機(jī)械原理網(wǎng)絡(luò)電子教案稿

機(jī)械原理網(wǎng)絡(luò)電子教案稿第一頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日目錄第一章緒論

§1-1本課程研究的對(duì)象及內(nèi)容

§l-2學(xué)習(xí)本課程的目的

§l-3如何進(jìn)行本課程的學(xué)習(xí)第二章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

§2-1機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的

§2-2機(jī)構(gòu)的組成

§2-3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖

§2-4機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件

§2-5平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算

§2-6計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)第二頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日第三章平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析

§3-1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析概述

§3-2速度瞬心及其在平面機(jī)構(gòu)速度分析中的應(yīng)用

§3-3用矢量方程圖解法作機(jī)構(gòu)的速度和加速度分析第四章

平面機(jī)構(gòu)的力分析

§4-1機(jī)構(gòu)力分析的目的和方法

§4-2構(gòu)件慣性力的確定第五章機(jī)械中的摩擦和機(jī)械效率

§5-1研究機(jī)械中摩擦的目的和研究內(nèi)容

§5-2運(yùn)動(dòng)副中的摩擦

§5-3機(jī)械的效率

§5-4機(jī)械的自鎖

第三頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

第六章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

§6-1連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)

§6-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用

§6-3有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)

§6-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第七章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

§7-1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類

§7-2推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

§7-3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)

§7-4凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定第八章齒輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

§8-1齒輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及分類第四頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

§8-2齒輪的齒廓曲線

§8-3漸開線的形成及其特性

§8-4漸開線齒廓的嚙合特性

§8-5漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪各部分的名稱和尺寸

§8-6

漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)

§8-7漸開線齒廓的切制

§8-8變位齒輪概述

§8-9變位齒輪傳動(dòng)

§8-10斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)

§8-11蝸桿傳動(dòng)

§8-12圓錐齒輪傳動(dòng)第九章輪系及其設(shè)計(jì)

第五頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

§9-1輪系及其分類

§9-2定軸輪系的傳動(dòng)比

§9-3周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比第十章機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)

§10-1概述

§10-2機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方程式

§10-3穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下機(jī)械的周期性速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié)

§10-4機(jī)械的非周期性速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié)第十一章機(jī)械的平衡

§11-1機(jī)械平衡的目的及內(nèi)容

§11-2

剛性轉(zhuǎn)子的平衡計(jì)算

第六頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日第一章緒論

“機(jī)械原理”(MechanicalPrinciple)研究的對(duì)象是機(jī)械，研究的內(nèi)容是有關(guān)機(jī)械(mechanism)的基本理論問題。

機(jī)械——是機(jī)器(machine)和機(jī)構(gòu)(mechanism)的總稱。右圖所示為一內(nèi)燃機(jī)示意圖，主要由以下機(jī)構(gòu)組成：活塞(piston)、連桿(connectingrod)、曲軸和機(jī)架(frame)組成連桿機(jī)構(gòu)；大齒輪(gear)、小齒輪和機(jī)架組成齒輪機(jī)構(gòu)；凸輪(cam)、推桿和機(jī)架組成凸輪機(jī)構(gòu)?！?-1本課程研究的對(duì)象及內(nèi)容第七頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日除了機(jī)器外，實(shí)際中存在如圖1-2所示的開窗機(jī)構(gòu)和如圖1-3所示的千斤頂，它們借助于人力驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)或傳遞力。這些裝置我們稱之為機(jī)構(gòu)。圖1-2開窗機(jī)構(gòu)圖1-3千斤頂?shù)诎隧摚惨话侔耸捻摚?022年，8月28日

機(jī)器的特征：

1.它們是由零件人為裝配組合而成的實(shí)物體；

2.

各實(shí)物體之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；

3.能完成有用的機(jī)械功或轉(zhuǎn)化機(jī)械能。

機(jī)構(gòu)的特征：機(jī)構(gòu)具有機(jī)器特征中的前兩個(gè)特征。機(jī)器與機(jī)械的共有特征決定了機(jī)器與機(jī)構(gòu)可以統(tǒng)稱為機(jī)械。

本課程研究的內(nèi)容：

1.機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的基本知識(shí)

2.機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析

3.機(jī)器動(dòng)力學(xué)

4.常用機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)

5.機(jī)構(gòu)的選型及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本課程研究的內(nèi)容可以概括為兩個(gè)方面，第一是介紹對(duì)已有機(jī)械進(jìn)行結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析的方法，第二是探索根據(jù)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能方面的要求設(shè)計(jì)新機(jī)械的途徑。第九頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日§l-2學(xué)習(xí)本課程的目的本課程所學(xué)的內(nèi)容乃是研究現(xiàn)有機(jī)械的運(yùn)動(dòng)及工作性能和設(shè)計(jì)新機(jī)械的知識(shí)基礎(chǔ)。所以它成為機(jī)械類各專業(yè)必修的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，并為專業(yè)課程打下基礎(chǔ)。

§l-3如何進(jìn)行本課程的學(xué)習(xí)在學(xué)習(xí)本課程的過程中，要著重注意搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握機(jī)構(gòu)分析和綜合的基本方法。在本課程的學(xué)習(xí)過程中，要注意培養(yǎng)自己運(yùn)用所學(xué)的基本理論和方法去分析和解決工程實(shí)際問題的能力。為此要十分注意各種理論和方法的適用范圍和條件，以求能逐步作到正確而靈活的應(yīng)用。第十頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日第二章平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析§2-1機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的

研究內(nèi)容：

(1)研究機(jī)構(gòu)的組成及其具有確定運(yùn)動(dòng)的條件；

(2)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類；

(3)研究機(jī)構(gòu)的組成原理。

研究目的：在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要知道機(jī)構(gòu)是怎樣組合起來的，而且在什么條件下才能實(shí)現(xiàn)確定的運(yùn)動(dòng)；對(duì)機(jī)構(gòu)組成原理的研究還可以為新機(jī)構(gòu)的創(chuàng)造提供途徑；通過對(duì)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與分類，可以為舉一反三地研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力分析提供方便。第十一頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日§2-2機(jī)構(gòu)的組成

1.構(gòu)件構(gòu)件(link)—機(jī)器中每一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元體。

2.運(yùn)動(dòng)副由兩個(gè)構(gòu)件組成的可動(dòng)的聯(lián)接稱為運(yùn)動(dòng)副(kinematicspair)。而把兩構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面稱為運(yùn)動(dòng)副元素。例如軸與軸襯的配合(圖2-1)，滑塊與導(dǎo)軌的接觸(圖2-2)。圖2-1回轉(zhuǎn)副

圖2-1移動(dòng)副

第十二頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日兩齒輪輪齒的嚙合(圖2-3,a)，球面與平面的接觸(圖2-3,b)，圓柱與平面的接觸(圖2-3,c)。圖2-3,b圖2-3,c圖2-3,a齒輪副

第十三頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日任意兩個(gè)構(gòu)件1與2，當(dāng)它們尚未構(gòu)起運(yùn)動(dòng)副之前，構(gòu)件1相對(duì)于構(gòu)件2共有6個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的自由度。當(dāng)兩構(gòu)件以某種方式相聯(lián)接而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副，則兩者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)便受到一定的約束，其相對(duì)運(yùn)動(dòng)自由度減少的數(shù)目就等于該運(yùn)動(dòng)副所引入的約束的數(shù)目。兩構(gòu)件構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副后所受到的約束數(shù)最少為1(如圖2-3，b所示的運(yùn)動(dòng)副)，而最多為5(如圖2-1和2-2所示的運(yùn)動(dòng)副)第十四頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

