第一章

結(jié)構(gòu)設(shè)計中的靜力學(xué)平衡第一節(jié)剛體的概念力是物體間的相互作用。作用的效應(yīng)－外效應(yīng)（運動效應(yīng)）內(nèi)效應(yīng)（變形效應(yīng)）兩種效應(yīng)同時出現(xiàn)。剛體在受力情況下保持形狀和大小不變的物體。

外力作用下物體視為剛體的情況：

①研究物體受力與運動關(guān)係時；

②由平衡條件求解物體所受外力時。變形體在研究物體受力與變形的關(guān)係時，認(rèn)為零件是彈性體。第一節(jié)剛體的概念第二節(jié)力的性質(zhì)力的基本概念力的三要素：作用點、方向、大小對剛體而言，力具有可傳性F力系的概念同時作用在同一物體上的許多力。

平面力系分類空間力系等效力系、平衡力系第二節(jié)力的性質(zhì)匯交力系平行力系平面一般力系二力平衡定律一個零件受兩個力的作用平衡，則此二力等值、反向、共線。二力桿二力桿上二平衡力作用點的連線就是力的作用線。第二節(jié)力的性質(zhì)FF三力平衡匯交定理三力匯交是平衡的必要條件第二節(jié)力的性質(zhì)F1F2F3F3’F1、F2的合力F3’與F3平衡ABCO例1-1作用力和反作用力

力是物體間的相互作用力，甲給乙一個作用力時，乙同時給甲一個反作用力，它們大小相等，方向相反，作用於同一條直線上。作用力和反作用力是不能平衡的，它們分別作用在兩個物體上。第二節(jié)力的性質(zhì)例1-A例1-B力的合成圖解法

1、二力合成（平行四邊形定律）

F1F2FRCBAO

F1F2FRCAO第二節(jié)力的性質(zhì)合力大小合力方位三角形法則力的合成圖解法

2、力的分解第二節(jié)力的性質(zhì)FRF1F2F3F4F5F6n2n1O2O1FrFtFn

力的合成圖解法

3、平面匯交力系的合成第二節(jié)力的性質(zhì)OF1F2F3F4F5OAF1BF2CF3DF4EF5FR1FR2FR3FR力多邊形OABCDE

平面匯交力系合成的解析法

1、力在坐標(biāo)軸上的投影OyxFABFxFya1b2a2b1第二節(jié)力的性質(zhì)平面匯交力系合成的解析法

2、合力投影定理OyxFRadcbABCDF1F2F3第二節(jié)力的性質(zhì)F1F2F3OFR例1－2壓緊機構(gòu)如圖示。AB與BC長度相等，自重略去不計；A、B、C三處均為鉸鏈連接，水準(zhǔn)推力為F。求滑塊C加於工件上的壓緊力。

A工件FBCLLh工件xyCxyBF

FR1FR2FRC’FR2’FRA’FR1’FNC’

FRCFNCFNABBCFN工件力對點之矩對平面力系

工程上習(xí)慣逆時針為“＋”第三節(jié)平面一般力系的簡化OdF合力矩定理平面力系的合力對平面內(nèi)任一點的力矩等於各分力對同一點力矩的代數(shù)和。第三節(jié)平面一般力系的簡化FRXYAXOF1F2h2hh1

BC例1-3例1-3Z力偶：大小相等、方向相反、不共線的兩個相互平行的力。力偶矩：M＝Fd力偶矩的特點

1、力偶對平面內(nèi)任意點之力矩代數(shù)和等於力偶矩；

2、力偶無合力(合力為0)，只能用力偶平衡；

3、力偶等效變換性質(zhì)。第三節(jié)平面一般力系的簡化d＋FF’30N2m

20N3m

M=60N

m負(fù)力偶平面力偶系的合成第三節(jié)平面一般力系的簡化F2F2’d2d1F1F1’dF3F3’F4’F4dFR’FR力的平移定理一個力可以平行於其作用線移到任意點，但必須附加一個力偶，這個力偶的矩等於原力對新作用點之矩，則其作用效果不變。第三節(jié)平面一般力系的簡化ABAABFBdF”FF’F”MOA1A2A3F1’M1平面一般力系的簡化任意一個平面力系總可以簡化為一個主向量R（作用於簡化中心）和一個主矩M（等於力系各力對簡化中心之矩的代數(shù)和）。第三節(jié)平面一般力系的簡化OA1A2A3F1F2F3F2’M2F3’M3F2’F3’FRM主動力使機構(gòu)運動或有運動趨勢的力。約束限制物體運動的條件。約束反力約束限制構(gòu)件運動而給構(gòu)件的力。第四節(jié)零件受力分析與受力圖FWFN常見約束及其約束反力

1、柔軟約束

2、光滑面約束

3、固定鉸鏈約束

4、活動鉸鏈約束

5、固定端約束第四節(jié)零件受力分析與受力圖受力圖1、提取受力分離體2、畫出主動力3、用約束反力代替約束第四節(jié)零件受力分析與受力圖ABFMABFMFRAYFRAXFRBY（例）平面一般力系平衡的充要條件主向量＝0，對任一點的主矩＝0

平衡方程：

第五節(jié)平面一般力系的平衡一般工程A、B、C三點不共線三個方程、三個未知數(shù)匯交力系平行力系or例1－5例1－5Z摩擦力產(chǎn)生條件：存在正壓力，並有運動或運動趨勢。有害面消耗部分功，降低效率；發(fā)熱影響精度；磨損影響壽命。有利面摩擦傳動、人行走；制動器；鎖緊裝置和螺紋緊固（自鎖性）。第六節(jié)摩擦滑動摩擦基本規(guī)律

靜摩擦力

0

Ff

Ffmax

靜摩擦定律

Ffmax=fFN

靜摩擦係數(shù)

f第六節(jié)摩擦FWFNFFfFRFR摩擦角自鎖

主動力F與法線夾角<

第六節(jié)摩擦AFNFfFfmax

FF

力的可傳性剛體變形體FF’F’F匯交力系

平行力系平面一般力系2aaABCD例1-1如圖示的鋼架，在C點作用一水準(zhǔn)力F，尺寸如圖。求支座A和B處的約束反力。鋼架的重量略去不計。

FFRBFRAFRAFRBFabdO例1-A兩根桿，桿端掛重物，求鉸鏈C對CD桿、鉸鏈A對AB桿的作用。

ABFWDCFW’AB桿是二力桿CD桿是三力桿FB’FAFBFCFWABCDFAFC例1-B將力從上圖的作用點位置移到下圖位置，鉸鏈A、B處的作用力是否有變化？CABFABCFBCACFFAFCFC’FBFBFAACFBCFBFC’FAFCFAFBAC三力桿CB二力桿AC二力桿CB三力桿C例1-3平面上作用兩個平行力F1與F2。已知F1=30N，F(xiàn)2=20N，d=400mm，試求合力FR之大小、方向及作用線。F1F2BAdOYXFRd1d2例1－3Z求解反向平行力的合力F1F2BAdOYXd1FRC問：若兩反向平行力大小相等，方向相反，合力？FR’C’柔軟約束約束反力沿繩索方向，且只能是拉力。FW

FT2

FT1

F1F2F1’F2’M1M2

日光燈滑輪光滑面約束約束反力經(jīng)過接觸點沿光滑接觸面的法線方向，指向物體，稱為法向壓力或正壓力；不計摩擦。FNFNAFNBAFWOBAYX固定鉸鏈約束約束反力通過鉸鏈中心，方向和大小由主動力決定。（兩個未知數(shù)）FRYFRFRXFR活動鉸鏈約束約束反力通過鉸鏈中心，垂直於支承面；不能承受x方向的力。FRAA固定端約束約束反力可用一個力偶和兩個相互垂直的分力表示。FMAAFXFYFRDFRE’FRCFRB’FRAFWFRE例FWAFEDCBFWADBECFFRCFRDWDCFRCFRDABAEFFWFRCFRDFRAFRBFRA’FREFRE’FRB’例1－5簡易起重機如圖，起重臂自重略去不計，求平衡時支座反力和繩子BC的張力。B30

