單元五平面連桿機構(gòu)“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材機械設計基礎（第2版）“十三五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材01機器與結(jié)構(gòu)PARTONE5.1機器與結(jié)構(gòu)一、機器及其特性1、機器的含義。任何機器都是為實現(xiàn)某種功能而設計制作的,它是人類在長期生產(chǎn)實踐中創(chuàng)造出來的重要工具,利用機器可以減輕人類的勞動,大大提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量,創(chuàng)造出更多的物質(zhì)財富。2、機器的組成。機器的種類繁多，其結(jié)構(gòu)和用途各不相同,然而一部完整的機器可歸納為由四大部分組成：原動機部分、執(zhí)行部分、傳動部分和檢控部分。5.1機器與結(jié)構(gòu)二、機構(gòu)及其特征如果僅有上述三個特征中前兩個特征的組合體，稱為機構(gòu)。因此,機構(gòu)只是完成傳遞運動、力或改變運動形式的實體組合。機構(gòu)是機器的主要組成要素。一臺機器可以只有種機構(gòu)(如顎式破碎機只有一個曲柄搖桿機構(gòu)),也可以由數(shù)種機構(gòu)組成，如工業(yè)機器人等。三、構(gòu)件和零件組成機械的各個相對運動的實體稱為構(gòu)件。構(gòu)件可以是單一的零件，也可由多個零件剛性連接而成。因此,構(gòu)件和零件的區(qū)別：構(gòu)件是運動的單元，而零件是制造的單元。02平面機構(gòu)運動簡圖PARTtwo5.2平面機構(gòu)運動簡圖1、構(gòu)件自由度和運動副。構(gòu)件具有獨立運動的數(shù)目稱為構(gòu)件的自由度。顯然,作平面運動的構(gòu)件具有三個自由度,可用x、y、a這三個獨立運動的位置參數(shù)來表示。兩個構(gòu)件既直接接觸又能保持一定相對運動的連接，稱為運動副。一、運動副及其分類5.2平面機構(gòu)運動簡圖2、運動副的分類。運動副按兩構(gòu)件接觸的幾何特征分為高副和低副。一、運動副及其分類5.2平面機構(gòu)運動簡圖3、構(gòu)件及運動副的規(guī)定符號，見表5-1。一、運動副及其分類5.2平面機構(gòu)運動簡圖以圖5-9所示的縫紉機踏板機構(gòu)為例，說明繪制機構(gòu)運動簡圖的方法和步驟。二、機構(gòu)運動簡圖的繪制5.2平面機構(gòu)運動簡圖1、平面機構(gòu)自由度機構(gòu)。自由度是指機構(gòu)所具有的獨立運動的數(shù)目，平面機構(gòu)自由度F的計算公式如下：2、機構(gòu)具有確定相對運動的條件。絕大多數(shù)只有一個自由度的機構(gòu)，只要使某一構(gòu)件按給定的規(guī)律運動,機構(gòu)的運動便完全確定了,即只需一個主動件。而對于具有兩個自由度的機構(gòu),即需要兩個主動件,依此類推。三、平面機構(gòu)具有確定相對運動的條件5.2平面機構(gòu)運動簡圖3、幾種特殊情況的處理。機構(gòu)中有三種特殊情況，須經(jīng)處理后才能用式(5-2)計算機構(gòu)自由度，這三種情況是：復合鉸鏈、局部自由度和虛約束。三、平面機構(gòu)具有確定相對運動的條件03平面四桿機構(gòu)及其應用PARTthree5.3平面四桿機構(gòu)及其應用一、鏈四桿機構(gòu)較鏈四桿機構(gòu)是將四個構(gòu)件用四個轉(zhuǎn)動副組成的機構(gòu),如圖5-15所示。1、較鏈四桿機構(gòu)的類型。按連架桿的運動特性,鏈四桿機構(gòu)可分為三種基本類型：曲柄搖桿機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)。5.3平面四桿機構(gòu)及其應用一、鏈四桿機構(gòu)較鏈帶移動副的四桿機構(gòu)是將四個構(gòu)件以轉(zhuǎn)動副和移動副連接成的平面機構(gòu)。帶移動副的四桿機構(gòu)按移動副的數(shù)目分為單移動副四桿機構(gòu)和雙移動副四桿機構(gòu)。1、曲柄滑塊機構(gòu)。如圖5-24所示曲柄滑塊機構(gòu)運動簡圖。5.3平面四桿機構(gòu)及其應用一、鏈四桿機構(gòu)較鏈2、導桿機構(gòu)。若將對心曲柄滑塊機構(gòu)(見圖5-24(a))中的構(gòu)件1作為機架,就形成導桿機構(gòu)。導桿機構(gòu)可分為轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)和擺動導桿機構(gòu)兩種。5.3平面四桿機構(gòu)及其應用一、鏈四桿機構(gòu)較鏈3、定塊機構(gòu)。若取對心曲柄滑塊機構(gòu)(見圖5-24(a))中的構(gòu)件3(滑塊)為機架,如圖5-28(a)所示，則滑塊固定不動，故稱為固定滑塊機構(gòu)，簡稱定塊機構(gòu)。4、搖塊機構(gòu)。若取對心曲柄滑塊機構(gòu)(見圖5-24(a))中的構(gòu)件2為機架如圖5-29(a)所示,因滑塊3只能相對機架搖動,故稱為搖動滑塊機構(gòu)，簡稱搖塊機構(gòu)。