機械設(shè)計基礎(chǔ)第四章 連桿機構(gòu)課件

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

連桿機構(gòu)又稱為低副機構(gòu)一、定義與分類11/14/20221機械設(shè)計基礎(chǔ)4-1概述（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（2）連桿機構(gòu)可分為空間連桿機構(gòu)和平面連桿機構(gòu)空間連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)11/14/20222機械設(shè)計基礎(chǔ)（2）連桿機構(gòu)可分為空間連桿機構(gòu)和平面連桿機構(gòu)空間連桿機二、連桿機構(gòu)的優(yōu)點?承受載荷大，便于潤滑?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現(xiàn)?實現(xiàn)多種運動規(guī)律和軌跡要求11/14/20223機械設(shè)計基礎(chǔ)二、連桿機構(gòu)的優(yōu)點?承受載荷大，便于潤滑11/10/202三、連桿機構(gòu)的缺點

?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11/14/20224機械設(shè)計基礎(chǔ)三、連桿機構(gòu)的缺點?慣性力不易平衡?不易精確實現(xiàn)各種運動4-2平面連桿機構(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

曲柄搖桿機構(gòu)基本類型：四桿機構(gòu)連桿曲線11/14/20225機械設(shè)計基礎(chǔ)4-2平面連桿機構(gòu)的基本類型及其演化一、平面四桿機構(gòu)的基本

雙曲柄機構(gòu)11/14/20226機械設(shè)計基礎(chǔ)雙曲柄機構(gòu)11/10/20226機械設(shè)計基礎(chǔ)

雙搖桿機構(gòu)11/14/20227機械設(shè)計基礎(chǔ)雙搖桿機構(gòu)11/10/20227機械設(shè)計基礎(chǔ)

曲柄搖桿機構(gòu)機架連架桿曲柄連架桿搖桿連桿周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副11/14/20228機械設(shè)計基礎(chǔ)曲柄搖桿機構(gòu)機架連架桿曲柄連架桿搖桿連桿周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副二、平面連桿機構(gòu)的演化人們認為所有的四桿機構(gòu)都是由四桿機構(gòu)的基本形式演化來得。1、曲柄搖桿機構(gòu)的演化改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副e∞改變構(gòu)件相對尺寸改變構(gòu)件相對尺寸e＝011/14/20229機械設(shè)計基礎(chǔ)二、平面連桿機構(gòu)的演化人們認為所有的四桿機構(gòu)都是由四桿機構(gòu)的2、雙曲柄機構(gòu)的演化改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副雙轉(zhuǎn)塊桿機構(gòu)改變構(gòu)件相對尺寸0改變構(gòu)件相對尺寸11/14/202210機械設(shè)計基礎(chǔ)2、雙曲柄機構(gòu)的演化改變運動副類型轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)改變運動副類型3、雙搖桿機構(gòu)的演化改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副移動導(dǎo)桿機構(gòu)改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副雙滑塊機構(gòu)0改變構(gòu)件相對尺寸00改變構(gòu)件相對尺寸11/14/202211機械設(shè)計基礎(chǔ)3、雙搖桿機構(gòu)的演化改變運動副類型移動導(dǎo)桿機構(gòu)改變運動副類型4、曲柄滑塊機構(gòu)的演化改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副改變構(gòu)件相對尺寸∞正弦機構(gòu)改變機架定為機架雙滑塊機構(gòu)11/14/202212機械設(shè)計基礎(chǔ)4、曲柄滑塊機構(gòu)的演化改變運動副類型改變構(gòu)件相對尺寸∞正弦機平面四桿機構(gòu)的演化方式(2)改變相對桿長(3)選不同構(gòu)件作機架