ABC40

FWA40

30

FT1FNA1－Y2－XFWFT2FT2例1－5Z均勻桿AB重為FW，長為l，在B端作用力為F。不計摩擦，求平衡位置

角。

aFWFABC

FWFABCDOEFNAFNC第二章

機械工程常用材料及鋼的熱處理主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)金屬材料的力學(xué)性能第三節(jié)常用的工程材料第四節(jié)鋼的熱處理第五節(jié)表面精飾第六節(jié)精密儀器材料選用原則第一節(jié)概述機械工程材料金屬材料非金屬材料黑色金屬鋼有色金屬鑄鐵合金鋼無機非金屬材料有機材料塑膠橡膠陶瓷合成纖維鋁合金銅合金其他有色合金應(yīng)力極限彈性階段彈性極限

p屈服階段屈服點

s強化階段強度極限

b頸縮階段第二節(jié)金屬材料的力學(xué)性能強度：材料抵抗破壞的能力剛度：材料抵抗變形的能力（E、G）塑性：材料破壞時，遺留變形的大小伸長率

、斷面收縮率

硬度：材料抵抗硬物壓入的能力布氏硬度HBW、洛氏硬度HRC、維氏硬度HV第二節(jié)金屬材料的力學(xué)性能影響力學(xué)性能的主要因素

1、含碳量含碳量越高，強度和硬度越高，但塑性顯著降低。

2、雜質(zhì)元素：有益Si、Mn，有害S、P3、合金元素加入某些合金元素，可提高和改善其綜合力學(xué)性能，並獲得某些特殊的物理和化學(xué)性能。

4、溫度一般，低溫條件下強度有所增加，塑性和衝擊韌性下降，高溫條件下相反。

5、熱處理工藝第二節(jié)金屬材料的力學(xué)性能鋼鐵材料（黑色金屬）1、非合金鋼（碳鋼）含碳2％以下的鐵碳合金、少量雜質(zhì)

按品質(zhì)分?jǐn)?shù)分類：低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼按品質(zhì)等級分類：普通品質(zhì)、優(yōu)質(zhì)和特殊品質(zhì)按用途分類：碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼第三節(jié)常用工程材料2、合金鋼人為加入Cr、Mn、Ni、Ti、Mo等，具有高的強度、韌性、硬度，以及某些特殊性能（如耐腐蝕性、高溫強度等）。3、鑄鐵：良好的鑄造性能、減摩性能、吸振性能、切削加工性能、低的缺口敏感性，生產(chǎn)工藝簡單、成本低廉?；诣T鐵：C－自由狀態(tài)的片狀石墨形式球墨鑄鐵：C－球狀石墨形式，較高的強度，良好的塑性和韌性。第三節(jié)常用工程材料有色金屬1、銅及其合金：工業(yè)純銅、黃銅（銅鋅二元合金）、青銅（錫青銅、鋁青銅、鈹青銅、矽青銅、錳青銅等）2、鋁及其合金：純鋁、硬鋁、鑄鋁3、鈦及其合金：純鈦、鈦合金第三節(jié)常用工程材料非金屬1、工程塑膠－特點：密度小，比強度高，良好的抗蝕型，優(yōu)良的電絕緣性，耐磨、減摩、自潤滑性好，工藝性好－分類：熱固性塑膠、熱塑性塑膠2、橡膠：高彈性、絕緣性－密封件、緩衝件、絕緣件

上述二者易老化，難回收（污染）3、人工合成礦物：剛玉、石英第三節(jié)常用工程材料鋼的熱處理加熱、保溫、冷卻

改變金屬整體或表面組織，獲得所需性能。種類

1、普通熱處理：退火、正火、淬火、回火

2、表面熱處理和化學(xué)熱處理：感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱、電解加熱、滲碳、氮化、碳氮共滲

3、其他熱處理第四節(jié)鋼的熱處理退火：加熱、保溫、隨爐冷卻目的：降低硬度、細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力，預(yù)先熱處理正火：加熱、保溫、空氣冷卻目的：同退火，更高的力學(xué)性能淬火：加熱，保溫，水、油或鹽水冷卻目的：提高零件的硬度和耐磨性，強化材料。但淬火後，出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，材料變脆，須回火。方法：單介質(zhì)淬火；雙介質(zhì)淬火第四節(jié)鋼的熱處理回火：零件淬火後，加熱至臨界溫度之下，保溫，以一定速度冷卻。目的：達到設(shè)計圖紙要求的硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。回火工藝的種類：

1、低溫回火（150～250

C）

2、中溫回火（350～500

C）

3、高溫回火（500～650

C）調(diào)質(zhì)處理－淬火＋高溫回火第四節(jié)鋼的熱處理表面熱處理：僅對鋼的表面進行加熱和冷卻而不改變其成分的熱處理工藝。目的：提高零件的表層硬度、抗磨損性能。方式：

感應(yīng)加熱：利用交流電的集膚效應(yīng)，對零件進行加熱，並通過控制電流頻率得到不同的淬硬層深度。

火焰加熱：利用火焰加熱工件表面，然後立即用水噴射冷卻。調(diào)節(jié)燒嘴的位置和移動速度即可得到不同厚度的淬硬層。。第四節(jié)鋼的熱處理化學(xué)熱處理將鋼件置於一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入其表面，改變其化學(xué)成分和組織，達到改進表面性能、滿足技術(shù)要求的熱處理過程。目的：提高鋼件表層的耐磨性、耐蝕性、抗氧化性和疲勞強度等力學(xué)性能。按表面滲入元素的不同，分為滲碳、氮化、碳氮共滲、滲硼、滲鋁等種類。第四節(jié)鋼的熱處理表面精飾是指在金屬零件的表面附上一層覆蓋層，以達到防蝕、裝飾等目的。種類電鍍：鍍鉻、鍍鎳、鍍鋅、鍍鎘、鍍銀化學(xué)處理：氧化和磷化塗漆第五節(jié)表面精飾第六節(jié)精密儀器材料選用原則使用要求、工藝要求、經(jīng)濟要求Fe－Fe3C相圖奧氏體連續(xù)冷卻時的組織轉(zhuǎn)變感應(yīng)加熱火焰加熱氣體滲碳法示意第三章

零件強度、剛度分析的基本知識主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)直桿軸向拉伸與壓縮第三節(jié)剪切第四節(jié)圓軸扭轉(zhuǎn)第五節(jié)梁的平面彎曲第六節(jié)複雜變形的強度計算第一節(jié)概述變形：彈性變形、塑性變形強度：零件抵抗破壞的能力。破壞形式：斷裂、過大的塑性變形。剛度：零件抵抗變形的能力。要求零件在受力時所產(chǎn)生的彈性變形在允許的限度內(nèi)。第一節(jié)概述受力（載荷）種類按載荷作用特徵分類

1、集中載荷

2、分佈載荷（均布載荷、非均布載荷）按載荷性質(zhì)分類

1、靜載荷

2、動載荷第一節(jié)概述變形的種類拉伸及壓縮，如鏈條、皮帶、桁架的拉桿（或壓桿）、立柱。剪切，如螺釘、鉚釘。扭轉(zhuǎn)，如傳動軸。彎曲，如各種梁。桿件：長度方向尺寸>橫向尺寸的構(gòu)件。第二節(jié)直桿軸向拉伸與壓縮受力特點：沿直桿軸線受拉或壓力。內(nèi)力：桿件受外力作用發(fā)生變形時，其內(nèi)部分子間同時產(chǎn)生抵抗變形的抗力。內(nèi)力與外力互相對立，互相依存，同時出現(xiàn)，同時消失。內(nèi)力求取方法—截面法應(yīng)力(

)：橫截面單位面積上的內(nèi)力。

>0，拉應(yīng)力；

<0，壓應(yīng)力第二節(jié)直桿軸向拉伸與壓縮直桿拉伸（壓縮）的強度條件：

＝FN/

A

[

]應(yīng)用：(參數(shù)-桿件截面面積A、所受載荷FN

)強度校核：

＝FN/

A

[

]計算截面：A

FN/[

]確定許用載荷：FN

A[

]

