機械學基礎電子教案-第01章

1、1機械學基礎課程電子教案機械學基礎課程電子教案哈工大自動化測試與控制系哈工大自動化測試與控制系馬惠萍馬惠萍機械學基礎多媒體系列機械學基礎多媒體系列CAI課件課件2第第1 1章章 機構的組成及平面連桿機構機構的組成及平面連桿機構1.1.零件零件螺釘、軸螺釘、軸2.2.構件構件剛性組合剛性組合3.3.機構機構確定的運動確定的運動一一. 基本定義基本定義1.1 平面機構的運動簡圖和自由度平面機構的運動簡圖和自由度4.4.自由度自由度3二二. 運動副及其分類運動副及其分類回轉副回轉副回轉副簡圖回轉副簡圖回轉副回轉副移動副移動副1.低副低副(面接觸面接觸)低副低副高副高副4移動副移動副移動副簡圖移動副簡

2、圖52.高副（點、線接觸）高副（點、線接觸）三三. 平面機構運動簡圖平面機構運動簡圖6活塞泵機構活塞泵機構機構簡圖機構簡圖例題例題11：繪制如圖所示活塞泵機構的機構簡圖。已知活塞泵由：繪制如圖所示活塞泵機構的機構簡圖。已知活塞泵由曲柄曲柄1、連桿、連桿2、齒扇、齒扇3、齒條活塞、齒條活塞4和機架和機架5共五個構件組成。共五個構件組成。7常用機構代表符號常用機構代表符號8四四. 平面機構的自由度平面機構的自由度1.機構自由度計算公式機構自由度計算公式W0, , W= 主動件個數(shù)主動件個數(shù)消除消除1個自由度個自由度高副高副消除消除2個自由度個自由度低副低副2.機構具有確定運動的條件機構具有確定運動

3、的條件32LHWnPP93.計算自由度的注意事項計算自由度的注意事項（1）復合鉸鏈）復合鉸鏈（2）局部自由度）局部自由度（3）虛約束）虛約束導路重合的虛約束導路重合的虛約束(1)復合鉸鏈復合鉸鏈K個構件構成個構件構成（K1）個回轉副；個回轉副；(2)局部自由度與輸出構件運動無關的自由度；局部自由度與輸出構件運動無關的自由度；(3)虛約束對機構運動不起限制作用的重復約束；虛約束對機構運動不起限制作用的重復約束；10對稱結構的虛約束對稱結構的虛約束機構中的虛約束機構中的虛約束軸線重合的虛約束軸線重合的虛約束11習題習題1：計算自由度：計算自由度虛約束虛約束 局部自由度局部自由度復合鉸鏈復合鉸鏈大篩

4、結構大篩結構差動輪系差動輪系復合鉸鏈復合鉸鏈212習題習題1：計算機構的自由度：計算機構的自由度凸輪撥桿機構凸輪撥桿機構壓縮機機構壓縮機機構橢圓規(guī)機構橢圓規(guī)機構13推土機機構推土機機構鋸木機機構鋸木機機構發(fā)動機機構發(fā)動機機構送紙機機構送紙機機構習題習題1：計算機構的自由度：計算機構的自由度14沖壓機機構沖壓機機構習題習題1：計算機構的自由度：計算機構的自由度151.2 鉸鏈四桿機構的基本型式和特征鉸鏈四桿機構的基本型式和特征一一.基本型式基本型式連架桿連架桿機架機架連桿連桿連架桿連架桿曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構雙搖桿機構雙搖桿機構雙曲柄機構雙曲柄機構雷達調整機構雷達調整機構1.曲柄搖桿機構曲柄搖

