《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第4版》 課件 2平面機(jī)構(gòu)

第二章平面機(jī)構(gòu)1.熟悉平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化方法。2.重點(diǎn)掌握平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí):(1)曲柄存在的條件;(2)急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù);(3)傳動(dòng)角和死點(diǎn)。3.熟練掌握四桿機(jī)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)方法。學(xué)習(xí)指導(dǎo)平面機(jī)構(gòu)：空間機(jī)構(gòu)：各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)平面互相平行（常用的大多數(shù)機(jī)構(gòu)為平面機(jī)構(gòu)）。至少有兩個(gè)構(gòu)件能在三維空間中相對(duì)運(yùn)動(dòng)。一、運(yùn)動(dòng)副及其分類第一節(jié)

平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及其自由度一個(gè)做平面運(yùn)動(dòng)的自由的構(gòu)件有三個(gè)自由度。注意：例如：軸頸與軸承、活塞與氣缸、相嚙合的兩齒輪輪齒間的聯(lián)接。約束：對(duì)構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的限制。自由度隨著約束的引入而減少，不同運(yùn)動(dòng)副，引入不同的約束。運(yùn)動(dòng)副：由兩個(gè)構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。（１）運(yùn)動(dòng)副是一種聯(lián)接；（２）運(yùn)動(dòng)副由兩個(gè)構(gòu)件組成；（３）組成運(yùn)動(dòng)副的兩個(gè)構(gòu)件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)副按接觸形式的不同分為兩大類1）低副兩構(gòu)件通過面接觸所組成的運(yùn)動(dòng)副。移動(dòng)副（兩構(gòu)件相對(duì)移動(dòng)）轉(zhuǎn)動(dòng)副（兩構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)）2）高副兩構(gòu)件通過點(diǎn)、線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副。1.固定件（機(jī)架）；2.原動(dòng)件----運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知；二、機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)副的分類3.從動(dòng)件----隨原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的其余活動(dòng)構(gòu)件。1.定義：2.繪制：運(yùn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副：移動(dòng)副：用規(guī)定的符號(hào)和線條按一定的比例表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，并能完全反映機(jī)構(gòu)特征的簡(jiǎn)圖。三、平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖構(gòu)件（桿）：高副：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制1）分析機(jī)構(gòu)組成和運(yùn)動(dòng)情況，找出固定件、原動(dòng)件和從動(dòng)件；2）確定所有運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目；3）確定原動(dòng)件位置（即能充分反映機(jī)構(gòu)的特性）；4）選擇適當(dāng)?shù)谋壤撸豪豪L制沖床機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)的自由度：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)時(shí)所需外界輸入的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)目。

1、平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算四、機(jī)構(gòu)的自由度

（設(shè)n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，個(gè)低副，個(gè)高副）F≤0，構(gòu)件間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不成為機(jī)構(gòu)。F>0,原動(dòng)件數(shù)=F，運(yùn)動(dòng)確定原動(dòng)件數(shù)<F，運(yùn)動(dòng)不確定原動(dòng)件數(shù)>F，機(jī)構(gòu)破壞機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件2、計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題

（1）復(fù)合鉸鏈：由三個(gè)或三個(gè)以上的構(gòu)件在一處組成的軸線

重合的多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。k

k-1包含機(jī)架例計(jì)算鋼板剪切機(jī)的自由度，并判斷其運(yùn)動(dòng)是否確定。自由度數(shù)等于原動(dòng)件數(shù)所以機(jī)構(gòu)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。（2）局部自由度

（不影響整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的局部的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)）（3）虛約束：在特殊的幾何條件下，有些約束所起的限制作用是重復(fù)的，這種不起獨(dú)立限制作用的約束稱為虛約束。平面機(jī)構(gòu)的虛約束常出現(xiàn)于下列情況：（1）轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合的虛約束（2）移動(dòng)副導(dǎo)路平行的虛約束（3）機(jī)構(gòu)對(duì)稱部分的虛約束(4)軌跡重合的虛約束第二節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用由若干剛性構(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)。連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：?低副是面接觸，故傳力時(shí)壓強(qiáng)低，磨損小，壽命長(zhǎng)；?低副的接觸面為平面或圓柱面，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。連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)：

?低副中存在間隙，易引起運(yùn)動(dòng)誤差；

?設(shè)計(jì)復(fù)雜，不易精確實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡要求。

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架連架桿連架桿連桿一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)連架桿---整周回轉(zhuǎn)為曲柄

---往復(fù)擺動(dòng)為搖桿

（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)1.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)雷達(dá)調(diào)整機(jī)構(gòu)（2）雙曲柄機(jī)構(gòu)慣性篩機(jī)構(gòu)攝影平臺(tái)升降機(jī)構(gòu)機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)車門啟閉機(jī)構(gòu)反平行四邊形機(jī)構(gòu)

（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)港口起重機(jī)飛機(jī)起落架收放機(jī)構(gòu)◆最短桿與最長(zhǎng)桿之和小于等于其它兩桿長(zhǎng)度之和◆最短桿是連架桿或機(jī)架2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)形式的判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件：推論：a）最短桿為連架桿，得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；

b）最短桿為機(jī)架，得雙曲柄機(jī)構(gòu)；

c）最短桿為連桿，得雙搖桿機(jī)構(gòu)；

d）不滿足桿長(zhǎng)條件，無論誰為機(jī)架，都無曲柄存在，只能是雙曲柄機(jī)構(gòu)。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

二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化1、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的演化轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)牛頭刨床主體機(jī)構(gòu)3、搖桿機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖自卸貨車4、定塊機(jī)構(gòu)5、偏心輪機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)正切機(jī)構(gòu)滑塊聯(lián)軸器橢圓儀沖床機(jī)構(gòu)一、急回特性與行程速比系數(shù)

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)。時(shí)間：轉(zhuǎn)角：運(yùn)動(dòng)：時(shí)間：轉(zhuǎn)角：運(yùn)動(dòng)：第三節(jié)四桿機(jī)構(gòu)的基本特性從動(dòng)件c的平均角速度：極位夾角：當(dāng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件處于兩極限位置時(shí)，主動(dòng)件曲柄在兩相應(yīng)位置所夾的角。ADabd曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的極位夾角通常把從動(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。行程速比系數(shù)K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

稱為壓力角。傳動(dòng)角：壓力角的余角稱為傳動(dòng)角。在其它條件不變的情況下壓力角

越大，作功W越大。壓力角是機(jī)構(gòu)傳力性能的一個(gè)重要指標(biāo)，它是力的利用率大小的衡量指標(biāo)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的最大壓力角出現(xiàn)的位置導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)具有最佳的傳動(dòng)性能三、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。分析B、C點(diǎn)的壓力角AB與BC共線時(shí)，機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)存在。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（曲柄為主動(dòng)件時(shí)不存在死點(diǎn)）。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（滑塊為主動(dòng)件時(shí)存在死點(diǎn)）。

死點(diǎn)位置的應(yīng)用夾具一、按照給定的行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)第四節(jié)平面四桿機(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)三、按給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)四、按給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1.用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)2.試驗(yàn)法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

習(xí)題1.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化成其他形式的四桿機(jī)構(gòu)有四種方法，它們是

取不同構(gòu)件為機(jī)架，轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副，擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副尺寸，桿狀與塊狀構(gòu)件互換。2.在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄與

機(jī)架兩次共線位之一時(shí)出現(xiàn)最小傳動(dòng)角。3．在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)

搖桿

為主動(dòng)件，

曲柄