例3－1第三節(jié)剪切剪切一對大小相等、方向相反，且距離很近的橫向力作用於物體兩側(cè)，物體受力後受剪面發(fā)生相對錯動。剪切時的內(nèi)力和應(yīng)力內(nèi)力FQ＝F

切應(yīng)力

＝FQ

/AN/mm2

強度條件

＝FQ

/A

[

]應(yīng)用：安全銷例3-2第四節(jié)圓軸扭轉(zhuǎn)圓軸扭轉(zhuǎn)變形特徵變形特徵推論：

1、平面假設(shè)

2、無軸向應(yīng)變，各截面不存在正應(yīng)力

3、存在剪切變形，各截面存在切應(yīng)力TT第四節(jié)圓軸扭轉(zhuǎn)圓軸扭轉(zhuǎn)時的內(nèi)力橫截面的內(nèi)力－扭矩MnMn=T

方向判斷－右手法則TTIIMnMndx圓軸扭轉(zhuǎn)時的切應(yīng)力

1、變形幾何方程

T第四節(jié)圓軸扭轉(zhuǎn)Trd

oo'

dxrOO’d

AB

圓軸扭轉(zhuǎn)時的切應(yīng)力

2、物理方程在彈性範(fàn)圍內(nèi)，切應(yīng)力

與切應(yīng)變

之間的關(guān)係符合胡克定律第四節(jié)圓軸扭轉(zhuǎn)

maxMn圓軸扭轉(zhuǎn)時的切應(yīng)力

3、靜力學(xué)關(guān)係圓軸橫截面上微內(nèi)力矩的總和等於該面上的扭矩。

第四節(jié)圓軸扭轉(zhuǎn)Mn

dA

dA

切應(yīng)力：第四節(jié)圓軸扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)強度條件扭轉(zhuǎn)剛度條件

第四節(jié)圓軸扭轉(zhuǎn)空心軸在軸的截面面積相同的情況下，空心軸的強度和剛度都較實心軸大大提高。

第五節(jié)梁的平面彎曲平面彎曲梁的條件：梁的橫截面至少有一個對稱軸；全梁有縱向?qū)ΨQ面，所有的外力都作用在縱向?qū)ΨQ面內(nèi)。平面彎曲的特點梁的軸線在縱向?qū)ΨQ面內(nèi)彎曲成為一條平面曲線。第五節(jié)梁的平面彎曲梁的類型（根據(jù)支承情況分類）：簡支梁、懸臂梁、外伸梁約束反力第五節(jié)梁的平面彎曲彎曲粱的內(nèi)力－彎矩和剪力例剪力圖與彎矩圖之間的關(guān)係：1.粱上無載荷一段，剪力圖為常數(shù)，彎矩圖為斜直線；2.粱受集中載荷，剪力圖在受力處有躍變，彎矩圖有尖點；3.粱某段受均布載荷，剪力圖為斜線，彎矩圖為二次曲線；4.粱某處受力偶作用，受力處彎矩圖出現(xiàn)躍變。第五節(jié)梁的平面彎曲彎曲時的應(yīng)力平面彎曲變形特徵粱橫截面繞中性軸轉(zhuǎn)動，中性層以上纖維縮短，中性層以下纖維伸長。橫截面上應(yīng)力，中性層以上為壓應(yīng)力，中性層以下為拉應(yīng)力。第五節(jié)梁的平面彎曲彎曲時的應(yīng)力彎曲應(yīng)力計算

1、變形幾何方程

2、物理方程

3、靜力學(xué)關(guān)係粱橫截面上任意點彎曲正應(yīng)力的公式：第五節(jié)梁的平面彎曲彎曲強度條件薄壁型鋼：[

]b=[

]；實心鋼樑：[

]b=(1.1～1.2)[

]；工程實際計算中，常近似取[

]b=[

]。第五節(jié)梁的平面彎曲提高截面抗彎能力提高抗彎截面模量W－相應(yīng)改變截面安放狀態(tài)、截面形狀和大小。bhbhW1>W2第五節(jié)梁的平面彎曲彎曲剛度條件梁的剛度條件:

yF

ABCC’撓度轉(zhuǎn)角第五節(jié)梁的平面彎曲提高剛度的措施儘量減小梁的跨度（撓度

ln）

。對於比較細(xì)長的軸，可加中間支承，以限制梁的變形過大（注意安裝精度）。在結(jié)構(gòu)許可條件下，儘量用簡支梁代替懸臂梁，或在懸臂梁下加支撐桿。合理選擇截面形狀，提高慣性矩（工字鋼、空心軸、階梯軸）。第六節(jié)複雜變形的強度計算複雜變形構(gòu)件在兩個或兩個以上應(yīng)力下的變形。－力的疊加原理（簡單變形－疊加）拉伸（或壓縮）與彎曲作用下的變形扭轉(zhuǎn)與彎曲的聯(lián)合作用IntroductionMechanicsofMaterials拉-壓剪切彎曲瑞典馬爾摩的扭轉(zhuǎn)大樓

截面法求取內(nèi)力在需要求內(nèi)力的截面處，假想用一平面把桿件截開分成兩部分。取任一部分為分離體為受力分析對象，用內(nèi)力代替移去部分對分離體的作用。按平衡條件求內(nèi)力的大小和方向。FFIIFNFN’F＝FN例3－1如圖示，AB桿為鋼桿，其橫截面面積A1=6cm2，許用應(yīng)力[

]=140N/mm2；BC桿為木桿，橫截面面積A2=300cm2，許用壓應(yīng)力[

c]=3.5N/mm2。求最大許可載荷F。ABC3m4mF

BF

YXFN1FN2ABC’D’鋼板剪切FFFFABCD

螺栓受剪計算簡圖例3－2圖示螺栓聯(lián)接構(gòu)件承受負(fù)荷830N，已知螺栓材料的許用剪應(yīng)力60N/mm2，求螺栓所需直徑d。剪切力FQ=F/2=415N

剪切強度條件：

螺栓直徑為：3mm圓軸扭轉(zhuǎn)變形特徵各圓周線的形狀和大小不變，間距不變。各圓周線（橫截面）都繞軸心線相對轉(zhuǎn)動了某一角度。各縱線都轉(zhuǎn)動了（傾斜）同一微小角度

（剪切角或切應(yīng)變），小方格發(fā)生歪斜。lM

等距的母線和圓周線平面彎曲粱的條件縱向?qū)ΨQ面軸線F1F2qFR1FR2彎曲後的軸線對稱軸xO彎曲粱的內(nèi)力－例分析圖示簡支梁彎曲時的內(nèi)力。梁跨度l=5m，外載8000N，距左端A的距離a=3.2m。ABCxyalFHAFRAFRBFRAFRA11x22xFQMFQMxFO2880-5120aFQ(x)x0xM(x)a9.2103符號判斷剪力符號剪力對分離體內(nèi)任意點取矩，順時針為正，反之為負(fù)。彎矩符號彎矩使梁彎曲為凹形時為正，反之為負(fù)。剪力與彎矩的關(guān)係FRAFQFQFQM(x)M(x)M(x)+dM(x)xdxc平面彎曲平面假設(shè)中性層變形幾何方程物理方程

在彈性範(fàn)圍內(nèi)正應(yīng)力與應(yīng)變之間關(guān)係符合胡克定律，即 靜力學(xué)關(guān)係橫截面上微內(nèi)力矩的總和等於該面上的彎矩。Fn拉伸(壓縮)與彎曲的聯(lián)合作用FtFr徑向力Fr

