第六章機器的結構設計課程內容

Contents引言1234配置設計產品架構參數設計1.引言產品架構配置設計參數設計確定設計主體的物理部件的組織方式并形成分類，這些分類稱為模塊設計特殊部件以及選用標準零部件（如泵或發動機）確定零件或零件特征的準確值、尺寸或公差等質量關鍵點相關的參數功能結構概念草圖功能驗證模型結構模型工藝模型實體設計模塊構成與接口？零件特征/材料/加工方式/公差配置？加工、裝配與裝拆工藝？...

...1.引言產品架構配置設計參數設計確定設計主體的物理部件的組織方式并形成分類，這些分類稱為模塊設計特殊部件以及選用標準零部件（如泵或發動機）確定零件或零件特征的準確值、尺寸或公差等質量關鍵點相關的參數功能結構概念草圖功能驗證模型結構模型工藝模型實體設計實體設計的任務:是在總體設計的基礎上，根據所確定的原理方案，確定并繪出具體的結構圖，以完成產品設計功能需求，將抽象的工作原理具體化為實體結構形式的零部件及裝配結構1.引言評價與回歸功能域機構/結構域要求功能功能構成功能要素機構要素結構要素整體結構計劃詳細設計分析分解映射展開綜合1.引言2.產品架構結構是機器功能的載體結構是機械設計計算的基礎和計算結果的體現結構圖是加工和裝配的依據2.產品架構最常見架構，通常是標準化模塊和定制零部件的混合體；每個模塊具備一個或幾個功能，模塊間相互作用清晰明確；易于進行產品配置、維護與升級；可以極大提高系列產品開發進度。模塊間的連接接口對于實現產品功能非常重要。在設計中，應盡可能選用設計師和零部件供貨商都非常了解的標準連接接口產品功能通過一個或少量幾個模塊來實現；以產品成本為主要目標，盡可能進行功能合并以及結構簡化；產品模塊間沒有清晰的標準化接口，部分零件具有跨模塊的復合功能。當產品受到重量、空間或者成本的約束下很難達到所需性能時，往往采用集成化產品架構產品架構的類型模塊化架構集成化架構2.產品架構產品架構的類型模塊化架構2.產品架構產品架構的類型集成化架構2.產品架構模塊化與大規模定制模塊化是產品架構重要形式，日益成為大規模定制生成的最佳實現方法之一；相對獨立性，通用性，互換性是模塊化產品架構的三個主要特征；模塊化設計的核心是以少變應多變，模塊的定義劃分以及接口的定義應加以足夠重視模塊化的四個策略零件共享模塊化，如電池模塊，手機充電口零件交換模塊化，如汽車不同性能的配置量體裁衣模塊化，模塊化產品的系列化平臺模塊化，汽車共線生成平臺2.產品架構2.產品架構2.產品架構薄板曲柄沖床中華世紀壇旋轉支撐2.產品架構工件固定式架構設計，也即縫紉機的四大機構，包括針機構、挑線機構、送布機構、梭機構，它們的工作配合點在匯聚在一個固定的位置。這種形式的架構一般結構相對復雜，布局緊湊，相對而言維修較為不方便2.產品架構瓶裝食品灌裝封口機典型架構一種飲料灌裝封口機主傳送系統和供送輸出裝置的架構圖，屬于工件直線運動式。這種架構中，主要工件（容器瓶）沿著直線物流路徑運動。工作中先讓小型空瓶豎立集聚在轉盤1上，由于瓶子能隨盤轉動并依靠彈性攔板2和11的導向作用而逐漸進人供瓶區。然后，借助折線往復運動的槽板9使瓶子按規定數量分批地經固定導板3和10的通道送到主傳送區。該主傳送機構由作封閉折線運動的槽板4,定位滑輪5、作橫向往復運動的雙層導板7和定位槽板8等組成。瓶子被它們間歇轉位，每當停止時，即依次進行灌裝和封口。最后所得的成品再借助橫向往復運動的叉形推板6輸出機外2.產品架構易拉罐卷邊封口機典型架構一種易拉罐卷邊封口機架構圖，是工件回轉運動式典型架構。充填有物料的罐體借助裝在推送鏈上的等間距推頭15間歇地將其送入分度轉盤11的進罐工位Ⅰ。蓋倉12內的罐蓋由連續轉動的分蓋器13逐個撥出，并由往復運動的推蓋板14有節奏地送至進罐工位罐體上方。接著，罐體和罐蓋被間歇地傳送到卷封工位Ⅱ。此時，先由托罐盤10、壓蓋桿1將其抬起，直至固定的上壓頭定位后，用頭道和二道卷邊滾輪8依次進行卷封。然后，托罐盤和壓蓋桿恢復原位，已封好的罐體降下，分度轉盤再送至出罐工位Ⅲ2.產品架構一種顆粒物料制袋充填封口機的架構圖，是直線運動與回轉運動組合式典型架構。它巧妙地組合了多種形式的供送、傳送及中間裝置，并實現了制袋、充填、封口等包裝工藝過程的連續化和自動化顆粒物包裝機典型架構2.產品架構2.產品架構布局案例庫/asia/incadlibrary/?bid=bid_sh_ec_20151203_77382.產品架構-舉例2.成品架構-舉例2.成品架構-舉例2.產品架構-舉例2.產品架構交互方式及性能特征確定：常見的接口形式形狀式模塊：任意兩個零件的連接接口的形狀不同。這是最常見的模塊化架構類型，因為不同的零件為了在產品中發揮自己的作用對接口的連接方式有著不同的要求排列式模塊：在該結構類型中，零件可以安裝在通用的接口或者“總線”上，零件間可簡單地進行互換接頭式模塊：在該結構類型中，所有零件的連接接口都是通用的，但兩個模塊并不接觸，模塊是通過另一個連接件的接口連接的形狀式模塊結構排列式模塊結構接頭式模塊結構課程內容