改變運動副類型

轉(zhuǎn)動副移動副

11/14/202213機械設(shè)計基礎(chǔ)平面四桿機構(gòu)的演化方式(2)改變相對桿長(3)選不同4-3平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件及幾個基本概念一、平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件1、鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件aabcbcd藍色三角形成立紅色三角形成立11/14/202214機械設(shè)計基礎(chǔ)4-3平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件一、平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件比較a最短abcd該機構(gòu)中構(gòu)件a最短，構(gòu)件a能否整周回轉(zhuǎn)？11/14/202215機械設(shè)計基礎(chǔ)比較a最短abcd該機構(gòu)中構(gòu)件a最短，構(gòu)件a能否整周回轉(zhuǎn)？1◆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a最短最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和11/14/202216機械設(shè)計基礎(chǔ)◆最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和◆最短桿是連架桿討論◆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abcd當(dāng)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,并且這兩個周轉(zhuǎn)副在最短桿的兩端。11/14/202217機械設(shè)計基礎(chǔ)討論◆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◆最短桿是連架桿或機架abcd周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副最短桿a是機架時，連架桿b,d都是曲柄最短桿a是連架桿時，b或者d是機架，a是曲柄c是機架時，無曲柄雙曲柄機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)11/14/202218機械設(shè)計基礎(chǔ)◆最短桿是連架桿或機架abcd周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副最短桿2、曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件ababemn構(gòu)件a能通過m點的條件是：構(gòu)件a能通過n點的條件是：曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件11/14/202219機械設(shè)計基礎(chǔ)2、曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件ababemn構(gòu)件a能通過m點的3、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)是轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)。有曲柄，該機構(gòu)是轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機構(gòu)。結(jié)論導(dǎo)桿機構(gòu)總是有曲柄的11/14/202220機械設(shè)計基礎(chǔ)3、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4、偏置導(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)。11/14/202221機械設(shè)計基礎(chǔ)4、偏置導(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)。有沒有曲柄。有曲柄，該機構(gòu)是轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)。結(jié)論偏置導(dǎo)桿機構(gòu)有曲柄的條件是11/14/202222機械設(shè)計基礎(chǔ)沒有曲柄。有曲柄，該機構(gòu)是轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)。結(jié)論11/10/20二、壓力角和傳動角壓力角：力F的作用線與力作用點絕對速度V所夾的銳角α稱為壓力角。傳動角：壓力角的余角γ稱為傳動角11/14/202223機械設(shè)計基礎(chǔ)二、壓力角和傳動角壓力角：力F的作用線與力作用點絕對速度V所在其它條件不變的情況下壓力角α越大，作功W越大壓力角是機構(gòu)傳力性能的一個重要指標(biāo)，它是力的利用率大小的衡量指標(biāo)。11/14/202224機械設(shè)計基礎(chǔ)在其它條件不變的情況下壓力角α越大，作功W越大壓力角是機構(gòu)傳ABCDabcdFFtFn曲柄搖桿機構(gòu)的壓力角11/14/202225機械設(shè)計基礎(chǔ)ABCDabcdFFtFn曲柄搖桿機構(gòu)的壓力角11/10/2ABCDabcdFFtFn11/14/202226機械設(shè)計基礎(chǔ)ABCDabcdFFtFn11/10/202226機械設(shè)計基ababemn曲柄滑塊機構(gòu)的壓力角11/14/202227機械設(shè)計基礎(chǔ)ababemn曲柄滑塊機構(gòu)的壓力角11/10/202227機三、急回運動和行程速比系數(shù)1.極位夾角

當(dāng)機構(gòu)從動件處于兩極限位置時，主動件曲柄在兩相應(yīng)位置所夾的角ADabd曲柄搖桿機構(gòu)的極位夾角11/14/202228機械設(shè)計基礎(chǔ)三、急回運動和行程速比系數(shù)1.極位夾角ADabd曲柄搖桿機e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11/14/202229機械設(shè)計基礎(chǔ)e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11/10/22.急回運動

當(dāng)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。DabdccabA主動件a時間：轉(zhuǎn)角：運動：從動件c時間：轉(zhuǎn)角：運動：從動件c的平均角速度：11/14/202230機械設(shè)計基礎(chǔ)2.急回運動DabdccabA主動件a時間：轉(zhuǎn)角：運動：從通常把從動件往復(fù)運動平均速度的比值(大于1)稱為行程速比系數(shù)，用K表示。3.行程速比系數(shù)K11/14/202231機械設(shè)計基礎(chǔ)通常把從動件往復(fù)運動平均速度的比3.行程速比系數(shù)K11/1四、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者壓力角等于90°時機構(gòu)所處的位置。1.死點位置DabdccabA如何確定機構(gòu)的死點位置？分析B、C點的壓力角11/14/202232機械設(shè)計基礎(chǔ)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者曲柄搖桿機構(gòu)（曲柄為主動件）的死點無死點存在DA11/14/202233機械設(shè)計基礎(chǔ)曲柄搖桿機構(gòu)（曲柄為主動件）的死點無死點存在DA11/10/曲柄搖桿機構(gòu)（搖桿為主動件）的死點AB與BC共線時或者機構(gòu)有死點存在DA11/14/202234機械設(shè)計基礎(chǔ)曲柄搖桿機構(gòu)（搖桿為主動件）的死點AB與BC共線時或者機構(gòu)有曲柄滑塊機構(gòu)（曲柄為主動件）的死點ee無死點存在曲柄滑塊機構(gòu)（滑塊為主動件）的死點有死點存在11/14/202235機械設(shè)計基礎(chǔ)曲柄滑塊機構(gòu)（曲柄為主動件）的死點ee無死點存在曲柄滑塊機構(gòu)2.死點位置的應(yīng)用飛機起落架夾具11/14/202236機械設(shè)計基礎(chǔ)2.死點位置的應(yīng)用飛機起落架夾具11/10/202236機火車輪2.避免死點位置的危害加虛約束的平行四邊形機構(gòu)11/14/202237機械設(shè)計基礎(chǔ)火車輪2.避免死點位置的危害加虛約束的平行四邊形機構(gòu)11/加虛約束的平行四邊形機構(gòu)11/14/202238機械設(shè)計基礎(chǔ)加虛約束的平行四邊形機構(gòu)11/10/202238機械設(shè)計基礎(chǔ)4-4平面連桿機構(gòu)的運動分析一、研究機構(gòu)運動分析的目的和方法位移分析可以：◆進行干涉校驗◆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。速度、加速度分析可以：◆確定速度變化是否滿足要求◆確定機構(gòu)的慣性力、振動等