均布壓應(yīng)力

y

y圓周力Ft

彎曲應(yīng)力

F

F

拉應(yīng)力壓應(yīng)力懸臂梁最大拉應(yīng)力合成應(yīng)力扭轉(zhuǎn)與彎曲的聯(lián)合作用FTFLXMTXMn力F使軸發(fā)生彎曲－彎矩圖力偶矩T使軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)－扭矩圖合成－第三強度理論正應(yīng)力切應(yīng)力第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)運動副及其分類第三節(jié)平面機構(gòu)的運動簡圖第四節(jié)平面機構(gòu)的自由度第五節(jié)平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第一節(jié)概述機構(gòu)、構(gòu)件和零件

機構(gòu)是傳遞運動和力或者導(dǎo)引構(gòu)件上的點按給定軌跡運動的機械裝置。機器機構(gòu)構(gòu)件零件獨立的運動單元獨立的製造單元內(nèi)燃機儀錶機構(gòu)運動副第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

由四個桿件組成的裝置，當(dāng)以桿件1為原動件，並做給定的獨立運動，桿件2，3隨之作確定的運動。該四個桿件組成一個機構(gòu)。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

由五個桿件組成的裝置，當(dāng)以桿件1為原動件，並作給定的獨立運動，桿件2，3，4的運動不確定。此種情況下，該五個桿件的組合不能稱為機構(gòu)。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析研究機構(gòu)的目的探討機構(gòu)運動的可能性及具有確定運動的條件；將機構(gòu)進行分類，並建立相應(yīng)的運動和動力分析的一般方法；正確繪製機構(gòu)運動簡圖；熟悉構(gòu)件組成機構(gòu)的規(guī)律，瞭解機構(gòu)的組成原理。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析缸體活塞連桿曲軸曲柄連桿機構(gòu)齒輪系凸輪機構(gòu)第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析零件－連桿體1、連桿頭2、軸套3、軸瓦4和5、螺桿6、螺母7、開口銷8構(gòu)件－連桿第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析儀錶機構(gòu)第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第二節(jié)運動副及其分類運動副：機構(gòu)中使兩構(gòu)件直接接觸，並能產(chǎn)生一定相對運動的聯(lián)接。轉(zhuǎn)動副齒輪副移動副第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析運動副的要素構(gòu)成運動副的點、線、面。運動副要素的幾何形狀決定了兩構(gòu)件的相對運動形式。運動副分類根據(jù)相對運動是平面的還是空間的，可分為平面運動副和空間運動副。本書主要討論平面運動副。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析自由度構(gòu)件所具有的獨立運動數(shù)目。約束對構(gòu)件獨立運動所加的限制。三個獨立參變數(shù)：x、y、

第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面運動副的分類：低副：兩構(gòu)件之間以面接觸的運動副。轉(zhuǎn)動副移動副具有兩個約束。高副：兩構(gòu)件之間以點或線接觸的運動副。具有一個約束。運動鏈、機構(gòu)第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面低副轉(zhuǎn)動副（曲面接觸）移動副（平面接觸）第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面高副凸輪高副（點接觸）齒輪高副（線接觸）第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第三節(jié)平面機構(gòu)的運動簡圖

機構(gòu)運動簡圖表示機構(gòu)中各構(gòu)件間相對運動關(guān)係的簡單圖形（用簡單的線條和符號代表構(gòu)件和運動副，並按一定比例表示各運動副間的相對位置）。不按比例繪製的簡圖稱為機構(gòu)示意圖。

注意：機構(gòu)運動簡圖與原機構(gòu)具有完全相同的運動特性！第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)運動簡圖的繪製分析機械的結(jié)構(gòu)和工作原理，沿著運動傳遞路線，找出原動件、工作執(zhí)行構(gòu)件及機架。確定構(gòu)件數(shù)，運動副的數(shù)目、類型和相對位置。選擇構(gòu)件的運動平面作為簡圖的投影面。選擇適當(dāng)?shù)拈L度比例尺，確定運動副的位置，並用構(gòu)件和運動副的符號繪出機構(gòu)的運動簡圖。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析常用平面運動副表示法第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析例：油泵機構(gòu)1圓盤2柱塞3構(gòu)件4機架ABC123例題二例題三例題一4第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

例題一：繪製圖示顎式破碎機的機構(gòu)運動簡圖24563AB1第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析例題二：繪製圖示偏心輪傳動機構(gòu)的運動簡圖

第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析例題三：圖示為一衝床。繞固定中心A轉(zhuǎn)動的菱形盤1為原動件，與滑塊2在B點鉸接，滑塊2推動撥叉3繞固定軸C轉(zhuǎn)動，撥叉3與圓盤4為同一構(gòu)件，當(dāng)圓盤4轉(zhuǎn)動時，通過連桿5使沖頭6實現(xiàn)衝壓運動。試?yán)L製其機構(gòu)運動簡圖。ABCDE123456第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第四節(jié)平面機構(gòu)的自由度

運動鏈閉式鏈每個構(gòu)件至少兩個運動副；首末封閉的系統(tǒng)開式鏈有的構(gòu)件只包含一個運動副；未構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng)第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)機架：固定構(gòu)件；一般相對地面固定不動。原動件：按給定已知運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件；常以轉(zhuǎn)向箭頭表示。從動件：其餘活動構(gòu)件；其運動規(guī)律決定於原動件的運動規(guī)律和機構(gòu)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件尺寸。機架原動件從動件返回第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)自由度機構(gòu)中各構(gòu)件相對於機架的所具有的獨立運動的數(shù)目。以鉸鏈四桿機構(gòu)為例。故機構(gòu)自由度為活動構(gòu)件自由度的總數(shù)與運動副引入的約束總數(shù)之差：

F=3n-2PL-PH

1234

1第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)具有確定運動的條件觀察：

1）自由度等於1，鉸鏈四桿機構(gòu)

2）自由度等於2，鉸鏈五桿機構(gòu)

3）自由度小於等於0，桁架

結(jié)論：當(dāng)F≤0時，構(gòu)件間不可能有相對運動。當(dāng)F＞0時，原動件數(shù)＞F，機構(gòu)遭破壞；原動件數(shù)＜F，機構(gòu)運動不確定；

原動件數(shù)＝F，機構(gòu)有確定的運動。舉例：牛頭刨床第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析電腦構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項？？？

複合鉸鏈同一軸線上有兩個以上的構(gòu)件用轉(zhuǎn)動副聯(lián)接時，則形成複合鉸鏈。局部自由度有些機構(gòu)中，某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運動，並不影響其他構(gòu)件的運動。這些局部運動的自由度稱為局部自由度。虛約束機構(gòu)中，有些運動副引入的約束可能與其它運動副的約束重複，因而實際並無約束作用，這類約束為虛約束。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析電腦構(gòu)自由度應(yīng)注意的事項小結(jié)存在於轉(zhuǎn)動副處正確處理方法：複合鉸鏈處有m個構(gòu)件則有(m-1)個轉(zhuǎn)動副◆複合鉸鏈◆局部自由度常發(fā)生在為減小高副磨損而將滑動摩擦變成滾動摩擦所增加的滾子處。正確處理方法：計算自由度時將局部自由度減去?！籼摷s束存在於特定幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下。正確處理方法：將引起虛約束的構(gòu)件和運動副除去不計。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

例題：計算圖示機構(gòu)的自由度。

n=3PL=4PH=0

F=3×3-2×4-0=1

1234虛約束例題1例題2例題3第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析1234

1取構(gòu)件4為機架與構(gòu)件1鉸接形成轉(zhuǎn)動副引入兩個約束，構(gòu)件2相對於機架4獨立運動數(shù)為1，F(xiàn)=（3-2）＋（3-2）。引入構(gòu)件1（x1，y1，

1）引入構(gòu)件2（x2，y2，

2）與機架4鉸接形成轉(zhuǎn)動副引入兩個約束，構(gòu)件1相對於機架4的獨立運動數(shù)只剩一個

1

。則F=3-2。同理引入構(gòu)件3，與構(gòu)件2鉸接形成轉(zhuǎn)動副引入兩個約束，構(gòu)件3相對於機架4的獨立運動數(shù)為1，F(xiàn)=(3-2)+(3-2)+(3-2)。最後構(gòu)件3與機架4鉸接形成轉(zhuǎn)動副再引入兩個約束，此時機構(gòu)的F=(3-2)+(3-2)+(3-2)-2＝1。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