Contents引言1234配置設計產品架構參數設計3.配置設計產品架構配置設計參數設計確定設計主體的物理部件的組織方式并形成分類，這些分類稱為模塊設計特殊部件以及選用標準零部件（如泵或發動機）確定零件或零件特征的準確值、尺寸或公差等質量關鍵點相關的參數功能結構概念草圖功能驗證模型結構模型工藝模型實體設計配置設計主要任務：確定元件的形狀和總體尺寸成大先，機械設計手冊機構-結構設計.化工出版社，2016周德信等譯，機械設計實踐，機械工業出版社

3.配置設計配置設計核心關鍵形態功能物料生產制造裝配約束接口組件配置設計思路：零件形狀或結構源于其功能。然而，結構的實現多取決于所用材料及其加工工藝。另外，可行的結構還依賴于產品運行及架構范圍內的空間約束承受載荷傳遞運動和動力保持有關零部件之間的相對位置或運動軌跡關系其它功用；（潤滑、密封、美觀等）當一結構件具有兩種或兩種以上功用時，應分清主次，在優先滿足主要功用的前提下，盡量滿足其它功用的要求結構要素工作要素(或工作表面)連接要素(或連接表面)3.配置設計一板受拉，另一板受壓，相對變形大，變形不協調，應力分布不均勻。改進型設計，兩板改為板厚呈線性變化的斜接口，兩板相對變形幾乎等于零，應力分布非常均勻。兩板受拉，相對變形小，符合變形協調原理，應力分布均勻。兩焊接板的變形及應力分布承受載荷對配置設計的影響3.配置設計形態功能物料生產制造裝配約束接口組件桿類構件3.配置設計形態功能物料生產制造裝配約束接口組件盤狀零件盤狀凸輪結構齒輪結構a）實心式b）腹板式c）輪輻式盤狀的桿件3.配置設計形態功能物料生產制造裝配約束接口組件軸類零件偏心軸齒輪軸凸輪軸曲軸3.配置設計形態功能物料生產制造裝配約束接口組件轉動副轉動副滑動軸承作為轉動副滾動軸承作為轉動副3.配置設計形態功能物料生產制造裝配約束接口組件移動副滾動導軌示意圖之一滾動導軌示意圖之二滾動軸承導軌3.配置設計常見直線運動零件要素/vona2/mech/M0100000000/3.配置設計形態功能物料生產制造裝配約束接口組件圖8.6直角支架可能存在的四種特征配置(a)平板彎曲而成；(b)實心塊機加工而成；

