動(dòng)件都不能運(yùn)動(dòng)。因此凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)存在一個(gè)最大壓力角。二、壓力角與凸輪機(jī)構(gòu)尺寸的關(guān)係凸輪的基圓越大，凸輪的尺寸就越大，因此，欲使凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊應(yīng)該採用較小的基圓，但基圓的大小又會影響壓力角的大小。由速度瞬心可知即可得到壓力角與凸輪尺寸的關(guān)係：當(dāng)導(dǎo)桿和瞬心在凸輪軸心的同側(cè)時(shí)，偏距e取“－”；當(dāng)導(dǎo)桿和瞬心不在凸輪軸心的同側(cè)時(shí)，偏距e取“＋”?？梢?，同側(cè)可以減小壓力角。凸輪的設(shè)計(jì)方法作圖法：設(shè)計(jì)簡便方法直觀誤差大，只適用於從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求不太嚴(yán)格的地方解析法：設(shè)計(jì)精確計(jì)算工作量大適用於高速凸輪、靠模凸輪等精密機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖解法凸輪設(shè)計(jì)輪廓一、對心直動(dòng)尖頂從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪製，已知：ω、γmin

和位移圖反轉(zhuǎn)法：作基圓－將位移圖分成若干等分－作基圓的等分線－量取位移量並確定等分點(diǎn)－連接等分點(diǎn)偏置尖底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪作以偏距e為半徑的從動(dòng)件偏距圓；作基圓－選取從動(dòng)件的初始位置；將位移圖分成若干等分；作基圓的等分線；過基圓等分線與基圓交點(diǎn)作偏距圓的切線；量取位移量並確定凸輪輪廓的等分點(diǎn)；連接等分點(diǎn)；2、滾子直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪作圖方法：1、將滾子中心看作尖頂從動(dòng)件的尖頂，採用反轉(zhuǎn)法求出一條輪廓曲線，並稱之為理論輪廓；2、以上各點(diǎn)為中心，以滾子半徑為半徑作一系列圓；3、作滾子系列圓的內(nèi)包絡(luò)線，即得到凸輪的實(shí)際輪廓，並稱之為實(shí)際輪廓滾子半徑對實(shí)際輪廓的影響設(shè)滾子半徑，理論輪廓的最小曲率半徑3、平底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪作圖方法：1、在平底上選擇一個(gè)固定點(diǎn)作為尖頂，按照尖頂從動(dòng)件凸輪輪廓的繪製的方法，求出理論輪廓上一系列點(diǎn)；2、過理論輪廓上的系列點(diǎn)作系列平底；3、作系列平底的內(nèi)包絡(luò)線，即得到凸輪的實(shí)際輪廓。注：平底與凸輪相切的最左位置和最右位置，並使平底左側(cè)的長的大於m和l擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪製擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪輪廓的繪製步驟已知：從動(dòng)件的位移圖，凸輪與從動(dòng)件的中心距，擺動(dòng)從動(dòng)件的長度，凸輪基圓半徑，以及凸輪等角速度及其方向作圖步驟：1、根據(jù)定出O和A點(diǎn)，作基圓和從動(dòng)件的初位角；2、以O(shè)點(diǎn)為中心及為半徑作圓，並沿方向取角、、，並將其分成若干等分，得到A點(diǎn)的相應(yīng)位置；3、根據(jù)從動(dòng)件位移圖，得到相應(yīng)位置的擺動(dòng)角，確定從動(dòng)件相對於機(jī)架的一系列位置；4、以A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)後的相應(yīng)點(diǎn)為中心，以為半徑畫弧得到B點(diǎn)的相應(yīng)位置，並連接成光滑曲線，即得到尖頂擺動(dòng)從動(dòng)件的凸輪輪廓。同理，可以得到滾子和平底從動(dòng)件凸輪的輪廓凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的校核1、尖頂從動(dòng)件凸輪的壓力角需校核，其最大壓力角不得大於許用壓力角，一般採用增大基圓的方法來降低壓力角；2、滾子從動(dòng)件凸輪只需校核理論輪廓的壓力角；3、平底從動(dòng)件凸輪的壓力角很小，一般不需校核。§3-5解析法設(shè)計(jì)凸輪輪廓極座標(biāo)：其中滾子從動(dòng)件凸輪的實(shí)際輪廓極座標(biāo)其中式中是壓力角齒輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和分類定角速比傳動(dòng)的條件漸開線齒廓齒輪各部分的名稱極漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪的基本尺寸漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪的嚙合漸開線齒輪的切齒原理根切、最少齒數(shù)和變位齒輪平行軸斜齒輪機(jī)構(gòu)圓錐齒輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用的速度和功率範(fàn)圍廣；效率高；傳動(dòng)比穩(wěn)定；壽命長；工作可靠性高；可實(shí)現(xiàn)兩軸各種角度的傳動(dòng)。缺點(diǎn)：製造和安裝的精度較高；生產(chǎn)成本高；傳動(dòng)距離小。齒輪機(jī)構(gòu)的分類齒輪機(jī)構(gòu)