運(yùn)動(dòng)副的分類：

(1)按引入約束的數(shù)目分：I級(jí)副、Ⅱ級(jí)副、Ⅲ級(jí)副、Ⅳ級(jí)副、Ⅴ級(jí)副。

(2)按兩構(gòu)件的接觸情況進(jìn)行分：點(diǎn)或線接觸而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副統(tǒng)稱為高副；面接觸(surfacecontact)而構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副則稱為低副(lowerpair)。

(3)按兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的不同分：轉(zhuǎn)動(dòng)副或回轉(zhuǎn)副(revolutepair)、移動(dòng)副(slidingpair)、螺旋副、球面副、平面運(yùn)動(dòng)(planemotion)副、空間運(yùn)動(dòng)副。圖2-5螺旋副圖2-6球面副第十五頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

3.運(yùn)動(dòng)鏈把兩個(gè)以上的構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副的聯(lián)接而構(gòu)成的相對(duì)可動(dòng)的系統(tǒng)稱為運(yùn)動(dòng)鏈(kinematicschin)。如運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件構(gòu)成了首末封閉的系統(tǒng)，則稱其為閉式運(yùn)動(dòng)鏈或簡稱閉鏈(圖2-7，a和b)；如運(yùn)動(dòng)鏈的構(gòu)件未構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng)，則稱其為開式運(yùn)動(dòng)鏈，或簡稱開鏈(圖2-7，c和d)。第十六頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

4.機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)鏈中，如果將某一構(gòu)件加以固定而成為機(jī)架，則這種運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)中按給定的已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件稱為原動(dòng)件；而其余活動(dòng)構(gòu)件則稱為從動(dòng)件。從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律決定于原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)?！?-3機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖用簡單的線條和規(guī)定的符號(hào)表示組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按一定的比例尺表示運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置的簡單圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖(kinematicsketchofmechanism)。繪制步驟如下：

(1)分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，定出其原動(dòng)部分、工作部分，搞清楚傳動(dòng)部分。

(2)合理選擇投影面及原動(dòng)件適當(dāng)?shù)耐队八矔r(shí)位置。

(3)選擇適當(dāng)?shù)谋壤?scale)。

(4)用簡單的線條和規(guī)定的符號(hào)繪圖。

(5)檢驗(yàn)。第十七頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日61AOF2345BDEC顎式碎石機(jī)ab圖2-8第十八頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日§2-4機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件

機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所必須給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目，稱為機(jī)構(gòu)的自由度。

機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：機(jī)構(gòu)的自由度必須大于或等于l，且機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的數(shù)目應(yīng)等于機(jī)構(gòu)的自由度的數(shù)目。

如圖2-10，只有在給構(gòu)件4確定運(yùn)動(dòng)規(guī)律后，此時(shí)系統(tǒng)才成為機(jī)構(gòu)。圖2-9圖2-10第十九頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日§2-5平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算

平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式§2-6計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

1.復(fù)合鉸鏈：兩個(gè)以上的構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接，如圖2-11所示。若有m個(gè)構(gòu)件以復(fù)合鉸鏈(joint)相聯(lián)接時(shí)，其構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)應(yīng)等于(m-1)個(gè)。

圖2-11第二十頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

2.局部自由度在有些機(jī)構(gòu)中，某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運(yùn)動(dòng)，并不影響其他構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)。我們把這種局部運(yùn)動(dòng)的自由度稱為局部自由度，如圖所示。在計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)，應(yīng)從機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式中將局部自由度減去。對(duì)于圖示凸輪機(jī)構(gòu)自由度為

F=3×3-(2×3+1)-1=1凸輪機(jī)構(gòu)三維實(shí)體圖圖2-12第二十一頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

3.虛約束在機(jī)構(gòu)中，有些運(yùn)動(dòng)副帶入的約束，對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上不起約束作用，我們把這類約束稱為虛約束。在計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)應(yīng)將這類虛約束除去。機(jī)構(gòu)中的虛約束常發(fā)生在下列情況：

1)在機(jī)構(gòu)中如果兩構(gòu)件用轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接其聯(lián)接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡重合，則該聯(lián)接將帶入1個(gè)虛約束。如圖2—14所示的機(jī)構(gòu)簡圖。

F=3*n—2Pl—Ph=3*4—2*6=0錯(cuò)

F=3*n—2Pl—Ph=3*3—2*4=1對(duì)圖2-13第二十二頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

2)如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成移動(dòng)副，且移動(dòng)方向彼此平行(如圖2-14所示)，則只能算一個(gè)移動(dòng)副。如果兩構(gòu)件在多處相配合而構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，且轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合(如2-15所示)，則只能算一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。如果兩構(gòu)件在多處相接觸而構(gòu)成平面高副，且各接觸點(diǎn)處的公法線彼此重合(如圖2-16所示)，則只能算一個(gè)平面高副。

圖2-14圖2-15圖2-16第二十三頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

3)在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的過程中，若兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)之間的距離始終保持不變，則如用雙轉(zhuǎn)動(dòng)副桿將此兩點(diǎn)相聯(lián)，也將帶入1個(gè)虛約束，圖2-17所示。

4)在機(jī)構(gòu)中，某些不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)傳遞的重復(fù)部分所帶入的約束亦為虛約束，如圖2-18所示。F=3*n—2Pl—Ph=3*4—2*6=0錯(cuò)F=3*n—2Pl—Ph=3*5—2*5—6=-1錯(cuò)F=3*n—2Pl—Ph=3*3—2*4=1對(duì)

F=3*n—2Pl—Ph=3*3—2*3—2=2對(duì)

圖2-17圖2-18第二十四頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日第三章平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析§3-1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析概述

機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析：根據(jù)原動(dòng)件的已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律，求該機(jī)構(gòu)其他構(gòu)件上某些點(diǎn)的位移(displacement)、軌跡、速度和加速度，以及這些構(gòu)件的角位移、角速度和角加速度。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的方法主要有圖解法和解析法?！?-2速度瞬心及其在平面機(jī)構(gòu)速度分析中的應(yīng)用

一、速度瞬心

瞬心為互相作平面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩構(gòu)件上，瞬時(shí)相對(duì)速度為零的點(diǎn)；或者說，瞬時(shí)速度相等的重合點(diǎn)(即等速重合點(diǎn))。若該點(diǎn)的絕對(duì)速度為零則為絕對(duì)瞬心；若不等于零則為相對(duì)瞬心。如圖3-1所示。

圖3-1第二十五頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日二、機(jī)構(gòu)中瞬心的數(shù)目因?yàn)槊績蓚€(gè)構(gòu)件就有一個(gè)瞬心，所以由N個(gè)構(gòu)件(含機(jī)架)組成的機(jī)構(gòu)，其總的瞬心數(shù)K由排列組合的知識(shí)可得：

三、機(jī)構(gòu)中瞬心位置的確定如上所述，機(jī)構(gòu)中每兩個(gè)構(gòu)件之間就有一個(gè)瞬心，如果兩個(gè)構(gòu)件是通過運(yùn)動(dòng)副直接聯(lián)接在一起的，那末其瞬心的位置，根據(jù)瞬心的定義可以很容易地加以確定。而一般情況下，兩構(gòu)件的瞬心則需藉助于所謂“三心定理”來確定?，F(xiàn)分別介紹如下。

1.

