哈尔滨工业大学机械原理.pptx

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1、3-1 3-1 概述概述（1）由若干刚性构件用低副联接而成的机构称为连杆机构 连杆机构又称为低副机构一、定义与分类第1页/共76页（2）连杆机构可分为 空间连杆机构空间连杆机构和 平面连杆机构平面连杆机构空间连杆机构平面连杆机构第2页/共76页二、连杆机构的优点 承受载荷大，便于润滑 制造方便，易获得较高的精度 两构件之间的接触靠几何封闭实现 实现多种运动规律和轨迹要求第3页/共76页三、连杆机构的缺点 惯性力不易平衡 不易精确实现各种运动规律和轨迹要求第4页/共76页3-2 3-2 平面连杆机构的基本类型及其演化平面连杆机构的基本类型及其演化一、平面四杆机构的基本类型及应用 曲柄摇杆机构基本

2、类型：四杆机构连杆曲线第5页/共76页 双曲柄机构第6页/共76页 双摇杆机构第7页/共76页 曲柄摇杆机构机架连架杆曲柄连架杆摇杆连杆周转副周转副摆转副摆转副第8页/共76页二、平面连杆机构的演化人们认为所有的四杆机构都是由四杆机构的基本形式演化来得。1 1、曲柄摇杆机构的演化改变运动副类型转动副变成移动副e改变构件相对尺寸改变构件相对尺寸e0第9页/共76页2 2、双曲柄机构的演化改变运动副类型转动副变成移动副转动导杆机构改变运动副类型转动副变成移动副双转块杆机构改变构件相对尺寸0改变构件相对尺寸第10页/共76页3 3、双摇杆机构的演化改变运动副类型转动副变成移动副移动导杆机构改变运动副

3、类型转动副变成移动副双滑块机构0改变构件相对尺寸00改变构件相对尺寸第11页/共76页4 4、曲柄滑块机构的演化改变运动副类型转动副变成移动副改变构件相对尺寸正弦机构改变机架定为机架双滑块机构第12页/共76页平面四杆机构的演化方式(2)改变相对杆长(3)选不同构件作机架(1)(1)改变运动副类型改变运动副类型 转动副转动副 移动副移动副 第13页/共76页3-3 3-3 平面四杆机构有曲柄的条件平面四杆机构有曲柄的条件 及几个基本概念及几个基本概念一、平面四杆机构有曲柄的条件1、铰链四杆机构有曲柄的条件aabcbcd蓝色三角形成立红色三角形成立第14页/共76页比较a最短abcd该机构中构件

4、a最短，构件a能否整周回转？第15页/共76页最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和最短杆是连架杆或机架a最短最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和第16页/共76页讨论最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和这是铰链四杆运动链有周转副的几何条件abcd当最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和即该式表明铰链四杆运动链有两个周转动副,并且这两个周转副在最短杆的两端。第17页/共76页最短杆是连架杆或机架abcd周转副周转副摆转副摆转副最短杆a a是机架时，连架杆b,db,d都是曲柄最短杆a a是连架杆时，b b或者d d是机架，a a是曲柄c c是机架时，无曲柄双曲柄机构曲柄摇杆机

5、构双摇杆机构第18页/共76页2、曲柄滑块机构有曲柄的条件ababemn构件a能通过m点的条件是：构件a能通过n点的条件是：曲柄滑块机构有曲柄的条件第19页/共76页3、导杆机构有曲柄的条件有曲柄，该机构是摆动导杆机构。有曲柄，该机构是转动导杆机构。有曲柄，该机构是转导杆机构。结论结论导杆机构总导杆机构总是有曲柄的是有曲柄的第20页/共76页4、偏置导杆机构有曲柄的条件有曲柄，该机构是摆动导杆机构。有曲柄，该机构是摆动导杆机构。第21页/共76页没有曲柄。有曲柄，该机构是转动导杆机构。结论结论偏置导杆机构有偏置导杆机构有曲柄的条件是曲柄的条件是第22页/共76页二、压力角和传动角压力角：压力角

