机械原理第8章PPT教案

1、会计学1机械原理第机械原理第8章章（1）平面连杆机构：许多构件用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构）平面连杆机构：许多构件用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构。1.定义定义& 2 平面连杆机构平面连杆机构第1页/共61页& 2 平面连杆机构平面连杆机构第2页/共61页& 2 平面连杆机构平面连杆机构第3页/共61页& 2-1 铰链四杆机构铰链四杆机构ABCE124ABD1234C3 机架机架4 曲柄曲柄1 摇杆摇杆3 连杆连杆2铰链四杆机构：全用转动副相连的平面四杆机构曲柄摇杆双曲柄双摇杆基本形式基本形式第4页/共61页(1)曲柄摇杆机构曲柄摇杆通常

2、 曲柄为原动件， 作匀速转动 摇杆为从动件，作变速变速往复摆动1.运动形式第5页/共61页(2)双曲柄机构原动曲柄作等速转动从动曲柄作周期性变速转动例：例：振动筛第6页/共61页原动曲柄、从动曲柄作等速同向转动连杆以同样的角速度作平移运动 平行四边形机构当四个铰链中心共线时，将出现运动的不确定状态ABBBCC1122DC 2C平行四边形机构平行四边形机构常用的双曲柄机构常用的双曲柄机构第7页/共61页 平行四边形机构平行四边形机构平行四边形机构常用的双曲柄机构常用的双曲柄机构第8页/共61页逆平行四边形机构逆平行四边形机构第9页/共61页 (3)双摇杆机构双摇杆机构第10页/共61页 (3)双

3、摇杆机构双摇杆机构第11页/共61页1 1、曲柄摇杆机构的演化曲柄摇杆机构的演化曲柄滑块机构曲柄滑块机构转动副变成移动副转动副变成移动副e改变构件相对尺寸改变构件相对尺寸改变构件相对尺寸改变构件相对尺寸e0& 8-2 平面四杆机构的演化mmmm对心曲柄滑块对心曲柄滑块偏置曲柄滑块偏置曲柄滑块第12页/共61页ABC1234l1l2A1EC24L1 l22 2、曲柄滑块机构的演化导杆、摇块、定块机构曲柄滑块机构的演化导杆、摇块、定块机构Take “1 as frameABCE1234(a)对心曲柄滑块对心曲柄滑块回转导杆机构回转导杆机构摆动导杆机构摇块机构43E2ACB1定块机构定块机构

4、Take “3 as frameTake “2 as frame第13页/共61页 注：曲柄长度很小时，常将曲柄做成偏心轮，增大轴颈尺寸，提高偏心轴强度、刚度。4扩大回转副扩大回转副2 2、曲柄滑块机构的演化偏心轮机构曲柄滑块机构的演化偏心轮机构第14页/共61页3 3、运动副元素逆换、运动副元素逆换第15页/共61页正弦机构正弦机构和正切机构正弦机构和正切机构正切机构第16页/共61页AABB11224343AB123432A41B双转块和双滑块机构双转块机构双滑块机构第17页/共61页(2) 选用不同的构件为机架选用不同的构件为机架(3) 改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸 (1)(1) 改

5、变构件的形状和相对运动尺寸改变构件的形状和相对运动尺寸 (4) 运动副元素的逆换运动副元素的逆换 （改变移动副两元素包容关系）（改变移动副两元素包容关系）第18页/共61页1、铰链四杆机构有曲柄的条件、铰链四杆机构有曲柄的条件aabcbcd蓝色三角形成立蓝色三角形成立bdaccdabcbda红色三角形成立红色三角形成立ba-dcca-dbcba-dda & 8-3 平面四杆机构的基本知识平面四杆机构的基本知识第19页/共61页比较比较bdaccdabcbdaba-dcca-dbcba-dcbdaa-dcbdacdaca-dbca-dbbdaba-dcba-dccbdaca-dbba-d