通過運(yùn)動(dòng)副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心

1)以轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接的兩構(gòu)件，如圖3-2,a所示，轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心即為其瞬心P12。

2)以移動(dòng)副相聯(lián)接的兩構(gòu)件，如圖3-2,b所示，因兩構(gòu)件間任一重合點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度方向均平行于導(dǎo)路，故其瞬心P12必位于移動(dòng)副導(dǎo)路的垂直方向上的無窮遠(yuǎn)處。

第二十六頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

3)以平面高副相聯(lián)接的兩構(gòu)件，如圖3-2，c、d所示。如果高副兩元素之間為純滾動(dòng)則其兩元素的接觸點(diǎn)M即為瞬心P12；如果高副兩元素之間既作相對(duì)滾動(dòng)，又有相對(duì)滑動(dòng)，則瞬心P12必位于高副兩元素在接觸點(diǎn)處的公法線nn上，具體位置尚需根據(jù)其他條件來確定。

圖3-2第二十七頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

2.用三心定理確定兩構(gòu)件的瞬心

三心定理(Kennedy’sthrorem)：三個(gè)彼此作平面平行運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件的瞬心必位于同一直線上。如圖3-3所示。

圖3-3第二十八頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

四、速度瞬心(instantaneouscenterofvelocity)在機(jī)構(gòu)速度分析中的應(yīng)用

1)求構(gòu)件的角速度在圖3-4所示的平面四桿機(jī)構(gòu)中，設(shè)各構(gòu)件的尺寸已知，原動(dòng)件2以角速度ω2沿順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)。因?yàn)橐阎残腜24為構(gòu)件2及構(gòu)件4的等速重合點(diǎn)，故得：

圖3-4第二十九頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

2)求構(gòu)件上某點(diǎn)的速度如圖3-5所示的凸輪機(jī)構(gòu)。設(shè)各構(gòu)件的尺寸已知，原動(dòng)件2的角速度為ω2。利用瞬心來確定從動(dòng)件3的移動(dòng)速度，同樣十分簡便。如圖所示，得從動(dòng)件的移動(dòng)速度的大小為：

§3-3用矢量方程圖解法作機(jī)構(gòu)的速度和加速度分析矢量方程圖解法所依據(jù)的基本原理是理論力學(xué)中學(xué)過的運(yùn)動(dòng)合成的原理。在對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度和加速度分析時(shí)，首先要根據(jù)運(yùn)動(dòng)合成原理列出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的矢量方程，然后再根據(jù)該方程進(jìn)行作圖求解。圖3-5第三十頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

一、同一構(gòu)件上兩點(diǎn)間的速度、加速度的關(guān)系

1.速度分析

圖3-6

在如圖3-6，a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，連稈BC為一作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。由運(yùn)動(dòng)合成原理可知，此構(gòu)件上任一點(diǎn)(如點(diǎn)c)的運(yùn)動(dòng)可認(rèn)為是由其隨同該構(gòu)件上另一任意點(diǎn)(如點(diǎn)B)的平動(dòng)(牽連運(yùn)動(dòng))與繞該點(diǎn)(點(diǎn)B)的轉(zhuǎn)動(dòng)(相對(duì)運(yùn)動(dòng))所合成。因此，點(diǎn)c的速度為：第三十一頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日現(xiàn)設(shè)點(diǎn)B的速度為已知，求點(diǎn)c的速度。步驟：

1)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，列出矢量方程式；

2)取速度比例尺，定極點(diǎn)；

3)按矢量作圖法作圖。(從已知到未知)

其大小分別為：現(xiàn)如求連桿上點(diǎn)E的速度則利用B、E兩點(diǎn)和C、E兩點(diǎn)間的速度關(guān)系可分別列出矢量方程并將它們聯(lián)立起來，可得矢量方程：用圖解法求解，得：

VE=

第三十二頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

圖b所示的由各速度矢量構(gòu)成的圖形稱為速度多邊形。p點(diǎn)稱為速度多邊形的極點(diǎn)。其特點(diǎn)如下：

1)由極點(diǎn)P向外放射的矢量，代表構(gòu)件上相應(yīng)點(diǎn)的絕對(duì)速度；

2)相對(duì)速度是聯(lián)接兩絕對(duì)速度矢端的矢量，下標(biāo)字母相反；

3)極點(diǎn)的速度為零；

4)速度影象原理。由圖可見，因△bce與△BCE的對(duì)應(yīng)邊相互垂直，故知兩者相似，且其角標(biāo)字母符號(hào)的順序也是一致的，只是前者的位置是后者沿ω的方向轉(zhuǎn)過了900而已。所以，我們把圖形bce稱為構(gòu)件圖形BCE的速度影像。

2.加速度分析

同理點(diǎn)c的加速度為：為求E點(diǎn)的加速度與進(jìn)行速度分析相似，需利用點(diǎn)E與B、C兩點(diǎn)的加速度關(guān)系聯(lián)立求解，即得：

第三十三頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日?qǐng)DC所示的由各加速度矢量構(gòu)成的圖形稱為加速度多邊形。p'點(diǎn)稱為加速度多邊形的極點(diǎn)。其特點(diǎn)如下：

1)由極點(diǎn)P'向外放射的矢量，代表構(gòu)件上相應(yīng)點(diǎn)的絕對(duì)加速度；

2)相對(duì)加速度是聯(lián)接兩絕對(duì)加速度矢端的矢量，下標(biāo)字母相反；

3)極點(diǎn)的加速度為零；

4)加速度影象原理。

由圖可見，因△b‘c’e‘與△BCE相似，且其角標(biāo)字母符號(hào)的順序也是一致的。所以，我們把圖形b’c‘e’稱為構(gòu)件圖形BCE的加速度影像。

3.兩構(gòu)件重合點(diǎn)間的速度、加速度的關(guān)系

如圖3-7所示的平面四桿機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件1與構(gòu)件2組成移動(dòng)副，點(diǎn)c為此兩構(gòu)件上的一個(gè)重合點(diǎn)。由運(yùn)動(dòng)合成原理可知，構(gòu)件2上的點(diǎn)c2的運(yùn)動(dòng)可以認(rèn)為是由構(gòu)件1上與其相重合的點(diǎn)c1的運(yùn)動(dòng)(牽連運(yùn)動(dòng))和點(diǎn)c2相對(duì)于點(diǎn)c1的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所合成。圖3-7第三十四頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日哥氏加速度大小為：

(3-7)

方向：將相對(duì)速度VC1C2沿角速度ω1的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)過900所得的方向一致。

(3-5)(3-6)第三十五頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

第四章

平面機(jī)構(gòu)的力分析§4-1機(jī)構(gòu)力分析的目的和方法

一、作用在機(jī)械上的力

作用在機(jī)械上的力，包括由外部施于機(jī)械的原動(dòng)力、生產(chǎn)阻力、重力和運(yùn)動(dòng)構(gòu)件受到的空氣和油液等的介質(zhì)阻力；構(gòu)件在變速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力；以及由于上述諸力在運(yùn)動(dòng)副中所引起的反力。根據(jù)各力對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的影響的不同，可將它們概分為兩大類：

(1)驅(qū)動(dòng)力凡是驅(qū)使機(jī)械產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力統(tǒng)稱為驅(qū)動(dòng)力。所作的功為正功，稱為驅(qū)動(dòng)功，或輸入功。

(2)阻抗力凡是阻止機(jī)械產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力統(tǒng)稱為阻抗力。所作的功為負(fù)功，稱為阻抗功。阻抗力又可分為有效阻力和有害阻力兩種：

1)有效阻力，即工作阻力。它是機(jī)械在生產(chǎn)過程中為了改變工作物的外形、位置或狀態(tài)等所受到的阻力，克服了這些阻力就完成了有效的工作?？朔行ё枇λ瓿傻墓ΨQ為有效功或輸出功。第三十六頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

2)有害阻力，即機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所受到的非生產(chǎn)阻力。機(jī)械為了克服這類阻力所做的功是一種純粹的浪費(fèi)。克服有害阻力所作的功稱為損失功。