(c)三件焊接而成；(d)鑄造而成生成批量與零件配置設計3.配置設計形態功能物料生產制造裝配約束接口組件材料特性與零件配置設計承載動態特性加工工藝性經濟性3.配置設計配置設計的全景要素圖3.配置設計所采用的方案？工作可靠性如何？壽命如何？潤滑、維護如何操作是否方便？安全問題是否進行全方位的考慮？是否進行了靜態以及動態干涉或碰撞檢查？所采用的方案是否經濟合理？是否符合有關法律的規定？這個零部件起什么作用？所采用的結構能否實現？這個零部件能否不要？或用其他更好的代替？這個零部件承受什么載荷？可能的失效方式是什么？采用的結構能否避免這些失效？每個零件或部件由毛坯生產到加工、裝配、檢測、運輸、使用、修理直到報廢回收過程中會產生什么問題？零部件、系統的薄弱環節在哪里？損壞后是否會引起嚴重后果？有沒有標準件、通用件或能夠買到的經濟適用的成品？材料和熱處理是否合適？是否考慮了噪聲、振動、腐蝕、潮濕、溫度等環境因素影響？對環境有無污染？3.配置設計明確簡單安全可靠功能明確工作原理明確使用條件明確形狀簡單加工簡單拆裝簡單構件可靠功能可靠工作安全環境安全配置設計基本原則配置設計全景要素3.配置設計配置設計一般流程P208/8.4明確要求評審產品設計規范以及元件所屬的子裝配體的所有要求確定約束確定所設計的產品或子裝配體的空間約束接口配置建立和完善零件間的接口或者連接方式配置優化該零件是否可以省略，或者是否可以歸納到其他零件中？是否能使用標準件或者標準子系統？配置及校核P217/8.5.33.配置設計壽命安全原則失效安全原則冗余配置原則安全性永遠是第一要素參考P212：8.5配置設計的最佳實踐3.配置設計明確功能明確工作原理明確使用條件明確配置設計基本原則3.配置設計簡單形狀簡單加工簡單拆裝簡單配置設計基本原則考慮裝拆簡單原則的構型比較3.配置設計安全可靠構件可靠功能可靠工作安全環境安全配置設計基本原則零件壽命安全策略失效安全策略冗余配置策略3.配置設計配置設計的最佳實踐–實體設計原理力傳遞任務分解自助穩定性其它3.配置設計配置設計的最佳實踐–實體設計原理力傳遞任務分解自助穩定性其它3.配置設計配置設計的最佳實踐–實體設計原理力傳遞任務分解自助穩定性其它3.配置設計配置設計的最佳實踐–實體設計原理力傳遞任務分解自助穩定性其它3.配置設計配置設計的最佳實踐–實體設計原理力傳遞任務分解自助穩定性其它3.配置設計配置設計的最佳實踐–實體設計原理力傳遞任務分解自助穩定性其它3.配置設計3.配置設計課程內容

