1、精選課件46學時2-1 平面機構的運動簡圖和自由度2-2 平面四桿機構的基本類型2-3 平面四桿機構的特點及設計基本要求基本要求: :v掌握基本概念掌握基本概念v熟練掌握機構運動簡圖的繪制熟練掌握機構運動簡圖的繪制v熟練掌握機構自由度的計算方法熟練掌握機構自由度的計算方法v掌握平面連桿機構的類型、特點、演化方法掌握平面連桿機構的類型、特點、演化方法v掌握平面四桿機構的工作特性掌握平面四桿機構的工作特性機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時一、構件二、運動副三、機構四、平面機構的運動簡圖五、平面機構的自由度機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時一、構件一、構件構件：構件：獨立影響機構功能

2、并能獨立運獨立影響機構功能并能獨立運動的單元體動的單元體（實物、剛體、運動的整體）（實物、剛體、運動的整體）機架機架、原動構件、從動構件原動構件、從動構件零件：零件：單獨加工的制造單元體單獨加工的制造單元體通用零件、專用零件通用零件、專用零件v構件可以由一個零件組成構件可以由一個零件組成v也可以由幾個零件組成也可以由幾個零件組成原動件原動件1234從動件從動件機架機架機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時與動力與動力源組合源組合機器的組成機器的組成( (從運動觀點看從運動觀點看) )由構件組成由構件組成( (從制造觀點看從制造觀點看) )由零件組成由零件組成機械機械機器機器機構機構構件構件

3、零件零件通用零件通用零件專用零件專用零件原動構件原動構件從動構件從動構件機機 架架零件零件構件構件機構機構機器機器靜聯接靜聯接動聯接動聯接(運動副運動副)機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時xyov運動副運動副: : 兩構件直接接觸而形成的可動聯接兩構件直接接觸而形成的可動聯接v運動副元素：運動副元素：構成運動副時直接接觸的點、線、面部分構成運動副時直接接觸的點、線、面部分v接觸形式接觸形式: : 點、線、面點、線、面機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時v按接觸形式分類v按相對運動分類機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時按接觸形式分類：按接觸形式分類：v接觸形式接觸形式: 點

4、、線、面點、線、面v低副低副：面接觸：面接觸v高副高副：點、線接觸：點、線接觸平面低副平面低副空間低副空間低副xyo高副高副高副高副空間低副空間低副平面低副平面低副平面低副平面低副機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時按相對運動分類：按相對運動分類：v運動副的性質（即運動副引入的約束）確定了兩構件的相運動副的性質（即運動副引入的約束）確定了兩構件的相對運動對運動v按相對運動分類：按相對運動分類：轉動副：相對轉動轉動副：相對轉動 回轉副、鉸鏈回轉副、鉸鏈移動副：相對移動移動副：相對移動 螺旋副：螺旋運動螺旋副：螺旋運動 球面副：球面運動球面副：球面運動 機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46

5、學時運動副類型小結運動副類型小結v平面低副平面低副: 轉動副、移動副轉動副、移動副 （面接觸面接觸）v平面高副平面高副: 齒輪副、凸輪副齒輪副、凸輪副 （點、線接觸點、線接觸）v空間低副空間低副: 螺旋副、球面副、圓柱副螺旋副、球面副、圓柱副 （面接觸面接觸）v空間高副空間高副: 球和圓柱與平面、球與圓柱副球和圓柱與平面、球與圓柱副 (點、線接觸點、線接觸)v運動副特性運動副特性: :運動副一經形成運動副一經形成, , 組成它的兩個構件間的可組成它的兩個構件間的可能的相對運動就確定。而且能的相對運動就確定。而且這種可能的相對運動這種可能的相對運動, , 只與運只與運動副類型有關動副類型有關,

6、, 而與運動副的具體結構無關。而與運動副的具體結構無關。v工程上常用一些規定的符號代表運動副工程上常用一些規定的符號代表運動副機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時平面副平面副低副低副：轉動副、移動副：轉動副、移動副( (面接觸面接觸) )高副高副：齒輪副、凸輪副：齒輪副、凸輪副( (點、點、線接觸線接觸) )xyoxyottnnnt機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時空間副空間副高副高副：點、線接觸：點、線接觸球面副球面副螺旋副螺旋副了解了解機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時v機構是由構件通過運動副連接而成的機構是由構件通過運動副連接而成的v原動件：原動件：按給定運動規律獨

7、立運動的構件按給定運動規律獨立運動的構件v從動件：從動件：其余的活動構件其余的活動構件v機機 架：架：固定不動的構件固定不動的構件原動件原動件1234從動件從動件機架機架閉鏈閉鏈開鏈開鏈機構機構機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時1 概述2 構件的表示方法3 運動副的表示方法4 運動簡圖的繪制方法5 例題機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時1 概述概述v機構各部分的運動，取決于：機構各部分的運動，取決于：原動件的運動規律、各運動副的類型、機構的運動尺寸原動件的運動規律、各運動副的類型、機構的運動尺寸(確定各運動副相對位置的尺寸確定各運動副相對位置的尺寸)v機構運動簡圖機構運動簡圖:

8、（表示機構（表示機構運動特征運動特征的一種工程用圖）的一種工程用圖）用簡單線條表示構件用簡單線條表示構件規定符號代表運動副規定符號代表運動副按比例定出運動副的相對位置按比例定出運動副的相對位置與原機械具有完全相同的運動特性與原機械具有完全相同的運動特性v比較：比較：機構示意圖：機構示意圖：沒嚴格按照比例繪制的機構運動簡圖沒嚴格按照比例繪制的機構運動簡圖v用途：用途：分析現有機械，構思設計新機械分析現有機械，構思設計新機械機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時2 構件的表示方法構件的表示方法v桿、軸類構件桿、軸類構件v機架機架v同一構件同一構件v兩副構件兩副構件v三副構件三副構件機械設計基礎

9、 平面連桿機構精選課件46學時3 運動副的表示方法運動副的表示方法v轉動副轉動副v移動副移動副v高副高副（齒輪副、（齒輪副、凸輪副）凸輪副）機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時3 運動副的表示方法運動副的表示方法機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時4 運動簡圖的繪制方法運動簡圖的繪制方法v步驟：步驟：分析機構運動路線，定出其原動部分、工作部分、弄分析機構運動路線，定出其原動部分、工作部分、弄清傳動部分。清傳動部分。合理選擇投影面及原動件適當的瞬時位置合理選擇投影面及原動件適當的瞬時位置選擇適當的比例尺選擇適當的比例尺=實際長度實際長度m/圖示長度圖示長度mm定出各運動副相對位置，用

10、規定的符號和線條繪制出定出各運動副相對位置，用規定的符號和線條繪制出簡圖，原動件上標上箭頭簡圖，原動件上標上箭頭檢驗檢驗機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時4 運動簡圖的繪制方法運動簡圖的繪制方法v繪制路線：繪制路線：原動件原動件中間傳動件中間傳動件 輸出構件輸出構件v觀察重點：觀察重點：各構件間構成的運動副類型各構件間構成的運動副類型v良好習慣：良好習慣：各種運動副和構件用規定符號表達各種運動副和構件用規定符號表達v誤誤 區：區：構件外形構件外形機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時ABCEFDG例題例題1：破碎機破碎機機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時例題例題2：內燃機內

11、燃機機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時例題例題2：內燃機內燃機機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時1 12 23 34 4ABC141223A14B12C2343 32 24 41 14例題例題3：機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時例題例題4：抽油泵抽油泵機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時例題例題4：抽油泵抽油泵機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時例題例題5：插齒機插齒機機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時例題例題5：插齒機插齒機機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時1 平面機構自由度的計算平面機構自由度的計算2 機構具有確定運動的條件機構具有確定

12、運動的條件3 幾種特殊結構的處理幾種特殊結構的處理復合鉸鏈復合鉸鏈局部自由度局部自由度虛約束虛約束4 小結小結機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時1 平面機構自由度的計算平面機構自由度的計算(1) 平面運動構件的自由度平面運動構件的自由度(構件可能出現的獨立運動構件可能出現的獨立運動)(2) 平面運動副引入的約束平面運動副引入的約束R(對獨立的運動所加的限制對獨立的運動所加的限制)xy21 與其它構件未連之前：與其它構件未連之前：3 用運動副與其它構件連接后用運動副與其它構件連接后, 運運動副引入約束動副引入約束, 原自由度減少原自由度減少xyoxyoR=2R=2R=1結論：結論：平面低

13、副引入平面低副引入2個約束個約束平面高副引入平面高副引入1個約束個約束機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時(3) 平面機構自由度計算公式平面機構自由度計算公式如果：活動構件數：如果：活動構件數：n 低副數：低副數： pl 高副數：高副數： phxy21未連接前總自由度：未連接前總自由度： 3n連接后引入的總約束數：連接后引入的總約束數：2pl+phF=3n - ( 2pl + ph )v機構自由度機構自由度F：F=3n - 2pl - ph機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時機構自由度舉例：機構自由度舉例：1234F =3n2plph = 3 2 340= 112345F =3n2

14、plph = 3 2 450= 2F =3n2plph = 3 2 221= 1BCAF =3n2plph = 3 2 340 = 1F =3n2plph = 3 2 451 = 1機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時F =3n2plph = 3 42 50= 2 F =3n2plph = 3 32 50= -1 F =3n2plph = 3 22 30=0 2 機構具有確定運動的條件機構具有確定運動的條件F=0,剛性桁架，構件之間無相對運動剛性桁架，構件之間無相對運動原動件數小于原動件數小于F,各構件無確定的相對運動各構件無確定的相對運動原動件數大于原動件數大于F,在機構的薄弱處遭到破

15、壞在機構的薄弱處遭到破壞結論：結論：機構具有確定運動的條件：機構具有確定運動的條件：1 機構自由度機構自由度 0 2 原動件數原動件數 機構自由度數機構自由度數BCABCADEAEBCD機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時vm個構件個構件(m2)在同一處構成轉動副在同一處構成轉動副vm-1-1個低副個低副(1) 復合鉸鏈復合鉸鏈412356F F 3n3n2p2pl lp ph h 3 3 2 2 560 3F F 3n3n 2p2pl lp ph h 3 3 2 2 570 1412356錯錯對對計算在內計算在內5232351m個構件個構件,m-1個鉸鏈個鉸鏈3 幾種特殊結構的處理幾種

