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2、28兆以上，运行所需空间20兆以上，显示器分辨率1024x768下一页2课件使用说明课件中除每章目录页上不设“上一页”和“下一页”的按钮外，其它页面上均设置有，请教师授课时务必使用翻页按钮。本课件为课间休息配置了Midi音乐。课间休息时，教师可以返回到课件总目录播放音乐。播放时请点击小喇叭后完整播放；听完一首后，再点击下一首播放。播放中如遇上课时间到，则直接点击“返回目录”键返回目录有关内容继续授课。上一页3返回首页返回首页制作负责人：吴海涛脚本策划：张海兵素材采集制作：熊曼辰 朱昆莉软件调试：潘琦英2000 2000 2000 2000 2002 2002 2002 2002 昆明理工大学昆
3、明理工大学策策 划划 制制 作作4机机 械械 原原 理理 课课 程程 目目 录录第一章：绪论第一章：绪论第三章：平面机构的运动分析第三章：平面机构的运动分析第十章：平面机构的平衡第十章：平面机构的平衡第八章：机械中的摩擦和机械效率第八章：机械中的摩擦和机械效率第六章：齿轮机构及其设计第六章：齿轮机构及其设计第四章：平面连杆机构及其设计第四章：平面连杆机构及其设计第二章：平面机构的结构分析第二章：平面机构的结构分析第五章：凸轮机构及其设计第五章：凸轮机构及其设计第七章：轮系及其设计第七章：轮系及其设计第九章：机械的运转及其速度第九章：机械的运转及其速度波动的调节波动的调节返回首页返回首页主要参考
4、文献主要参考文献课间音乐欣赏课间音乐欣赏5课 间 音 乐雾里看花请点击 小喇叭播放祝 福泰坦尼克来身缘月亮代表我的心同一首歌红河谷祈祷爱情故事南泥湾甜蜜蜜海韵北国之春千千阙歌容易受伤的女人萍聚风中有朵雨作的云返回目录天使让我如此伤心Mp3Mp3-2Mp3-3Mp3-4Mp3-5Mp3-6Mp3-76第一章第一章 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容 学习本课程的目的学习本课程的目的 学习方法学习方法 机械原理学科发展现状机械原理学科发展现状7 本课程研究的对象和内容本课程研究的对象和内容一研究对象：一研究对象：机械机械(Machinery)机器和机构的总称。机器和机构的总称。机器机器(
5、Machine)：能代替人类劳动，做有益的机械功，或转换机械能的装置。原动机：将其它能量转换为机械能的机器。工作机：用机械能变换或传递能量、物料、信息的机器。特性：1）代替人类劳动，做有益功，或转换机械能；2）人为的构件组合体；3）各构件间具有确定的相对运动。8机构机构(Mechanism)：人为的构件组合系统，各构件间具有确定的相对运动。特性：机器特性之2）、3）。分类：平面机构，空间机构。平面机构：各构件运动平面相互平行。空间机构：各构件运动平面不相互平行。第一章第一章89二研究内容：机械分析和设计的基础理论和方法。二研究内容：机械分析和设计的基础理论和方法。1.机构的结构分析与运动分析；
6、2.常用机构设计方法；3.机械动力学分析；零件零件(Part)：零件是制造加工的单元，任何机器都是有许多零件配合组合而成。构件构件(Link)：构件是参与运动的单元。有时一个零件就是一个构件，作为独立的运动单元体参与运动。有些零件由于结构和工艺上的需要，与其它零件刚性地联接在一起，作为一个整体参与运动，成为一个构件。如内燃机内燃机中，曲柄既是一个零件，同时也是一个构件。机构的组成机构的组成：(Constitution Of Mechanism)9机械手电力装置控制器（计算机）液压站工业机器人10101111一、为学习机械性质的专业课程打好基础12 学习本课程的目的 课程地位：机械类专业必修的重
7、要技术基础课。先修课程 后续课程二、为设计使用机械和机械设备的交易提供必要的知识基础。创造新 的机械，挖潜现有设备的潜力，了解机械设备的性能。三、培养综合考虑问题的能力。12一、注意课程性质和地位13 学习方法 机械类专业必修的重要技术基础课。较数学物理力学等先修课程更加结合工程实际；只研究各种机械共性的基本理论问题。二、着重点 搞清基本概念；理解基本原理；掌握基本方法（机构分析和综合的各种方法）；注意联系实际。三、注意培养自己运用所学理论和方法解决工程实际问题的能力。具有工程观念；养成综合分析全面考虑问题的习惯；科学的态度；一丝不苟的作风。13一、机械工业发展趋势14 机械原理学科发展现状
