1、機(jī) 械 原 理,哈爾濱工業(yè)大學(xué),2004年2月,第三章 連桿機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計,3-1 概述,（1）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),一、定義與分類,（2）連桿機(jī)構(gòu)可分為 空間連桿機(jī)構(gòu)和 平面連桿機(jī)構(gòu),空間連桿機(jī)構(gòu),平面連桿機(jī)構(gòu),二、連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn), 承受載荷大，便于潤滑 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)動規(guī)律和軌跡要求,三、連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn),慣性力不易平衡,不易精確實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動規(guī)律和軌跡要求,3-2 平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化,一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及應(yīng)用,曲柄搖桿機(jī)構(gòu),基本類型：,四桿機(jī)構(gòu) 連桿曲線,雙曲柄機(jī)構(gòu),

2、雙搖桿機(jī)構(gòu),曲柄搖桿機(jī)構(gòu),二、平面連桿機(jī)構(gòu)的演化,人們認(rèn)為所有的四桿機(jī)構(gòu)都是由四桿機(jī)構(gòu)的基本形式演化來得。,1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的演化,改變運(yùn)動副類型 轉(zhuǎn)動副變成移動副,改變構(gòu)件相對尺寸,改變構(gòu)件相對尺寸e0,2、雙曲柄機(jī)構(gòu)的演化,改變運(yùn)動副類型 轉(zhuǎn)動副變成移動副,轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),改變運(yùn)動副類型 轉(zhuǎn)動副變成移動副,雙轉(zhuǎn)塊桿機(jī)構(gòu),改變構(gòu)件相對尺寸,0,改變構(gòu)件相對尺寸,3、雙搖桿機(jī)構(gòu)的演化,改變運(yùn)動副類型 轉(zhuǎn)動副變成移動副,移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),改變運(yùn)動副類型 轉(zhuǎn)動副變成移動副,雙滑塊機(jī)構(gòu),0,改變構(gòu)件相對尺寸,改變構(gòu)件相對尺寸,4、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化,改變運(yùn)動副類型 轉(zhuǎn)動副變成移動副,改變構(gòu)件相對尺寸,正弦

3、機(jī)構(gòu),改變機(jī)架,定為機(jī)架,雙滑塊機(jī)構(gòu),平面四桿機(jī)構(gòu)的演化方式,(2) 改變相對桿長,(3) 選不同構(gòu)件作機(jī)架,改變運(yùn)動副類型 轉(zhuǎn)動副 移動副,3-3 平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件 及幾個基本概念,一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,藍(lán)色三角形成立,紅色三角形成立,比較,該機(jī)構(gòu)中構(gòu)件a最短，構(gòu)件a能否整周回轉(zhuǎn)？,最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和,最短桿是連架桿或機(jī)架,a最短,最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和,討論,最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和,這是鉸鏈四桿運(yùn)動鏈有周轉(zhuǎn)副的幾何條件,當(dāng)最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和即,該式表明鉸鏈四

4、桿運(yùn)動鏈有兩個周轉(zhuǎn)動副,并且這兩個周轉(zhuǎn)副在最短桿的兩端。,最短桿是連架桿或機(jī)架,最短桿a是機(jī)架時，連架桿b,d都是曲柄,最短桿a是連架桿時，b或者d是機(jī)架，a是曲柄,c是機(jī)架時，無曲柄,雙曲柄機(jī)構(gòu),曲柄搖桿機(jī)構(gòu),雙搖桿機(jī)構(gòu),2、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,構(gòu)件a能通過m點(diǎn)的條件是：,構(gòu)件a能通過n點(diǎn)的條件是：,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,3、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,有曲柄，該機(jī)構(gòu)是擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。,有曲柄，該機(jī)構(gòu)是轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。,有曲柄，該機(jī)構(gòu)是轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。,結(jié)論 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)總是有曲柄的,4、偏置導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,有曲柄，該機(jī)構(gòu)是擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。,有曲柄，該機(jī)構(gòu)是擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。,沒有曲柄。,有曲柄，該

5、機(jī)構(gòu)是轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。,結(jié)論 偏置導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件是,二、壓力角和傳動角,壓力角：力F的作用線與力作用點(diǎn)絕對速度V所夾的銳角稱為壓力角。,傳動角：壓力角的余角稱為傳動角,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,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的壓力角,三、急回運(yùn)動和行程速比系數(shù),1. 極位夾角 當(dāng)機(jī)構(gòu)從動件處于兩極限位置時，主動件曲柄在兩相應(yīng)位置所夾的角,曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的極位夾角,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的極位夾角,擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角,2. 急回運(yùn)動 當(dāng)曲柄等速回轉(zhuǎn)的情況下，通常把從動件往復(fù)運(yùn)動速度快慢不同的運(yùn)動稱為急回運(yùn)動。

6、,主動件a,時間：,轉(zhuǎn)角：,運(yùn)動：,從動件c,時間：,轉(zhuǎn)角：,運(yùn)動：,從動件c的平均角速度：,通常把從動件往復(fù)運(yùn)動平均速度的比 值(大于1)稱為行程速比系數(shù)，用K表示。,3. 行程速比系數(shù)K,四、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置,所謂死點(diǎn)位置就是指從動件的傳動角等于零或者壓力角等于90時機(jī)構(gòu)所處的位置。,1. 死點(diǎn)位置,如何確定機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置？,分析B、C點(diǎn)的壓力角,曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（曲柄為主動件）的死點(diǎn),無死點(diǎn)存在,曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（搖桿為主動件）的死點(diǎn),曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（曲柄為主動件）的死點(diǎn),無死點(diǎn)存在,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（滑塊為主動件）的死點(diǎn),有死點(diǎn)存在,2. 死點(diǎn)位置的應(yīng)用,飛機(jī)起落架,夾具,火車輪,2. 避免死點(diǎn)位置的