1.目的11/14/202239機械設(shè)計基礎(chǔ)4-4平面連桿機構(gòu)的運動分析一、研究機構(gòu)運動分析的目的和方◆圖解法◆解析法◆實驗法

2.運動分析的基本方法11/14/202240機械設(shè)計基礎(chǔ)◆圖解法2.運動分析的基本方法11/10/202240機械二、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相等的點(等速重合點)，稱為速度瞬心。速度瞬心的個數(shù)：1.什么是速度瞬心？設(shè)有m個構(gòu)件1，2，3，4，．．．，m11/14/202241機械設(shè)計基礎(chǔ)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2.瞬心位置的確定

(1)通過運動副直接連接的兩個構(gòu)件12P1221P12∞轉(zhuǎn)動副連接的兩個構(gòu)件移動副連接的兩個構(gòu)件12MP12高副連接的兩個構(gòu)件（純滾動）nnt12M高副連接的兩個構(gòu)件（存在滾動和滑動）11/14/202242機械設(shè)計基礎(chǔ)2.瞬心位置的確定(1)通過運動副直接連接的(2)不直接連接的兩個構(gòu)件三心定理：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。123K(K1,K2)vk2vk1P23P1311/14/202243機械設(shè)計基礎(chǔ)(2)不直接連接的兩個構(gòu)件三心定理：三個作平面平行運動的構(gòu)件3.用速度瞬心對平面機構(gòu)作速度分析11/14/202244機械設(shè)計基礎(chǔ)3.用速度瞬心對平面機構(gòu)作速度分析11/10/202244機三、用解析法對平面連桿機構(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)成機構(gòu)的順序?qū)C構(gòu)進行運動分析11/14/202245機械設(shè)計基礎(chǔ)三、用解析法對平面連桿機構(gòu)作速度和加速度分析1.基本方法2.桿組法運動分析的數(shù)學(xué)模型(1)同一構(gòu)件上點的運動分析xyO已知：位置：數(shù)學(xué)模型速度：加速度：11/14/202246機械設(shè)計基礎(chǔ)2.桿組法運動分析的數(shù)學(xué)模型(1)同一構(gòu)件上點的運動(2)RRRII級桿組的運動分析xyO已知：數(shù)學(xué)模型位置：速度：加速度：11/14/202247機械設(shè)計基礎(chǔ)(2)RRRII級桿組的運動分析xyO已知：數(shù)學(xué)模型位置(3)RRPII級桿組的運動分析xyOBCDKs11/14/202248機械設(shè)計基礎(chǔ)(3)RRPII級桿組的運動分析xyOBCDKs11/1例(1)用I級桿數(shù)學(xué)模型計算B點的運動(2)用RRR桿組數(shù)學(xué)模型計算C點的運動(3)用I級桿數(shù)學(xué)模型計算E點的運動(4)用RRP桿組數(shù)學(xué)模型計算F點的運動O4xyHKABDEF12356I級桿RRR桿組I級桿RRP桿組C11/14/202249機械設(shè)計基礎(chǔ)例(1)用I級桿數(shù)學(xué)模型計算B點的運動(2)用RRR桿組數(shù)學(xué)4-5平面連桿機構(gòu)的力分析機械效率一、力分析的基本知識作用在機械上的力：◆驅(qū)動力驅(qū)使機械運動的力，其特征:力與作用點速度方向的夾角為銳角◆阻力阻礙機械運動的力，其特征:力與作用點速度方向的夾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11/14/202250機械設(shè)計基礎(chǔ)4-5平面連桿機構(gòu)的力分析機械效率一、力分析的基本知識作用汽車前進方向摩擦力是驅(qū)動力的實例11/14/202251機械設(shè)計基礎(chǔ)汽車前進方向摩擦力是驅(qū)動力的實例11/10/202251機械三、運動副的摩擦力及摩擦?xí)r機構(gòu)的力分析1.移動副的摩擦和自鎖ij自鎖ij摩擦角（錐）11/14/202252機械設(shè)計基礎(chǔ)三、運動副的摩擦力及摩擦?xí)r機構(gòu)的力分析1.移動副的摩擦和自結(jié)論：(1)當(dāng)驅(qū)動力作用在摩擦角之外時,滑塊不能被推動的原因是驅(qū)動力不夠大，而不是自鎖。