8、速度范围大，高者数倍于音速，低者以微米级微移。重载；高精度 高效率 低噪音；体积范围大，大者庞然大物，小者用纳米技术加工；二、机械原理学科研究方向三、研究内容 自控机构；机器人机构；仿生机构；柔性机构；机电气液综合机构。单纯考虑运动性能到同时考虑动力性能；刚性到挠性；单自由度到多自由度；平面到空间；单一机构到组合机构。1415四、研究方法 图解到解析。手工计算到计算机辅助设计；优化；五本课程研究内容 常用平面机构。最基本原理和方法；学习要求 听课。作业：统一纸张，按时完成；考试及成绩评定。15本本 章章 习习 题题16Structural Analysis of Planar Mechanis
9、ms第二章第二章=机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的机构结构分析的内容及目的=机构的组成机构的组成机构的组成机构的组成=机构运动简图机构运动简图机构运动简图机构运动简图=机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件机构具有确定运动的条件=平面机构的自由度平面机构的自由度平面机构的自由度平面机构的自由度=平面机构的组成原理结构分类及结构分析平面机构的组成原理结构分类及结构分析平面机构的组成原理结构分类及结构分析平面机构的组成原理结构分类及结构分析17一主要内容一主要内容 机构的组成及其具有确定运动的条件 机构的结构分类机械原理的基本任务
10、之一是对机构进行运动及动力分析。结构分类后对同一类机构用相似的方法进行分析。机构组成原理研究构件组成机构时的规律；按组成原理对机构进行结构分类。二研究目的二研究目的 机构的组成和确定运动条件是综合新机构的前提 为新机构的创造提供途径 为机构的运动分析和动力分析提供方便 为设计新的机械时确定运动方案提供机构运动简图的工具18 零件 Components一构件一构件 Members/links机器的制造单元 构件机器的运动单元从制造角度：机器零件从运动角度：机器构件二运动副二运动副 Kinematic pairs 构件间的可动联接 运动副元素 Elements两个构件参与接触而构成运动副的点线面
11、自由度 Freedoms独立运动的参变数（确定构件位置需要的独立参变量的数目）19曲轴连杆体连杆盖螺纹紧固件20 约束约束 Constraints对独立运动的限制 运动副的类型运动副的类型w按运动副引入的约束数：IIIIIIVV级副w按两构件的接触情况：低副低副 Lower pairs：面接触的运动副。转动副回转副 Revolute(turning)pairs铰链 Pivots,Pin joints 移动副 Prismatic pair/Sliding pair 螺旋副 Helical pairs 球面副 Spheric pairs 高副高副 Higher Pairs：点线接触的运动副。w按两
12、构件的相对运动情况：w按运动副允许的两构件之相对运动为平面运动或空间运动：平面运动副 Planar pairs 空间运动副 Spatial pairs 21常 用 运 动 副 的 符 号二运动构件构成的运动副一构件固定时的运动副转 动 副移 动 副平面高副平 面 运 动 副12222111122221111111222211122221 运动副符号1722常 用 运 动 副 的 符 号（续）二运动构件构成的运动副一构件固定时的运动副螺 旋 副球面副及球铰副空 间 运 动 副1823三运动链三运动链(Kinematic chains)用运动副将构件连接而成的相对可动的系统。闭式运动链 Close
13、d chain开式运动链 Open chain 24四机构四机构 Mechanisms 原动件机架从动件机机 架架 Frame/Fixed link：相对静止的构件。原动件原动件 Driver/driving link：按给定的已知运动规律独立运动的构件。从动件从动件 Followers/driven link：运动取决于原动件和其余活动构件。平面机构平面机构 Planar mechanism：各构件的运动平面相互平行的机构。空间机构 Spatial mechanismF 构件的组合；F 构件间用运动副相连；F 各构件间具有确定的相对运动；F 构件中有机架原动件从动件。25一机构运动简图的作用