6、：力F F的作用线与力作用点绝对速度V V所夹的锐角称为压力角。传动角：传动角：压力角的余角称为传动角第23页/共76页在其它条件不变的情况下压力角越大，作功W W越大压力角是机构传力性能的一个重要指标，它是力的利用率大小的衡量指标。压力角是机构传力性能的一个重要指标，它是力的利用率大小的衡量指标。第24页/共76页ABCDabcdFFtFn曲柄摇杆机构的压力角第25页/共76页ABCDabcdFFtFn第26页/共76页ababemn曲柄滑块机构的压力角第27页/共76页三、急回运动和行程速比系数1.极位夹角 当机构从动件处于两极限位置时，主动件曲柄在两相应位置所夹的角ADabd曲柄摇杆机构

7、的极位夹角第28页/共76页e曲柄滑块机构的极位夹角摆动导杆机构的极位夹角第29页/共76页2.2.急回运动 当曲柄等速回转的情况下，通常把从动件往复运动速度快慢不同的运动称为急回运动。DabdccabA主动件a a时间：转角：运动：从动件c c时间：转角：运动：从动件c c的平均角速度：第30页/共76页通常把从动件往复运动平均速度的比值(大于1)称为行程速比系数，用K表示。3.行程速比系数K第31页/共76页四、机构的死点位置所谓死点位置就是指从动件的传动角等于零或者压力角等于9090 时机构所处的位置。1.死点位置DabdccabA如何确定机构的死点位置？分析B、C点的压力角第32页/共

8、76页曲柄摇杆机构（曲柄为主动件）的死点无死点存在DA第33页/共76页曲柄摇杆机构（摇杆为主动件）的死点AB与BC共线时或者机构有死点存在DA第34页/共76页曲柄滑块机构（曲柄为主动件）的死点ee无死点存在曲柄滑块机构（滑块为主动件）的死点有死点存在第35页/共76页2.2.死点位置的应用飞机起落架夹具第36页/共76页火车轮2.2.避免死点位置的危害加虚约束的平行四边形机构第37页/共76页加虚约束的平行四边形机构第38页/共76页3-4 3-4 平面连杆机构的运动分析平面连杆机构的运动分析一、研究机构运动分析的目的和方法位移分析可以：进行干涉校验确定从动件行程 考查构件或构件上某点能否

9、实现预定位置变化的要求。速度、加速度分析可以：确定速度变化是否满足要求确定机构的惯性力、振动等 1.1.目的第39页/共76页图解法解析法实验法 2.2.运动分析的基本方法第40页/共76页二、用速度瞬心法对平面机构作速度分析作平面运动的两个构件上瞬时相对速度等于零的点或绝对速度相等的点(等速重合点)，称为速度瞬心。速度瞬心的个数：1.1.什么是速度瞬心？设有m个构件1 1，2 2，3 3，4 4，m m第41页/共76页2.2.瞬心位置的确定 (1)(1)通过运动副直接连接的两个构件12P1221P12转动副连接的两个构件移动副连接的两个构件12MP12高副连接的两个构件（纯滚动）nnt12

10、M高副连接的两个构件（存在滚动和滑动）第42页/共76页(2)(2)不直接连接的两个构件三心定理：三心定理：三个作平面平行运动的构件的三个瞬心必在同一条直线上。123K(K1,K2)vk2vk1P23P13第43页/共76页3.3.用速度瞬心对平面机构作速度分析第44页/共76页三、用解析法对平面连杆机构作速度和加速度分析1.1.基本方法解析法有很多种不同的方法,本教材采用杆组法分 解基本杆组建立基本杆组数学模型按照基本杆组构成机构的顺序对机构进行运动分析第45页/共76页2.2.杆组法运动分析的数学模型(1)(1)同一构件上点的运动分析xyO已知：位置：数学模型速度：加速度：第46页/共76