16、特殊結構的處理機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時F3n2plph 3 2 33 1 2F3n 2plph 3 2 221 1錯錯對對排除排除(2) 局部自由度局部自由度v定義：定義：機構中某些構件所具有的獨立的局部運動機構中某些構件所具有的獨立的局部運動, , 不影響機不影響機構輸出運動的自由度構輸出運動的自由度v局部自由度經常發生的場合：局部自由度經常發生的場合：滑動摩擦變為滾動摩擦時添加滑動摩擦變為滾動摩擦時添加的滾子、軸承中的滾珠的滾子、軸承中的滾珠v解決的方法：解決的方法：計算機構自由度時，設想將滾子與安裝滾子的計算機構自由度時，設想將滾子與安裝滾子的構件固結在一起，視作一個構

17、件構件固結在一起，視作一個構件動畫動畫機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時v不影響機構運動傳遞的不影響機構運動傳遞的重復約束重復約束v在特定幾何條件或結構條件下，某些運動副所引入的約束在特定幾何條件或結構條件下，某些運動副所引入的約束可能與其它運動副所起的限制作用一致，這種不起獨立限可能與其它運動副所起的限制作用一致，這種不起獨立限制作用的運動副叫制作用的運動副叫虛約束虛約束v虛約束虛約束經常發生的場合經常發生的場合v處理方法：處理方法：計算自由度時，將虛約束（或虛約束構件及其計算自由度時，將虛約束（或虛約束構件及其所帶入的運動副）去掉所帶入的運動副）去掉v結論結論F F3n3n2P2P

18、L LP PH H 3 3 2 2 123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 23 1- -1錯錯22 11對對排除排除之一為之一為虛約束虛約束(3) 虛約束虛約束機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時1.機構中連接構件與被連接構件的軌跡重合機構中連接構件與被連接構件的軌跡重合v在該機構中，構件在該機構中，構件2 2上的上的C C點點C C2 2與構與構件件3 3上的上的C C點點C C3 3軌跡重合，為虛約束軌跡重合，為虛約束v計算時應將構件計算時應將構件3 3及其引入的約束去及其引入的約束去掉來計算掉來計算v同理，也可將構件同理，也可將構件4 4當作虛約束，將當作

19、虛約束，將構件構件4 4及其引入的約束去掉來計算，及其引入的約束去掉來計算，效果完全一樣效果完全一樣BAC(C2,C3)D1234F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 01動畫動畫虛約束經常發生的場合虛約束經常發生的場合精選課件46學時機械設計基礎 平面連桿機構2.當兩構件組成多個移動副，且導路互相平行當兩構件組成多個移動副，且導路互相平行或重合時，則只有一個移動副起約束作用，其或重合時，則只有一個移動副起約束作用，其余都是虛約束。余都是虛約束。123精選課件46學時機械設計基礎 平面連桿機構3.當兩構件構成多個轉動副，且軸線互相重合當兩構件構成多個轉動副，且軸線互相

20、重合時，則只有一個轉動副起作用，其余的轉動副時，則只有一個轉動副起作用，其余的轉動副都是虛約束。都是虛約束。精選課件46學時機械設計基礎 平面連桿機構4.機構運動過程中某兩構件上兩點之間的距離機構運動過程中某兩構件上兩點之間的距離始終保持不變，則將兩點以構件連接，將會引始終保持不變，則將兩點以構件連接，將會引入一個虛約束。入一個虛約束。v在這兩個例子中，加與不加紅色構件在這兩個例子中，加與不加紅色構件ABAB效果完全一樣，效果完全一樣，為虛約束為虛約束v計算時應將構件計算時應將構件ABAB及其引入的約束去掉來計算及其引入的約束去掉來計算412351234F F3n3n2P2PL LP PH H

21、 3 3 2 2 34 0F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 46 0 0BA錯錯對對 1F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 34 01精選課件46學時機械設計基礎 平面連桿機構5.機構中的運動器重復限制作用的對稱部分引機構中的運動器重復限制作用的對稱部分引入虛約束。入虛約束。v在該機構中，齒輪在該機構中，齒輪2 2和和2 2是齒輪是齒輪2 2的對稱部分，為虛約束的對稱部分，為虛約束v計算時應將齒輪及其引入的約束去掉來計算計算時應將齒輪及其引入的約束去掉來計算v同理，將齒輪當作虛約束去掉，完全一樣同理，將齒輪當作虛約束去掉，完全一樣v目的：目的：為了

22、改善構件的受力情況為了改善構件的受力情況精選課件46學時機械設計基礎 平面連桿機構6.如果兩構件在多處接觸而構成平面高副，且如果兩構件在多處接觸而構成平面高副，且各接觸點處的公法線彼此重合，則只能算一個各接觸點處的公法線彼此重合，則只能算一個平面高副，其余為虛約束。平面高副，其余為虛約束。123F F3n3n2P2PL LP PH H 3 3 2 2 22 11精選課件46學時虛約束虛約束結論結論v機構中的虛約束都是在一定的幾何條件下出機構中的虛約束都是在一定的幾何條件下出現的，如果這些幾何條件不滿足，則虛約束現的，如果這些幾何條件不滿足，則虛約束將變成有效約束，而使機構不能運動將變成有效約束