14、一机构运动简图的作用二影响机构运动的因素二影响机构运动的因素 原动件的运动规律；构件数；运动副数及类型；机构的运动尺寸；三机构运动简图三机构运动简图包含内容：构件数；各构件的作用（机架原动件中间传动构件运动输出构件）；构件间的连接关系（运动副数及类型）；机构的运动尺寸（确定各运动副相对位置的尺寸）；根据机构运动尺寸，用国标规定的符号表示运动副，用国标规定的符号和简单线条表示构件，按一定比例绘的表示机构运动情况的简图，Kinematic scheme26五机构运动简图的绘制五机构运动简图的绘制 确定原动件中间传动件运动输出构件？搞清原动件的运动如何经过中间传动件传递到运动输出构件？多少构件？各构
15、件间构成何种运动副？（注意微动部分）选择投影面，确定原动件某一位置，绘机构示意图；测量运动尺寸；定比例尺，绘机构运动简图。绘制路线：原动件中间传动件最终从动件（输出构件）观察重点：各构件间构成的运动副类型；良好习惯：各种运动副和构件用规定的符号表达。误 区：构件外形。四机构示意图四机构示意图27六常用机构运动简图符号及构件表示方法六常用机构运动简图符号及构件表示方法电 机带 传 动 机构运动简图符号外啮合圆柱齿轮机构内啮合圆柱齿轮机构28机构运动简图符号(续二)链 传 动齿 轮 齿 条 传 动圆 锥 齿 轮 传 动圆 柱 蜗 杆 蜗 轮 传 动29机构运动简图符号(续三)凸 轮 机 构棘 轮
16、机 构杆轴类构件固定构件 构件表示方法见GB4460-8430 构件表示方法（续）同一构件两 副 构 件三 副 构 件31 机构运动简图绘制练习。据模型；据结构示意图。32ADBCBCBCBCBC铰链四杆机构，给定1个独立运动参数，其余构件的运动完全确定。一运动确定性分析一运动确定性分析AEBCDBCDBCD4BCDBCD铰链五杆机构，给定2个独立运动参数，其余构件的运动完全确定。二机构自由度二机构自由度使机构具有确定运动所必须给定的独立运动参变数。三机构具有确定运动的条件三机构具有确定运动的条件机构原动件数机构自由度。机构原动件数机构自由度。33xy2一平面运动构件的自由度一平面运动构件的自
17、由度1与其它构件未连之前：3用运动副与其它构件连接后，运动副引入约束，原自由度 减少。二平面运动副引入的约束二平面运动副引入的约束1221结论：低副引入2个约束；平面高副引入1个约束。34一平面机构自由度计算公式一平面机构自由度计算公式 Mobility equation设：可动构件数：n 低副数：pl 高副数：ph未连接前总自由度：3n连接后引入的总约束数：2pl+ph机构自由度F：F=3n-(2pl+ph)例：F=3n-(2pl+ph)F=3n-(2pl+ph)=33-(2 4+0)=1=34-(2 5+0)=2BCADB C DAEBCAF=3n-(2pl+ph)=32-(2 3+0)=
18、0BCADEF=3n-(2pl+ph)=33-(2 5+0)=-13035BCAF=3n-(2pl+ph)=33-(2 4+0)=1F=3n-(2pl+ph)=32-(2 2+1)=1F=3n-(2pl+ph)=34-(2 5+1)=1F=3n-(2pl+ph)=33-(2 3+1)=2?36一正确计算运动副数一正确计算运动副数 复合铰链复合铰链 multiple pin joints/compound hinges 两个以上构件在同一处铰接。123A123m个构件,m-1个铰链F=3n-(2pl+ph)=？37-(2 10+0)=1n=pl=37 二构件只构成一个运动副二构件多处接触构成 移
19、动副，且移动方向 平行；ABCDD二构件多处配合构成 转动副，且转动轴线 重合；二构件多处接触构成 平面高副，且接触点 相对位置不变，实为 转动副；AAn1n1n2n2AAn1n1n2n2实为转动副实为移动副二构件多处接触构成 平面高副，且接触点 公法线互相平行，实 为移动副；38其它情况的多点高副接触；39 三三 除去局部自由度除去局部自由度 passive degree of freedom构件的局部运动，不影响其它构件 的运动，其自由度 为局部自由度F。F=3n-(2pl+ph)=33-(2 3+1)-1=1123-F四四 除去虚约束除去虚约束 redundant(passive)con
