机械原理与设计-现代机器的认知、分析与设计 课件 ch6-机器的结构设计;ch08 连杆机构

第六章机器的结构设计课程内容

Contents引言1234配置设计产品架构参数设计1.引言产品架构配置设计参数设计确定设计主体的物理部件的组织方式并形成分类，这些分类称为模块设计特殊部件以及选用标准零部件（如泵或发动机）确定零件或零件特征的准确值、尺寸或公差等质量关键点相关的参数功能结构概念草图功能验证模型结构模型工艺模型实体设计模块构成与接口？零件特征/材料/加工方式/公差配置？加工、装配与装拆工艺？...

...1.引言产品架构配置设计参数设计确定设计主体的物理部件的组织方式并形成分类，这些分类称为模块设计特殊部件以及选用标准零部件（如泵或发动机）确定零件或零件特征的准确值、尺寸或公差等质量关键点相关的参数功能结构概念草图功能验证模型结构模型工艺模型实体设计实体设计的任务:是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以完成产品设计功能需求，将抽象的工作原理具体化为实体结构形式的零部件及装配结构1.引言评价与回归功能域机构/结构域要求功能功能构成功能要素机构要素结构要素整体结构计划详细设计分析分解映射展开综合1.引言2.产品架构结构是机器功能的载体结构是机械设计计算的基础和计算结果的体现结构图是加工和装配的依据2.产品架构最常见架构，通常是标准化模块和定制零部件的混合体；每个模块具备一个或几个功能，模块间相互作用清晰明确；易于进行产品配置、维护与升级；可以极大提高系列产品开发进度。模块间的连接接口对于实现产品功能非常重要。在设计中，应尽可能选用设计师和零部件供货商都非常了解的标准连接接口产品功能通过一个或少量几个模块来实现；以产品成本为主要目标，尽可能进行功能合并以及结构简化；产品模块间没有清晰的标准化接口，部分零件具有跨模块的复合功能。当产品受到重量、空间或者成本的约束下很难达到所需性能时，往往采用集成化产品架构产品架构的类型模块化架构集成化架构2.产品架构产品架构的类型模块化架构2.产品架构产品架构的类型集成化架构2.产品架构模块化与大规模定制模块化是产品架构重要形式，日益成为大规模定制生成的最佳实现方法之一；相对独立性，通用性，互换性是模块化产品架构的三个主要特征；模块化设计的核心是以少变应多变，模块的定义划分以及接口的定义应加以足够重视模块化的四个策略零件共享模块化，如电池模块，手机充电口零件交换模块化，如汽车不同性能的配置量体裁衣模块化，模块化产品的系列化平台模块化，汽车共线生成平台2.产品架构2.产品架构2.产品架构薄板曲柄冲床中华世纪坛旋转支撑2.产品架构工件固定式架构设计，也即缝纫机的四大机构，包括针机构、挑线机构、送布机构、梭机构，它们的工作配合点在汇聚在一个固定的位置。这种形式的架构一般结构相对复杂，布局紧凑，相对而言维修较为不方便2.产品架构瓶装食品灌装封口机典型架构一种饮料灌装封口机主传送系统和供送输出装置的架构图，属于工件直线运动式。这种架构中，主要工件（容器瓶）沿着直线物流路径运动。工作中先让小型空瓶竖立集聚在转盘1上，由于瓶子能随盘转动并依靠弹性拦板2和11的导向作用而逐渐进人供瓶区。然后，借助折线往复运动的槽板9使瓶子按规定数量分批地经固定导板3和10的通道送到主传送区。该主传送机构由作封闭折线运动的槽板4,定位滑轮5、作横向往复运动的双层导板7和定位槽板8等组成。瓶子被它们间歇转位，每当停止时，即依次进行灌装和封口。最后所得的成品再借助横向往复运动的叉形推板6输出机外2.产品架构易拉罐卷边封口机典型架构一种易拉罐卷边封口机架构图，是工件回转运动式典型架构。充填有物料的罐体借助装在推送链上的等间距推头15间歇地将其送入分度转盘11的进罐工位Ⅰ。盖仓12内的罐盖由连续转动的分盖器13逐个拨出，并由往复运动的推盖板14有节奏地送至进罐工位罐体上方。接着，罐体和罐盖被间歇地传送到卷封工位Ⅱ。此时，先由托罐盘10、压盖杆1将其抬起，直至固定的上压头定位后，用头道和二道卷边滚轮8依次进行卷封。然后，托罐盘和压盖杆恢复原位，已封好的罐体降下，分度转盘再送至出罐工位Ⅲ2.产品架构一种颗粒物料制袋充填封口机的架构图，是直线运动与回转运动组合式典型架构。它巧妙地组合了多种形式的供送、传送及中间装置，并实现了制袋、充填、封口等包装工艺过程的连续化和自动化颗粒物包装机典型架构2.产品架构2.产品架构布局案例库/asia/incadlibrary/?bid=bid_sh_ec_20151203_77382.产品架构-举例2.成品架构-举例2.成品架构-举例2.产品架构-举例2.产品架构交互方式及性能特征确定：常见的接口形式形状式模块：任意两个零件的连接接口的形状不同。这是最常见的模块化架构类型，因为不同的零件为了在产品中发挥自己的作用对接口的连接方式有着不同的要求排列式模块：在该结构类型中，零件可以安装在通用的接口或者“总线”上，零件间可简单地进行互换接头式模块：在该结构类型中，所有零件的连接接口都是通用的，但两个模块并不接触，模块是通过另一个连接件的接口连接的形状式模块结构排列式模块结构接头式模块结构课程内容