Contents引言1234配置設計產品架構參數設計4.參數設計產品架構配置設計參數設計確定設計主體的物理部件的組織方式并形成分類，這些分類稱為模塊設計特殊部件以及選用標準零部件（如泵或發動機）確定零件或零件特征的準確值、尺寸或公差等質量關鍵點相關的參數功能結構概念草圖功能驗證模型結構模型工藝模型實體設計參數設計主要任務：確定零件的最佳形態初定零件尺寸和公差初步確定工藝參數4.參數設計第1步確切地闡述參數設計問題明確所涉及的零件需要完成的功能確定設計變量（DV）確定了解和記錄下問題定義參數（PDP）制訂一個問題求解計劃第2步生成備選設計方案在參數設計中，結構設計階段確定下來的零件的屬性就成為參數設計中的設計變量。典型的變量是零件的尺寸或公差，也可能是零件的材料、熱處理或者表面粗糙度等為設計參數設定不同的值以獲得不同的候選設計方案使用分析模型或者實驗模型來預測每一個設計方案的性能，檢查每一個設計是否滿足所有的性能約束和期望值對所有可行的設計方案進行評估，以確定最好的方案第3步分析備選設計方案第4步評估分析結果參數設計的系統化步驟4.參數設計參數是指用于描述某個物理實體或現象的模型中所包含的、用字母或符號表示的物理量。對于實體設計來說，參數是指決定著零件性能的、能通過設計來確定或控制的關鍵設計變量參數設計就是確定這些與質量密切相關的設計變量的值，以獲得性能佳且成本低的、最具可行性的設計方案4.參數設計1）總體技術參數：部分參數屬于總體技術參數，或受總體技術參數的影響。如沖程、工作空間等，這些參數的確定主要依據設計任務書；2）與外購件的配合：根據外購件的尺寸及需求，確定安裝空間、孔位置、相配合的零件的位置、尺寸等參數。如電機安裝法蘭相關安裝面以及孔的參數、與軸承配合的軸的直徑、表面粗糙度、圓柱度以及臺階高度等；3）功能確定的尺寸：由滿足所需功能的條件確定參數。例如根據哪一個零件傳遞轉矩來確定軸的直徑、鍵的尺寸等；4）性能計算：根據零件的設計公式，如軸的強度、齒輪的表面接觸強度等，確定相應的結構參數；5）相互位置關系：根據零件之間空間關系確定相互間的尺寸。如圓角倒角的關系、配線配管空間、可動部分結構空間尺寸等；6）規格尺寸：根據設計規范相應的標準、優先數系等，選擇確定尺寸。如尺寸模數、鍵槽尺寸、螺紋孔尺寸等。對于一些非標準的結構尺寸，如軸的直徑，一般而言推薦進行系列化，可以參考優先數系展開設計；7）加工方法、刀具：根據加工所使用的刀具的尺寸及加工方法，確定尺寸；8）人機交互：根據裝配、拆卸、操作等方面確定尺寸，確保方便裝配和操作，確保扳手等操作空間、操作端配置、機器高度等；9）工業設計：如平衡與美學要求等角度出發，確定相應的結構尺寸。外形平衡美觀，盡可能形狀簡單。4.參數設計4.參數設計外圓加工方法與公差配置指南平面加工方法與公差配置指南4.參數設計孔、軸配合類別選擇的大致方向4.參數設計4.參數設計根據機器工作條件及設計要求，合理選擇配合間隙4.參數設計零件的標注4.參數設計盡量減少配合長度4.參數設計減少不必要的配合面4.參數設計產品架構配置設計參數設計確定設計主體的物理部件的組織方式并形成分類，這些分類稱為模塊設計特殊部件以及選用標準零部件（如泵或發動機）確定零件或零件特征的準確值、尺寸或公差等質量關鍵點相關的參數功能結構概念草圖功能驗證模型結構模型工藝模型實體設計反復迭代實體設計中，采取挑毛病的態度是安全的即使優秀的設計者，也會出現疏忽及錯誤僅僅以正確的操作為前提的設計，是極度危險的設計創新謝謝大家！第八章連桿機構“設計與制造II”課程

（D&MII，ME3220）設計與制造II目錄第八章連桿機構平面連桿機構的特點和基本型式平面連桿機構設計中的一些共性問題平面連桿機構的運動分析速度瞬心及共在平面機構速度分析中的應用平面連桿機構運動設計的基本問題及應用剛體導引機構的設計函數機構的設計軌跡機構的設計平面連桿機構力分析特點平面連桿機構的特點和基本型式特點平面四桿機構的基本型式平面四桿機構的演變平面連桿機構的特點平面連桿機構的特點和基本型式連桿機構:低副機構