(2)當(dāng)驅(qū)動力作用于摩擦角之內(nèi)時,將產(chǎn)生自鎖。移動副自鎖條件：驅(qū)動力作用于摩擦角之內(nèi)11/14/202253機械設(shè)計基礎(chǔ)結(jié)論：(1)當(dāng)驅(qū)動力作用在摩擦角之外2.轉(zhuǎn)動軸頸的摩擦和自鎖ijij軸頸均速轉(zhuǎn)動11/14/202254機械設(shè)計基礎(chǔ)2.轉(zhuǎn)動軸頸的摩擦和自鎖ijij軸頸均速轉(zhuǎn)動11/10/2ij軸頸減速轉(zhuǎn)動ij軸頸加速轉(zhuǎn)動11/14/202255機械設(shè)計基礎(chǔ)ij軸頸減速轉(zhuǎn)動ij軸頸加速轉(zhuǎn)動11/10/202255機械結(jié)論：(1)當(dāng)時，M=Mf,軸頸勻速轉(zhuǎn)動或靜止不動；(2)當(dāng)時，M>Mf，軸頸加速轉(zhuǎn)動(3)當(dāng)時，M<Mf，無論驅(qū)動力G增加到多大，軸頸都不會轉(zhuǎn)動，這種現(xiàn)象稱為自鎖。轉(zhuǎn)動副自鎖條件：11/14/202256機械設(shè)計基礎(chǔ)結(jié)論：(1)當(dāng)時，M=Mf,軸頸勻速轉(zhuǎn)如何計算摩擦圓半徑和摩擦力矩？如何計算當(dāng)量摩擦系數(shù)？該公式不能使用！11/14/202257機械設(shè)計基礎(chǔ)如何計算摩擦圓半徑和摩擦力矩？如何計算當(dāng)量摩擦ij應(yīng)用ij11/14/202258機械設(shè)計基礎(chǔ)ij應(yīng)用ij11/10/202258機械設(shè)計基礎(chǔ)應(yīng)用舉例11/14/202259機械設(shè)計基礎(chǔ)應(yīng)用舉例11/10/202259機械設(shè)計基礎(chǔ)四、機械效率什么是機械效率?機械系統(tǒng)輸入功輸出功損耗功機械效率的定義式11/14/202260機械設(shè)計基礎(chǔ)四、機械效率什么是機械效率?機械系統(tǒng)輸入功輸出功損耗功機械效機械系統(tǒng)輸入功率輸出功率損耗功率機械系統(tǒng)輸入功率輸出功率損耗功率或11/14/202261機械設(shè)計基礎(chǔ)機械系統(tǒng)輸入功率輸出功率損耗功率機械系統(tǒng)輸入功率輸出功率損耗機械系統(tǒng)輸入功率輸出功率損耗功率理想情況下(沒有摩擦)11/14/202262機械設(shè)計基礎(chǔ)機械系統(tǒng)輸入功率輸出功率損耗功率理想情況下(沒有摩擦)11/機械系統(tǒng)輸入功率輸出功率損耗功率理想情況下(沒有摩擦)結(jié)論：11/14/202263機械設(shè)計基礎(chǔ)機械系統(tǒng)輸入功率輸出功率損耗功率理想情況下(沒有摩擦)結(jié)論：思考這幾個效率計算式含義相同嗎？??11/14/202264機械設(shè)計基礎(chǔ)思考這幾個效率計算式含義相同嗎？??11/10/202264五、機械自鎖從效率的觀點討論自鎖，則自鎖的條件為：機械效率小于等于0，即11/14/202265機械設(shè)計基礎(chǔ)五、機械自鎖從效率的觀點討論自鎖，則自鎖的條件為：11/104-6平面四桿機構(gòu)設(shè)計一、四桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題1、函數(shù)機構(gòu)設(shè)計2、軌跡機構(gòu)設(shè)計四桿機構(gòu)連桿曲線11/14/202266機械設(shè)計基礎(chǔ)4-6平面四桿機構(gòu)設(shè)計一、四桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題1、函數(shù)機3、導(dǎo)引機構(gòu)設(shè)計11/14/202267機械設(shè)計基礎(chǔ)3、導(dǎo)引機構(gòu)設(shè)計11/10/202267機械設(shè)計基礎(chǔ)二、函數(shù)機構(gòu)設(shè)計在這個方程中要求的未知數(shù)有哪些,已知的數(shù)有哪些?11/14/202268機械設(shè)計基礎(chǔ)二、函數(shù)機構(gòu)設(shè)計在這個方程中要求的未知數(shù)有哪些,已知的數(shù)有哪已知：未知：11/14/202269機械設(shè)計基礎(chǔ)已知：未知：11/10/202269機械設(shè)計基礎(chǔ)函數(shù)機構(gòu)設(shè)計的特例按從動件的急回運動特性設(shè)計四桿機構(gòu)設(shè)已知行程速比系數(shù)K，搖桿長度Lc，機架長度LAD，搖桿擺角ψ，試求曲柄搖桿機構(gòu)的尺寸。解：（1）求出極位夾角11/14/202270機械設(shè)計基礎(chǔ)函數(shù)機構(gòu)設(shè)計的特例按從動件的急回運動特性設(shè)計四桿機構(gòu)設(shè)已知行11/14/202271機械設(shè)計基礎(chǔ)11/10/202271機械設(shè)計基礎(chǔ)三、軌跡機構(gòu)設(shè)計f(xA,yA,η,a,b,