20、straint 有些运动副引入的 约束，实际上不起 约束作用，这样的 约束为虚约束p。EFABCD12345虚杆！1杆2低副，引入个虚约束。P=2pl-3nF=3n-(2pl+ph )=34-(2 6+0-1)=1-p)F=3n-(2pl+ph )=33-(2 4+0)=1F=3n-(2pl+ph )=34-(2 6+0)=0?40BCEF234xyA常见虚约束：常见虚约束：1)二构件上轨迹重合点 用转动副连接，引入 虚约束；12D3BC2BD3C3C2BD12)机构运动过程中二构件 上两点距离不变，用双 转动副杆连接该两点，引入虚约束；EF24BC3EF24BC3AD1F=3n-(2pl+p
21、h )=34-(2 6+0-1)=1-p)F=3n-(2pl+ph )=34-(2 6+0-1)=1-p)413)对机构运动无约束 作用的对称重复部 分引入虚约束。123F=3n-(2pl+ph )=33-(2 3+2)=1F=3n-(2pl+ph )F=35-(2 5+6-2)=122”-p)重复部分：构件数 n=2;低副数 pl=2;高副数 ph=4;p=2 pl+ph-3 n =2 2+4-3 2=2注意虚约束的特定条件，若特定条件不满足，虚约束变实约束。ABCDEGFHIJKN1234567891011p=2 pl+ph-3 n=2 5+0-3 3=110I42五机构自由度计算步骤 确
22、定活动构件数 n;确定运动副数 plph;确定局部自由度 F;确定虚约束 p;按下式计算自由度：F=3n-(2 pl+ph-p)-Fp=2 pl+ph-3n2234567891011例：图示机构需几个原动件 才能具有确定运动？解：机构自由度：n=pl=ph=F=p=10;14;1;1;22-3=1;F=3n-(2 pl+ph-p)-F则，该机构需要个原动件。=3 10-(2 14+1-1)-1=143A一平面机构的组成原理一平面机构的组成原理1.基本杆组（阿苏尔杆组）？机构确定运动条件BDCBDC基本杆组F=0将从动件系统从机架和原动件拆出。设平面低副机构，n个活动构件，pl个低副，必有3n-
23、2pl=0 或n的取值：2,4,6.杆组类型 双杆组（II级杆组）n=2,pl=3；12ABC1AB2C1B2CA1B2CA1B2CA内副(B)与外副(A,C)442.机构组成原理机构由基本杆组联接于原动件和机架上而构成。多杆组（III级杆组）n=4,pl=6；1234ABCDEF内副B,C,E;外副A,D,F。C1234ABDEFC1234ABDEF二二 平面机构的结构分类平面机构的结构分类 II级机构：只含II级杆组的机构；III级机构：含有III级杆组的机构。三三 机构的结构分析机构的结构分析 任务：把机构分解为机架及原动件若干基本杆组；要点：机架和原动件开始,能拆则拆，至不可拆为止；优
24、先拆II级杆组，不能出现单杆从动件；同一构件或运动副，不能在两处出现。45例题分析例题分析：计算图示冲压机构自由度，并分析在下列情况下组成机构的基本杆组及机构的级别：1)1构件为原动件；2)6构件为原动件。12345678910ABCDEFGHIJKLM解：1.机构自由度F=3n-(2pl+ph-p)-F=39-2 13=1462.机构结构分析当构件为原动件时89CFG110A23456789BCDEFGHIJKLM110A23BDE7HIJ645KLM该机构为II级机构。47当构件6为原动件时110A23456789BCDEFGHIJKLM78GHI45KLM610J1A239BCDEF该机
25、构为III级机构。48本章基本要求本章基本要求1.掌握基本概念掌握基本概念 零件(1)原(主)动件 构件 从动件 机 架 自由度(2)约束 杆组(3)运动链 机构闭式链开式链 运动副(4)运动副元素空间运动副平面运动副转动副移动副平面高副 机构运动简图(5)机构示意图 复合铰链(6)局部自由度 虚约束 杆组的级别(7)机构的级别 机构的组成(8)机构的结构分析2.正确绘制机构运动简图正确绘制机构运动简图3.正确计算机构自由度正确计算机构自由度4.根据机构组成原理正确进行机构的结构分析根据机构组成原理正确进行机构的结构分析49本本 章章 作作 业业50第三章第三章研究机构运动分析的目的和方法研究