Contents引言1234配置设计产品架构参数设计3.配置设计产品架构配置设计参数设计确定设计主体的物理部件的组织方式并形成分类，这些分类称为模块设计特殊部件以及选用标准零部件（如泵或发动机）确定零件或零件特征的准确值、尺寸或公差等质量关键点相关的参数功能结构概念草图功能验证模型结构模型工艺模型实体设计配置设计主要任务：确定元件的形状和总体尺寸成大先，机械设计手册机构-结构设计.化工出版社，2016周德信等译，机械设计实践，机械工业出版社

3.配置设计配置设计核心关键形态功能物料生产制造装配约束接口组件配置设计思路：零件形状或结构源于其功能。然而，结构的实现多取决于所用材料及其加工工艺。另外，可行的结构还依赖于产品运行及架构范围内的空间约束承受载荷传递运动和动力保持有关零部件之间的相对位置或运动轨迹关系其它功用；（润滑、密封、美观等）当一结构件具有两种或两种以上功用时，应分清主次，在优先满足主要功用的前提下，尽量满足其它功用的要求结构要素工作要素(或工作表面)连接要素(或连接表面)3.配置设计一板受拉，另一板受压，相对变形大，变形不协调，应力分布不均匀。改进型设计，两板改为板厚呈线性变化的斜接口，两板相对变形几乎等于零，应力分布非常均匀。两板受拉，相对变形小，符合变形协调原理，应力分布均匀。两焊接板的变形及应力分布承受载荷对配置设计的影响3.配置设计形态功能物料生产制造装配约束接口组件杆类构件3.配置设计形态功能物料生产制造装配约束接口组件盘状零件盘状凸轮结构齿轮结构a）实心式b）腹板式c）轮辐式盘状的杆件3.配置设计形态功能物料生产制造装配约束接口组件轴类零件偏心轴齿轮轴凸轮轴曲轴3.配置设计形态功能物料生产制造装配约束接口组件转动副转动副滑动轴承作为转动副滚动轴承作为转动副3.配置设计形态功能物料生产制造装配约束接口组件移动副滚动导轨示意图之一滚动导轨示意图之二滚动轴承导轨3.配置设计常见直线运动零件要素/vona2/mech/M0100000000/3.配置设计形态功能物料生产制造装配约束接口组件图8.6直角支架可能存在的四种特征配置(a)平板弯曲而成；(b)实心块机加工而成；

