机械学基础电子教案-第01章

1、1机械学基础课程电子教案机械学基础课程电子教案哈工大自动化测试与控制系哈工大自动化测试与控制系马惠萍马惠萍机械学基础多媒体系列机械学基础多媒体系列CAI课件课件2第第1 1章章 机构的组成及平面连杆机构机构的组成及平面连杆机构1.1.零件零件螺钉、轴螺钉、轴2.2.构件构件刚性组合刚性组合3.3.机构机构确定的运动确定的运动一一. 基本定义基本定义1.1 平面机构的运动简图和自由度平面机构的运动简图和自由度4.4.自由度自由度3二二. 运动副及其分类运动副及其分类回转副回转副回转副简图回转副简图回转副回转副移动副移动副1.低副低副(面接触面接触)低副低副高副高副4移动副移动副移动副简图移动副简

2、图52.高副（点、线接触）高副（点、线接触）三三. 平面机构运动简图平面机构运动简图6活塞泵机构活塞泵机构机构简图机构简图例题例题11：绘制如图所示活塞泵机构的机构简图。已知活塞泵由：绘制如图所示活塞泵机构的机构简图。已知活塞泵由曲柄曲柄1、连杆、连杆2、齿扇、齿扇3、齿条活塞、齿条活塞4和机架和机架5共五个构件组成。共五个构件组成。7常用机构代表符号常用机构代表符号8四四. 平面机构的自由度平面机构的自由度1.机构自由度计算公式机构自由度计算公式W0, , W= 主动件个数主动件个数消除消除1个自由度个自由度高副高副消除消除2个自由度个自由度低副低副2.机构具有确定运动的条件机构具有确定运动

3、的条件32LHWnPP93.计算自由度的注意事项计算自由度的注意事项（1）复合铰链）复合铰链（2）局部自由度）局部自由度（3）虚约束）虚约束导路重合的虚约束导路重合的虚约束(1)复合铰链复合铰链K个构件构成个构件构成（K1）个回转副；个回转副；(2)局部自由度与输出构件运动无关的自由度；局部自由度与输出构件运动无关的自由度；(3)虚约束对机构运动不起限制作用的重复约束；虚约束对机构运动不起限制作用的重复约束；10对称结构的虚约束对称结构的虚约束机构中的虚约束机构中的虚约束轴线重合的虚约束轴线重合的虚约束11习题习题1：计算自由度：计算自由度虚约束虚约束 局部自由度局部自由度复合铰链复合铰链大筛

4、结构大筛结构差动轮系差动轮系复合铰链复合铰链212习题习题1：计算机构的自由度：计算机构的自由度凸轮拨杆机构凸轮拨杆机构压缩机机构压缩机机构椭圆规机构椭圆规机构13推土机机构推土机机构锯木机机构锯木机机构发动机机构发动机机构送纸机机构送纸机机构习题习题1：计算机构的自由度：计算机构的自由度14冲压机机构冲压机机构习题习题1：计算机构的自由度：计算机构的自由度151.2 铰链四杆机构的基本型式和特征铰链四杆机构的基本型式和特征一一.基本型式基本型式连架杆连架杆机架机架连杆连杆连架杆连架杆曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构雷达调整机构雷达调整机构1.曲柄摇杆机构曲柄摇

5、杆机构162.双曲柄机构双曲柄机构插床机构插床机构惯性筛惯性筛3. 双摇杆机构双摇杆机构鹤式起重机鹤式起重机飞机起落架飞机起落架17二二. 铰链四杆机构曲柄存在条件铰链四杆机构曲柄存在条件（1 1）曲柄是最短杆；）曲柄是最短杆；（2 2）最短杆长度）最短杆长度+ +最长杆长度最长杆长度 其余两杆长度之和。其余两杆长度之和。曲柄存在必要条件曲柄存在必要条件: :最短杆长度最短杆长度+ +最长杆长度最长杆长度 其余两杆长度之和。其余两杆长度之和。双摇杆机构双摇杆机构: :18变更机架后机构的演化变更机架后机构的演化曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆

6、机构19三三. 铰链四杆机构的特性铰链四杆机构的特性1. 压力角压力角和传动角和传动角衡量传力性能衡量传力性能压力角压力角从动件受力方向和绝对速度方向的夹角从动件受力方向和绝对速度方向的夹角传动角传动角90- 传动灵活传动灵活: 20C C2. 死点死点防止死点防止死点:传动角：传动角：( 90- )=0或或180 (1)利用惯性利用惯性(例如缝纫机例如缝纫机)；(2)用机构错列的方法；用机构错列的方法；21死点的应用防松死点的应用防松夹紧机构夹紧机构触点开关触点开关223. 急回特性急回特性2112ttttK 从动杆工作行程角速度从动杆工作行程角速度从动杆返回行程角速度从动杆返回行程角速度1

7、118018018021 KKK 行程速比系数行程速比系数K：231.3 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构一一. 曲柄滑块机构曲柄滑块机构24导杆机构导杆机构（转动导杆机构）（转动导杆机构） l1l2原动件原动件25摇块机构摇块机构定块机构定块机构摇块机构摇块机构(摆动滑块机构摆动滑块机构)定块机构定块机构134226N1.4 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计一一.按照给定的行程速比系数按照给定的行程速比系数K设计设计DC1C290-AB2PB1M已知：摇杆长度已知：摇杆长度 l3，摆角，摆角，行程速比系数，行程速比系数K