23、，而使機構不能運動v采用虛約束是為了采用虛約束是為了: :改善構件的受力情況；傳遞較大功率；改善構件的受力情況；傳遞較大功率；或滿足某種特殊需要或滿足某種特殊需要v在設計機械時，若為了某種需要而必須使用虛約束時，則在設計機械時，若為了某種需要而必須使用虛約束時，則必須嚴格保證設計、加工、裝配的精度，以滿足虛約束所必須嚴格保證設計、加工、裝配的精度，以滿足虛約束所需要的幾何條件需要的幾何條件123機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時4 自由度計算小結自由度計算小結F3n2plph機構自由度機構自由度3活動構件數活動構件數(2低副數低副數+1高副數高副數)1、復合鉸鏈、復合鉸鏈計算在內計算在

24、內2、局部自由度、局部自由度排除排除3、虛約束、虛約束-重復約束重復約束排除排除機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時一、鉸鏈四桿機構1 基本型式2 鉸鏈四桿機構劃分3 平面四桿機構的工作特性4 機構演化方式二、偏心輪機構三、曲柄滑塊機構四、導桿機構機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時應用實例：契貝謝夫步行機器人精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時一、鉸鏈四桿機構一、鉸鏈四桿機構1 1 基本型式基本型式v平面連桿機構的基本型式是平面連桿機構的基本型式是鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構v其余四桿機構均是由鉸鏈四桿機構演化而成的其余四桿機構均是由鉸鏈四桿機構演化而成的

25、二桿二桿三桿三桿, 不可能不可能.鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時基本型式（續）基本型式（續）v結構特點：結構特點：四個運動副均為轉動副四個運動副均為轉動副v組成：組成：v機架、連桿、連架桿機架、連桿、連架桿機架：機架：固定不動的構件固定不動的構件AD連架桿：連架桿：直接與機架相連的構直接與機架相連的構件件AB、CD連桿：連桿：不與機架相連的構件不與機架相連的構件BC曲柄：曲柄：能作整周轉動的連架桿能作整周轉動的連架桿搖桿：搖桿：不能作整周轉動的連架桿不能作整周轉動的連架桿1B2C31B2C34AD連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿機架機架1234ABCD曲柄曲

26、柄搖桿搖桿( (擺桿擺桿) )( (周轉副周轉副) )( (擺轉副擺轉副) )機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時2 鉸鏈四桿機構劃分鉸鏈四桿機構劃分按連架桿不同運動形式分：按連架桿不同運動形式分：(1) 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構(2) 雙曲柄機構雙曲柄機構(3) 雙搖桿機構雙搖桿機構連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿1234ABCD4AD23作機架曲柄搖桿機構14AD23作機架雙搖桿機構4AD1231作機架雙曲柄機構曲柄搖桿機構4AD123機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時(1) 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構v結構特點：結構特點：連架桿連架桿1為曲柄，為曲柄，3為搖桿為搖桿v運動變換

27、：運動變換：轉動轉動搖動搖動v舉例：舉例：攪拌器機構攪拌器機構、雷達天線機構雷達天線機構、家用縫紉機、家用縫紉機1234特性：特性：v急回特征急回特征v死點死點機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時(2) 雙曲柄機構雙曲柄機構v結構特點：結構特點：二連架桿均為曲柄二連架桿均為曲柄v運動變換：運動變換：轉動轉動轉動，通常二轉速不相等轉動，通常二轉速不相等v舉例：舉例：振動篩機構振動篩機構機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時特殊雙曲柄機構特殊雙曲柄機構v平行四邊形機構平行四邊形機構結構特點：結構特點：二曲柄等速二曲柄等速v運動不確定問題運動不確定問題v車門開閉機構車門開閉機構v反平行四邊

28、形機構反平行四邊形機構結構特點：結構特點：二曲柄轉向相反二曲柄轉向相反機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時(3) 雙搖桿機構雙搖桿機構 v結構特點：結構特點：二連架桿均為搖桿二連架桿均為搖桿v運動變換：運動變換：擺動擺動擺動擺動v舉例舉例: : 鶴式起重機鶴式起重機機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時特殊機構特殊機構v等腰梯形機構等腰梯形機構v實例實例: : 汽車前輪轉向機構汽車前輪轉向機構機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時3 平面四桿機構的工作特性平面四桿機構的工作特性(1)曲柄存在條件(2)急回特征(3)死點連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架

29、桿1234ABCD機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時(1) 曲柄存在條件曲柄存在條件機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時(1) 曲柄存在條件曲柄存在條件機械設計基礎 平面連桿機構ABCDabcd精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時v由此得到曲柄存在條件：由此得到曲柄存在條件：條件條件1. 最短桿與最長桿長度之和小于或等最短桿與最長桿長度之和小于或等 于其余兩桿長度之和于其余兩桿長度之和(必要條件必要條件)條件條件2. 最短桿是連架桿或機架（充分條件）最短桿是連架桿或機架（充分條件）v最短桿最短桿參與構成的轉動副都是參與構成的轉動副都是整周副整周副v其余均為擺轉副其余均