鉸鏈四桿機構(gòu)1234

1F=1，對於構(gòu)件1的每一個轉(zhuǎn)動位置，構(gòu)件2，3便有一個確定位置，因此自由度等於1的機構(gòu)，有一個原動件時運動是確定的。若同時讓構(gòu)件3也為原動件，即讓構(gòu)件3在由構(gòu)件1確定位置後還可以作獨立運動，這是無法實現(xiàn)的，若強迫構(gòu)件3獨立運動，機構(gòu)將被損壞。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析鉸鏈五桿機構(gòu)若只以構(gòu)件1為原動件，則對於構(gòu)件1的每一個獨立運動，構(gòu)件2，3，4的運動位置不確定。若取構(gòu)件1和4為原動件，可知對於每一組(

1,

2),構(gòu)件2，3便有一個確定的相應(yīng)位置，即機構(gòu)的運動是確定的。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析1）自由度F=0，此為靜定桁架，各構(gòu)件皆不能產(chǎn)生相對運動。2）自由度F=-1，此為超靜定桁架，所受約束過多。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

圖示為一牛頭刨床初步設(shè)計方案。動力由齒輪1輸入，通過齒輪機構(gòu)1、2，導(dǎo)桿機構(gòu)3、4，使滑枕5前後運動，達到刨削目的。試分析其是否能實現(xiàn)設(shè)計意圖。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

解：作出機構(gòu)運動簡圖。n=5,PL=7,PH=1,機構(gòu)自由度

F=3×5-2×7-1=0

說明如此設(shè)計該機構(gòu)不能動。因為構(gòu)件3與構(gòu)件5的鉸接點c不能同時實現(xiàn)沿水準(zhǔn)方向的直線運動和繞A點的圓弧運動。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n=6,PL=8,PH=1,F=3×6-2×8-1=1666第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n=5,PL=6,PH=2,F=3×5-2×6-2=1第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析？？？第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析由m個構(gòu)件組成的複合鉸鏈，共有(m-1)個轉(zhuǎn)動副。注意：複合鉸鏈只存在於轉(zhuǎn)動副中！第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析電腦構(gòu)自由度時，將局部自由度除去不計。圖示滾子從動件凸輪機構(gòu)，除去局部自由度後n=2,PL=2,PH=1,F=3×2-2×2-1=1第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

在電腦構(gòu)自由度時，應(yīng)將引入虛約束的運動副和構(gòu)件除去不計。虛約束發(fā)生的幾種情況：

1）連接點的軌跡重合

2）當(dāng)不同構(gòu)件上兩點間的距離保持恒定時，在兩點間加上的一個構(gòu)件和兩個轉(zhuǎn)動副，引入的約束為虛約束。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析3）當(dāng)兩構(gòu)件構(gòu)成多個移動副而其導(dǎo)路又互相平行；或兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副而其軸線互相重合時，則只有一個移動副或轉(zhuǎn)動副起作用，其餘的都視為虛約束。即兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成運動副。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析n=3

Pl=4

PH=0

F=3n-(2Pl+PH)=3×3-2×4=1

兩構(gòu)件在幾處接觸而構(gòu)成運動副兩構(gòu)件在幾處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副且各轉(zhuǎn)動副的軸線是重合的。只有一個運動副起約束作用,其他各處均為虛約束;只按一個計算！第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析4）機構(gòu)中對運動不起作用的對稱部分會出現(xiàn)虛約束。行星輪系第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析用於連接構(gòu)件2和3的轉(zhuǎn)動副C即屬此種情況。因為C2和C3在未連接前的軌跡都沿Y軸。此時轉(zhuǎn)動副C將引入一個虛約束。計算時去掉構(gòu)件3和轉(zhuǎn)動副C以及3和機架移動副。F=3n-2pl–ph=3×4-2×6-0=0正確計算：不計引起虛約束的附加構(gòu)件和運動副數(shù)F=3×3-2×4-0=1第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析F=3n-2pL–pH=3×3-2×4-0=1F=3n-2pL–pH=3×4-2×6-0=0分析：E3和E5點的軌跡重合，引入一個虛約束正確：n=3

PL=4

PH=0

F=3n-(2PL+PH)=3

3-2

4=1

第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析例一：計算圖示某包裝機送紙機構(gòu)的自由度，並判斷該機構(gòu)是否有確定運動。解法1：第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析解法2：

複合鉸鏈：D包含2個轉(zhuǎn)動副(桿4和7)局部自由度：F’=2虛約束：桿8及轉(zhuǎn)動副F、I引入1個虛約束。計算自由度前直接去除虛約束和局部自由度：n=6pL=7pH=3F=3n-2pL-pH=1

第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析例題二：計算圖示機構(gòu)的自由度，如有複合鉸鏈、局部自由度和虛約束,需明確指出。畫箭頭的構(gòu)件為原動件。複合鉸鏈局部自由度1個虛約束複合鉸鏈第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析例題三：計算圖示機構(gòu)自由度。分析：該機構(gòu)具有5個活動構(gòu)件，有7個轉(zhuǎn)動副，即低副，沒有高副。於是機構(gòu)自由度為123456

F=3n-2pL–pH

=3×5-2×7-0=1第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

第五節(jié)平面機構(gòu)的組成原理和結(jié)構(gòu)分析

平面機構(gòu)的高副低代為了便於對含有高副的平面機構(gòu)進行分析，將機構(gòu)中的高副根據(jù)一定的條件用一種虛擬的低副和構(gòu)件的適當(dāng)組合來代替。高副低代的替代條件替代前後機構(gòu)的自由度、瞬時速度和暫態(tài)加速度保持不變。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析高副低代的方法：用一個含有兩個低副的虛擬構(gòu)件來代替高副，且兩低副位置分別在兩高副兩元素接觸點處的曲率中心。高副兩元素均為圓弧nn4第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

接觸點的法線上找出兩曲線接觸處的曲率中心K1、K2，用鉸鏈四桿機構(gòu)O1K1K2O2來暫態(tài)代替原高副機構(gòu)。高副元素為非圓曲線第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

當(dāng)兩接觸輪廓之一為直線時，直線的曲率中心趨於無窮遠(yuǎn)，該轉(zhuǎn)動副演化為移動副。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

當(dāng)兩接觸輪廓之一為一點時，其曲率半徑為零，該轉(zhuǎn)動副就在該點處。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析兩接觸輪廓分別為直線和點。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析高副元素曲線和曲線曲線和直線曲線和點點和直線高副機構(gòu)暫態(tài)替代機構(gòu)常見高副低代類型第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析基本桿組不能再拆的最簡單的自由度為零的構(gòu)件組稱為組成機構(gòu)的基本桿組。機構(gòu)的組成原理任何機構(gòu)都可以看做是有若干個基本桿組依次聯(lián)接於原動件和機架上而構(gòu)成。自由度為F的機構(gòu)=F個主動桿

+1個自由度為0的機架

+若干個自由度為0的基本桿組第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析桿組若基本桿組的構(gòu)件數(shù)為n，低副數(shù)為PL

由F＝3n－2PL＝0，得3n＝2PL

故n246……

PL369……Ⅱ級桿組Ⅲ級桿組……機構(gòu)的級別取決於其所含基本桿組中的最高級別－如Ⅱ級機構(gòu)第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析＋＋八桿機構(gòu)的組成

第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析注意：桿組的全部外接運動副不能都並接到一個構(gòu)件上，因為這種並接會使桿組與被並接件形成桁架，如圖所示，起不到增加桿組的作用。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析將已知的機構(gòu)分解為原動件、機架和基本桿組，並確定機構(gòu)的級別。機構(gòu)分析的目的瞭解機構(gòu)的組成，確定機構(gòu)的級別。機構(gòu)分析的過程把機構(gòu)分解為基本桿組、機架和原動件。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析步驟：