二、機(jī)構(gòu)力分析的目的和方法

由于作用在機(jī)械上的力，不僅是影響機(jī)械的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能的重要參數(shù)，而且也是決定相應(yīng)構(gòu)件尺寸及結(jié)構(gòu)形狀等的重要依據(jù)。機(jī)構(gòu)力分析的任務(wù)，主要有以下兩部分內(nèi)容：

1.確定運(yùn)動(dòng)副中的反力。

2.確定為了使機(jī)構(gòu)原動(dòng)件按給定規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)需加于機(jī)械上的平衡力(或平衡力偶)。

第三十七頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日§4-2構(gòu)件慣性力的確定

一、作平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件

由理論力學(xué)可知，對(duì)于作平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)而且具有平行于運(yùn)動(dòng)平面的對(duì)稱面的構(gòu)件(例如圖4—1所示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的連桿BC)，其慣性力系可簡化為一個(gè)加在質(zhì)心上的慣性力和一個(gè)慣性力偶矩。它們分別為：

第三十八頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日為了分析的方便，上述慣性力和慣性力偶矩又可以用一大小等于P1，作用線由質(zhì)心S偏移一距離Lh的總慣性力來代替(圖6)，此時(shí)距離的值Lh為：

二、作平面移動(dòng)的構(gòu)件對(duì)于作平面移動(dòng)的構(gòu)件，由于沒有角加速度，故不會(huì)產(chǎn)生慣性力偶。只是當(dāng)構(gòu)件為變速移動(dòng)時(shí)，持有一個(gè)加在其質(zhì)心S上的慣性力P1＝-mαs。

三、繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件

對(duì)于繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件，其慣性力和慣性力偶矩的確定又有兩種情況。

(1)繞通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件(如齒輪、飛輪等構(gòu)件)因其質(zhì)心的加速度為零，故慣性力為零。只是當(dāng)構(gòu)件為變速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生一慣性力偶矩M1＝-Jsαs。

(2)繞不通過質(zhì)心的定抽轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件(如曲柄、凸輪等構(gòu)件)如果構(gòu)件是變速轉(zhuǎn)動(dòng)(如圖4-2所示)，則將產(chǎn)生慣性力P1＝-mαs

及慣性力偶矩M1＝-Jsαs

。同樣，兩者可用一個(gè)不通過其質(zhì)心的總慣性力來代替。第三十九頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日第四十頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日第五章機(jī)械中的摩擦和機(jī)械效率§5-1研究機(jī)械中摩擦的目的和研究內(nèi)容我們知道運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力是一種主要的有害阻力，它會(huì)使機(jī)械的效率降低，使運(yùn)動(dòng)副元素受到磨損，因而降低零件的強(qiáng)度、機(jī)械的精度和工作壽命；使零件發(fā)熱膨脹，將導(dǎo)致機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活，甚至卡死，并使機(jī)械潤滑情況惡化。而另一方面在某些情況下機(jī)械中的摩擦又是有用的，在不少機(jī)械中，就正是利用摩擦來工作的。研究的主要內(nèi)容有：

1)幾種最常見的運(yùn)動(dòng)副中的摩擦的分析；

2)考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析；

3)機(jī)械效率的計(jì)算；

4)由于摩擦的存在而可能發(fā)生的所謂機(jī)械的“自鎖”現(xiàn)象，以及自鎖現(xiàn)象發(fā)生的條件等。

第四十一頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日§5-2運(yùn)動(dòng)副中的摩擦

一、移動(dòng)副中摩擦力的確定圖(a)摩擦力F21的大小為：圖(b)摩擦力F21的大小為：若令f/sinθ＝Q，則上式可寫為：

圖5-1第四十二頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日?qǐng)D(c)摩擦力F21的大小為：式中fv稱為當(dāng)量摩擦系數(shù)。

二、移動(dòng)副中總反力的確定

在進(jìn)行機(jī)械的受力分析時(shí)，由于N21及F21都是構(gòu)件2作用于構(gòu)件1上的反力，故可將它們合成為一個(gè)總反力，以R21表示(如圖5-2所示)。設(shè)總反力R21和法向反力N21之間的夾角為φ，則：

角φ稱為摩擦角。

總反力R21的作用線方向的確定：

R21與構(gòu)件1相對(duì)于構(gòu)件2的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度V12的方向成鈍角(90o

+φ)。

圖5-2第四十三頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日例如：圖5-3,a中，設(shè)滑塊1置于升角為α的斜面2上，Q為作用在滑塊1上的鉛垂載荷。求：

(1)滑塊1沿斜面等速上行(通常稱此行程為正行程)時(shí)所需的水平驅(qū)動(dòng)力P。根據(jù)力的平衡條件可知：

作出力的三角形，如圖b所示。由圖可得：

第四十四頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

(2)滑塊1是沿斜面2等速下滑(通常稱此行程為反行程)時(shí)所需的水平驅(qū)動(dòng)力P‘。如圖5-4,a所式。根據(jù)力的平衡條件可知：作出力的三角形，如圖b所示。由圖可得：

三、螺旋副中的摩擦矩形螺紋螺旋副中肋摩擦

圖5-5，a為一矩形螺紋螺旋副(screwpair)，通常在研究螺旋副的摩擦?xí)r，都假定螺母與螺桿間的作用力系集中作用在其中徑的圓柱面上。因螺桿的螺紋可以設(shè)想為由一斜面卷繞在圓柱體上形成的。因此，如將螺桿沿中徑d2的圓柱面展開，則其螺紋將展成一個(gè)斜面，該斜面的升角α即為螺桿在其中徑d2上的螺紋的導(dǎo)程角，于是得：

第四十五頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日假定螺母與螺桿間的作用力系集中作用在一小段螺紋上，這樣就把對(duì)螺旋副中摩擦的研究，簡化為對(duì)滑塊與斜平面的摩擦來研究了。

四、轉(zhuǎn)動(dòng)副中的摩擦

1.軸頸摩擦如圖5-6所示，設(shè)受有徑向載荷Q作用的軸頸1，在驅(qū)動(dòng)力偶矩Md的作用下，在軸承2中等速轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)法向反力的總和為N21，則如前所述，軸承2對(duì)軸頸1的摩擦力F21＝f*N21＝fv*Q。則摩擦力矩Mr為：

圖5-6(5-6)第四十六頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日根據(jù)平衡條件可知：

R21=-Q；

Md=-R21*r=-Mf

即總反力R21對(duì)軸頸中心O的力矩即為摩擦阻力矩Mf

，而由式(5—6)知：對(duì)于一個(gè)具體的軸頸，由于fv及r均為定值，所以ρ是一固定長度。以軸頸中心O為圓心，以ρ為半徑作圓，則稱其為摩擦圓，ρ稱為摩擦圓半徑。轉(zhuǎn)動(dòng)副總反力的方位可根據(jù)如下三點(diǎn)來確定：

1)在不考慮摩擦的情況下，根據(jù)力的平衡條件，初步確定總反力的方向；

2)總反力應(yīng)與摩擦圓相切；

3)總反力R21對(duì)軸頸中心之矩的方向必與相對(duì)角速度ω12的方向相反。

(5-7)第四十七頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日§5-3機(jī)械的效率

當(dāng)機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輸入功將等于輸出功和損失功之和。即：

Wd=Wr+Wf

機(jī)械效率為：效率也可用功率表示，即：機(jī)械效率也可以用力的比值的形式來表達(dá)。圖5-7所示一機(jī)械傳動(dòng)裝置的示意圖。

設(shè)P為驅(qū)動(dòng)力，Q為生產(chǎn)阻力，VP、VQ分別為P和Q的作用點(diǎn)沿該力作用線方向的分速度，于是根據(jù)式(5-9，a)可得：