30、為擺轉副v推論推論1：若滿足條件：若滿足條件2：v當當Lmax+Lmin L(其余兩桿長度之和其余兩桿長度之和)時時最短桿是連架桿之一最短桿是連架桿之一 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構最短桿是機架最短桿是機架 雙曲柄機構雙曲柄機構最短桿是連桿最短桿是連桿 雙搖桿機構雙搖桿機構v推論推論2：若不滿足條件：若不滿足條件2，無曲柄存在：，無曲柄存在：v當當Lmax+Lmin L(其余兩桿長度之和其余兩桿長度之和)時時v 雙搖桿機構雙搖桿機構ABCDabcd機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時v當回程所用時間小于工作行程所用時間時，稱該機構具有當回程所用時間小于工作行程所用時間時，稱該機構具有急回特征

31、急回特征v極位夾角：極位夾角： 從動件運動到兩極限位置時，曲柄之間所夾的銳角從動件運動到兩極限位置時，曲柄之間所夾的銳角 v急回特性分析：急回特性分析：v 1 = C v 1 = 1 t1 =1800 + v 2 = 1 t2 =1800 - vt1 t2 , v2 v1v行程速比系數行程速比系數K K (2) 急回特征急回特征vK=1, 無急回特性無急回特性v K急回特征越顯著急回特征越顯著v工程中，取工程中，取K=21jB2C212v2v1 00212112122112180180tttCCtCCvvK/11180 KK 慢快v急回特性的應用例：急回特性的應用例：牛頭刨牛頭刨工作要求工作要

32、求B1C14ABCD231機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時 精選課件46學時解 由圖中的幾何關系可知，該機構的極位夾角 303060 4 . 1180180 K 由圖中幾何關系還可得到 60sin10060sin60sin30sinACABBCBCABleellell350) 13(50) 13(50ellBCAB精選課件46學時 當滑塊在行程范圍內任意位置時，其壓力角可通過下式計算： BCAB

33、llej j sinsin 顯然，除了曲柄轉角j 之外，其它參數均為常數，所以，當j90時，壓力角最大，且最大壓力角為： 4 .64max 精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時(3) 死點：死點：傳動角為零傳動角為零g g=0(=0(連桿與從動件共線連桿與從動件共線),),機構頂死機構頂死機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時v死點死點: :傳動角為零傳動角為零g g=0(=0(連桿與從動件共線連桿與從動件共線),),機構頂死機構頂死(3) 死點死點vM=F*LB1C1B2C24ABCD231Fvg

34、=00Fvg=00g=00C2B2g=00BACB1C機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時v實例實例: :夾具夾具v飛機起落架機構飛機起落架機構死點的利用死點的利用v折疊家具機構折疊家具機構g=00機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時v利用構件慣性力，加裝飛輪。利用構件慣性力，加裝飛輪。v實例實例: :家用縫紉機家用縫紉機v安裝輔助連桿安裝輔助連桿v采用多套機構錯位排列采用多套機構錯位排列v實例實例: :蒸汽機車車輪聯動機構蒸汽機車車輪聯動機構v蒸汽機車兩側利用錯位排列的兩套曲柄滑塊機構使車輪聯蒸汽機車兩側利用錯位排列的兩套曲柄滑塊機構使車輪聯動機構通過死點動機構通過死點克服死點的

35、措施克服死點的措施 GGEFEF機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時4 機構演化方式機構演化方式1 轉動副轉化為移動副2 變更機架3 擴大轉動副尺寸連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿1234ABCD機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時二二、曲柄滑塊機構、曲柄滑塊機構鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構1B2C34AD曲線導軌曲柄滑塊機構曲線導軌曲柄滑塊機構lCD e 01B24AC3偏置式曲柄滑塊機構偏置式曲柄滑塊機構對心式曲柄滑塊機構對心式曲柄滑塊機構1B24AC3e3D1B2C4A對對CD桿等效轉化桿等效轉化轉動副變成移動副轉動副變成移動副機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時三三、導桿

36、機構、導桿機構機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時三三、導桿機構、導桿機構精選課件46學時三三、導桿機構、導桿機構精選課件46學時三三、導桿機構、導桿機構精選課件46學時三三、導桿機構、導桿機構精選課件46學時三三、導桿機構、導桿機構v選不同構件作機架選不同構件作機架機構倒置機構倒置v曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構v導桿機構導桿機構變更機架變更機架曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構導桿機構導桿機構, ,動畫動畫v曲柄搖塊機構曲柄搖塊機構v移動導桿機構移動導桿機構曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構移動導桿機構移動導桿機構機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時四四、偏心輪機構、偏心輪機構v曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構

37、(擴大回轉副擴大回轉副)v偏心輪機構偏心輪機構機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時偏心輪機構（續）偏心輪機構（續）v對心式曲柄滑塊機構對心式曲柄滑塊機構v偏心輪機構偏心輪機構1B24AC3h=2lAB4C231BA B副擴大機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時應用實例一應用實例一A41A4曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構1B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C31B2C32作機架作機架A41A41A41A41A41A41A41A41A41A41A41A413B2C曲柄搖塊機構曲柄搖塊機構 液壓作動筒液壓