平面連桿機構和空間連桿機構

四桿機構、五桿機構、六桿機構多桿機構平面連桿機構:用平面低副連接，各構件在平行平面內運動：平面低副機構平面連桿機構:能夠實現多種運動軌跡曲線和運動規律

低副不易磨損而又易于加工

由本身幾何形狀保持接觸

因此廣泛應用于各種機械及儀表中。不足之處:作變速運動的構件慣性力及慣性力矩難以完全平衡；

較難準確實現任意預期的運動規律，設計方法較復雜。連桿機構中應用最廣泛的是平面四桿機構。平面連桿機構的特點平面連桿機構的特點和基本型式平面連桿機構的特點

人工磨豆腐裝置圖片摘自網上，僅課程教學用據考證，豆腐是我國煉丹家--淮南王劉安發明的，綠色健康，迄今已有2100多年歷史。平面連桿機構的特點

古代機械平面連桿機構的特點和基本型式水擊面羅（與水磨連用的一種水力篩面機）元代《王禎農書》平面連桿機構的特點平面連桿機構的特點和基本型式Watt蒸汽機,1788催生了第一次工業革命/機器革命(鉸鏈四桿機構/近似直線運動)平面連桿機構的特點平面連桿機構的特點和基本型式Wattfour-barlinkage：WattparallelmotionmechanismWattdescribedhislinkagetohissonusingahand-drawndiagraminaletterhewroteintheageof72.Watt'sfour-barlinkageisthemainelementofhisparallelmotionmechanism,theinventionWattwasmostproudof.Ashewroteintheaforementionedletter:ThoughIamnotover-anxiousafterfame,yetIammoreproudoftheparallelmotionthanofanothermechanicalinventionIhaveevermade.ThislinkagewasinventedbyJamesWattandpresentedinhis1784steamenginepatentspecification.Watt'slinkageisasimpleandelegantmechanismproducingagoodapproximationofstraight-linemotionandenabledhimtoinventtheWattdoubleactingsteamengine.平面連桿機構的特點平面連桿機構的特點和基本型式用于攪拌器的曲柄搖桿機構

用于送料機構的曲柄搖桿機構

縫紉機中的曲柄搖桿機構

曲柄搖桿機構

平面連桿機構的特點平面連桿機構的特點和基本型式機車車輪聯動機構

車門開閉機構反平行四邊形機構

雙曲柄機構

攝影平臺升降機構

雙曲柄機構在慣性篩中的應用

平面連桿機構的特點平面連桿機構的特點和基本型式雙搖桿機構

坦克懸掛裝置

飛機起落架機構

汽車前輪轉向機構

鶴式起重機

雷達天線機架(frame)連架桿(sidelinks)：曲柄(crank)搖桿(rocker)連桿(coupler)ABCD平面連桿機構的基本型式平面連桿機構的特點和基本型式曲柄搖桿機構Crank-rocker雙曲柄機構double-crank,dragging-link雙搖桿機構double-rockerBack鉸鏈四桿機構平面四桿機構的演變（linkagetransformation）平面連桿機構的特點和基本型式R=>P手搖唧筒

平面四桿機構的演變R=>P平面連桿機構的特點和基本型式雙滑塊機構(A)正弦機構(C)正切機構(B)引線機構十字滑塊聯軸器雙轉動導桿機構橢圓儀

平面四桿機構的演變平面連桿機構的特點和基本型式取不同構件為機架(機構倒置inversion)平面四桿機構的演變平面連桿機構的特點和基本型式擴大轉動副為偏心輪擴大轉動副為偏心輪

多用于曲柄銷承受較大沖擊載荷或者曲柄長度較短的機械中，如破碎機、剪床及沖床等

機構演變方法：機構尺度比例變換；機架變換；構件互換；運動副演化（元素互換；R->P；替代：S~U+R~3R、C~R+P；縮放）平面連桿機構設計中的一些共性問題平面四桿機構的曲柄存在條件平面四桿機構的壓力角、傳動角和死點平面四桿機構輸出件的極位夾角與急回特性運動連續性速度瞬心鉸鏈四桿機構-分類曲柄滑塊機構-分類導桿機構-分類平面連桿機構設計中的一些共性問題平面四桿機構的曲柄存在條件--拆副法（機架疊合法）1)連架桿與機架中必有一桿為四桿機構中的最短桿，2)最短桿與最長桿的桿長之和≤其余兩桿的桿長之和