c,

d,

e,α，x，y)=0軌跡方程：11/14/202272機械設(shè)計基礎(chǔ)三、軌跡機構(gòu)設(shè)計f(xA,yA,η,a,b,c,f(xA,yA,η,a,b,

c,

d,

e,α，x1，y1)=0f(xA,yA,η,a,b,

c,

d,

e,α，x2，y2)=0f(xA,yA,η,a,b,

c,

d,

e,α，xｎ，yn)=0．．．n＝？11/14/202273機械設(shè)計基礎(chǔ)f(xA,yA,η,a,b,c,d,e,α，x四、導(dǎo)引機構(gòu)設(shè)計11/14/202274機械設(shè)計基礎(chǔ)四、導(dǎo)引機構(gòu)設(shè)計11/10/202274機械設(shè)計基礎(chǔ)4-1概述（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)

連桿機構(gòu)又稱為低副機構(gòu)一、定義與分類11/14/202275機械設(shè)計基礎(chǔ)4-1概述（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（2）連桿機構(gòu)可分為空間連桿機構(gòu)和平面連桿機構(gòu)空間連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)11/14/202276機械設(shè)計基礎(chǔ)（2）連桿機構(gòu)可分為空間連桿機構(gòu)和平面連桿機構(gòu)空間連桿機二、連桿機構(gòu)的優(yōu)點?承受載荷大，便于潤滑?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現(xiàn)?實現(xiàn)多種運動規(guī)律和軌跡要求11/14/202277機械設(shè)計基礎(chǔ)二、連桿機構(gòu)的優(yōu)點?承受載荷大，便于潤滑11/10/202三、連桿機構(gòu)的缺點

?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11/14/202278機械設(shè)計基礎(chǔ)三、連桿機構(gòu)的缺點?慣性力不易平衡?不易精確實現(xiàn)各種運動4-2平面連桿機構(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

曲柄搖桿機構(gòu)基本類型：四桿機構(gòu)連桿曲線11/14/202279機械設(shè)計基礎(chǔ)4-2平面連桿機構(gòu)的基本類型及其演化一、平面四桿機構(gòu)的基本

雙曲柄機構(gòu)11/14/202280機械設(shè)計基礎(chǔ)雙曲柄機構(gòu)11/10/20226機械設(shè)計基礎(chǔ)

雙搖桿機構(gòu)11/14/202281機械設(shè)計基礎(chǔ)雙搖桿機構(gòu)11/10/20227機械設(shè)計基礎(chǔ)