38、作動筒車箱舉升機構車箱舉升機構機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時2B12B12B1應用實例二應用實例二1BA21BA2A41B2C3曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構CA43移動導桿機構移動導桿機構C41BA21BA21BA23手動唧筒機構手動唧筒機構3作機架1B2機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時應用實例三應用實例三C234A41B2C3曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構作機架 A41B2C3導桿機構導桿機構C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234回轉導桿機構回轉導桿機構lBC lAB，導桿導桿AC整周轉動整周轉動C234C234C234C

39、234AB123C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C4lBC lAB，導桿導桿AC擺動擺動擺動導桿機構擺動導桿機構32C4AB1機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時其它其它v雙移動副機構雙移動副機構正弦機構正弦機構雙轉塊機構雙轉塊機構(十字滑塊機構十字滑塊機構)動畫動畫正弦機構正弦機構雙滑塊機構雙滑塊機構正切機構正切機構了解了解機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時一、平面四桿機構的特點二、平面連桿機構的應用三、平面四桿機構的設計了解了解機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時一、平面四桿機構的特點一、平面四桿機構的特點v全低副

40、（面接觸），承受沖擊力，易潤滑，不易磨損全低副（面接觸），承受沖擊力，易潤滑，不易磨損v運動副結構簡單，易加工運動副結構簡單，易加工v運動規律多樣化、點的運動軌跡多樣化運動規律多樣化、點的運動軌跡多樣化v運動副累積誤差大，效率低運動副累積誤差大，效率低v慣性力難以平衡，不宜用于高速慣性力難以平衡，不宜用于高速v不能精確實現復雜的運動規律，設計計算較復雜不能精確實現復雜的運動規律，設計計算較復雜123ABC4機架連桿連架桿A1B2C3D44A12B3C56DE機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時1 實現有軌跡、位置或運動規律要求的運動2 實現從動件運動形式及運動特性的改變3 實現較運距離的

41、傳動或操縱4 調節、擴大從動件行程5 獲得較大的機械增益：輸出力(矩)與輸入力(矩)之比二、平面連桿機構的應用二、平面連桿機構的應用機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時1 實現有軌跡、位置或運動規律要求的運動實現有軌跡、位置或運動規律要求的運動v圓軌跡復制機構圓軌跡復制機構vAMF保齡球置瓶機掃瓶機構保齡球置瓶機掃瓶機構CDABM機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時2 實現從動件運動形式及運動特性的改變實現從動件運動形式及運動特性的改變v步進式工件傳送機構步進式工件傳送機構v運動形式改變實例運動形式改變實例機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時3 實現較運距離的傳動或操縱實現較

42、運距離的傳動或操縱v應用實例：應用實例：自行車手閘自行車手閘機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時4 調節、擴大從動件行程調節、擴大從動件行程v可變行程滑塊機構可變行程滑塊機構特點：特點：調節調節 可改變滑塊可改變滑塊D的行程的行程v汽車用空氣泵機構汽車用空氣泵機構特點：特點：曲輛曲輛CD短，滑塊短，滑塊行程大行程大ABCDABCDEF機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時5 獲得較大的機械增益獲得較大的機械增益:輸出力輸出力(矩矩)與輸入力與輸入力(矩矩)之比之比v肘節機構肘節機構特點：特點：機械增益大機械增益大v剪切機構剪切機構特點：特點：機械增益大機械增益大EABCD機械設計基礎

43、 平面連桿機構精選課件46學時其它其它機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時 1. 四桿機構的設計任務是：四桿機構的設計任務是：u按工作要求（運動、使用、傳力）選定機構的型式；按工作要求（運動、使用、傳力）選定機構的型式；u根據給定的運動要求確定機構的幾何尺寸（空間尺寸、運根據給定的運動要求確定機構的幾何尺寸（空間尺寸、運動副位置、曲柄存在的條件等），并繪出機構運動簡圖；動副位置、曲柄存在的條件等），并繪出機構運動簡圖；u為使設計合理還應滿足一下附加條件，若：結構條件，最為使設計合理還應滿足一下附加條件，若：結構條件，最小傳動角條件等。小傳動角條件等。三、平面四桿機構的設計三、平面四桿機構

44、的設計機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時 2. 四桿機構的設計一般歸納為兩種：四桿機構的設計一般歸納為兩種：u按照給定從動件的位置設計四桿機構，稱為按照給定從動件的位置設計四桿機構，稱為位置設計位置設計；u按照給定點的運動軌跡設計四桿機構，稱為按照給定點的運動軌跡設計四桿機構，稱為軌跡設計軌跡設計。3. 四桿機構的設計方法：四桿機構的設計方法：圖解法圖解法:簡便直觀，同時也是解析法的基礎，應用較多。但由于其設計精度低，一般用于求解初始值;解析法解析法:精度高，應用最為廣泛，其缺點是不太直觀;實驗法實驗法:較為煩瑣，而且精度也低，是不得已時才使用的方法。三、平面四桿機構的設計三、平面四桿