PVPQVQ圖5-7設(shè)想在該機(jī)械中不存在摩擦，為了克服同樣的生產(chǎn)阻力Q，其所需的驅(qū)動(dòng)力P0

(稱為理想驅(qū)動(dòng)力)。

顯然：P>P0，且此時(shí)，其效率應(yīng)等于。(5-8)(5-9)第四十八頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日故得：將其代入式(a)，得：同理，機(jī)械效率也可以用力矩之比的形式來表達(dá)，即

綜合式(c)與(d)可得：對(duì)于由許多機(jī)器組成的機(jī)組而言，只要知道了各臺(tái)機(jī)器的機(jī)械效率，則該機(jī)組的總效率也可以由計(jì)算求得。

(1)串聯(lián)

如圖5-8所示為幾種機(jī)器串聯(lián)組成的機(jī)組。該機(jī)組的機(jī)械效率為：。而功率在傳遞的過程中，前一機(jī)器的輸出功率即為后一機(jī)器的輸入功率。圖5-8(5-10)abc第四十九頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日設(shè)各機(jī)器的效率分別為η1、η2…ηK則得：

將η1、η2…ηK連乘起來，得此即表明，串聯(lián)機(jī)組的總效率等于組成該機(jī)組的各個(gè)機(jī)器的效率的連乘積。由此可見，只要串聯(lián)機(jī)組中任一機(jī)器的效率很低，就會(huì)使整個(gè)機(jī)組的效率極低。

(2)并聯(lián)

如圖5-9所示為幾種機(jī)器并聯(lián)組成的機(jī)組?？傒斎牍β蕿?/p>

總輸出功率為

圖5-9(5-11)第五十頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日所以總效率為

上式表明并聯(lián)機(jī)組的總效率不僅與各機(jī)器的效率有關(guān)，而且也與各機(jī)器所傳遞的功率大小有關(guān)。要提高并聯(lián)機(jī)組的效率，應(yīng)著重提高傳遞功率大的傳動(dòng)路線的效率。

(3)混聯(lián)

如圖5-10所示為兼有串聯(lián)和并聯(lián)的混聯(lián)機(jī)組。為了計(jì)算其總效率，可先將輸入功至輸出功的路線弄清，然后分別計(jì)算出總的輸入功率和總的輸出功率，最后可按下式計(jì)算其總機(jī)械效率。

圖5-10(5-12)第五十一頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日§5-4機(jī)械的自鎖有些機(jī)械，由于其結(jié)構(gòu)的形式以及摩擦影響，導(dǎo)致當(dāng)沿某一方向施加無論多大的驅(qū)動(dòng)力(矩)時(shí)，都無法使它運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就叫作機(jī)械的自鎖。

一．移動(dòng)副的自鎖條件

由圖5-11可知，Pt=P*sinβ(有效分力)Pn=P*cosβ(有害分力)

最大摩擦力為：當(dāng)β≤φ時(shí)，由上述可知

此式說明，在β≤φ的情況下，不管驅(qū)動(dòng)力P如何增大，驅(qū)動(dòng)力的有效分力總是小于驅(qū)動(dòng)力本身所可能引起的最大摩擦力，因而滑塊1總不會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，即發(fā)生了所謂的自鎖現(xiàn)象。

平面移動(dòng)副自鎖條件：作用于滑塊上的合外力作用線落在移動(dòng)副摩擦角以內(nèi)，即β≤φ。

圖5-11第五十二頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

二、轉(zhuǎn)動(dòng)副自鎖條件

如圖5-12所示，軸頸和軸承組成轉(zhuǎn)動(dòng)副。設(shè)作用在軸頸上的外裁荷為一單力P，則當(dāng)力P的作用線在摩擦圓之內(nèi)時(shí)(即a＜ρ)，因它對(duì)軸頸中心的力矩M＝Pa，始終小于它本身所能引起的最大摩擦力矩Mf＝Rρ＝Pρ。所以力P任意增大[力臂a保持不變)，也不能驅(qū)使軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)，亦即出現(xiàn)了自鎖現(xiàn)象。

轉(zhuǎn)動(dòng)副自鎖條件：作用于軸頸且垂直于軸線的合外力的作用線切割于摩擦圓，即a≤ρ。

三、利用效率判斷機(jī)構(gòu)自鎖的條件當(dāng)機(jī)械自鎖時(shí)其機(jī)械效率將恒小于或等于零，即

設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，可以利用上式來判斷其是否自鎖及出現(xiàn)自鎖的條件。當(dāng)然，因機(jī)械自鎖時(shí)已根本不能作功，故此時(shí)，η已沒有一般效率的意義，它只表明機(jī)械自鎖的程度。當(dāng)η＝o時(shí)，機(jī)械處于臨界自鎖狀態(tài)；若η＜o(jì)，則其絕對(duì)值越大，表明自鎖越可靠。

圖5-12(5-13)第五十三頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日第六章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)§6-1連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)

連桿機(jī)構(gòu)(linkages)是一種應(yīng)用十分廣泛的機(jī)構(gòu)，圖6-1中所示機(jī)構(gòu)的共同特點(diǎn)是其原動(dòng)件1的運(yùn)動(dòng)都要經(jīng)過一個(gè)不直接與機(jī)架相聯(lián)的中間構(gòu)件2才能傳動(dòng)從動(dòng)件3，這個(gè)不直接與機(jī)架相聯(lián)的中間構(gòu)件稱為連桿，而把具有連桿的這些機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機(jī)構(gòu)。

圖6-1bac第五十四頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

優(yōu)點(diǎn)：

1)其運(yùn)動(dòng)副為低副面接觸，壓強(qiáng)較小，可以承受較大的載荷。便于潤滑，不易產(chǎn)生大的磨損，幾何形狀較簡單，便于加工制造。

2)從動(dòng)件能實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

3)連桿上各不同點(diǎn)的軌跡是各種不同形狀的，從而可以得到各種不同形狀的曲線，我們可以利用這些曲線來滿足不同軌跡的要求。

缺點(diǎn)：

1)有較長的運(yùn)動(dòng)鏈，使連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生較大的積累誤差，降低機(jī)械效率。

2)連桿及滑塊的質(zhì)心都在作變速運(yùn)動(dòng)，它們所產(chǎn)生的慣性力難于用一般的平衡方法加以消除，增加機(jī)構(gòu)的動(dòng)載荷。所以連桿機(jī)構(gòu)一般不宜用于高速傳動(dòng)。

第五十五頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日連桿機(jī)構(gòu)在實(shí)際中用處較多，如圖6-2,a中的機(jī)械手驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，圖6-2,b中的溜冰鞋剎車機(jī)構(gòu)和圖6-2,c中的夾子驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖6-2，a圖6-2，b圖6-2，c第五十六頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日§6-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用

一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式

圖6-l，b所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)(所有運(yùn)動(dòng)副都是回轉(zhuǎn)副的四桿機(jī)構(gòu))是平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式，其他型式的四桿機(jī)構(gòu)可看作是在它的基礎(chǔ)上通過演化而成的。AD為機(jī)架，AB、CD為連架桿，BC為連桿。在連架桿中，能作整周回轉(zhuǎn)的稱為曲柄，只能在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)的則稱為搖桿。

1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)這架稈中一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿，則此四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(carnk-rockermeghanism)；當(dāng)曲柄為原動(dòng)件，搖桿為從動(dòng)件時(shí)，可將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成搖桿的往復(fù)擺動(dòng)。該機(jī)構(gòu)在實(shí)際中多有應(yīng)用，如圖6-3和6-4。第五十七頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

2.雙曲柄機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)這架桿都是曲柄，則稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)(double-crankmechanism)。在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若其相對(duì)兩桿平行且相等，則成為平行四邊形機(jī)構(gòu)。3.雙搖桿機(jī)構(gòu)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中兩連架桿都是搖桿，則稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)(double-rockermechanism)。