5、桿機構162.雙曲柄機構雙曲柄機構插床機構插床機構慣性篩慣性篩3. 雙搖桿機構雙搖桿機構鶴式起重機鶴式起重機飛機起落架飛機起落架17二二. 鉸鏈四桿機構曲柄存在條件鉸鏈四桿機構曲柄存在條件（1 1）曲柄是最短桿；）曲柄是最短桿；（2 2）最短桿長度）最短桿長度+ +最長桿長度最長桿長度 其余兩桿長度之和。其余兩桿長度之和。曲柄存在必要條件曲柄存在必要條件: :最短桿長度最短桿長度+ +最長桿長度最長桿長度 其余兩桿長度之和。其余兩桿長度之和。雙搖桿機構雙搖桿機構: :18變更機架后機構的演化變更機架后機構的演化曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙曲柄機構雙搖桿機構雙搖桿

6、機構19三三. 鉸鏈四桿機構的特性鉸鏈四桿機構的特性1. 壓力角壓力角和傳動角和傳動角衡量傳力性能衡量傳力性能壓力角壓力角從動件受力方向和絕對速度方向的夾角從動件受力方向和絕對速度方向的夾角傳動角傳動角90- 傳動靈活傳動靈活: 20C C2. 死點死點防止死點防止死點:傳動角：傳動角：( 90- )=0或或180 (1)利用慣性利用慣性(例如縫紉機例如縫紉機)；(2)用機構錯列的方法；用機構錯列的方法；21死點的應用防松死點的應用防松夾緊機構夾緊機構觸點開關觸點開關223. 急回特性急回特性2112ttttK 從動桿工作行程角速度從動桿工作行程角速度從動桿返回行程角速度從動桿返回行程角速度1

7、118018018021 KKK 行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)K：231.3 鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構的演化對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構一一. 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構24導桿機構導桿機構（轉動導桿機構）（轉動導桿機構） l1l2原動件原動件25搖塊機構搖塊機構定塊機構定塊機構搖塊機構搖塊機構(擺動滑塊機構擺動滑塊機構)定塊機構定塊機構134226N1.4 平面連桿機構的設計平面連桿機構的設計一一.按照給定的行程速比系數(shù)按照給定的行程速比系數(shù)K設計設計DC1C290-AB2PB1M已知：搖桿長度已知：搖桿長度 l3，擺角，擺角，行程速比系數(shù)，行程速比系數(shù)K

8、；設計：設計：鉸鏈鉸鏈A點的位點的位置，其它三桿的尺寸置，其它三桿的尺寸l1、l2、l4 11180KK27二二. 按照給定按照給定 2個連桿位置設計個連桿位置設計已知：連桿長度已知：連桿長度 l3和其兩個位置和其兩個位置B1C1、B2C2；設計：固定設計：固定鉸鏈鉸鏈A點和點和D點的位置，其它三桿點的位置，其它三桿的尺寸的尺寸l1、l2、l4 28293031三三. 按照給定按照給定3個連桿位置設計個連桿位置設計B1B2B3C1C2C3AD已知已知：連桿長度連桿長度 l3和其三個位置和其三個位置B1C1、 B2C2、 B3C3設計：設計：固定鉸鏈固定鉸鏈A點和點和D點的位點的位置，其它三桿的

9、尺寸置，其它三桿的尺寸l1、l2、l4 32四四. 按照傳動特性設計按照傳動特性設計1. 鉸鏈四桿機構的傳動特性鉸鏈四桿機構的傳動特性從動桿轉角從動桿轉角與主動桿轉角與主動桿轉角的關系公式的關系公式: cos22cos2arccoscossinarctan222222addacaddcbaada 傳動比傳動比i公式公式: 222222222222221cos24cos2sincoscos2 addcbacbaddcbadadaddaaddi33(1) 鉸鏈四桿機構的特定位置鉸鏈四桿機構的特定位置22290cossinABCBCDacdbddbac caddi 21特定位置的線性傳動比：特定位置

10、的線性傳動比：E342. 曲柄滑塊機構的傳動特性曲柄滑塊機構的傳動特性BCabdSCS=f()+-A00B0四四. 按照傳動特性設計按照傳動特性設計位移位移s與轉角與轉角 的關系公式的關系公式: 2200cos1cos1sinsinbdabdabas D35傳動比傳動比i公式公式: 2cos1sincoscos1.1 bdabdaadsdi 位移位移x與轉角與轉角 的關系公式的關系公式: : 222020coscossinsin x相對傳動比相對傳動比ia公式公式: 22cossincoscos1 dxdiaaia i相對傳動比相對傳動比ia公式與公式與i關系關系:36（1） 曲柄滑塊機構相對