8、；设计：设计：铰链铰链A点的位点的位置，其它三杆的尺寸置，其它三杆的尺寸l1、l2、l4 11180KK27二二. 按照给定按照给定 2个连杆位置设计个连杆位置设计已知：连杆长度已知：连杆长度 l3和其两个位置和其两个位置B1C1、B2C2；设计：固定设计：固定铰链铰链A点和点和D点的位置，其它三杆点的位置，其它三杆的尺寸的尺寸l1、l2、l4 28293031三三. 按照给定按照给定3个连杆位置设计个连杆位置设计B1B2B3C1C2C3AD已知已知：连杆长度连杆长度 l3和其三个位置和其三个位置B1C1、 B2C2、 B3C3设计：设计：固定铰链固定铰链A点和点和D点的位点的位置，其它三杆的

9、尺寸置，其它三杆的尺寸l1、l2、l4 32四四. 按照传动特性设计按照传动特性设计1. 铰链四杆机构的传动特性铰链四杆机构的传动特性从动杆转角从动杆转角与主动杆转角与主动杆转角的关系公式的关系公式: cos22cos2arccoscossinarctan222222addacaddcbaada 传动比传动比i公式公式: 222222222222221cos24cos2sincoscos2 addcbacbaddcbadadaddaaddi33(1) 铰链四杆机构的特定位置铰链四杆机构的特定位置22290cossinABCBCDacdbddbac caddi 21特定位置的线性传动比：特定位置

10、的线性传动比：E342. 曲柄滑块机构的传动特性曲柄滑块机构的传动特性BCabdSCS=f()+-A00B0四四. 按照传动特性设计按照传动特性设计位移位移s与转角与转角 的关系公式的关系公式: 2200cos1cos1sinsinbdabdabas D35传动比传动比i公式公式: 2cos1sincoscos1.1 bdabdaadsdi 位移位移x与转角与转角 的关系公式的关系公式: : 222020coscossinsin x相对传动比相对传动比ia公式公式: 22cossincoscos1 dxdiaaia i相对传动比相对传动比ia公式与公式与i关系关系:36（1） 曲柄滑块机构相对

11、传动比曲线曲柄滑块机构相对传动比曲线 0 gia-90+90 =1 =20 CAB sC sA sB37（2） 曲柄滑块机构传动特性计算曲柄滑块机构传动特性计算（习题（习题1）：已知：已知:滑块位移量滑块位移量s,曲柄转角范围曲柄转角范围 g,精度精度1.5%.设计曲柄滑块机构参数设计曲柄滑块机构参数( ， ， 0或或a ，d ，b， 0) 0 g=12ia-90+90 =1 =2iamaxiamin38 （习题（习题1-8）：设计高度表中：设计高度表中曲柄滑块机构曲柄滑块机构(a , d , b , 0)，已知，已知敏感元件最大位移敏感元件最大位移smax4mm,曲柄转角范围曲柄转角范围 g

12、20,精度精度1.5%。 =1 =2 0 =10 g=20ia-90+90iamaxiamin（2） 曲柄滑块机构传动特性计算曲柄滑块机构传动特性计算39 （习题（习题1-2）：）：试根据图中注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是试根据图中注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构，还是双摇杆机构？曲柄摇杆机构、双曲柄机构，还是双摇杆机构？曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构双摇杆机构40（习题（习题1-3）：）：如图所示铰链四杆机构中，各构件的长度如图所示铰链四杆机构中，各构件的长度l1=250mm， l2=590mm， l3=340mm， l4

13、=510mm。试问试问（1）当取杆当取杆4为机架为机架时，是否有曲柄存在？（时，是否有曲柄存在？（2）若各杆长度不变，能否以不同杆为）若各杆长度不变，能否以不同杆为机架而获得双曲柄和双摇杆机构？如何获得？机架而获得双曲柄和双摇杆机构？如何获得？41（习题（习题1-4）：）：四杆机构如图所示，已知四杆机构如图所示，已知l1=150mm， l2=120mm， l3=180mm， l4=200mm。试问试问属哪种机构？属哪种机构？42（习题（习题1-5）：）：设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。要求踏板设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。要求踏板CD在在水平位置上下各摆水平位置上下各摆10，且，且lCD=5

14、00mm， lAD=1000mm，试用图试用图解法求曲柄解法求曲柄AB和连杆和连杆BC的长度，如图所示。的长度，如图所示。43（习题（习题1-6）：）：如图所示如图所示设计一铰链四杆机构作为加热炉门的启闭机构，设计一铰链四杆机构作为加热炉门的启闭机构，已知炉门上两活动铰链的中心距为已知炉门上两活动铰链的中心距为50mm，炉门打开后成水平位置时，炉门打开后成水平位置时，要求炉门温度较低的要求炉门温度较低的 一面朝上（如虚线所示），设固定铰链安装在一面朝上（如虚线所示），设固定铰链安装在yy轴线上，其相关尺寸如图所示，用图解法求此铰链四杆机构其余三轴线上，其相关尺寸如图所示，用图解法求此铰链四杆机构其余三杆的长度。杆的长度。ADB1C1B1C144（习题（习题1-7）：）：如图所示的偏轴曲柄滑块机构，偏轴量如图所示的偏轴曲柄滑块机构，偏轴量d=100mm，曲曲柄长度柄长度a=150mm，连杆长度连杆长度b=400mm。