26、机构运动分析的目的和方法研究机构运动分析的目的和方法研究机构运动分析的目的和方法 速度瞬心法及其在机构速度分析上的运用速度瞬心法及其在机构速度分析上的运用速度瞬心法及其在机构速度分析上的运用速度瞬心法及其在机构速度分析上的运用 用相对运动图解法作机构的运动分析用相对运动图解法作机构的运动分析用相对运动图解法作机构的运动分析用相对运动图解法作机构的运动分析 用解析法作机构的运动分析用解析法作机构的运动分析用解析法作机构的运动分析用解析法作机构的运动分析51一机构运动分析的任务一机构运动分析的任务二机构运动分析的目的二机构运动分析的目的根据原动件的运动规律和机构运动尺寸，求其它构件的角位移角速度角
27、加速度及某些点的位移轨迹速度加速度。通过位置分析通过位置分析：确定构件所占运动空间；判断各构件是否相互干涉；确定从动件的行程；考查构件上某些点能否到达预期位置或实现预期轨迹；通过速度分析通过速度分析：考查从动件的速度变化能否满足工作要求；已知功率了解机构的受力；三机构运动分析的方法三机构运动分析的方法主要有相对运动图解法、解析法两种主要有相对运动图解法、解析法两种通过加速度分析通过加速度分析：确定各构件和构件上某些点的加速度变化规律，以确定惯性力。52一、针对的工程问题一、针对的工程问题412123C112v231v3主从动件之速度关系5312二、速度瞬心及其求法二、速度瞬心及其求法1.速度瞬
28、心速度瞬心：互作平面运动的二构件上瞬时速度 相等的重合点。2.机构瞬心数目机构瞬心数目组成机构的构件数3.瞬心的确定瞬心的确定1 显瞬心(直接用运动副相联的二构件之瞬心)p1212p12p1212nnKvk1k2vA2A1ABvB2B1p12P12在nn线上某点纯滚动滚滑转动副移动副平面高副4954121 隐含的瞬心（不直接相联的二构件之瞬心）三心定理：互作平面平行运动的三构件共有三个瞬心，且三瞬心共线。三心定理：互作平面平行运动的三构件共有三个瞬心，且三瞬心共线。证明：瞬心数目 N=3(3-1)/2=3323vC2vC3C反证p23在p1p13连线上：p12p13则vC2vC3，不是23构件
29、之瞬心p23,p23必在p1p13上。设p23在p1p13之外点，55三、瞬心法作机构的速度分析三、瞬心法作机构的速度分析显瞬心 p12,p23,p34,p14;p12p23p34p14隐含的瞬心 p13,p24要点：取含1、3构件的三构件组 两次确定p13。1-2-3构件组：1-3-4构件组：p13同理得p24p24例1.已知铰链四杆机构各杆的长度。求机构的传动比 i=2/4。解解：1.求瞬心p2442.由Vp2=Vp4得vp2456解解：1.求瞬心p13.vp13p34p14p12p23p13p2412.vp1=vp3 例例2.已知曲柄滑块机构各杆 的长度，1。求滑块速度v3。57例例3.
30、已知齿轮或摆动从动件凸轮机构尺 寸及位置。求机构的传动比 i12。解解：1.求瞬心p122.12123Cnnp23p13p1258112v23解解：1.求瞬心p12p13p23nnp122.Vp1=vp2vp1=vp2例例4:已知直动从动件凸轮机构 的尺寸位置及1；求从 动件速度v2.59一、针对的工程问题示例一、针对的工程问题示例5672342v6,a6KvK,aK44335533551已知机构尺寸及原动件运动，求从动件的运动（构件的角运动及某些点的运动）3451622260二相关理论依据及在工程上的两类具体化问题二相关理论依据及在工程上的两类具体化问题1.力学问题力学问题：牵连运动为平动时
31、点的 速度加速度关系2.力学问题力学问题：牵连运动为转动时点的 速度加速度关系工程问题工程问题：同一构件上两点之速度 加速度关系工程问题工程问题：移动副相连的两构件上 的重合点之速度加速 度关系12341C2342(C1,C2)AB61且字母顺序一致。极点p三矢量方程图解法作机构的运动分析三矢量方程图解法作机构的运动分析例1：已知lABlBClBElCElCD2；求：解：1.作机构运动简图2.速度分析大小：方向：？CDlAB 2AB？BC比例尺矢量图？lAB 2AB？BE？CD？CE？vE3=vE5=pelp影像原理3=vEBlBE=be llBE转向：如图示34=vClCD=pc llCD4
32、245162ABCDEF3xx？EFpe？/xxvE6=pe6l6=5=vE6lEF=pe6 llEF3.加速度分析CD？CDBACB？CB加速度比例尺Pbc6EF？EFpe/xx25vE6E5xx向右？ke6346n6 要求1.正确绘制机构运动简图；2.适当确定比例尺，严格按比例作图；3.应注意的几个问题 角速度和角加速度方向的判定；速度和加速度各作一个矢量图；科氏加速度方向的判定;同一矢量的分量应画在一起。每个矢量方程可解2个未知数；极点出发为绝对速度或绝对加速度；其它矢量为相对速度或相对加速度。两种问题正确归类bce(e3,e5)e662三矢量方程图解法作机构的运动分析矢量方程图解法作机