11、傳動比曲線曲柄滑塊機構相對傳動比曲線 0 gia-90+90 =1 =20 CAB sC sA sB37（2） 曲柄滑塊機構傳動特性計算曲柄滑塊機構傳動特性計算（習題（習題1）：已知：已知:滑塊位移量滑塊位移量s,曲柄轉角范圍曲柄轉角范圍 g,精度精度1.5%.設計曲柄滑塊機構參數(shù)設計曲柄滑塊機構參數(shù)( ， ， 0或或a ，d ，b， 0) 0 g=12ia-90+90 =1 =2iamaxiamin38 （習題（習題1-8）：設計高度表中：設計高度表中曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構(a , d , b , 0)，已知，已知敏感元件最大位移敏感元件最大位移smax4mm,曲柄轉角范圍曲柄轉角范圍 g

12、20,精度精度1.5%。 =1 =2 0 =10 g=20ia-90+90iamaxiamin（2） 曲柄滑塊機構傳動特性計算曲柄滑塊機構傳動特性計算39 （習題（習題1-2）：）：試根據圖中注明的尺寸判斷下列鉸鏈四桿機構是試根據圖中注明的尺寸判斷下列鉸鏈四桿機構是曲柄搖桿機構、雙曲柄機構，還是雙搖桿機構？曲柄搖桿機構、雙曲柄機構，還是雙搖桿機構？曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙曲柄機構雙搖桿機構雙搖桿機構雙搖桿機構雙搖桿機構40（習題（習題1-3）：）：如圖所示鉸鏈四桿機構中，各構件的長度如圖所示鉸鏈四桿機構中，各構件的長度l1=250mm， l2=590mm， l3=340mm， l4

13、=510mm。試問試問（1）當取桿當取桿4為機架為機架時，是否有曲柄存在？（時，是否有曲柄存在？（2）若各桿長度不變，能否以不同桿為）若各桿長度不變，能否以不同桿為機架而獲得雙曲柄和雙搖桿機構？如何獲得？機架而獲得雙曲柄和雙搖桿機構？如何獲得？41（習題（習題1-4）：）：四桿機構如圖所示，已知四桿機構如圖所示，已知l1=150mm， l2=120mm， l3=180mm， l4=200mm。試問試問屬哪種機構？屬哪種機構？42（習題（習題1-5）：）：設計一腳踏軋棉機的曲柄搖桿機構。要求踏板設計一腳踏軋棉機的曲柄搖桿機構。要求踏板CD在在水平位置上下各擺水平位置上下各擺10，且，且lCD=5

14、00mm， lAD=1000mm，試用圖試用圖解法求曲柄解法求曲柄AB和連桿和連桿BC的長度，如圖所示。的長度，如圖所示。43（習題（習題1-6）：）：如圖所示如圖所示設計一鉸鏈四桿機構作為加熱爐門的啟閉機構，設計一鉸鏈四桿機構作為加熱爐門的啟閉機構，已知爐門上兩活動鉸鏈的中心距為已知爐門上兩活動鉸鏈的中心距為50mm，爐門打開后成水平位置時，爐門打開后成水平位置時，要求爐門溫度較低的要求爐門溫度較低的 一面朝上（如虛線所示），設固定鉸鏈安裝在一面朝上（如虛線所示），設固定鉸鏈安裝在yy軸線上，其相關尺寸如圖所示，用圖解法求此鉸鏈四桿機構其余三軸線上，其相關尺寸如圖所示，用圖解法求此鉸鏈四桿機構其余三桿的長度。桿的長度。ADB1C1B1C144（習題（習題1-7）：）：如圖所示的偏軸曲柄滑塊機構，偏軸量如圖所示的偏軸曲柄滑塊機構，偏軸量d=100mm，曲曲柄長度柄長度a=150mm，連桿長度連桿長度b=400mm。