1）計算自由度，確定原動件。

2）除去虛約束和局部自由度，進行高副低代。

3）從遠(yuǎn)離原動件的構(gòu)件開始，先試拆Ⅱ級桿組，如不行再試拆Ⅲ級桿組。當(dāng)拆去一個桿組後，按上述順序重複進行，直到只剩下機架和原動件為止。

4）確定機構(gòu)的級別。

注意：桿組的增減不應(yīng)改變機構(gòu)的自由度。

舉例第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析常見Ⅱ級桿組第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析常見Ⅱ級桿組第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析常見Ⅲ級桿組第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析試對圖示機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)分析。第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析高副低代第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析拆Ⅱ級桿組

56cB第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

56cBA拆Ⅱ級桿組3BG4第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

56cBA3BG4拆Ⅱ級桿組原動件與機架此機構(gòu)為Ⅱ級機構(gòu)第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機構(gòu)自由度計算中有關(guān)虛約束的識別。首先要正確掌握虛約束的概念。兩個構(gòu)件形成運動副將引入約束，會對構(gòu)件的自由度產(chǎn)生限制。如果引入的約束所限制的自由度，已被其他約束限制，則該約束就是虛約束。掌握機構(gòu)中虛約束常出現(xiàn)的幾種情況。當(dāng)兩個構(gòu)件形成多個移動副，導(dǎo)路又互相平行，或兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副。而軸線互相重合時，將出現(xiàn)虛約束的情況。要注意是兩個構(gòu)件形成的。本章難點第四章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析第五章平面連桿機構(gòu)

平面鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式及其演化。平面四桿機構(gòu)的若干基本知識。平面四桿機構(gòu)的基本設(shè)計方法。本章重點主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)平面四桿機構(gòu)的分類第三節(jié)平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件

和幾個基本概念第四節(jié)平面四桿機構(gòu)的設(shè)計第一節(jié)概述一、平面連桿機構(gòu)由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的一種平面機構(gòu)。作用：傳遞運動、放大位移、改變位移的性質(zhì)。

送料機構(gòu)攪拌機構(gòu)二、平面連桿機構(gòu)的特點優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，能實現(xiàn)多種運動規(guī)律和運動軌跡的要求；桿與桿間是低副聯(lián)接，接觸面積大、壓強小、磨損小；製造容易。缺點各構(gòu)件因是低副聯(lián)接，存在間隙，傳動精度低；不適用於高速傳動。三、四連桿機構(gòu)是最基本的平面連桿機構(gòu)第二節(jié)平面四桿機構(gòu)的分類機架4連桿2根據(jù)兩連架桿運動形式的不同進行分類－五種基本類型1234

1連架桿1&3一、曲柄搖桿機構(gòu)一個連架桿能作整周回轉(zhuǎn)運動-曲柄。另一連架桿僅在一定角度範(fàn)圍內(nèi)擺動-搖桿。曲柄－原動件，搖桿－從動件曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動搖桿的往復(fù)擺動

雷達天線的俯仰機構(gòu)搖桿－原動件，曲柄－從動件搖桿的往復(fù)擺動曲柄的整周轉(zhuǎn)動

縫紉機踏板機構(gòu)

壓力P1、P2分別作用在兩個波紋管上，推動與波紋管固聯(lián)的軸1向右移動，驅(qū)動擺桿2，再經(jīng)過曲柄搖桿機構(gòu)ABCD，將搖桿AB的小轉(zhuǎn)角傳動放大為曲柄CD的大轉(zhuǎn)角。雙波紋管差壓計二、雙曲柄機構(gòu)兩連架桿均為曲柄，可作整周回轉(zhuǎn)運動。

慣性篩平行四邊形機構(gòu)：相對兩桿平行且相等兩曲柄以相同的角速度同向轉(zhuǎn)動，連桿作平移運動。

機車車輪聯(lián)動機構(gòu)

平行機構(gòu)1

平行機構(gòu)2三、雙搖桿機構(gòu)兩連架桿均為搖桿，只能在有限範(fàn)圍內(nèi)徑往復(fù)擺動。飛機起落架機構(gòu)

鶴式起重機E點走出一近似直線軌跡四、曲柄滑塊機構(gòu)由曲柄搖桿機構(gòu)演化而成。演化過程

曲柄滑塊機構(gòu)型式:

對心曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)應(yīng)用彈簧管壓力錶內(nèi)燃機機械壓力機工作原理圖五、導(dǎo)桿機構(gòu)由曲柄滑塊機構(gòu)演變而來,曲柄為機架導(dǎo)桿類型

a.轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)（桿1長度小於桿2）

b.擺動導(dǎo)桿機構(gòu)（桿1長度大於桿2）1243擺桿導(dǎo)桿導(dǎo)桿－小型刨床應(yīng)用牛頭刨床傳動機構(gòu)ABCDE

第三節(jié)平面四桿機構(gòu)曲柄存在條件

和幾個基本概念

一、曲柄存在的條件取決於機構(gòu)各桿件的相對長度及機架的選擇四桿機構(gòu)曲柄存在的必要條件為：

1）曲柄、機架之一是最短桿

2）最短桿與最長桿的長度之和小於或等於其餘兩桿長度之和（桿長條件）

必須同時滿足，首先檢查第二個條件：如果不滿足桿長條件，機構(gòu)中不可能有曲柄，不管以哪個桿件為機架，只能構(gòu)成雙搖桿機構(gòu)。

在滿足桿長條件的前提下：1.若以最短桿為機架，則構(gòu)成雙曲柄機構(gòu)2.若以最短桿任一相鄰桿為機架，則構(gòu)成曲柄搖桿機構(gòu)。3.若以最短桿相對的桿為機架，則構(gòu)成雙搖桿機構(gòu)。二、壓力角與傳動角壓力角

：從動件CD上C點所受作用力的方向與該點速度方向之間所夾的銳角。

越小，傳動效率越高。傳動角

：連桿與從動件所夾的銳角，壓力角的餘角。

＝90-，

越小，

越大，傳動效率越高。一般

min40驅(qū)動力1-主動件

曲柄搖桿機構(gòu)的最小傳動角將出現(xiàn)在曲柄與機架兩次共線的位置，比較即得

min

。三、死點位置機構(gòu)運轉(zhuǎn)時，搖桿為主動件，當(dāng)連桿與從動件處於共線位置時，經(jīng)連桿作用於從動件上的力F通過從動件的鉸鏈中心，使驅(qū)動從動件的有效分力為零，不論力F多大，都不能使從動件轉(zhuǎn)動。主動件對於平行四邊形機構(gòu)，當(dāng)曲柄與連桿共線時，傳動角為零，同時整個機構(gòu)的構(gòu)件重合為一條直線，這時從動曲柄CD存在正、反轉(zhuǎn)兩種可能，稱為轉(zhuǎn)向點。克服死點、轉(zhuǎn)向點的方法

1．在從動件上安裝轉(zhuǎn)動慣量大的飛輪?？p紉機踏板機構(gòu)2．相同機構(gòu)錯位排列汽車發(fā)動機死點位置利用利用死點位置實現(xiàn)特定的工作要求

1.飛機起落架機構(gòu)落地後作用力不會使起落架反轉(zhuǎn)保證飛機安全可靠降落。

2.夾具夾緊機構(gòu)機構(gòu)不會松脫3.開關(guān)機構(gòu)保證融點可靠接觸三．行程速度變化係數(shù)急回特性

擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，曲柄AB等速逆時針回轉(zhuǎn)，由B’→B”(

1=180°+),

由B”→B’(

2=180°-)，擺動角度同為

，但

1>2，故

1<2，具有急回運動特徵。

－曲柄在兩極限位置時所夾銳角，也等於導(dǎo)桿的擺角

，極位夾角。行程速度變化係數(shù)K

表明急回運動特徵的相對程度的參數(shù)