曲柄搖桿機構(gòu)機架連架桿曲柄連架桿搖桿連桿周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副11/14/202282機械設(shè)計基礎(chǔ)曲柄搖桿機構(gòu)機架連架桿曲柄連架桿搖桿連桿周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副二、平面連桿機構(gòu)的演化人們認為所有的四桿機構(gòu)都是由四桿機構(gòu)的基本形式演化來得。1、曲柄搖桿機構(gòu)的演化改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副e∞改變構(gòu)件相對尺寸改變構(gòu)件相對尺寸e＝011/14/202283機械設(shè)計基礎(chǔ)二、平面連桿機構(gòu)的演化人們認為所有的四桿機構(gòu)都是由四桿機構(gòu)的2、雙曲柄機構(gòu)的演化改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副雙轉(zhuǎn)塊桿機構(gòu)改變構(gòu)件相對尺寸0改變構(gòu)件相對尺寸11/14/202284機械設(shè)計基礎(chǔ)2、雙曲柄機構(gòu)的演化改變運動副類型轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)改變運動副類型3、雙搖桿機構(gòu)的演化改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副移動導(dǎo)桿機構(gòu)改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副雙滑塊機構(gòu)0改變構(gòu)件相對尺寸00改變構(gòu)件相對尺寸11/14/202285機械設(shè)計基礎(chǔ)3、雙搖桿機構(gòu)的演化改變運動副類型移動導(dǎo)桿機構(gòu)改變運動副類型4、曲柄滑塊機構(gòu)的演化改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副改變構(gòu)件相對尺寸∞正弦機構(gòu)改變機架定為機架雙滑塊機構(gòu)11/14/202286機械設(shè)計基礎(chǔ)4、曲柄滑塊機構(gòu)的演化改變運動副類型改變構(gòu)件相對尺寸∞正弦機平面四桿機構(gòu)的演化方式(2)改變相對桿長(3)選不同構(gòu)件作機架

改變運動副類型

轉(zhuǎn)動副移動副

11/14/202287機械設(shè)計基礎(chǔ)平面四桿機構(gòu)的演化方式(2)改變相對桿長(3)選不同4-3平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件及幾個基本概念一、平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件1、鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件aabcbcd藍色三角形成立紅色三角形成立11/14/202288機械設(shè)計基礎(chǔ)4-3平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件一、平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件比較a最短abcd該機構(gòu)中構(gòu)件a最短，構(gòu)件a能否整周回轉(zhuǎn)？11/14/202289機械設(shè)計基礎(chǔ)比較a最短abcd該機構(gòu)中構(gòu)件a最短，構(gòu)件a能否整周回轉(zhuǎn)？1◆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a最短最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和11/14/202290機械設(shè)計基礎(chǔ)◆最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和◆最短桿是連架桿討論◆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abcd當(dāng)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,并且這兩個周轉(zhuǎn)副在最短桿的兩端。11/14/202291機械設(shè)計基礎(chǔ)討論◆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◆最短桿是連架桿或機架abcd周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副最短桿a是機架時，連架桿b,d都是曲柄最短桿a是連架桿時，b或者d是機架，a是曲柄c是機架時，無曲柄雙曲柄機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)11/14/202292機械設(shè)計基礎(chǔ)◆最短桿是連架桿或機架abcd周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副最短桿2、曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件ababemn構(gòu)件a能通過m點的條件是：構(gòu)件a能通過n點的條件是：曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件11/14/202293機械設(shè)計基礎(chǔ)2、曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件ababemn構(gòu)件a能通過m點的3、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)是轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)。有曲柄，該機構(gòu)是轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機構(gòu)。結(jié)論導(dǎo)桿機構(gòu)總是有曲柄的11/14/202294機械設(shè)計基礎(chǔ)3、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4、偏置導(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)。11/14/202295機械設(shè)計基礎(chǔ)4、偏置導(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)。有沒有曲柄。有曲柄，該機構(gòu)是轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)。結(jié)論偏置導(dǎo)桿機構(gòu)有曲柄的條件是11/14/202296機械設(shè)計基礎(chǔ)沒有曲柄。有曲柄，該機構(gòu)是轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)。結(jié)論11/10/20二、壓力角和傳動角壓力角：力F的作用線與力作用點絕對速度V所夾的銳角α稱為壓力角。傳動角：壓力角的余角γ稱為傳動角11/14/202297機械設(shè)計基礎(chǔ)二、壓力角和傳動角壓力角：力F的作用線與力作用點絕對速度V所在其它條件不變的情況下壓力角α越大，作功W越大壓力角是機構(gòu)傳力性能的一個重要指標(biāo)，它是力的利用率大小的衡量指標(biāo)。11/14/202298機械設(shè)計基礎(chǔ)在其它條件不變的情況下壓力角α越大，作功W越大壓力角是機構(gòu)傳ABCDabcdFFtFn曲柄搖桿機構(gòu)的壓力角11/14/202299機械設(shè)計基礎(chǔ)ABCDabcdFFtFn曲柄搖桿機構(gòu)的壓力角11/10/2ABCDabcdFFtFn11/14/2022100機械設(shè)計基礎(chǔ)ABCDabcdFFtFn11/10/202226機械設(shè)計基ababemn曲柄滑塊機構(gòu)的壓力角11/14/2022101機械設(shè)計基礎(chǔ)ababemn曲柄滑塊機構(gòu)的壓力角11/10/202227機三、急回運動和行程速比系數(shù)1.極位夾角