(c)三件焊接而成；(d)铸造而成生成批量与零件配置设计3.配置设计形态功能物料生产制造装配约束接口组件材料特性与零件配置设计承载动态特性加工工艺性经济性3.配置设计配置设计的全景要素图3.配置设计所采用的方案？工作可靠性如何？寿命如何？润滑、维护如何操作是否方便？安全问题是否进行全方位的考虑？是否进行了静态以及动态干涉或碰撞检查？所采用的方案是否经济合理？是否符合有关法律的规定？这个零部件起什么作用？所采用的结构能否实现？这个零部件能否不要？或用其他更好的代替？这个零部件承受什么载荷？可能的失效方式是什么？采用的结构能否避免这些失效？每个零件或部件由毛坯生产到加工、装配、检测、运输、使用、修理直到报废回收过程中会产生什么问题？零部件、系统的薄弱环节在哪里？损坏后是否会引起严重后果？有没有标准件、通用件或能够买到的经济适用的成品？材料和热处理是否合适？是否考虑了噪声、振动、腐蚀、潮湿、温度等环境因素影响？对环境有无污染？3.配置设计明确简单安全可靠功能明确工作原理明确使用条件明确形状简单加工简单拆装简单构件可靠功能可靠工作安全环境安全配置设计基本原则配置设计全景要素3.配置设计配置设计一般流程P208/8.4明确要求评审产品设计规范以及元件所属的子装配体的所有要求确定约束确定所设计的产品或子装配体的空间约束接口配置建立和完善零件间的接口或者连接方式配置优化该零件是否可以省略，或者是否可以归纳到其他零件中？是否能使用标准件或者标准子系统？配置及校核P217/8.5.33.配置设计寿命安全原则失效安全原则冗余配置原则安全性永远是第一要素参考P212：8.5配置设计的最佳实践3.配置设计明确功能明确工作原理明确使用条件明确配置设计基本原则3.配置设计简单形状简单加工简单拆装简单配置设计基本原则考虑装拆简单原则的构型比较3.配置设计安全可靠构件可靠功能可靠工作安全环境安全配置设计基本原则零件寿命安全策略失效安全策略冗余配置策略3.配置设计配置设计的最佳实践–实体设计原理力传递任务分解自助稳定性其它3.配置设计配置设计的最佳实践–实体设计原理力传递任务分解自助稳定性其它3.配置设计配置设计的最佳实践–实体设计原理力传递任务分解自助稳定性其它3.配置设计配置设计的最佳实践–实体设计原理力传递任务分解自助稳定性其它3.配置设计配置设计的最佳实践–实体设计原理力传递任务分解自助稳定性其它3.配置设计配置设计的最佳实践–实体设计原理力传递任务分解自助稳定性其它3.配置设计3.配置设计课程内容

Contents引言1234配置设计产品架构参数设计4.参数设计产品架构配置设计参数设计确定设计主体的物理部件的组织方式并形成分类，这些分类称为模块设计特殊部件以及选用标准零部件（如泵或发动机）确定零件或零件特征的准确值、尺寸或公差等质量关键点相关的参数功能结构概念草图功能验证模型结构模型工艺模型实体设计参数设计主要任务：确定零件的最佳形态初定零件尺寸和公差初步确定工艺参数4.参数设计第1步确切地阐述参数设计问题明确所涉及的零件需要完成的功能确定设计变量（DV）确定了解和记录下问题定义参数（PDP）制订一个问题求解计划第2步生成备选设计方案在参数设计中，结构设计阶段确定下来的零件的属性就成为参数设计中的设计变量。典型的变量是零件的尺寸或公差，也可能是零件的材料、热处理或者表面粗糙度等为设计参数设定不同的值以获得不同的候选设计方案使用分析模型或者实验模型来预测每一个设计方案的性能，检查每一个设计是否满足所有的性能约束和期望值对所有可行的设计方案进行评估，以确定最好的方案第3步分析备选设计方案第4步评估分析结果参数设计的系统化步骤4.参数设计参数是指用于描述某个物理实体或现象的模型中所包含的、用字母或符号表示的物理量。对于实体设计来说，参数是指决定着零件性能的、能通过设计来确定或控制的关键设计变量参数设计就是确定这些与质量密切相关的设计变量的值，以获得性能佳且成本低的、最具可行性的设计方案4.参数设计1）总体技术参数：部分参数属于总体技术参数，或受总体技术参数的影响。如冲程、工作空间等，这些参数的确定主要依据设计任务书；2）与外购件的配合：根据外购件的尺寸及需求，确定安装空间、孔位置、相配合的零件的位置、尺寸等参数。如电机安装法兰相关安装面以及孔的参数、与轴承配合的轴的直径、表面粗糙度、圆柱度以及台阶高度等；3）功能确定的尺寸：由满足所需功能的条件确定参数。例如根据哪一个零件传递转矩来确定轴的直径、键的尺寸等；4）性能计算：根据零件的设计公式，如轴的强度、齿轮的表面接触强度等，确定相应的结构参数；5）相互位置关系：根据零件之间空间关系确定相互间的尺寸。如圆角倒角的关系、配线配管空间、可动部分结构空间尺寸等；6）规格尺寸：根据设计规范相应的标准、优先数系等，选择确定尺寸。如尺寸模数、键槽尺寸、螺纹孔尺寸等。对于一些非标准的结构尺寸，如轴的直径，一般而言推荐进行系列化，可以参考优先数系展开设计；7）加工方法、刀具：根据加工所使用的刀具的尺寸及加工方法，确定尺寸；8）人机交互：根据装配、拆卸、操作等方面确定尺寸，确保方便装配和操作，确保扳手等操作空间、操作端配置、机器高度等；9）工业设计：如平衡与美学要求等角度出发，确定相应的结构尺寸。外形平衡美观，尽可能形状简单。4.参数设计4.参数设计外圆加工方法与公差配置指南平面加工方法与公差配置指南4.参数设计孔、轴配合类别选择的大致方向4.参数设计4.参数设计根据机器工作条件及设计要求，合理选择配合间隙4.参数设计零件的标注4.参数设计尽量减少配合长度4.参数设计减少不必要的配合面4.参数设计产品架构配置设计参数设计确定设计主体的物理部件的组织方式并形成分类，这些分类称为模块设计特殊部件以及选用标准零部件（如泵或发动机）确定零件或零件特征的准确值、尺寸或公差等质量关键点相关的参数功能结构概念草图功能验证模型结构模型工艺模型实体设计反复迭代实体设计中，采取挑毛病的态度是安全的即使优秀的设计者，也会出现疏忽及错误仅仅以正确的操作为前提的设计，是极度危险的设计创新谢谢大家！第八章连杆机构“设计与制造II”课程