四桿機構(gòu)有無急回特徵就取決於機構(gòu)運動中有無極位夾角。機構(gòu)的極位夾角θ越大，則機構(gòu)的急回特徵越顯著。θ=0無急回特徵θ>0有急回特徵θ>0有急回特徵第四節(jié)平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)設(shè)計-根據(jù)給定的運動條件，確定機構(gòu)運動簡圖的尺寸參數(shù)。平面四桿機構(gòu)設(shè)計，主要有兩類問題：

①實現(xiàn)給定從動件的運動規(guī)律（位置，速度，加速度）

②實現(xiàn)給定的運動軌跡平面四桿機構(gòu)的設(shè)計方法圖解法、實驗法、解析法一、圖解法（一）按給定的行程速度變化係數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)

1.曲柄搖桿機構(gòu)已知：曲柄搖桿機構(gòu)中搖桿CD長度和擺動角

max

、行程速度變化係數(shù)K

設(shè)計：四桿機構(gòu)分析圖示為要求設(shè)計的四桿機構(gòu)的兩個極限位置，鉸鏈A的中心必在過C1、C2

兩點且圓周角等於θ的一個圓上。設(shè)計步驟1)

計算極位夾角θ＝180°

(K-1)/(k＋1)2)

按比例畫出過C1、C2點，且圓周角等於θ的圓。3)

按其他條件在圓上確定鉸鏈A的位置4)

從圖中量取=b＋a，=b－a

曲柄長度

連桿長度2.偏置曲柄滑塊機構(gòu)已知滑塊行程S，偏距e及行程速度變化係數(shù)K，設(shè)計此偏置曲柄滑塊機構(gòu)。（二）按給定連桿的兩個或三個位置設(shè)計四桿機構(gòu)已知：連桿BC的三個位置設(shè)計的實質(zhì)是確定固定鉸鏈A、D的位置B1、B2、B3所在圓的圓心即為鉸鏈A位置。C1、C2

、C3

所在圓的圓心即為鉸鏈D的位置。若僅知道連桿BC的二個位置，可通過其他條件確定A、D位置（三）按給定連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)已知:曲柄AB及其三個位置，機架AD的長度，構(gòu)件CD上某直線DE的三個位置。

分析本設(shè)計的實質(zhì)是求活動鉸鏈C的第一個位置C1。可通過連架桿AB對CD的相對運動來確定鉸鏈C的位置，即,將連架桿CD上某直線DE的第一個位置DE1當(dāng)作機架不動，連架桿AB看作連桿,採用反轉(zhuǎn)法實現(xiàn)AB對CD的相對運動。

步驟：1、將四邊形分別剛性地繞D點反轉(zhuǎn)，使分別與重合，則得到構(gòu)件AB對機架CD相對運動的三個位置（圖中未畫出）。此時問題轉(zhuǎn)化為給定連桿三個位置設(shè)計四桿機構(gòu)。2、作的中垂線，則交點為。E1二.解析法（一）鉸鏈四桿機構(gòu)的傳動特性及設(shè)計（二）曲柄滑塊機構(gòu)的傳動特性及設(shè)計（三）正弦、正切機構(gòu)的傳動特性及其設(shè)計

正弦機構(gòu)正切機構(gòu)低副高代

正弦機構(gòu)正切機構(gòu)正弦機構(gòu)的傳動特性是非線性機構(gòu)正切機構(gòu)的傳動特性是非線性機構(gòu)

應(yīng)用奧氏測微儀簡圖

立式光學(xué)比較儀簡圖

正弦機構(gòu)原理誤差線性度盤

將sin

展開，取前兩項得

正切機構(gòu)原理誤差設(shè)計原則合理選擇傳動型式－－高精度儀器儀錶中，多採用正弦機構(gòu)，精度較低時一般採用正切機構(gòu)。條件相同時，正弦機構(gòu)的原理誤差是正切機構(gòu)的1/2。測桿移動副的間隙對正弦機構(gòu)精度沒有影響，但對正切機構(gòu)影響大。正切機構(gòu)的結(jié)構(gòu)工藝性比正弦機構(gòu)好把工作角度限制在很小範(fàn)圍內(nèi)，儘量增大參數(shù)a的長度擺桿長度的調(diào)整，即採用參數(shù)a可調(diào)整的結(jié)構(gòu)

2)測量範(fàn)圍一定情況下，參數(shù)a增大，則工作角度減小，從而減小3)採用參數(shù)a可調(diào)整的結(jié)構(gòu)

正弦機構(gòu)原理誤差的調(diào)整正切機構(gòu)原理誤差的調(diào)整擺桿長度的調(diào)整結(jié)構(gòu)

偏心調(diào)整結(jié)構(gòu)螺釘調(diào)整結(jié)構(gòu)

彈性擺桿結(jié)構(gòu)擺桿支撐間隙的影響與消除

錯誤的機構(gòu)原點位置a)正弦機構(gòu)b)正切機構(gòu)

本章難點：本章難點是採用反轉(zhuǎn)法設(shè)計四桿機構(gòu)反轉(zhuǎn)法包含兩個概念：1.剛化2.反轉(zhuǎn)剛化：將四桿機構(gòu)運動中每一位置時各構(gòu)件的相對位置固定起來，把此位置時的四個構(gòu)件整體視為一個剛體。反轉(zhuǎn)：利用相對運動的原理，將各位置時的剛體反方向轉(zhuǎn)動，使各位置選定的基線都與此基線的初始位置重合，將求活動鉸鏈中心的問題轉(zhuǎn)化為求固定鉸鏈中心的問題。機械式測量儀錶的組成靈敏元件傳動機構(gòu)示數(shù)裝置ps

將感受的物理量轉(zhuǎn)換為元件的變形位移。如：彈簧管－流體壓力真空膜盒－高空至地面的距離雙金屬片－溫度解析法設(shè)計曲柄滑塊機構(gòu)機械式測量儀錶的組成靈敏元件傳動機構(gòu)示數(shù)裝置ps

指針，等分刻度度盤將靈敏元件位移傳動到指針機械式測量儀錶的組成靈敏元件傳動機構(gòu)示數(shù)裝置ps

因靈敏元件的轉(zhuǎn)化特性存在誤差，故要求傳動機構(gòu)：

①具有調(diào)整環(huán)節(jié)以改變傳動比；②具有非線性補償功能，以校正敏感元件特性的非線性誤差。曲柄滑塊機構(gòu)作為傳動機構(gòu)，可實現(xiàn)上述要求：

①調(diào)整構(gòu)件尺寸可改變傳動比；②曲柄滑塊機構(gòu)傳動特性具有非線性，利用其非線性可以抵消靈敏元件非線性誤差，使儀錶測量精度滿足要求。解析法設(shè)計曲柄滑塊機構(gòu)一、曲柄滑塊機構(gòu)的傳動特性滑塊位移S與曲柄轉(zhuǎn)角

之間的關(guān)係稱為曲柄滑塊機構(gòu)的傳動特性。

S＝f(

)ABCseab+－

0

0

曲柄滑塊機構(gòu)yxC’O曲柄滑塊傳動特性方程當(dāng)滑塊為主動件時，機構(gòu)的傳動比：

為簡化計算，便於製成相應(yīng)圖譜，特引入無量綱係數(shù)：

①滑塊相對位移②連桿相對長度

③相對偏距代入曲柄滑塊特性傳動方程得：得相對傳動比：ia|

=0=1相對傳動比和絕對傳動比之間的關(guān)係1若確定，則得ia-

圖譜曲柄滑塊機構(gòu)的曲線1ia－

二、非線性補償設(shè)計舉例：壓力錶設(shè)計中的曲柄滑塊機構(gòu)（一）壓力錶設(shè)計任務(wù)要求：

a.測量範(fàn)圍0～1Mpa

b.指針、度盤示數(shù)，度盤標(biāo)度角270°，等分刻度

c.壓力錶精度為1.5級解析法設(shè)計曲柄滑塊機構(gòu)壓力錶測量允許誤差

1.5級表測量允許誤差為：在測量範(fàn)圍內(nèi)任一壓力處測量值與標(biāo)準(zhǔn)值（標(biāo)準(zhǔn)表的示值）之差小於滿幅壓力pmax