(桿長和條件，Grashofcriterion,publishedin1883byGrashof)。最短桿與相鄰二構件分別組成的兩轉動副都是能作整周轉動的“周轉副”其他二轉動副不是“周轉副”，即只能是“擺動副”。裝配條件平面連桿機構設計中的一些共性問題平面四桿機構的曲柄存在條件曲柄搖桿機構crank-rocker雙曲柄機構double-crank,dragging-link雙搖桿機構double-rocker不滿足Grashofcriterion，稱為：第二類雙搖桿機構/三搖桿機構double-rockermechanismofthesecondkind,triple-rockermechanismGrashofmechanisms變點機構change-point/crossover-positionmechanism平面連桿機構設計中的一些共性問題平面四桿機構的曲柄存在條件（Slide-cranklinkage）1)a為最短桿2)a+e≤b連桿connectingrod曲柄crank平面連桿機構設計中的一些共性問題平面四桿機構的曲柄存在條件（slidingcontactlinkages）1)a為最短桿2)a+e

≤

d擺動導桿機構1)d為最短桿2)d+e≤a轉動導桿機構aede

≤

d-ad+e≤aa

≤

d-e機構壓力角：在不計摩擦力、慣性力和重力的條件下，機構中驅使輸出件運動的力的方向線與輸出件上受力點的速度方向間所夾的銳角（用α

表示）平面連桿機構設計中的一些共性問題平面四桿機構的壓力角、傳動角和死點pressureangle,transmissionangel,deadpoint傳動角transmissionangle:（壓力角的余角，用

表示）theanglebetweenthecouplercenterlineandthedrivencrankcenterlineαα

γγ

=

+

=π

平面連桿機構設計中的一些共性問題平面四桿機構的壓力角、傳動角和死點最小傳動角傳動角transmissionangle:（壓力角的余角，用

表示）

theanglebetweenthecouplercenterlineandthedrivencrankcenterline平面連桿機構設計中的一些共性問題平面四桿機構的壓力角、傳動角和死點最小傳動角傳動角transmissionangle:（壓力角的余角，用

表示）theanglebetweenthecouplercenterlineandthedrivencrankcenterline死點平面連桿機構設計中的一些共性問題平面四桿機構的壓力角、傳動角和死點α＝90o死點應用平面連桿機構設計中的一些共性問題平面四桿機構的壓力角、傳動角和死點鉆床工件夾緊機構平面連桿機構設計中的一些共性問題平面四桿機構的壓力角、傳動角和死點瓶蓋機構平面連桿機構設計中的一些共性問題平面四桿機構的壓力角、傳動角和死點克服死點？飛輪平面連桿機構設計中的一些共性問題平面四桿機構的輸出件的急回特性極位夾角theanglebetweenlimitingpositionsTimeratio（行程速比系數）行程速度變化系數K=空回行程/工作行程平均速度之比（≥1）平面四桿機構具有急回特性的條件是

1)原動件等角速整周轉動；2)輸出件具有正、反行程的往復運動；3)極位夾角θ

＞0。平面連桿機構設計中的一些共性問題平面四桿機構的輸出件的急回特性Back平面連桿機構設計中的一些共性問題平面四桿機構的輸出件的急回特性平面連桿機構設計中的一些共性問題平面四桿機構的輸出件的急回特性平面四桿機構的輸出件的急回特性平面四桿機構具有急回特性的條件是原動件等角速整周轉動輸出件具有正、反行程的往復運動極位夾角θ≠