6、cca ba da a最短最短abcd该机构中构件该机构中构件a最短，构件最短，构件a能否整周回转？能否整周回转？第20页/共61页周转副由最短杆及其邻边组成周转副由最短杆及其邻边组成cbdaca-dbba-dcca ba da a最短最短cbdacdbabdca最短杆与最长杆之和小于等于最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和其它两杆长度之和LLLL maxmin铰链四杆机构有整转副条件铰链四杆机构有整转副条件第21页/共61页讨论：讨论：LLLL maxmin最短杆邻边为机架曲柄摇杆最短杆为机架双曲柄（1）若周转副位于机架上存在曲柄存在曲柄B2C3D41A双曲柄1234曲柄摇杆CDAB第

7、22页/共61页讨论：讨论：（2）若LLLL maxmin机构不存在整转副，只形成双摇杆最短杆对边为机架双摇杆无无曲曲柄柄B2C3D41A双摇杆第23页/共61页11CAB22CAB1AC2AC2.铰链四杆机构的急回特性BC 极限位置第24页/共61页Dabd1B2B1C2Cccab12A主动件主动件a a21ABAB 时间：时间：1t转角：转角：1运动：运动：从动件从动件c c21DCDC 1t12ABAB 时间：时间：2t转角：转角：2运动：运动：12DCDC 2t从动件从动件c c的平均角速度：的平均角速度：:DCDC2113t:DCDC1223t 1111180t1122-180t21

8、tt 33 第25页/共61页180180212112ttvvK急回运动特性可用急回运动特性可用K表示：表示：极位夹角 越大，K值越大，急回运动性质也越显著。行程速比系数行程速比系数11180KK 设计新机械时，根据机械的急回要求先给出K值，算出极位夹角 ，再确定构件的尺寸。第26页/共61页第27页/共61页FVS压力角：压力角：力力F F的作用线与力作用点绝对速度的作用线与力作用点绝对速度V V所夹的锐角所夹的锐角称为称为压力角压力角。传动角：传动角：压力角的余角压力角的余角称为称为传动角传动角2.铰链四杆机构的压力角和传动角第28页/共61页ABCDFrFtFVC曲柄摇杆机构的压力角和传

9、动角曲柄摇杆机构的压力角和传动角第29页/共61页机构在运转一周的过程中，传动角是变化的。 min 40大功率机械： min 50为保证机构传力性能良好，应使 min 的位置的位置：曲柄与机架两共线位置之一曲柄与机架两共线位置之一 min =minmin, minABCminDACBminD第30页/共61页 若摇杆为原动件，曲柄为从动件，在摇杆的两个极限位置上，摇杆通过连杆加给曲柄的力恰好通过曲柄的回转中心A，传动角为零，即此时力对A点不产生力矩，不能使曲柄转动。 机构的两个极限位置即为死点死点位置。Dabd1B2B1C2Cccab12A3.铰链四杆机构的死点第31页/共61页曲柄摇杆机构（

10、曲柄为主动件）的死点曲柄摇杆机构（曲柄为主动件）的死点无死点存在无死点存在DABCMBvBFCFCvC0BABMFB第32页/共61页死点位置危害及措施死点位置危害及措施利用构件惯性克服死点利用构件惯性克服死点第33页/共61页死点位置的应用死点位置的应用F第34页/共61页4.铰链四杆机构的运动连续性第35页/共61页& 8-4 平面四杆机构的设计2. 设计方法解析法精确、繁杂作图法作图法易行、实验法直观简便3. 基本问题一、一、按给定连杆位置设计按给定连杆位置设计三、按连架杆预定位置设计三、按连架杆预定位置设计二、按急回要求设计二、按急回要求设计第36页/共61页按给定连杆位置设计

11、四杆机构按给定连杆位置设计四杆机构第37页/共61页已知行程速比系数K，摇杆长度l3，摇杆摆角N90PMB2B1ADC2C1BC第38页/共61页按连架杆预定位置设计四杆机构按连架杆预定位置设计四杆机构第39页/共61页已知条件：机架长度已知条件：机架长度 l lADAD和两连架杆的三个对应位置和两连架杆的三个对应位置AB1、D和AB2、 D及AB3、D1213D1213B2B3AB1C1B212B313第40页/共61页按急回特性设计四杆机构按急回特性设计四杆机构第41页/共61页& 8-5 多杆机构简介第42页/共61页1 1、平面连杆机构的应用特点及四杆机构的基本类型；、平面连杆