45、機構的設計機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時1） 按給定的連桿位置設計四桿機構按給定的連桿位置設計四桿機構已知活動鉸鏈，求固定鉸鏈已知活動鉸鏈，求固定鉸鏈2） 按兩連架桿預定的對應位置設計四桿機構按兩連架桿預定的對應位置設計四桿機構已知固定鉸鏈和某一活動鉸鏈，求另一活動鉸鏈已知固定鉸鏈和某一活動鉸鏈，求另一活動鉸鏈3） 按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構導桿機構導桿機構三、平面四桿機構的設計三、平面四桿機構的設計機械設計基礎 平面連桿機構 4.精選課件46學時實現剛體給定位置的設計實現剛體給定位置的設計如實

46、現預定的連桿位置要求如實現預定的連桿位置要求機構能引導剛體（一般為連桿）通過一系列給定位置機構能引導剛體（一般為連桿）通過一系列給定位置例：例：飛機起落架機構飛機起落架機構: :v要求實現機輪放下和收要求實現機輪放下和收起兩個位置起兩個位置機械設計基礎 平面連桿機構1)按給定的連桿位置設計四桿機構按給定的連桿位置設計四桿機構精選課件46學時v選定連桿上兩活動選定連桿上兩活動鉸鏈，即確定連桿鉸鏈，即確定連桿長長lBC，定比例尺，定比例尺 l作圖作圖v活動鉸鏈相對于固活動鉸鏈相對于固定鉸鏈的運動軌跡定鉸鏈的運動軌跡為圓為圓v用三點定心法確定用三點定心法確定兩固定鉸鏈兩固定鉸鏈D,Cv計算待求桿長計

47、算待求桿長lAB=AB l mlCD=CD l mlAD=AD l mIIIIIIB1B2B3C2C3C1DA)(mmmBClBCl討論：討論：v三點唯一確定一個圓三點唯一確定一個圓,故確定故確定B、C點后，固定鉸鏈點后，固定鉸鏈A、D也唯一確定也唯一確定v連桿上連桿上B、C位置應根據實際情況位置應根據實際情況而定而定機械設計基礎 平面連桿機構1)按給定的連桿位置設計四桿機構按給定的連桿位置設計四桿機構精選課件46學時1)按給定的連桿位置設計四桿機構按給定的連桿位置設計四桿機構精選課件46學時1)按給定的連桿位置設計四桿機構按給定的連桿位置設計四桿機構精選課件46學時1)按給定的連桿位置設計四

48、桿機構按給定的連桿位置設計四桿機構鑄造翻砂機構鑄造翻砂機構: :要求實現兩個翻轉位置要求實現兩個翻轉位置精選課件46學時v已知條件：已知條件：兩連架桿的對應位置兩連架桿的對應位置v鉸鏈四桿機構的設計鉸鏈四桿機構的設計, ,在于確定四個鉸點的位置在于確定四個鉸點的位置, ,且關鍵在且關鍵在確定連桿兩鉸點的位置確定連桿兩鉸點的位置v連桿上的鉸點一定落在以固定鉸為中心的圓上連桿上的鉸點一定落在以固定鉸為中心的圓上v即即: :剛體導引機構轉變成已知圓弧上的點求圓心剛體導引機構轉變成已知圓弧上的點求圓心v求解內容：求解內容：確定連桿與搖桿相連接的活動鉸鏈確定連桿與搖桿相連接的活動鉸鏈C C 求連桿、搖桿

49、的長度求連桿、搖桿的長度2)按兩連架桿預定的對應位置設計四桿機構按兩連架桿預定的對應位置設計四桿機構ABCD機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時v已知條件：已知條件：兩連架桿的對應位置兩連架桿的對應位置v求解內容：求解內容：確定連桿與搖桿相連接的活動鉸鏈確定連桿與搖桿相連接的活動鉸鏈C C 求連桿、搖桿的長度求連桿、搖桿的長度2)按兩連架桿預定的對應位置設計四桿機構按兩連架桿預定的對應位置設計四桿機構機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時v工程要求：工程要求：實現兩連架桿的一系列對應位置實現兩連架桿的一系列對應位置j3j2j1321E1E2E3F1F2F3DB1B2B3A倒置ABCD

50、ABCD-j12-j13v即，已知機架長即，已知機架長lAD和兩和兩連架桿對應位置，設計四連架桿對應位置，設計四桿機構（求其它三桿長）桿機構（求其它三桿長）問題問題v與剛體導引問題的比較與剛體導引問題的比較反轉法反轉法(反轉機構法反轉機構法)：v利用相對運動原理法，采利用相對運動原理法，采用機構倒置，將已知連架用機構倒置，將已知連架桿兩位置的設計問題轉變桿兩位置的設計問題轉變為已知連桿兩位置的設計為已知連桿兩位置的設計問題問題機械設計基礎 平面連桿機構2)按兩連架桿預定的對應位置設計四桿機構按兩連架桿預定的對應位置設計四桿機構精選課件46學時v思路：思路：v先定一個連架桿的長度先定一個連架桿的

51、長度v轉化機構，使轉化機構，使C1D成為機架，成為機架，成為剛體導引機構成為剛體導引機構v以以CD為機架時所觀察到的為機架時所觀察到的AB2C1D 相當于把以相當于把以AB為機為機架時所觀察到的架時所觀察到的AB2C2D位置位置剛化，以剛化，以D為軸轉了一個角度為軸轉了一個角度得到的得到的v此時，此時，AB2由連架桿變為連桿，由連架桿變為連桿，故利用剛化反轉法原理可故利用剛化反轉法原理可將已將已知連架桿兩位置的設計問題知連架桿兩位置的設計問題轉轉化為化為已知連桿兩位置的設計問已知連桿兩位置的設計問題題設計要點設計要點B2C2 j jyAB1C1DyyB2AC2v已知已知: 二固定鉸鏈和一個活動