33、构的运动分析例1：已知lABlBClBElCElCD2；求：解解：1.作机构运动简图2.速度分析大小：方向：？CDlAB 2AB？BC比例尺矢量图？lAB 2AB？BE？CD？CE？bce(e3,e5)vE3=vE5=pelp影像原理3=vEBlBE=be llBE转向：如图示34=vClCD=pc llCD4245162ABCDEF3xx例1分解页1极点p且字母顺序一致。63三矢量方程图解法作机构的运动分析三矢量方程图解法作机构的运动分析例1：已知lABlBClBElCElCD4；求：解：1.作机构运动简图2.速度分析bce(e3,e5)p34245162ABCDEF3xx？EFpe？/xx
34、e6vE6=pe6l6=5=vE6lEF=pe6 llEF6 转向如图示。例1分解页264三矢量方程图解法作机构的运动分析三矢量方程图解法作机构的运动分析例1：已知lABlBClBElCElCD4；求：解：1.作机构运动简图2.速度分析bce(e3,e5)p34245162ABCDEF3xxe663.加速度分析CD？CDBACB？CB加速度比例尺EF？EFpe/xx25vE6E5xx向右？Pbcke6n6346例1分解页3 要求1.正确绘制机构运动简图；2.适当确定比例尺，严格按比例作图；3.应注意的几个问题 角速度和角加速度方向的判定；速度和加速度各作一个矢量图；科氏加速度方向的判定;同一矢
35、量的分量应画在一起。每个矢量方程可解2个未知数；极点出发为绝对速度或绝对加速度；其它矢量为相对速度或相对加速度。两种问题正确归类65例例2:已知摇动筛机构(III级)各构件尺寸 lABlBClCD lEDlCE lEF lDG 2；进行机构的速度分析。234562A1BCDEFG解题要点解题要点：C,D,E三铰链的运动；3构件上的两C,B的 速度关系：？lAB 2AB？BC？三未知数不能求解。lAB，导杆AC整周转动C234C234C234C234AB123C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C4lBC lAB，导杆AC摆动摆动导杆机构 cr
36、ank shaper mech.32C4AB1874AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB321B321B4A32正弦机构4A1B321B321B321B321B321B321B321B321B321B321B321B321 作机架1双转块机构 double slider mech.十字滑块联轴器半联轴器4十字滑块3半联轴器28814AD23作机架双摇杆机构34A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B4A1B24A
37、1B24A1B24A1B24A1B4A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B32正弦机构3 作机架双滑块机构曲柄摇杆机构4AD1234AD1231作机架双曲柄机构4AD23作机架曲柄摇杆机构89.运动副元素的逆换23C4AB123C4AB1 3,4包容 关系互换摆动导杆机构曲柄摇块机构四杆机构的演化：改变构件形状和运动尺寸；改变运动副的尺寸；选不同构件作机架；运动副元素逆换。不同类型的四杆机构，其传递和变换运动的特点不同，传递和变换力的特性不同。正确选择平面四杆机构的类型，可以达到不同的运动和力的传递和变换的要求。90不同的四杆
38、机构具有不同的运动特性和传力特性；同一种四杆机构，不同的运动尺寸具有不同的运动和传力特性。一运动特性1.曲柄存在条件CBC”B”ABCDabcd设adB过B:B过B”:a+d b+c即 a+b d+c b(d-a)+c或 c(d-a)+b 即 a+c d+b 得：ab,ac,ad,即a最短最短；设d t2,v2 v1 急回特性 行程速比系数K advance-to return-time ratio急回特性的应用例。慢快K=1,无急回特性93问题讨论：下列机构有无急回特性，若有，标出极位夹角。aBbACec)d)aCABb0a+bC2b-aC1a+bC2b-aC1C2C2aBbACa)aBbA