11、页(2)RRRII(2)RRRII级杆组的运动分析xyO已知：数学模型位置：速度：加速度：第47页/共76页(3)RRPII(3)RRPII级杆组的运动分析xyOBCDKs第48页/共76页例(1)(1)用I I级杆数学模型计算B B点的运动(2)(2)用RRRRRR杆组数学模型计算C C点的运动(3)(3)用I I级杆数学模型计算E E点的运动(4)(4)用RRPRRP杆组数学模型计算F F点的运动O4xyHKABDEF12356I I级杆RRRRRR杆组I I级杆RRPRRP杆组C第49页/共76页3-5 3-5 平面连杆机构的力分析机械效率平面连杆机构的力分析机械效率一、力分析的基本知识

12、作用在机械上的力：驱动力 驱使机械运动的力，其特征:力与作用点速度方向的夹角为锐角阻力 阻碍机械运动的力，其特征:力与作用点速度方向的夹角为钝角通常认为摩擦力是阻力，但是，有时候摩擦力也可以是驱动力第50页/共76页汽车前进方向摩擦力是驱动力的实例第51页/共76页二、杆组法对平面连杆机构进行受力分析自学，参见教材4949页5353页。第52页/共76页三、运动副的摩擦及计及摩擦时机构的力分析1.1.移动副的摩擦和自锁ij自锁ij摩擦角（锥）第53页/共76页结论：(1)当驱动力作用在摩擦角之外 时,滑块不 能被推动的原因是驱动力不够大，而不是自锁。(2)当驱动力作用于摩擦角之内 时,将产生

13、自锁。移动副自锁条件：驱动力作用于摩擦角之内第54页/共76页2.2.转动轴颈的摩擦和自锁ijij轴颈均速转动第55页/共76页ij轴颈减速转动ij轴颈加速转动第56页/共76页结论：(1)当 时，M=Mf,轴颈匀速转动 或静止不动；(2)当 时，MMf，轴颈加速转动 (3)当 时，MMf，无论驱动力G 增加到多大，轴颈都不会转动，这种现象称为自锁。转动副自锁条件：第57页/共76页如何计算摩擦圆半径 和摩擦力矩？如何计算当量摩擦系数？该公式不能使用！该公式不能使用！第58页/共76页ij应用ij第59页/共76页应用举例第60页/共76页四、机械效率什么是机械效率?机械系统输入功输出功损耗功

14、机械效率的定义式第61页/共76页机械系统输入功率输出功率损耗功率机械系统输入功率输出功率损耗功率或第62页/共76页机械系统输入功率输出功率损耗功率理想情况下(没有摩擦)第63页/共76页机械系统输入功率输出功率损耗功率理想情况下(没有摩擦)结论：第64页/共76页第65页/共76页五、机械自锁从效率的观点讨论自锁，则自锁的条件为：机械效率小于等于0，即第66页/共76页3-6 3-6 平面四杆机构设计平面四杆机构设计一、四杆机构设计的基本问题1 1、函数机构设计2、轨迹机构设计四杆机构连杆曲线第67页/共76页3 3、导引机构设计第68页/共76页二、函数机构设计在这个方程中要求的未知数有

15、哪些,已知的数有哪些?第69页/共76页已知：未知：第70页/共76页函数机构设计的特例按从动件的急回运动特性设计四杆机构设已知行程速比系数K，摇杆长度Lc，机架长度LAD，摇杆摆角，试求曲柄摇杆机构的尺寸。解：（1）求出极位夹角第71页/共76页第72页/共76页三、轨迹机构设计f(xA,yA,a,b,c,d,e,，x，y)=0轨迹方程：第73页/共76页f(xA,yA,a,b,c,d,e,，x1，y1)=0f(xA,yA,a,b,c,d,e,，x2，y2)=0f(xA,yA,a,b,c,d,e,，x，yn)=0n n？第74页/共76页四、导引机构设计第75页/共76页感谢您的观看。第76页/共76页