12、机构的应用特点及四杆机构的基本类型；2 2、四杆机构的演化：、四杆机构的演化：变运动副尺寸变运动副尺寸偏心轮；偏心轮；变构件形状变构件形状移动副；移动副；机架的位置机架的位置3 3、四杆机构的基本特性：、四杆机构的基本特性：曲柄存在条件：曲柄存在条件：铰链四杆机构的判别方法；急回特性：急回特性：极限位置、摆角、极位夹角、行程速比系数传动角、压力角：传动角、压力角：分清原动件、从动件死点位置死点位置4 4、四杆机构的设计、四杆机构的设计：按给定连杆位置设计； 按给定两连架杆位置设计； 按行程速比系数设计；第43页/共61页 1. 平面连杆机构的运动设计是一个比较复杂和困难的问题，这主要是因为平面

13、连杆机构的运动设计是一个比较复杂和困难的问题，这主要是因为它所含有的运动副为低副，而低副的约束数比高副多，从而给连杆机构的设计带它所含有的运动副为低副，而低副的约束数比高副多，从而给连杆机构的设计带来较多的困难。但是，由于连杆机构中构件运动形式和连杆曲线的多样性，可供来较多的困难。但是，由于连杆机构中构件运动形式和连杆曲线的多样性，可供工程实际广泛应用，所以直到今天工程实际广泛应用，所以直到今天,连杆机构的设计问题仍受到国内外学者的广连杆机构的设计问题仍受到国内外学者的广泛重视和深入研究。泛重视和深入研究。 连杆机构的设计方法大体可分为图解法、解析法和实验法三大类。本章结连杆机构的设计方法大体

14、可分为图解法、解析法和实验法三大类。本章结合几种设计合几种设计 命题对这三种方法都有所介绍，但限于学时和篇幅，所讲内容是最命题对这三种方法都有所介绍，但限于学时和篇幅，所讲内容是最基本的、有限的。同学若想深入学习和研究，可参阅张世民编著的基本的、有限的。同学若想深入学习和研究，可参阅张世民编著的平面连杆机平面连杆机构设计构设计（北京：高等教育出版社（北京：高等教育出版社, 1983）和）和A.G.厄尔德曼，厄尔德曼，G.N.桑多尔著，庄桑多尔著，庄细荣等译的细荣等译的机构设计机构设计分析与综合（第一分析与综合（第一 卷）（第二卷）卷）（第二卷）（北京：高等（北京：高等教育出版社，教育出版社，1

15、992，1993）两书。前者对平面连杆机构的运动设计）两书。前者对平面连杆机构的运动设计 作了较深入作了较深入的介绍，读者可以用它来解决更多的设计问题，书中不仅介绍了平面连杆机构的介绍，读者可以用它来解决更多的设计问题，书中不仅介绍了平面连杆机构 设计的一些基础理论，而且在每一基设计的一些基础理论，而且在每一基第44页/共61页础理论之后都附有具体的应用实例；后者是一本内容丰富、观点新颖的教科书，础理论之后都附有具体的应用实例；后者是一本内容丰富、观点新颖的教科书，其在连杆机构运动设计方面的内容之丰富是其它教科书无法相比的，书中既有较其在连杆机构运动设计方面的内容之丰富是其它教科书无法相比的，

16、书中既有较详细的设计方法介绍和理论分析，又有结合现代工业和生活实际的实例说明。详细的设计方法介绍和理论分析，又有结合现代工业和生活实际的实例说明。 2. 根据给定的运动轨迹设计平面连杆机构，是工程实际中常见的设计命题之根据给定的运动轨迹设计平面连杆机构，是工程实际中常见的设计命题之一。如本章所述，连杆曲线方程一般是一个六次方程，求解这样的方程，需要联一。如本章所述，连杆曲线方程一般是一个六次方程，求解这样的方程，需要联立求解高阶非线性方程组。要求实现的精确点数目越多，求解越困难，而且还可立求解高阶非线性方程组。要求实现的精确点数目越多，求解越困难，而且还可能没有实数解，或即使有解，也可能由于结