當(dāng)機構(gòu)從動件處于兩極限位置時，主動件曲柄在兩相應(yīng)位置所夾的角ADabd曲柄搖桿機構(gòu)的極位夾角11/14/2022102機械設(shè)計基礎(chǔ)三、急回運動和行程速比系數(shù)1.極位夾角ADabd曲柄搖桿機e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11/14/2022103機械設(shè)計基礎(chǔ)e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11/10/22.急回運動

當(dāng)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。DabdccabA主動件a時間：轉(zhuǎn)角：運動：從動件c時間：轉(zhuǎn)角：運動：從動件c的平均角速度：11/14/2022104機械設(shè)計基礎(chǔ)2.急回運動DabdccabA主動件a時間：轉(zhuǎn)角：運動：從通常把從動件往復(fù)運動平均速度的比值(大于1)稱為行程速比系數(shù)，用K表示。3.行程速比系數(shù)K11/14/2022105機械設(shè)計基礎(chǔ)通常把從動件往復(fù)運動平均速度的比3.行程速比系數(shù)K11/1四、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者壓力角等于90°時機構(gòu)所處的位置。1.死點位置DabdccabA如何確定機構(gòu)的死點位置？分析B、C點的壓力角11/14/2022106機械設(shè)計基礎(chǔ)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者曲柄搖桿機構(gòu)（曲柄為主動件）的死點無死點存在DA11/14/2022107機械設(shè)計基礎(chǔ)曲柄搖桿機構(gòu)（曲柄為主動件）的死點無死點存在DA11/10/曲柄搖桿機構(gòu)（搖桿為主動件）的死點AB與BC共線時或者機構(gòu)有死點存在DA11/14/2022108機械設(shè)計基礎(chǔ)曲柄搖桿機構(gòu)（搖桿為主動件）的死點AB與BC共線時或者機構(gòu)有曲柄滑塊機構(gòu)（曲柄為主動件）的死點ee無死點存在曲柄滑塊機構(gòu)（滑塊為主動件）的死點有死點存在11/14/2022109機械設(shè)計基礎(chǔ)曲柄滑塊機構(gòu)（曲柄為主動件）的死點ee無死點存在曲柄滑塊機構(gòu)2.死點位置的應(yīng)用飛機起落架夾具11/14/2022110機械設(shè)計基礎(chǔ)2.死點位置的應(yīng)用飛機起落架夾具11/10/202236機火車輪2.避免死點位置的危害加虛約束的平行四邊形機構(gòu)11/14/2022111機械設(shè)計基礎(chǔ)火車輪2.避免死點位置的危害加虛約束的平行四邊形機構(gòu)11/加虛約束的平行四邊形機構(gòu)11/14/2022112機械設(shè)計基礎(chǔ)加虛約束的平行四邊形機構(gòu)11/10/202238機械設(shè)計基礎(chǔ)4-4平面連桿機構(gòu)的運動分析一、研究機構(gòu)運動分析的目的和方法位移分析可以：◆進行干涉校驗◆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。速度、加速度分析可以：◆確定速度變化是否滿足要求◆確定機構(gòu)的慣性力、振動等

1.目的11/14/2022113機械設(shè)計基礎(chǔ)4-4平面連桿機構(gòu)的運動分析一、研究機構(gòu)運動分析的目的和方◆圖解法◆解析法◆實驗法

2.運動分析的基本方法11/14/2022114機械設(shè)計基礎(chǔ)◆圖解法2.運動分析的基本方法11/10/202240機械二、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相等的點(等速重合點)，稱為速度瞬心。速度瞬心的個數(shù)：1.什么是速度瞬心？設(shè)有m個構(gòu)件1，2，3，4，．．．，m11/14/2022115機械設(shè)計基礎(chǔ)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2.瞬心位置的確定