圖6-8圖6-9第五十八頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式

1.改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸在圖6-10,圖b所示的曲線導(dǎo)軌的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)可看成是由圖a所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中所演化而來。其中搖桿DC可由饒D點(diǎn)沿軌道ββ運(yùn)動(dòng)的滑塊3所替代。當(dāng)將搖桿3的長度增至無窮大，則鉸鏈c運(yùn)動(dòng)的軌跡ββ將變?yōu)橹本€，而與之相應(yīng)的圖b中的曲線導(dǎo)軌將變?yōu)橹本€導(dǎo)軌，于是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)將演化成為常見的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖6-10,d所示。其中圖c所示為具有一偏距e的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(offsetslider-crankmechanism)；圖b所示為沒有偏距的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。圖6-10第五十九頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日在圖6-10,d所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，由于鉸鏈B相對(duì)于鉸鏈c運(yùn)動(dòng)的軌跡為αα圓弧，所以如將連桿2作成滑塊形式，并使之沿滑塊3上的圓弧導(dǎo)軌αα運(yùn)動(dòng)(如圖6-11，a所示)，此時(shí)已演化成為一種具有兩個(gè)滑塊的四桿機(jī)構(gòu)。設(shè)將圖6-10,d所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的連桿2的長度增至無窮長．則圓弧導(dǎo)軌αα將成為直線，于是該機(jī)構(gòu)將演化成為圖6-11,b所示的所謂正弦機(jī)構(gòu)。

圖6-11第六十頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

2.改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸

在圖6-12,a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄AB的尺寸較小時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的需要，常將曲柄改作成如圖b所示的一個(gè)幾何中心不與回轉(zhuǎn)中心相重合的圓盤，此圓盤稱為偏心輪，這種機(jī)構(gòu)則稱為偏心輪機(jī)構(gòu)。

3.選用不同的構(gòu)件為機(jī)架圖6—19

圖6-13圖6-12第六十一頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日在圖6-13,a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若改選構(gòu)件AB為機(jī)架，如圖b所示，則稱為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。在導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，如果導(dǎo)桿能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，則稱為回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。如果導(dǎo)桿僅能在某一角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)，則稱為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。如果在圖6-13,a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，改選構(gòu)件BC為機(jī)架(如圖c)，則將演化成為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)。在圖6-13,a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中改選滑塊為機(jī)架(圖d)，則將演化為直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)。

第六十二頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日§6-3有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件

如圖6-14所示，設(shè)分別以a、b、c、d表示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各桿的長度，AD桿為機(jī)架，討論能作整周回轉(zhuǎn)(即轉(zhuǎn)動(dòng)副A為周轉(zhuǎn)副)的條件。

設(shè)a＜d

當(dāng)AB桿能繞A點(diǎn)作整周回轉(zhuǎn)時(shí)，AB桿應(yīng)能占據(jù)AB'與AB''兩個(gè)位。由圖可見，為了使AB桿能轉(zhuǎn)至位置AB'，各桿的長度應(yīng)滿足

圖6-14第六十三頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日為了使AB桿能夠轉(zhuǎn)至位置AB''，各桿的長度應(yīng)滿足或?qū)⑹?6—1)、(6—2)、(6—3)分別兩兩相加，則得即AB桿為最短稈。

d+a≤b+cd≤a

d+b≤a+cd≤bd+c≤b+ad≤c由此可得曲柄存在條件(Crashoff’slaw)：

1)最短桿是機(jī)架或連架桿。2)最短桿與最長桿的長度和應(yīng)小于或等于其他兩桿的長度和。

第六十四頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

二、急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)圖6-15所示為一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，設(shè)曲柄AB為原動(dòng)件，以等角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，在其轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，有兩次與連桿共線，這時(shí)從動(dòng)件搖桿CD分別位于兩極限位置C1D和C2D。從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)到兩極限位置時(shí)，原動(dòng)件AB所處兩個(gè)位置之間所夾的銳角θ稱為極位夾角(crankanglebetweenextremeposition)。顯然：α1>α2搖桿的這種運(yùn)動(dòng)性質(zhì)稱為急回運(yùn)動(dòng)(quick_returnmotion)。為了表明急回運(yùn)動(dòng)的急回程度，常用行程速比系數(shù)(advance-toreturn-timeratio)來衡量，即

圖6-15第六十五頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

三、四桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角與死點(diǎn)

1.壓力角與傳動(dòng)角

(1)壓力角(pressuresngle)(α)：若不考慮各運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力及構(gòu)件重力和慣性力的影響，作用于點(diǎn)C的力P與點(diǎn)C速度方向之間所夾的銳角。

(2)傳動(dòng)角(γ)：壓力角的余角。

如圖6-16所示，力P可分解為：Pn=Psinα=Pcosγ，Pt=Pcosα=Psinγ，其中Pn

只能使鉸鏈C、D產(chǎn)生徑向壓力，才Pt是推動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的有效分力?？梢姡媒怯?，則有效分力Pt愈大，而Pn愈小，因此對(duì)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)愈有利。圖6-16第六十六頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

(3)最小傳動(dòng)角γmind的確定由圖6—33可見，γ與機(jī)構(gòu)的∠BCD有關(guān)。在ΔABD和ΔBCD中，由余弦定理得：

BD2=b2+c2-2bccos∠BCD；

BD2=a2+d2-2adcosφ則：

討論：當(dāng)∠BCD<900時(shí)，γ=∠BCD，則γmin=∠BCDmin

，由公式可知，當(dāng)φ=00時(shí)，有∠BCDmin。當(dāng)∠BCD>900時(shí)，γ=1800—∠BCD，則γmin=1800—∠BCDmax

，由公式可知，當(dāng)φ=1800時(shí)，有∠BCDmax。故機(jī)構(gòu)的最小轉(zhuǎn)動(dòng)角是γmin=[γ1min，γ2min]第六十七頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

2.死點(diǎn)

(1)死點(diǎn)

在圖6-17中，設(shè)搖桿CD為主動(dòng)件，則當(dāng)機(jī)構(gòu)處于圖示連桿與從動(dòng)曲柄共線的兩個(gè)位置(虛線位置)時(shí)，傳動(dòng)角γ＝oo的情況。這時(shí)主動(dòng)件CD通過連桿作用于從動(dòng)件AB上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，所以不能使構(gòu)件AB轉(zhuǎn)動(dòng)而出現(xiàn)“頂死”現(xiàn)象。機(jī)構(gòu)的此種位置稱為死點(diǎn)(deadpoint)。機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件與連桿共線的位置稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。機(jī)構(gòu)之所以出現(xiàn)死點(diǎn)，是因?yàn)樵瓌?dòng)件是作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)一定出現(xiàn)連桿與從動(dòng)件共線。

圖6-17第六十八頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

(2)死點(diǎn)的利用在工程實(shí)際中，常常利用機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)特定的工作要求。如圖6-18所示的飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)和圖6-19所示的工件夾緊機(jī)構(gòu)?！?-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

一、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題是根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選定機(jī)構(gòu)的型式，并確定其各構(gòu)件的尺度參數(shù)。為了使機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)得合理、可靠，通常還需要滿足結(jié)構(gòu)條件(如要求存在曲柄、桿長比適當(dāng)、運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)合理等)、動(dòng)力條件(如最小傳動(dòng)角)和運(yùn)動(dòng)連續(xù)條件等。圖6-19圖6-18第六十九頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日根據(jù)機(jī)械的用途和性能要求等的不同，對(duì)連扦機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求是多種多樣的，但設(shè)計(jì)要求，一般可歸納為以下三類問題：