39、Ceb)943BC21C1C23BC213B21C23B1C3BC212C3B13BC213BC213BC213.运动连续性 continuity of motion3BC213BC213BC2133BC23B21C2C3B13BC2113BC23BC213BC213BC213BC213BC21B213C23B1C3BC24ADC2C13可可行行域域可可行行域域非可行域非可行域 从动件运动可行域及非可行域 从动件运动连续性要求 不可能在非 可行域 运动；不可能从 一个可行 域跃入另 一个可行 域。可行域与 杆长有关 可行域的确定rmax=lAB+lBCrmin=lBC-lABrmaxrmin3
40、BC2195”二传力特性二传力特性1.压力角和传动角 pressure/transmission angleCBC”B”不计惯性力重力摩擦力，作用在从动件CD上受力点C的力为P。P正交分解为Pt 和Pn，Pt=Pcos=Psin Pn=Psin=Pcos 压力角：从动件受力点受力方向与从动件受力点受力方向与绝对速度方向所夹之锐角。绝对速度方向所夹之锐角。传动角 900-传力要求 min 400。出现位置：曲柄与机架共线。重叠共线时：拉直共线时：或ABCDabcd96maxmin问题讨论：标出下列机构在图示位置的压力角传动及最小传动角min.aBbACa)Abb minmin 00;900.00
41、;900.aBbACeb)c)aCABbd)e)972.死点死点 dead point 死点：机构运动时出现传动角 =00 的位置。B1C1=00=00=00=00 克服死点的措施 利用惯性力 相同机构错位排列GGEFEF蒸汽机车车轮联动机构4ABCD231B2C2B1CC2B2BAC98 死点的利用折叠家具机构飞机起落架机构=0099小结小结 曲柄存在条件 杆长条件 最短杆条件 急回特性 极位夹角 行程速比系数 运动连续性1.运动特性 压力角和传动角 死点2.传力特性要求：正确理解和掌握平面机构 工作特性的有关概念；用有关工作特性检验机构 的运动和传力性能；运用有关概念设计性能优 良的机构。
42、思考题 确定一平面四杆机构（要求 有曲柄），画出一般位置机 构运动简图，标出压力角、传动角和极位夹角，标出最 小传动角，计算行程速比系 数，画出该机构的可行域。100三平面连杆机构的功能三平面连杆机构的功能1.实现有轨迹位置或运动规律要求的运动ABCDM圆轨迹复制机构AMF保龄球置瓶机扫瓶机构1012.实现从动件运动形式及运动特性的改变步进式工件传送机构1023.实现较远距离的传动4.调节扩大从动件行程ABCD特点：调节 可改变滑块D的行程ABCDEF汽车用空气泵机构特点：曲辆CD短，滑块行程大可变行程滑块机构1035.获得较大的机械增益：输出力（矩）与输入力（矩）之比。EABCD肘节机构特点
43、：机械增益大剪切机构特点：机械增益大104一连杆机构设计的基本问题一连杆机构设计的基本问题1.设计任务 根据给定的运动要求，选定机构的类型；确定各构件的尺度参数；检验是否满足结构运动和动力条件；如：运动副结构曲柄存在条件最小传动角运动连续性等。2.一般设计要求 实现预定的运动要求函数生成机构设计车门开闭机构如：车门开闭机构，要求两 连架杆转角相同，转向 相反。汽车前轮转向机构，要求两连架杆满足某种函数关系，保证顺利转弯。牛头刨床要求满足一定的急回等性。105 实现预定的连杆位置要求刚体导引机构设计飞机起落架机构要求实现机轮放下和收起两个位置。铸造翻砂机构要求实现两个翻转位置。106 实现预定的
44、轨迹要求轨迹生成机构设计鹤式起重机搅拌器机构要求连杆上某点能生成近似直线轨迹要求连杆上某点按搅拌材料生成某种轨迹107IIIIII二图解法设计四杆机构设计二图解法设计四杆机构设计1.刚体导引机构设计刚体导引机构设计1)刚体作连杆，选定其上二 活动铰链，即定连杆长 lBC，定比例 尺l作图；2)活动铰链相 对于固定铰 链的运动轨 迹为圆；（按连杆预定的位置设计）（按连杆预定的位置设计）3)用三点定心 法确定二固 定铰链D,C。B1B2B3C2C3C14)计算待求杆长lAB=AB l m;lCD=CD l m;lAD=AD l m;DA 二位置设计，无穷解，可添 加其它条件，如机构尺寸 传动角大小