17、构尺寸不合理或传动角太小等原因而能没有实数解，或即使有解，也可能由于结构尺寸不合理或传动角太小等原因而无实用价值。因此，在工程实际中无实用价值。因此，在工程实际中, 人们常借助连杆曲线图谱来进行轨迹生成机人们常借助连杆曲线图谱来进行轨迹生成机构的设汁。和所著的构的设汁。和所著的Analysis of the Four-Bar Linkage（New York：书，：书，是这方面是这方面 的一本经典著作，书中收集了的一本经典著作，书中收集了7000余张曲柄摇杆机构的连杆曲线图谱余张曲柄摇杆机构的连杆曲线图谱，包含了各种各样的轨迹曲线，利用它可以使设计过程大大简化。，包含了各种各样的轨迹曲线，利用

18、它可以使设计过程大大简化。 第45页/共61页 需要指出的是，随着计算技术的进一步发展和计算机应用范围的日益扩大需要指出的是，随着计算技术的进一步发展和计算机应用范围的日益扩大，绘制连杆曲线图谱的工作也可借助计算机来实现，从而使连杆曲线图谱的类型，绘制连杆曲线图谱的工作也可借助计算机来实现，从而使连杆曲线图谱的类型更加丰富和完善。更加丰富和完善。 3. 在平面连杆机构设计中，有时设计误差偏大，有时还要求所设计的机构在平面连杆机构设计中，有时设计误差偏大，有时还要求所设计的机构满足许用满足许用 传动角、存在曲柄以及其他一些结构上的要求。在这些情况下，仅用传动角、存在曲柄以及其他一些结构上的要求。

19、在这些情况下，仅用本章介绍的设计方法是难于同时满足这些设计要求的，需要运用优化设计方法进本章介绍的设计方法是难于同时满足这些设计要求的，需要运用优化设计方法进行设计，以得到比较满意的设行设计，以得到比较满意的设 计结果。计结果。 所谓机构的最优化设计就是根据机构分析及设计的理论，采用数学上的最所谓机构的最优化设计就是根据机构分析及设计的理论，采用数学上的最优化方法，借助计算机进行计算，使所设计的机构最优地满足预定的各项设计要优化方法，借助计算机进行计算，使所设计的机构最优地满足预定的各项设计要求，从而得到最优的设计方案。在利用最优化方法进行机构设计时，首先要建立求，从而得到最优的设计方案。在利

20、用最优化方法进行机构设计时，首先要建立一个包括各设计变量（如各构一个包括各设计变量（如各构 件的尺寸参数和位置参数等）的所谓目标函数（件的尺寸参数和位置参数等）的所谓目标函数（如以连杆上一点如以连杆上一点M轨迹误差最小作为设轨迹误差最小作为设 计目标），然后在所给约束条件（如存计目标），然后在所给约束条件（如存在曲柄、传动角在许用范围内、结构尺寸合理在曲柄、传动角在许用范围内、结构尺寸合理第46页/共61页等）的范等）的范 围内，运用合理的优化方法，通过循环反复的大量计算和评比，对各围内，运用合理的优化方法，通过循环反复的大量计算和评比，对各设计变量进行优选，以设计变量进行优选，以 求得目标函

21、数的最优解。求得目标函数的最优解。 利用计算机对机构进行最优化设计，已成为近年来机构学发展的一个重要利用计算机对机构进行最优化设计，已成为近年来机构学发展的一个重要方面。有兴趣的同学可参阅陈立周等所著的方面。有兴趣的同学可参阅陈立周等所著的机械优化设计机械优化设计（上海：上海科学（上海：上海科学技术出版社，技术出版社，1982）和王文博主编的）和王文博主编的机构和机械零部件优化设计机构和机械零部件优化设计（北京：（北京：机械工业出版社，机械工业出版社，1990）两书。书中不仅介绍了机械优化设计的基本知识、理）两书。书中不仅介绍了机械优化设计的基本知识、理论和若干常用的优化设计方法，还介绍了包括