5.3平面四桿機構(gòu)及其應用三、平面四桿機構(gòu)的急回特性和行程速比系數(shù)1、極位夾角。如圖5-30所示的曲柄搖桿機構(gòu)，主動件AB在AB1和AB2兩位置之間所的銳角，稱為極位夾角。2、急回特性與行程速比系數(shù)K。04平面機構(gòu)支反力和構(gòu)件受力分析PARTfore5.4平面機構(gòu)支反力和構(gòu)件受力分析1、約束力的概念。約束限制了物體本來可能產(chǎn)生的某種運動，即限制了某種自由度。約束限制物體運動的力,稱為約束力。一、機構(gòu)運動副的約束力及件受力圖5.4平面機構(gòu)支反力和構(gòu)件受力分析2、運動副中的約束力。(1)高副中的約力。一、機構(gòu)運動副的約束力及件受力圖5.4平面機構(gòu)支反力和構(gòu)件受力分析（2）低副中的約束力。a.固定餃鏈副中的約束力。b.移動餃鏈副中的約束力。C.移動副中的約束力。一、機構(gòu)運動副的約束力及件受力圖3、構(gòu)件的受力圖。在分離體上畫出它所受的全部主動力和約束力,就稱為該構(gòu)件的受力圖。畫受力圖的一般步驟如下：畫出分析對象的分離體簡圖；在簡圖上標出所有主動力；在簡圖上解除約束處畫出約束力。5.4平面機構(gòu)支反力和構(gòu)件受力分析1、力在軸上的投影。2、平面任意力系的平衡方程式。物體在平面任意力系作用下,若保持平衡，則必須使力和力偶都達到平衡,由此可得出平面任意力系的平衡方程式為：二、機構(gòu)運動副和構(gòu)件受力計算(平面力系平衡條件)5.4平面機構(gòu)支反力和構(gòu)件受力分析3、機構(gòu)支座反力及構(gòu)件受力。計算利用上述平面任意力系的平衡方程式求機構(gòu)中構(gòu)件的受力及支座反力，一般常用以下兩種方法，即“先整體后拆開”與“逐個拆開。二、機構(gòu)運動副和構(gòu)件受力計算(平面力系平衡條件)4、靜定與靜不定當。整個物體系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時,如能列出的獨立平衡方程數(shù)與未知量相等,即全部未知量均能求出,這類問題稱為靜定問題。若能列出的獨立平衡方程數(shù)少于全部未知量，此時無法用靜力平衡方程求出全部未知量，這類問題稱為靜不定問題或稱為超靜定問題。5.4平面機構(gòu)支反力和構(gòu)件受力分析5、機構(gòu)壓力角a、死點位置、機械效率及機構(gòu)自鎖。(1)機構(gòu)壓力角a。在圖5-46所示的機構(gòu)中,作用于從動件上的力F的方向與速度Vc方向之間所夾的銳角a,稱為機構(gòu)在該位置時的壓力角。二、機構(gòu)運動副和構(gòu)件受力計算(平面力系平衡條件)5.4平面機構(gòu)支反力和構(gòu)件受力分析(2)死點位置。機構(gòu)處于壓力角a<90度的位置,稱為機構(gòu)死點位置。(3)機械效率和機械自鎖。一個機械在某一位置的機械效率，等于該位置時機械的輸出功率P出和輸人功率P入之比,記為n,通常用百分數(shù)來表示，即。機械效率越低,摩擦產(chǎn)生的熱量越大,機械傳力性能越差機械處于自鎖狀態(tài)時，可以認為n小于等于0。05平面機構(gòu)中拉(壓)構(gòu)件的強度和變形計算PARTfore5.5平面機構(gòu)中拉(壓)構(gòu)件的強度和變形計算一、軸向拉伸和軸向壓縮概述這里討論的平面連桿機構(gòu)中作為二力構(gòu)件的連桿,若不計自重和慣性力且為直桿時，其必受到軸向拉伸或壓縮作用。這些受拉伸或壓縮的構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀雖各有差異,加載方式也并不相同，但若把構(gòu)件形狀和受力情況進行抽象化,均可畫成圖5-50所示的受力簡圖。5.5平面機構(gòu)中拉(壓)構(gòu)件的強度和變形計算二、內(nèi)力、截面法和軸力(軸力圖)由于構(gòu)件的變形,構(gòu)件內(nèi)各部分之間相互作用的力也將隨之改變，這種由外力作用而引起構(gòu)件內(nèi)部相互作用的力稱為附加內(nèi)力,簡稱內(nèi)力。這種內(nèi)力是隨外力的增大而增大,當內(nèi)力達到某一限度時就會引起構(gòu)件破壞。因此,要對構(gòu)件進行強度計算,必須先計算外力作用下構(gòu)件的內(nèi)力。構(gòu)件內(nèi)力的計算,可用截面法。截面法一般分為“切、去、代、平”四個步驟。5.5平面機構(gòu)中拉(壓)構(gòu)件的強度和變形計算三、軸向拉(壓)時橫截面上的應力及強度計算1，應力分析。因此,桿件的強度應與橫截面單位面積上的內(nèi)力(應力)有關。為了確定桿件橫截面上的應力,應先了解應力在橫截面上的分布規(guī)律，而應力的分布又與桿件的變形有關,為此首先觀察受拉(壓)后桿件的變形。2、強度計算。為保證受拉(壓)桿件的正常工作，必須要求桿件的實際工作應力不超過材料的許用應力，即。5.5平面機構(gòu)中拉(壓)構(gòu)件的強度和變形計算四、軸向拉伸和壓縮時的變形直桿在軸向拉力作用下,將引起軸向尺寸的伸長和橫向尺寸的縮小,反之,在軸向壓力作用下,將引起軸向尺寸縮短和橫向尺寸的增大。如圖5-55所示，設等直桿的長度為l，橫截面積為A。在軸向拉力F作用下,長度l由變?yōu)閘1，桿件在軸線方向