7、危害,加虛約束的平行四邊形機(jī)構(gòu),加虛約束的平行四邊形機(jī)構(gòu),3-4 平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析,一、研究機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的目的和方法,位移分析可以： 進(jìn)行干涉校驗(yàn) 確定從動件行程 考查構(gòu)件或構(gòu)件上某點(diǎn)能否實(shí)現(xiàn)預(yù)定位置變化的要求。 速度、加速度分析可以： 確定速度變化是否滿足要求 確定機(jī)構(gòu)的慣性力、振動等,1. 目的,圖解法 解析法 實(shí)驗(yàn)法,2. 運(yùn)動分析的基本方法,二、用速度瞬心法對平面機(jī)構(gòu)作速度分析,作平面運(yùn)動的兩個構(gòu)件上瞬時相對速度等于零的點(diǎn)或絕對速度相等的點(diǎn)(等速重合點(diǎn))，稱為速度瞬心。,速度瞬心的個數(shù)：,1. 什么是速度瞬心？,設(shè)有m個構(gòu)件,2. 瞬心位置的確定,(1) 通過運(yùn)動副直接連接的兩個

8、構(gòu)件,轉(zhuǎn)動副連接的兩個構(gòu)件,移動副連接的兩個構(gòu)件,高副連接的兩個構(gòu)件（純滾動）,高副連接的兩個構(gòu)件（存在滾動和滑動）,(2)不直接連接的兩個構(gòu)件,三心定理：三個作平面平行運(yùn)動的構(gòu)件 的三個瞬心必在同一條直線上。,3.用速度瞬心對平面機(jī)構(gòu)作速度分析,三、用解析法對平面連桿機(jī)構(gòu)作速度和加速度分析,1. 基本方法,解析法有很多種不同的方法,本教材采用桿組法,分 解基本桿組,建立基本桿組數(shù)學(xué)模型,按照基本桿組構(gòu)成機(jī)構(gòu)的順序?qū)C(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析,2. 桿組法運(yùn)動分析的數(shù)學(xué)模型,(1) 同一構(gòu)件上點(diǎn)的運(yùn)動分析,已知：,位置：,數(shù)學(xué)模型,速度：,加速度：,(2) RRRII級桿組的運(yùn)動分析,已知：,數(shù)學(xué)模型,

9、位置：,速度：,加速度：,(3) RRPII級桿組的運(yùn)動分析,例,(1)用I級桿數(shù)學(xué)模型計算B點(diǎn)的運(yùn)動,(2)用RRR桿組數(shù)學(xué)模型計算C點(diǎn)的運(yùn)動,(3)用I級桿數(shù)學(xué)模型計算E點(diǎn)的運(yùn)動,(4)用RRP桿組數(shù)學(xué)模型計算F點(diǎn)的運(yùn)動,O,4,3-5 平面連桿機(jī)構(gòu)的力分析機(jī)械效率,一、力分析的基本知識,作用在機(jī)械上的力：,驅(qū)動力 驅(qū)使機(jī)械運(yùn)動的力，其特征:力與作用點(diǎn)速度方向的夾角為銳角,阻力 阻礙機(jī)械運(yùn)動的力，其特征:力與作用點(diǎn)速度方向的夾角為鈍角,通常認(rèn)為摩擦力是阻力，但是，有時候摩擦力也可以是驅(qū)動力,摩擦力是驅(qū)動力的實(shí)例,二、桿組法對平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析,自學(xué)，參見教材49頁53頁。,三、運(yùn)動副

10、的摩擦及計及摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的力分析,1. 移動副的摩擦和自鎖,自鎖,結(jié)論：(1) 當(dāng)驅(qū)動力作用在摩擦角之外 時,滑塊不 能被推動的原因是驅(qū)動力不夠大，而不是自鎖。 (2) 當(dāng)驅(qū)動力作用于摩擦角之內(nèi) 時,將產(chǎn)生 自鎖。,移動副自鎖條件：,驅(qū)動力作用于摩擦角之內(nèi),2. 轉(zhuǎn)動軸頸的摩擦和自鎖,軸頸均速轉(zhuǎn)動,軸頸減速轉(zhuǎn)動,軸頸加速轉(zhuǎn)動,如何計算摩擦圓半徑 和摩擦力矩 ？,如何計算當(dāng)量摩擦系數(shù) ？,該公式不能使用！,應(yīng)用,應(yīng)用舉例,四、機(jī)械效率,什么是機(jī)械效率?,機(jī)械效率的定義式,或,理想情況下(沒有摩擦),理想情況下(沒有摩擦),結(jié)論：,思考,這幾個效率計算式含義相同嗎？,?,?,五、機(jī)械自鎖,從效率的觀點(diǎn)討論自鎖，則自鎖的條件為： 機(jī)械效率小于等于0，即,3-6 平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計,一、四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的基本問題,1、函數(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計,2、軌跡機(jī)構(gòu)設(shè)計,四桿機(jī)構(gòu) 連桿曲線,3、導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計,二、函數(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計,在這個方程中要求的未知數(shù)有