22、连杆机构在内的若干常用机构的优论和若干常用的优化设计方法，还介绍了包括连杆机构在内的若干常用机构的优化设计和通用机械零部件的优化设计方法。化设计和通用机械零部件的优化设计方法。 4. 空间连杆机构有许多特点，可以实现平面连杆机构难以实现或根本无法空间连杆机构有许多特点，可以实现平面连杆机构难以实现或根本无法实现的运动，因此在工程实际中也得到了较多的应用。但其分析和设计比较复杂实现的运动，因此在工程实际中也得到了较多的应用。但其分析和设计比较复杂，不易想象，也难以用直观的实验法进行设计，故需要对其进行专门研究。有兴，不易想象，也难以用直观的实验法进行设计，故需要对其进行专门研究。有兴趣对其进行深

23、入研究的同学，可参阅张启先编著的趣对其进行深入研究的同学，可参阅张启先编著的空间机构的分析与综合（上空间机构的分析与综合（上）（北京：机械工业出版社，（北京：机械工业出版社，1984）一书。书）一书。书第47页/共61页中，作者根据多年从事科学研究的成果，对空间连杆机构的分析与综合问题进行中，作者根据多年从事科学研究的成果，对空间连杆机构的分析与综合问题进行了深入的讨论。此外，由谢存禧、郑时雄、林怡青编著的了深入的讨论。此外，由谢存禧、郑时雄、林怡青编著的空间机构设计空间机构设计一书一书（上海：上海科学技术出版社，（上海：上海科学技术出版社，1996），也对空间连杆机构），也对空间连杆机构 的

24、组成原理、运动的组成原理、运动分析、受力分析和设计方法作了详细的讨论，是一本研究空间机构的专著。分析、受力分析和设计方法作了详细的讨论，是一本研究空间机构的专著。 5.由华大年、华志宏、吕静平编著的由华大年、华志宏、吕静平编著的连杆机构设计连杆机构设计一书（上海：上海一书（上海：上海科学技术出版社，科学技术出版社，1995），是近年来国内出版的一本关于连杆机构的专著。书），是近年来国内出版的一本关于连杆机构的专著。书中着重论述平面连杆机构中着重论述平面连杆机构, 也简要讨论了空间连杆机构，涉及内容十分广泛。主也简要讨论了空间连杆机构，涉及内容十分广泛。主要包括：平面连杆机构的组成分析与创新设计

25、，平面连杆机构的运动分析、平面要包括：平面连杆机构的组成分析与创新设计，平面连杆机构的运动分析、平面连杆机构的力分析与平衡连杆机构的力分析与平衡,平面连杆机构的设计，平面连杆机构的计算机辅助设平面连杆机构的设计，平面连杆机构的计算机辅助设计和最优化设计，平面连杆机构的结构设计，简单空间连杆机构的分析与设计等计和最优化设计，平面连杆机构的结构设计，简单空间连杆机构的分析与设计等。特别是关于平面连杆机构设计方面的内容十分丰富，可供读者设计时参考。特别是关于平面连杆机构设计方面的内容十分丰富，可供读者设计时参考。第48页/共61页1. 孙桓、陈作模主编孙桓、陈作模主编机械原理机械原理（高教出版社，（高教出版社，1996）2. 郑文纬、吴克坚主编郑文纬、吴克坚主编机械原理机械原理（高教出版社，（高教出版社，1997）3. 罗洪田罗洪田平面四杆机构运动连续性够准则平面四杆机构运动连续性够准则（ 西安交大学报，西安交大学报，1986）5. 华大年等编著华大年等编著连杆机构设计连杆机构设计（上海科学技术出版社，（上海科学技术出版社，1995）6. 张世民主编张世民主编平面连杆机构设计平面连杆机构设计（高教出版社，（高教出版社，1983）7. 王知行王知行用数值比较法实现平面连杆