0o拓展：可編程輸入？調節機構急回特性有哪些手段可以采用？定義：輸出構件相對于作勻速運動的輸入構件具有往返平均速度不等的情況。拓展：本質是指輸出構件相對于時間具有往返平均速度不等的情況。連桿機構運動的連續性，是指該機構在運動中能夠連續實現給定的各個位置。錯位不連續、錯序不連續？平面連桿機構設計中的一些共性問題運動連續性可行域錯位不連續錯序不連續速度瞬心及共在平面機構速度分析中的應用速度瞬心的概念機構的瞬心數目瞬心位置的確定速度瞬心法及其應用Back速度瞬心：在兩構件作相對運動時，其相對速度為零的瞬時重合點（簡稱瞬心。以符號Pij表示，下標i、j分別是兩構件的代號）絕對速度瞬心：兩構件之一是靜止的（運動構件上瞬時絕對速度為0的點）相對速度瞬心：兩構件都是運動的速度瞬心的概念速度瞬心及共在平面機構速度分析中的應用機構的瞬心數目速度瞬心及共在平面機構速度分析中的應用瞬心位置的確定速度瞬心及共在平面機構速度分析中的應用直接接觸構件間瞬心位置的確定速度瞬心及共在平面機構速度分析中的應用非直接接觸構件間三心定理(Aronhold-KennedyTheorem)：三構件共有三個瞬心，且共線速度瞬心法及其應用速度瞬心及共在平面機構速度分析中的應用機構運動分析的目的和方法平面機構運動分析——圖解法vs解析法1.復數向量及其性質2.復數向量的微分與速度、加速度3.鉸鏈四桿機構的運動分析建模方法4.導桿機構的運動分析5.曲柄滑塊機構的運動分析6.六桿機構運動分析（雙桿組-解分析、消元）7.機構的精度分析（標量誤差、向量誤差、四桿機構標量誤差和向量誤差）目錄平面連桿機構的運動分析分析+

綜合機構運動分析：給定機構尺寸

原動件運動規律(通常作勻速轉動)目的： 確定機構運動所需的空間、 某些構件及構件上某些點能否實現預定的位置要求或軌跡要求、 判斷運動時是否會相互干涉、 確定機器工作過程的運動和動力性能、 對機構進行優化設計等。方法：

圖解法、解析法、實驗法（數字仿真/實驗）機構運動分析的目的和方法平面連桿機構的運動分析確定其他構件上某些點的軌跡、位移、速度和加速度(或某些構件的位置、角位移、角速度、角加速度)1．位移分析2.速度分析3.加速度分析封閉矢量多邊形投影法復數矢量法矩陣法復數矢量法平面機構運動分析的解析法平面連桿機構的運動分析1．復數向量(vectorincomplex-number)復數向量及其性質平面連桿機構的運動分析數學力學機構學數學機械原理復數complex-number共軛復數conjugatecomplex-number(magnitude)(angle)(imaginaryunit)(rectangularform:realandimaginaryparts)(polarform:magnitudeandcomplexexponential)(Eulerformula)1．復數向量的微分與速度、加速度(differentiation,velocityandacceleration)復數向量及其性質平面連桿機構的運動分析徑向切向1．復數向量的微分與速度、加速度復數向量及其性質平面連桿機構的運動分析徑向切向徑向科氏/哥氏法向切向1．位移分析2.速度分析3.加速度分析復數矢量法平面機構運動分析的解析法平面連桿機構的運動分析平面連桿機構的運動分析位置求解(positionalanalysis)鉸鏈四桿機構的運動分析建模方法解析法平面連桿機構的運動分析位置求解正負號：運動連續性

(裝配模式)(positionalanalysis)鉸鏈四桿機構｛平面連桿機構的運動分析位置求解(positionalanalysis)鉸鏈四桿機構的運動分析建模方法解析法＋＋－＋＋－－－平面連桿機構的運動分析位置求解(positionalanalysis)鉸鏈四桿機構的運動分析建模方法圖解法平面連桿機構的運動分析速度求解(velocityanalysis)鉸鏈四桿機構的運動分析建模方法解析法(克萊姆法則)1．同一構件上兩點間的速度和加速度關系速度分析平面連桿機構的運動分析速度影像之相似原理極點(v=0)vBvCvCBvEBvEC(velocityanalysis)鉸鏈四桿機構的運動分析建模方法圖解法切向vB切向vCB切向vC平面連桿機構的運動分析加速度求解(accelerationanalysis)鉸鏈四桿機構的運動分析建模方法解析法加速度分析平面連桿機構的運動分析anBatBanCBatCBanCatCanEBatEBatECanEC極點(a=0)加速度影像之相似原理圖解法切向

atB法向

anB切向

atCB法向

anCB切向

atC法向

anC2．兩構件組成移動副的重合點間的速度和加速度關系平面連桿機構的運動分析導桿機構的運動分析建模方法解析法vs圖解法R3R4R1vB3vB2vB3B22．兩構件組成移動副的重合點間的速度和加速度關系平面連桿機構的運動分析構件3的角速度導桿機構的運動分析建模方法解析法vs圖解法切向