45、 有无曲柄等。问题讨论 连杆尺寸确定 后有唯一解；四个位置设计，BC不能任意选 定。但总可以 在连杆上找到 一些点，其四 个位置在同一 圆上，涉及布 尔梅斯特理论。五个位置设计，可能有 解，可能无解，一般不用。1082.函数生成机构设计函数生成机构设计（转换机架法）（转换机架法）工程要求：实现两连架杆的一系列对应位置。321321E1E2E3F1F2F3D即，已知机架长lAD和两连架杆对应位置，设计四杆机构（求其它三杆长）问题。与刚体导引问题的比较 思路 先定一个连架 杆的长度。B1B2B3A倒置ABCDABCD 已知二固定铰 链和一个活动 铰链，求另一 活动铰链，或 已知两杆长，求另两杆长。
46、转化机构，使 DF成为机架，成为刚体导引。-12-13109 作图法（机构倒置作图法（机构倒置反转法）反转法）dB1B2B3C1ADB2B3b12b23123123a比例尺未知杆长lBC=lB1C1 mlCD=lC1D m 给定BC杆后只 有确定解；两组对应位置问 题无穷多解，可 加其它条件;四组对应位置问 问题BC不能任意 给定。注意问题 二连架杆的实际转向 与反转方向；问题讨论问题讨论110 x22.5o9oADd=50mm9o31o49o123445o90o135o12349o-49o-31o-9ob23b12B4B3B2B1B3C122.5olAB=AB ul =30.8 mmlBC=
47、BC ul =18.2 mmlCD=CD ul =63.3 mm135o90o45o 例题例题 参考图8-49/P223ul=lAD/AD =0.00054 m/mmAB长度确定：B2(B4)1113.按急回特性要求设计四杆机构按急回特性要求设计四杆机构 工程要求工程要求：设计满足给定的行程速比系数K的四杆机构 要点要点：掌握极位夹角及其与K的关系 思路思路：A,C1,C2三点所在圆和 角之关系。给定摇杆长 ，摆角 ，从动件行程900-问题问题A C1,AC2,AB,BC长度 关系。AC1=BC-ABAC2=BC+ABAB=(AC2-AC1)2根据条件，只有D,C1,C2确定，A点待定。如何确
48、定A点?B1C11B2C24ABCD231oA112r=B2C2r=EF900-作图方法作图方法 B2C2o已知：LCD,K。曲柄摇杆机构其它三杆长度LAB,LBC,LAD。比例尺C1DAEFBC未知杆长lAB=AB ul mmlBC=BC ul mmlAD=AD ul mm 问题讨论问题讨论 无其它条件，有无穷多解；有其它条件，如最小传动角 要求时，要检验最小传动角。无穷多解为简单解析计算提 供了机会。如确定A点一个特殊位置，用AC1C2求解。113900-按急回特性设计曲柄滑块机构按急回特性设计曲柄滑块机构已知已知：滑块行程H,行程速比系数K思路思路：C1C2c12o从动件受力点二极限位置
49、C1C2与曲柄回转中心A所在之圆。作法同曲柄摇杆机构有偏距e要求时解数受限。114 按急回特性设计导杆机构按急回特性设计导杆机构思路：已知：机架长lAC,行程速比系数KB1B2特点：特点：CA4.轨迹发生机构设计轨迹发生机构设计参考材料参考材料:&各种版本机械原理&四连杆机构图谱&现代机构手册 孟宪源 机械工业出版社 1994115本本 章章 作作 业业116第五章第五章1 凸轮机构的组成及类型凸轮机构的组成及类型1 推杆运动规律推杆运动规律1 凸轮轮廓曲线的设计凸轮轮廓曲线的设计1 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定117一、凸轮机构的组成一、凸轮机构的组成三构件高副机构凸轮凸轮
50、cam：具有曲线轮廓或凹槽的构件。推杆推杆/从动件从动件 follower：运动规律由凸轮廓线和运动尺寸决定。机架机架 frame推杆凸轮凸轮推杆二、凸轮机构的类型二、凸轮机构的类型 1.按凸轮形状分按凸轮形状分 盘形凸轮 disk/plate cam 圆柱凸轮 cylindrical cam 移动凸轮 wedge cam推杆凸轮1182.按推杆的形状分按推杆的形状分 尖顶 推杆 knife-edge follower 滚子推杆 roller follower 曲面推杆 curved-shoe follower 平底推杆 flat-face follower3.按推杆运动形式分按推杆运动形式分