兩軸平行（平面齒輪機(jī)構(gòu)）

兩軸不平行（空間齒輪機(jī)構(gòu)）直齒外嚙合內(nèi)嚙合齒輪齒條嚙合斜齒齒輪齒條嚙合外嚙合內(nèi)嚙合圓柱齒輪兩軸相交兩軸交錯(cuò)直齒曲齒交錯(cuò)斜齒輪蝸輪蝸桿齒輪齒輪分類的基本圖形齒廓實(shí)現(xiàn)定角速比傳動(dòng)的條件齒輪傳動(dòng)的基本條件：暫態(tài)角速度之比必須保持不變特點(diǎn)：傳動(dòng)齒輪的暫態(tài)角速度與其連心線被齒廓接觸點(diǎn)公法線所分割的兩線段長度成反比。欲使兩齒輪暫態(tài)角速比恒定不變必須使c點(diǎn)為連小線上的固定點(diǎn)。共軛齒廓：能實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng)的的一對齒廓。節(jié)圓：過節(jié)點(diǎn)相切的兩個(gè)圓。常用齒廓：漸開線齒廓、擺線齒廓和圓弧齒廓漸開線的形成和特性當(dāng)一直線在一圓周上作純滾動(dòng)時(shí)，此直線上任意點(diǎn)的軌跡，稱為漸開線，這個(gè)圓稱為基圓，半徑為，改直線稱為發(fā)生線。(1)BK=弧AB(2)漸開線上任意一點(diǎn)的法線必與基圓相切；即基圓的切線必為漸開線上某一點(diǎn)的法線(3)漸開線上各點(diǎn)的壓力角不等，越大，壓力角越大。(4)漸開線的形狀決定於基圓的大小(5)基圓內(nèi)無漸開線。