vB3切向

vB2徑向

aB3B22．兩構件組成移動副的重合點間的速度和加速度關系構件3的角加速度平面連桿機構的運動分析vB3vB2vB3B2aB2akB3B2arB3B2anB3atB3解析法vs圖解法法向

aB2徑向

arB3B2哥氏

akB3B2切向

atB3法向

anB3切向

vB3切向

vB2徑向

aB3B22．兩構件組成移動副的重合點間的速度和加速度關系平面連桿機構的運動分析導桿機構的運動分析建模方法圖解法CBA平面連桿機構的運動分析位置求解(positionalanalysis)曲柄滑塊機構解析法平面連桿機構的運動分析速度求解(velocityanalysis)曲柄滑塊機構解析法R2平面連桿機構的運動分析曲柄滑塊機構解析法加速度求解(accelerationanalysis)R2平面連桿機構的運動分析六桿機構——機構級別解析法閉環I

閉環II閉環I

閉環II4平面連桿機構的運動分析位置求解(positionalanalysis)六桿機構-II級六桿機構解析法閉環I

閉環II平面連桿機構的運動分析速度求解(velocityanalysis)六桿機構-II級六桿機構解析法加速度求解(accelerationanalysis)閉環I

閉環II平面連桿機構的運動分析六桿機構-III級六桿機構解析法閉環I閉環II閉環I

閉環II平面連桿機構的運動分析六桿機構-IV級六桿機構解析法閉環I（OABCD）

閉環II（OEFCD）閉環I

閉環II平面連桿機構的運動分析六桿機構-IV級六桿機構解析法閉環I（OABCD）

閉環II（OAEFD）閉環I

閉環IIBack平面連桿機構的運動分析案例——導桿機構的運動分析平面連桿機構運動設計的基本問題及應用平面連桿機構的功能及應用運動設計的基本問題和方法分析+

綜合剛體導引機構平面連桿機構運動設計的基本問題及應用平面連桿機構的功能及應用-bodyguidancebodyguidance函數生成機構平面連桿機構運動設計的基本問題及應用平面連桿機構的功能及應用-functiongenerationfunctiongeneration軌跡生成機構平面連桿機構運動設計的基本問題及應用平面連桿機構的功能及應用-pathgenerationpathgeneration具有綜合功能平面連桿機構運動設計的基本問題及應用平面連桿機構的功能及應用2．設計方法

(1)實驗法：作圖試湊或利用圖譜、表格及模型實驗等(2)幾何法：用幾何作圖法(3)解析法：得益于計算機的廣泛應用平面連桿機構運動設計的基本問題及應用運動設計的基本問題和方法1．基本問題

(1)實現已知運動規律問題（剛體導引、函數生成）(2)實現已知軌跡問題（軌跡生成）(1)剛體導引機構：bodyguidance(2)軌跡機構：pathgeneration(3)函數機構：functiongeneration(4)具有綜合功能的機構解析法設計剛體導引機構bodyguidance剛體導引機構的設計解析法設計剛體導引機構剛體導引機構的設計？求：

???連架桿作為導引桿：R-R桿、

P-R桿兩種形式解析法設計剛體導引機構剛體導引機構的設計θiθj，j

=1,2，...，n已知：，j

=2,3，...，n（8個未知量），

j

=1,2，...，n剛體導引機構的設計（式1）（式2）（式3）（式5）（式4）R1R3R-R連架桿：定長方程，j

=2,3，...，n桿長條件：“幾何同一性條件”定長法，j

=2,3，...，n，j

=2,3，...，nj

=1,2，...，n未知量數：(2n+2)×2方程數：(n-1)×2n=5時：8個方程，8個未知量n>5：無解（無精確解，優化解）n<5：無窮多解，j

=2,3，...，n剛體導引條件：已知未知量與方程數：未知量數：4×2方程數：(n-1)×2未知量與方程數：解析法設計剛體導引機構剛體導引機構的設計R-P導引桿：定斜率方程待求量：（B1）（2個未知量）j

=3,4，...，n作為導引桿的連架桿：只有R-R桿和