(1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求。

(2)滿足預(yù)定的連桿位置要求。

(3)滿足預(yù)定的軌跡要求。

二、用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

1.按連桿預(yù)定的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)的四個(gè)鉸鏈中心確定后，其各桿的長度也就相應(yīng)確定了，所以根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定各桿的長度，可以通過確定四個(gè)鉸鏈的位置來解決。

圖6-20圖6-21第七十頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日如圖6-20所示，假設(shè)連桿上兩活動(dòng)鉸鏈的中心B、C的位置己確定，而在機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程中，要求連桿占據(jù)B1C1、B2C2兩個(gè)位置，現(xiàn)在來討論此四桿機(jī)構(gòu)的作圖設(shè)計(jì)方法。

分析：該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要問題是確定兩固定鉸鏈A和D點(diǎn)的位置。由于B、C兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓，該圓的中心就是固定鉸鏈的位置，因此A、D的位置應(yīng)分別位于B1B2和C1C2的垂直平分線b12和c12上。

設(shè)計(jì)步驟：

(1)選比例尺，作出連桿的已知位置；

(2)分別作B1B2、B2B3的垂直平分線b1、b2，其兩線交點(diǎn)即為固定鉸鏈點(diǎn)A；

(3)同理作出D點(diǎn)；

(4)連接A、B、C、D即為所求。

注意：若給定連桿三個(gè)位置，有唯一的解，若給定兩個(gè)位置有無窮多個(gè)解。

第七十一頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

2.按兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四扦機(jī)構(gòu)如圖6-22,a所示的四桿機(jī)構(gòu)中，AD為機(jī)架，BC為連桿，則AB、CD為連架桿?，F(xiàn)若如圖b所示改取CD為機(jī)架，則BC、AD為連架桿，而AB卻變成了連桿。那末，根據(jù)機(jī)構(gòu)倒置(linkageinversion)的理論，我們能把按連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的問題轉(zhuǎn)化為按連桿預(yù)定的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的問題。下面我們就來討論這個(gè)問題。

圖6-23圖6-22第七十二頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

分析：在如圖6-23所示的四桿機(jī)構(gòu)中，假想當(dāng)機(jī)構(gòu)在第二位置時(shí)，給整個(gè)機(jī)構(gòu)一個(gè)反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使它繞軸心D反向轉(zhuǎn)過φ12角。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理，這并不影響各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但這時(shí)構(gòu)件DC2卻轉(zhuǎn)到位置DC1而與之重合。機(jī)構(gòu)的第二位置則轉(zhuǎn)到了DC1B2'A'位置。此時(shí)，我們可以認(rèn)為，機(jī)構(gòu)已轉(zhuǎn)化成了以CD為“機(jī)架”，AB為“連桿”的機(jī)構(gòu)。于是，按兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的問題，也就轉(zhuǎn)化成了按連桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的問題。上述這種方法稱為剛化反轉(zhuǎn)法或轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法。

圖6-24第七十三頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日如圖6-24所示，作圖步驟如下：

(1)機(jī)構(gòu)倒置。選比例尺，作出兩連架桿及機(jī)架的已知位置，根據(jù)結(jié)構(gòu)條件適當(dāng)選取AB的長度，并選定新“機(jī)架”；

(2)剛化轉(zhuǎn)動(dòng)。將其它位置的四桿機(jī)構(gòu)剛化轉(zhuǎn)動(dòng)到與“機(jī)架”重和，即將B2D繞D點(diǎn)反向轉(zhuǎn)φ12，得B2'點(diǎn)；

(3)作BB2'的垂直平分線，則連桿上另一鉸鏈中心C的第一位置C1必位于垂直平分線上。此時(shí)將有無窮多解。可根據(jù)結(jié)構(gòu)條件或其他輔助條件確定C1的位置；

(4)

連接A、B1、C1、D即為所求四桿機(jī)構(gòu)。

3.按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)根據(jù)行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)時(shí)，可利用機(jī)構(gòu)在極位時(shí)的幾何關(guān)系，再結(jié)合其他輔助條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

設(shè)已知搖桿的長度CD、擺角φ及行程速比系數(shù)K，要求設(shè)計(jì)此曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

第七十四頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

分析：首先按公式θ＝1800(K-1/K+1)計(jì)算出對(duì)應(yīng)于所給行程速比系數(shù)的機(jī)構(gòu)極位夾角θ；選取比例尺μl，并將已知條件圖形化，如：任取一點(diǎn)D并以此點(diǎn)為頂點(diǎn)作等腰三角形ΔC1DC2(如圖6-26)，使兩腰之長等于lCD，∠C1DC2＝φ。對(duì)比圖6-25可見，因?yàn)閘AC2=(lBC+lAB)/2，lAC2=(lBC-lAB)/2，所以只要確定了固定鉸鏈點(diǎn)A的位置，就能方便地求出各構(gòu)件的尺寸。即此種機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為尋找固定鉸鏈點(diǎn)A的問題。圖6-26圖6-25第七十五頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日作直角?C1C2P，使∠C1C2P=90o

，∠C2C1P=90o

-θ，則∠C1PC2=θ；作直角?C1C2P的外接圓。則圓弧C1PC2上任一點(diǎn)A至C1和C2的連線的夾角都等于極位夾角θ，所以稱此圓為曲柄軸心A點(diǎn)所在圓。借助于其它附加條件，可以求出A點(diǎn)的具體位置。以A點(diǎn)為圓心，以lAC1為半徑作圓弧交AC2線與E點(diǎn)，則EC2線的一半即為曲柄長lAB，而AE則為連桿長lBC；最后連接A、B、C、D即為所求。

2)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)已知曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K、沖程H和偏距e，要求設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。

步驟：

(1)按公式計(jì)算θ＝1800(K-1/K+1)。(2)選比例尺，作一直線C1C2=H，如圖6-27所示。(3)作∠C2C1O=900-θ，∠C1C2O=900-θ，此兩線相交于點(diǎn)O。(4)以O(shè)為圓心，過C1、C2作圓，曲柄的軸心A就應(yīng)在此圓弧上選取。圖6-27第七十六頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

(5)作一直線與C1C2平行，使其間的距離等于給定的偏距e，則此直線與上述圓弧的交點(diǎn)即為曲柄的軸心A的位置。

(6)由公式求曲柄、連桿長度。

3)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

設(shè)已知擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架長度d，行程速比系數(shù)K，要求設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。

由圖6-28可以看出，導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角θ與導(dǎo)桿的擺角φ相等。設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)時(shí)，需要確定的幾何尺寸僅有曲柄的長度a。步驟：(1)按公式計(jì)算θ＝1800(K-1/K+1)。(2)選比例尺，任取一點(diǎn)D，作∠mDn=θ=φ。(3)作∠mDn等分角線，在此分角線上取LAD=d，即得曲柄回轉(zhuǎn)中心A。(4)過點(diǎn)A作導(dǎo)桿的垂直線AC1(或AC2)，則該線段長即為曲柄的長度。故a＝dsin(φ／2)。

圖6-28第七十七頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日第七章凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)§7-1凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用和分類

凸輪(cam)：具有曲線輪廓或凹槽(notch)的構(gòu)件。

凸輪機(jī)構(gòu)：由凸輪、推桿和機(jī)架三個(gè)主要構(gòu)件所組成的高副機(jī)構(gòu)。當(dāng)凸輪運(yùn)動(dòng)作等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，迫使推桿(或稱從動(dòng)件)完成某種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。

一、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用在各種機(jī)械，特別是自動(dòng)機(jī)械和自動(dòng)控制裝置中，廣泛的應(yīng)用著各種形式的凸輪機(jī)構(gòu)。