(1)通過運動副直接連接的兩個構(gòu)件12P1221P12∞轉(zhuǎn)動副連接的兩個構(gòu)件移動副連接的兩個構(gòu)件12MP12高副連接的兩個構(gòu)件（純滾動）nnt12M高副連接的兩個構(gòu)件（存在滾動和滑動）11/14/2022116機械設(shè)計基礎(chǔ)2.瞬心位置的確定(1)通過運動副直接連接的(2)不直接連接的兩個構(gòu)件三心定理：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。123K(K1,K2)vk2vk1P23P1311/14/2022117機械設(shè)計基礎(chǔ)(2)不直接連接的兩個構(gòu)件三心定理：三個作平面平行運動的構(gòu)件3.用速度瞬心對平面機構(gòu)作速度分析11/14/2022118機械設(shè)計基礎(chǔ)3.用速度瞬心對平面機構(gòu)作速度分析11/10/202244機三、用解析法對平面連桿機構(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)成機構(gòu)的順序?qū)C構(gòu)進行運動分析11/14/2022119機械設(shè)計基礎(chǔ)三、用解析法對平面連桿機構(gòu)作速度和加速度分析1.基本方法2.桿組法運動分析的數(shù)學(xué)模型(1)同一構(gòu)件上點的運動分析xyO已知：位置：數(shù)學(xué)模型速度：加速度：11/14/2022120機械設(shè)計基礎(chǔ)2.桿組法運動分析的數(shù)學(xué)模型(1)同一構(gòu)件上點的運動(2)RRRII級桿組的運動分析xyO已知：數(shù)學(xué)模型位置：速度：加速度：11/14/2022121機械設(shè)計基礎(chǔ)(2)RRRII級桿組的運動分析xyO已知：數(shù)學(xué)模型位置(3)RRPII級桿組的運動分析xyOBCDKs11/14/2022122機械設(shè)計基礎(chǔ)(3)RRPII級桿組的運動分析xyOBCDKs11/1例(1)用I級桿數(shù)學(xué)模型計算B點的運動(2)用RRR桿組數(shù)學(xué)模型計算C點的運動(3)用I級桿數(shù)學(xué)模型計算E點的運動(4)用RRP桿組數(shù)學(xué)模型計算F點的運動O4xyHKABDEF12356I級桿RRR桿組I級桿RRP桿組C11/14/2022123機械設(shè)計基礎(chǔ)例(1)用I級桿數(shù)學(xué)模型計算B點的運動(2)用RRR桿組數(shù)學(xué)4-5平面連桿機構(gòu)的力分析機械效率一、力分析的基本知識作用在機械上的力：◆驅(qū)動力驅(qū)使機械運動的力，其特征:力與作用點速度方向的夾角為銳角◆阻力阻礙機械運動的力，其特征:力與作用點速度方向的夾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11/14/2022124機械設(shè)計基礎(chǔ)4-5平面連桿機構(gòu)的力分析機械效率一、力分析的基本知識作用汽車前進方向摩擦力是驅(qū)動力的實例11/14/2022125機械設(shè)計基礎(chǔ)汽車前進方向摩擦力是驅(qū)動力的實例11/10/202251機械三、運動副的摩擦力及摩擦?xí)r機構(gòu)的力分析1.移動副的摩擦和自鎖ij自鎖ij摩擦角（錐）11/14/2022126機械設(shè)計基礎(chǔ)三、運動副的摩擦力及摩擦?xí)r機構(gòu)的力分析1.移動副的摩擦和自結(jié)論：(1)當(dāng)驅(qū)動力作用在摩擦角之外時,滑塊不能被推動的原因是驅(qū)動力不夠大，而不是自鎖。

(2)當(dāng)驅(qū)動力作用于摩擦角之內(nèi)時,將產(chǎn)生自鎖。移動副自鎖條件：驅(qū)動力作用于摩擦角之內(nèi)11/14/2022127機械設(shè)計基礎(chǔ)結(jié)論：(1)當(dāng)驅(qū)動力作用在摩擦角之外2.轉(zhuǎn)動軸頸的摩擦和自鎖ijij軸頸均速轉(zhuǎn)動11/14/2022128機械設(shè)計基礎(chǔ)2.轉(zhuǎn)動軸頸的摩擦和自鎖ijij軸頸均速轉(zhuǎn)動11/10/2ij軸頸減速轉(zhuǎn)動ij軸頸加速轉(zhuǎn)動11/14/2022129機械設(shè)計基礎(chǔ)ij軸頸減速轉(zhuǎn)動ij軸頸加速轉(zhuǎn)動11/10/202255機械結(jié)論：(1)當(dāng)時，M=Mf,軸頸勻速轉(zhuǎn)動或靜止不動；(2)當(dāng)時，M>Mf，軸頸加速轉(zhuǎn)動(3)當(dāng)時，M<Mf，無論驅(qū)動力G增加到多大，軸頸都不會轉(zhuǎn)動，這種現(xiàn)象稱為自鎖。轉(zhuǎn)動副自鎖條件：11/14/2022130機械設(shè)計基礎(chǔ)結(jié)論：(1)當(dāng)時，M=Mf,軸頸勻速轉(zhuǎn)如何計算摩擦圓半徑和摩擦力矩？如何計算當(dāng)量摩擦系數(shù)