1.5%。即儀錶允許誤差

為

＝1Mpa1.5%＝0.015Mpa若壓力錶示值曲線全部在兩條平行虛線內(nèi)，儀錶為合格。

圖中在滿幅壓力和中間一段壓力處測量誤差大於允許誤差，為不合格！

P(Mpa)

270°10壓力錶示值標(biāo)準(zhǔn)表示值測量允許誤差

（二）彈簧管特性測量壓力的敏感元件－彈簧管自由端封閉

在被測壓力p的作用下，彈簧管自由端沿固定方向產(chǎn)生直線位移s，該直線與自由端切線t-t成

角，

由彈簧管中心角

0決定。即

＝f

(0)。自由端位移s與壓力p成正比，即s=Ksp，故彈簧管具有線性轉(zhuǎn)換特性。R0

0Otts

pC（三）線性傳動方案彈簧管齒輪傳動指針－度盤ps

(線性轉(zhuǎn)換)(線性傳動)(線性刻度)Otts

pC

批量生產(chǎn)中的彈簧管特性離散度很大，並存在非線性，造成滿幅測量值或某一段測量值超差。而齒輪為恒定傳動比傳動，對傳動比沒有調(diào)整功能。故此方案不能滿足儀錶測量精度要求。Otts

pC

（四）加入曲柄滑塊機構(gòu)進行非線性補償方案採用二級放大傳動，第一級為曲柄滑塊機構(gòu)，用於非線性補償，應(yīng)按近似線性傳動特性設(shè)計機構(gòu)參數(shù)；第二級為齒輪傳動。彈簧管齒輪指針度盤ps

(線性轉(zhuǎn)換)(線性傳動)(線性刻度)曲柄滑塊

(近似線性傳動)曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計的原始數(shù)據(jù)

①滑塊最大位移smax：

smax即彈簧管滿幅壓力時位移。

②曲柄工作轉(zhuǎn)角

g：

g=270°/i2

i2－二級齒輪傳動比Otts

pC

0eBAEab曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計步驟

①初步選定曲柄滑塊機構(gòu)的

、

的值，即在曲線譜中選定一條曲線。

ia

=1

＝4Oia－

曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計步驟

②確定曲柄滑塊機構(gòu)的工作區(qū)間。因其傳動特性為近似線性，故工作區(qū)間在極值點附近。以一定步長，利用式

搜索曲線極值點

e。

以極值點

e對稱分佈找出初始角

0(H點)和終止點

z(F點)，及對應(yīng)的iaH

、iaF。有

0＝

e－

g/2

z＝

e＋

g/2

e

ia

=1

＝4Oia0

0

ZiaFiaHHF

g1曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計步驟③求機構(gòu)參數(shù)傳動比i=

g/smax

相對傳動比的平均值iam=(iaH+ia0)/2

或

iam=(iaF+ia0)/2

曲柄長a=iam/i

連桿長b=a

偏距e=a

ia

=1

Oia0

0

ZiaFiaHHF

gOtts

pC

0eBAEab壓力錶示值的校正過程

1、滿幅測量值調(diào)整改變曲柄AB長度a

（曲柄長a與傳動比i反比）實現(xiàn)在零點示值和滿幅點示值的準(zhǔn)確性2、示值非線性補償中段示值誤差超過允許值

P(Mpa)270°10壓力錶示值標(biāo)準(zhǔn)表示值滿幅測量值調(diào)整斜率過小斜率過大為實現(xiàn)測量值的非線性補償，應(yīng)增大低端傳動比和減小高端傳動比。F

g

ia

=1=4Oia0

0

ZiaFiaHH

P(Mpa)270°10初始端|

0|

增大H點左移iaH增大終止端

z減小F點左移iaF減小示值非線性補償措施：在結(jié)構(gòu)設(shè)計上將曲柄軸A安裝在一組上下夾板上，夾板可繞中心軸O調(diào)整，A軸位置發(fā)生改變。Otts

pC

0eBAEab

允許彈簧管的離散度和非線性度有一定的誤差，最後通過校表過程使之滿足1.5級表的測量精度要求。

P(Mpa)270°10壓力錶示值標(biāo)準(zhǔn)表示值非線性校正測量結(jié)果小結(jié)

設(shè)計測量儀錶不僅要滿足測量精度要求，還要考慮製造的工藝性和成本。滿足儀錶測量精度要求不能一味提高零件精度，需要安排調(diào)整環(huán)節(jié)和校正環(huán)節(jié)，以降低生產(chǎn)成本。所以很多高精度儀錶是通過校正的方法來實現(xiàn)測量精度的。第六章凸輪機構(gòu)第一節(jié)概述第二節(jié)從動件常用運動規(guī)律第三節(jié)圖解法設(shè)計平面凸輪輪廓第四節(jié)解析法設(shè)計平面凸輪輪廓第五節(jié)凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定本章重點

1.平面凸輪輪廓曲線的設(shè)計

2.凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定主要內(nèi)容一、凸輪機構(gòu)組成：凸輪、從動件和機架凸輪：是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，通常作連續(xù)等速轉(zhuǎn)動。從動件：按預(yù)定運動規(guī)律作間歇（或連續(xù)）直線往復(fù)移動或擺動。特點：從動件可按任意給定規(guī)律運動，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；凸輪輪廓加工困難，從動件易磨損。第一節(jié)概述內(nèi)燃機

二、凸輪機構(gòu)類型按凸輪的形狀分

1.盤形凸輪a）移動凸輪b）

2.圓柱凸輪c）按從動件的形狀分

1.尖底從動件a）2.滾子從動件b）

3.平底從動件c）第二節(jié)從動件常用運動規(guī)律回程推程停程盤形凸輪機構(gòu)基圓－rb行程－h(huán)推(回)程運動角－、’遠(yuǎn)(近)程休止角－

s、s’從動件運動規(guī)律是從動件在整個工作迴圈中，運動參數(shù)（位移、速度和加速度）隨凸輪轉(zhuǎn)角

變化的規(guī)律。從動件的運動規(guī)律與一定的凸輪輪廓形狀相對應(yīng)。一.等速運動規(guī)律剛性衝擊適用於低速凸輪機構(gòu)

二.等加速等減速運動規(guī)律

等加速等減速柔性衝擊適用於中、低速凸輪機構(gòu)

三.簡諧運動規(guī)律在運動始末點（A、E點），加速度有變化－柔性衝擊，只適於中速；當(dāng)從動件作連續(xù)升-降迴圈運動時，加速度曲線連續(xù)，無衝擊，可用於高速凸輪機構(gòu)。第三節(jié)圖解法設(shè)計平面凸輪輪廓已知：從動件的運動規(guī)律凸輪的基圓半徑方法：反轉(zhuǎn)法原理：設(shè)想凸輪固定不動，從動件一方面隨導(dǎo)路繞凸輪軸心反方向轉(zhuǎn)動，同時又按給定的運動規(guī)律在導(dǎo)路中作相對運動，從動件尖底的運動軌跡就是凸輪的輪廓曲線。一.直動從動件盤形凸輪輪廓

1、尖底從動件

已知：從動件導(dǎo)路與凸輪回轉(zhuǎn)中心的偏距e

凸輪基圓半徑rb

凸輪以等角速度

逆時針方向轉(zhuǎn)動從動件的位移線圖

步驟：以o為圓心作基圓和偏距圓確定從動件起始位置C。使從動件中心線與偏距圓切於A點，並與基圓交於C點。將運動線圖分成若干等分，並將偏距圓自A點沿順時針方向分成對應(yīng)的等分A1、A2……。erbCAO過分點A1、A2……作偏距圓切線，交基圓於B1、B2……等點。從動件尖底從B1點沿切線方向移動S1到C1點，從B2移動S2到C2點……，用光滑曲線連接C-C1-C2……，此曲線為凸輪輪廓曲線。2、滾子從動件以滾子中心作為上述從動件尖底，依上述方法畫出凸輪輪廓理論廓線。