52、鉸鏈，求另一活動二固定鉸鏈和一個活動鉸鏈，求另一活動鉸鏈，或已知兩桿長，鉸鏈，或已知兩桿長，求求:另兩桿長另兩桿長機械設計基礎 平面連桿機構精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時精選課件46學時3)按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構v已知已知: 搖桿的長度搖桿的長度CD、擺角及行程速比系數、擺角及行程速比系數Kv設計設計:此曲柄搖桿機構。此曲柄搖桿機構。精選課件46學時3)按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計

53、四桿機構設計四桿機構鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構v已知已知: 搖桿的長度搖桿的長度CD、擺角及行程速比系數、擺角及行程速比系數Kv設計設計:此曲柄搖桿機構。此曲柄搖桿機構。v步驟：步驟：v計算；計算；v選比例尺，作已知位置；選比例尺，作已知位置；精選課件46學時3)按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構v步驟：步驟：v計算；計算；v選比例尺，作已知位置；選比例尺，作已知位置；鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構v已知已知: 搖桿的長度搖桿的長度CD、擺角及行程速比系數、擺角及行程速比系數Kv設計設計:此曲柄搖桿機構。此曲柄搖桿機構。精選課件46學時3)按給定的行程速比系數按給定的行

54、程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構v步驟：步驟：1） 計算；計算；2）選比例尺，作已知位置；）選比例尺，作已知位置；鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構v已知已知: 搖桿的長度搖桿的長度CD、擺角及行程速比系數、擺角及行程速比系數Kv設計設計:此曲柄搖桿機構。此曲柄搖桿機構。精選課件46學時3)按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構v步驟：步驟：1） 計算；計算；2）選比例尺，作已知位置；）選比例尺，作已知位置；3）鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構v已知已知: 搖桿的長度搖桿的長度CD、擺角及行程速比系數、擺角及行程速比系數Kv設計設計:此曲柄搖桿機構。此曲柄搖桿機構。精選課件46學

55、時3)按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構v步驟：步驟：4）作直角）作直角C1C2P的外接圓的外接圓鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構v已知已知: 搖桿的長度搖桿的長度CD、擺角及行程速比系數、擺角及行程速比系數Kv設計設計:此曲柄搖桿機構。此曲柄搖桿機構。精選課件46學時3)按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構v已知已知: 搖桿的長度搖桿的長度CD、擺角及行程速比系數、擺角及行程速比系數Kv設計設計:此曲柄搖桿機構。此曲柄搖桿機構。v步驟：步驟：4）作直角）作直角C1C2P的外接圓的外接圓精選課件46學時3)按給定的行

56、程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構v步驟：步驟：4）作直角）作直角C1C2P的外接圓的外接圓5）由附加條件連續運動條件確定）由附加條件連續運動條件確定A點點鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構v已知已知: 搖桿的長度搖桿的長度CD、擺角及行程速比系數、擺角及行程速比系數Kv設計設計:此曲柄搖桿機構。此曲柄搖桿機構。精選課件46學時3)按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構v步驟：步驟：4）作直角）作直角C1C2P的外接圓的外接圓5）由附加條件連續運動條件確定）由附加條件連續運動條件確定A點點6）求曲柄、連桿的長度）求曲柄、連桿的長度鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構

57、v已知已知: 搖桿的長度搖桿的長度CD、擺角及行程速比系數、擺角及行程速比系數Kv設計設計:此曲柄搖桿機構。此曲柄搖桿機構。精選課件46學時3)按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構v步驟：步驟：4）作直角）作直角C1C2P的外接圓的外接圓5）由附加條件連續運動條件確定）由附加條件連續運動條件確定A點點6）求曲柄、連桿的長度）求曲柄、連桿的長度7）連接）連接A、B、C、D即為所求即為所求鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構v已知已知: 搖桿的長度搖桿的長度CD、擺角及行程速比系數、擺角及行程速比系數Kv設計設計:此曲柄搖桿機構。此曲柄搖桿機構。精選課件46學時3)按給定的行程速

58、比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構v已知已知:K、H和和ev設計設計:曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構精選課件46學時3)按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構v已知已知:K、H和和ev設計設計:曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構v步驟：步驟：精選課件46學時3)按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構v已知已知:K、H和和ev設計設計:曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構v步驟：步驟：精選課件46學時3)按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構曲柄滑塊機

59、構曲柄滑塊機構v已知已知:K、H和和ev設計設計:曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構v步驟：步驟：精選課件46學時3)按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構v已知已知:K、H和和ev設計設計:曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構v步驟：步驟：精選課件46學時3)按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構v已知已知:K、H和和ev設計設計:曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構精選課件46學時3)按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構v已知已知:K、H和和ev設計設計:曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構精選課件46學時3)按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構導桿機構導桿機構精選課件46學時3)按給定的行程速比系數按給定的行程速比系數K設計四桿機構設計四桿機構導桿機構