優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)件少，運(yùn)動(dòng)鏈短，結(jié)構(gòu)簡單緊湊；易使從動(dòng)件(follower)得到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

缺點(diǎn)：點(diǎn)、線接觸，故易于磨損。所以凸輪機(jī)構(gòu)多用在傳遞動(dòng)力不大的場(chǎng)合。

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二、凸輪機(jī)構(gòu)的分類

1.按凸輪的形狀分

1)盤形凸輪(diskcam)。如圖7-1，a所示，圖b所示為移動(dòng)凸輪。

2)圓柱凸輪(cylindricalcam)。如圖7-1，c所示。2.按推桿的形狀分

1)尖頂推桿。如圖7-2，a、b所示，這種推桿的構(gòu)造最簡單，但易道磨損，所以只適用于作用力不大和速度較低的場(chǎng)合。

圖7-2圖7-1第七十九頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

2)滾子推桿。如圖c、d所示，這種推桿由于滾子與凸輪輪廓之間為滾動(dòng)摩擦，所以磨損較小，故可用來傳遞較大的動(dòng)力，因而應(yīng)用較廣。

3)平底推桿。如圖e、f所示，這種推桿的優(yōu)點(diǎn)是凸輪對(duì)推桿的作用力始終垂直于推桿的底邊(不計(jì)摩擦?xí)r)，故受力比較平穩(wěn)。而且凸輪與平底的接觸面間容易形成油膜，潤滑較好，所以常用于高速傳動(dòng)中。

3.按推桿運(yùn)動(dòng)形式分

1)直動(dòng)推桿：推桿作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)(心直動(dòng)推桿、偏置直動(dòng)推桿)。

2)擺動(dòng)推桿：推桿作往復(fù)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

第八十頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日§7-2推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

一、幾個(gè)名詞

以如圖7-3,a所示對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)為對(duì)象。

基圓(r0)：以凸輪的回轉(zhuǎn)軸心O為圓心，以凸輪理論廓線的最小半徑為半徑所作的圓。

推程及推程運(yùn)動(dòng)角δ0：推桿由最低位置被推到最高位置的過程；凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角δ0稱為推程運(yùn)動(dòng)角。回程及回程運(yùn)動(dòng)角δ'0：推桿由最高位置被回到最低位置的過程；凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角δ'0稱為回程運(yùn)動(dòng)角。

遠(yuǎn)休止及遠(yuǎn)休止角δ01

：推桿在最高位置靜止不動(dòng)，此過程稱為遠(yuǎn)休止，凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角δ01稱為遠(yuǎn)休止角。

近休止及近休止角δ02：推桿在最低位置靜止不動(dòng)，此過程稱為近休止，凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角δ02稱為近休止角。圖7-3第八十一頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

行程h

：推桿在推程或回程中移動(dòng)的距離h稱為推桿的行程。

推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：是指推桿在運(yùn)動(dòng)過程中，其位移、速度和加速度隨時(shí)間變化的規(guī)律。因?yàn)橥馆喴话銥榈人龠\(yùn)動(dòng)，即其轉(zhuǎn)角δ與時(shí)間t成正比，所以推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律更常表示為推桿的運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨凸輪轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律。

二、推桿常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律

1.多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律用多項(xiàng)代數(shù)式表達(dá)時(shí)，多項(xiàng)式的一般表達(dá)式：

常用的有以下幾種多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

(1)一次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律

(等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律)圖7-4圖7-4所示為其運(yùn)動(dòng)線圖(推程)。由圖可知，推稈在運(yùn)動(dòng)開始和終止的瞬時(shí)，因速度有突變，所以這時(shí)推桿的加速度在理論上將出現(xiàn)瞬時(shí)的無窮大值，第八十二頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日致使推桿突然產(chǎn)生非常大的慣性力，因而使凸輪機(jī)構(gòu)受到極大的沖擊，這種沖擊稱為剛性沖擊。

(2)

二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律(等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律)

等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律是指從動(dòng)件在前半推程或回程(0~δt/2)中作等加速運(yùn)動(dòng)，后半推程或回程：(δt/2~δt)中作等減速運(yùn)動(dòng)，通常加速度和減速度的絕對(duì)值相等。圖7-5其運(yùn)動(dòng)線圖如圖7-5所示，由圖可見，在A、B、C三點(diǎn)推桿的加速度有突變，因而推桿的慣性力也將有突變，不過這一突變?yōu)橛邢拗?，因而引起的沖擊是有限的，稱這種沖擊為柔性沖擊。

2.三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律

(1)

余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律(又稱簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律)

質(zhì)點(diǎn)在圓周上作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，它在該圓直徑上的投影所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)稱為簡諧運(yùn)動(dòng)。

第八十三頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日由推桿運(yùn)動(dòng)線圖(推程)——如圖7-6所示，在首、末兩點(diǎn)推桿的加速度有突變，故也有柔性沖擊。

(2)正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律(又稱擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律)

當(dāng)滾圓沿縱軸作勻速滾動(dòng)時(shí)，圓周上一點(diǎn)將描繪出一條擺線，點(diǎn)沿?cái)[線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在其縱軸上的投影即為擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

由推桿運(yùn)動(dòng)線圖(推程時(shí))——如圖7-7所示，可見推桿作正弦加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，其加速度沒有突變，因而將不產(chǎn)生沖擊。

圖7-7圖7-6第八十四頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日§7-3凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)一、凸輪廓曲線設(shè)計(jì)方法的基本原理

圖7-8所示為一對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)。當(dāng)凸輪以角速度ω繞袖O轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推桿在凸輪的高副元素(輪廓曲線)的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)設(shè)想給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加上一個(gè)公共角速度-ω，使其繞軸心O轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然這時(shí)凸輪與推桿之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)并未改變，但此時(shí)凸輪將靜止不動(dòng)，而推桿則一方面隨其導(dǎo)軌以角速度—ω繞軸心O轉(zhuǎn)動(dòng)，一方面又在導(dǎo)軌內(nèi)作預(yù)期的往復(fù)移動(dòng)。顯然，推桿在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)中，其尖頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)軌跡即為凸輪輪廓曲線。

圖7-8第八十五頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日根據(jù)上述分析，在設(shè)計(jì)凸輪廓線時(shí)，可假設(shè)凸輪靜止不動(dòng)，而使推桿相對(duì)于凸輪作反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)又在其導(dǎo)軌內(nèi)作預(yù)期運(yùn)動(dòng)，作出推桿在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)中的一系列位置，則其尖頂?shù)能壽E就是所要求的凸輪廓線。這就是凸輪廓線設(shè)計(jì)方法的基本原理，稱之為反轉(zhuǎn)法。

二、用作圖法設(shè)計(jì)凸輪廓線

1.對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)

圖7-9，a所示為一對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)。已知凸輪的基圓半徑r0=15，凸輪以等角速度ω沿逆時(shí)針方向回轉(zhuǎn)，推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下表所示。

圖7-9第八十六頁，共一百八十四頁，2022年，8月28日

作圖步驟如下：(1)

按一定比例尺繪制從動(dòng)件的位移線圖(圖7-9b)；(2)按同一比例尺作出凸輪的基圓，表明轉(zhuǎn)向和從動(dòng)件的起始位置；(3)作出推桿在反轉(zhuǎn)中占據(jù)的位置。等分位移線圖的橫坐標(biāo)和基圓，根據(jù)反轉(zhuǎn)法原理，沿-ω作射線OC1、OC2……；(4)由基圓外量取位移1l'、22'……，得1'、2'……；(5)光滑連接1‘、2’……即得凸輪的輪廓曲線(理論廓線pitchcurve)。

2.對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)

作圖步驟如下：如圖7-10所示，將滾子中