漸開線齒廓基圓大小對漸開線形狀的影響基圓半徑大小相同，則漸開線的形狀相同；基圓半徑不同，則漸開線的形狀也不同。半徑越大，漸開線的曲率半徑就越大，漸開線愈平直；曲率半徑為無窮大時(shí)，漸開線稱為直線，形成齒條的齒廓。漸開線齒廓滿足定角速比要求定角速比分析：根據(jù)漸開線的特點(diǎn)，任一接觸點(diǎn)的必與兩基圓相切；基圓的位置不變，公切線只有一條，且與連心線的交點(diǎn)不變；傳動(dòng)比：漸開線齒輪嚙合的特點(diǎn)可分性：漸開線齒輪製成後，基圓半徑不變，因此，即使兩輪的中心距發(fā)生變化時(shí)，其傳動(dòng)比不變，據(jù)此可設(shè)計(jì)變位齒輪；嚙合線：即齒廓接觸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡?；鶊A內(nèi)切線就是漸開線齒輪的嚙合線；嚙合角：過節(jié)點(diǎn)C作兩節(jié)圓的公切線tt，它與公切線的夾角就是嚙合角。嚙合角與壓力角相等，力矩恒定，輪齒之間、軸與軸承之間的壓力大小和方向不變，有利於齒輪傳動(dòng)。齒輪各部分名稱齒頂圓齒根圓分度圓d齒槽寬e齒厚s齒距p模數(shù)壓力角：齒頂高齒根高全齒高漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪的基本尺寸第一系列11.251.522.534568101216202532第二系列1.752.252.75（3.25）3.5（3.75）4.55.5（6.5）79（11）1418222845標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列（GB1357－87）相關(guān)參數(shù)與模數(shù)的關(guān)係：齒距：分度圓直徑：齒全高：齒頂高：齒根高：基圓直徑：漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪的基本尺寸2漸開線圓柱齒輪齒頂高係數(shù)和頂隙係數(shù)正常齒制短齒制1.00.80.250.3頂隙，是指一對齒輪嚙合時(shí)，一個(gè)齒輪齒頂圓到另一個(gè)齒輪齒根圓的徑向距離，主要用於傳動(dòng)過程中潤滑油的流動(dòng)。齒頂圓直徑：齒根圓直徑：標(biāo)準(zhǔn)齒輪：分度圓上的齒厚和齒槽寬相等，且齒齒頂和齒根高為標(biāo)準(zhǔn)值的齒輪。漸開線標(biāo)推齒輪的嚙合一、正確嚙合的條件二、標(biāo)準(zhǔn)中心距三、重合度正確嚙合的條件正確嚙合的條件：兩齒輪相鄰兩個(gè)齒同側(cè)齒廓沿法線的距離相等，即：設(shè)、、、、、分別為兩輪的模數(shù)、壓力角和基圓齒距，根據(jù)漸開線的性質(zhì)可得到：所以，齒輪正確嚙合的條件為：由於模數(shù)和壓力角已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，事實(shí)上很難拼湊滿足上述關(guān)係，所以必須使齒輪傳動(dòng)比可表示為：標(biāo)準(zhǔn)中心距齒側(cè)間隙：一輪節(jié)圓上的齒槽寬與另一輪節(jié)圓上的齒厚之差。正確安裝的齒輪是按照無齒側(cè)間隙計(jì)算的。標(biāo)準(zhǔn)中心距：一對標(biāo)準(zhǔn)齒輪分度圓相切時(shí)的中心距。頂隙：注意：分度圓和壓力角與節(jié)圓和嚙合角是兩個(gè)不同的概念，只有二者重合時(shí)才相等。重合度嚙合?。阂粚X從開始嚙合到終止嚙合，分度圓上任一點(diǎn)所經(jīng)過的弧線長度。重合度：嚙合弧與齒距的比，用來表示。齒輪連續(xù)傳動(dòng)的條件是>1，重合度越大，表示同時(shí)嚙合的齒的對數(shù)越多。漸開線齒輪的切齒原理切齒方法按其原理可分為成形法和範(fàn)成法兩類一、成形法切齒方法簡單．不需要專用機(jī)床．但生產(chǎn)率低，精度差．範(fàn)成法加工

二、範(fàn)成法範(fàn)成法是利用一對齒輪(或齒輪與齒條)互相嚙合時(shí)其共軛齒廓互為包絡(luò)線的原理來切齒的。如果把其中一個(gè)齒輪(或齒條)做成刀具。就可以切出與它共扼的漸開線齒廓.用範(fàn)成法切齒的常用刀具如下；

1．齒輪插刀2.齒條插刀齒條的齒廓為一直線．由圖可見，不論在中線(齒厚與齒槽寬相等的直線)上。還是在與中線平行的其他任—直線上，它