（D&MII，ME3220）设计与制造II目录第八章连杆机构平面连杆机构的特点和基本型式平面连杆机构设计中的一些共性问题平面连杆机构的运动分析速度瞬心及共在平面机构速度分析中的应用平面连杆机构运动设计的基本问题及应用刚体导引机构的设计函数机构的设计轨迹机构的设计平面连杆机构力分析特点平面连杆机构的特点和基本型式特点平面四杆机构的基本型式平面四杆机构的演变平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点和基本型式连杆机构:低副机构

平面连杆机构和空间连杆机构

四杆机构、五杆机构、六杆机构多杆机构平面连杆机构:用平面低副连接，各构件在平行平面内运动：平面低副机构平面连杆机构:能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律

低副不易磨损而又易于加工

由本身几何形状保持接触

因此广泛应用于各种机械及仪表中。不足之处:作变速运动的构件惯性力及惯性力矩难以完全平衡；

较难准确实现任意预期的运动规律，设计方法较复杂。连杆机构中应用最广泛的是平面四杆机构。平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点和基本型式平面连杆机构的特点

人工磨豆腐装置图片摘自网上，仅课程教学用据考证，豆腐是我国炼丹家--淮南王刘安发明的，绿色健康，迄今已有2100多年历史。平面连杆机构的特点

古代机械平面连杆机构的特点和基本型式水击面罗（与水磨连用的一种水力筛面机）元代《王祯农书》平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点和基本型式Watt蒸汽机,1788催生了第一次工业革命/机器革命(铰链四杆机构/近似直线运动)平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点和基本型式Wattfour-barlinkage：WattparallelmotionmechanismWattdescribedhislinkagetohissonusingahand-drawndiagraminaletterhewroteintheageof72.Watt'sfour-barlinkageisthemainelementofhisparallelmotionmechanism,theinventionWattwasmostproudof.Ashewroteintheaforementionedletter:ThoughIamnotover-anxiousafterfame,yetIammoreproudoftheparallelmotionthanofanothermechanicalinventionIhaveevermade.ThislinkagewasinventedbyJamesWattandpresentedinhis1784steamenginepatentspecification.Watt'slinkageisasimpleandelegantmechanismproducingagoodapproximationofstraight-linemotionandenabledhimtoinventtheWattdoubleactingsteamengine.平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点和基本型式用于搅拌器的曲柄摇杆机构

用于送料机构的曲柄摇杆机构

缝纫机中的曲柄摇杆机构

曲柄摇杆机构

平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点和基本型式机车车轮联动机构

车门开闭机构反平行四边形机构

双曲柄机构

摄影平台升降机构

双曲柄机构在惯性筛中的应用

平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点和基本型式双摇杆机构

坦克悬挂装置

飞机起落架机构

汽车前轮转向机构

鹤式起重机

雷达天线机架(frame)连架杆(sidelinks)：曲柄(crank)摇杆(rocker)连杆(coupler)ABCD平面连杆机构的基本型式平面连杆机构的特点和基本型式曲柄摇杆机构Crank-rocker双曲柄机构double-crank,dragging-link双摇杆机构double-rockerBack铰链四杆机构平面四杆机构的演变（linkagetransformation）平面连杆机构的特点和基本型式R=>P手摇唧筒

平面四杆机构的演变R=>P平面连杆机构的特点和基本型式双滑块机构(A)正弦机构(C)正切机构(B)引线机构十字滑块联轴器双转动导杆机构椭圆仪

平面四杆机构的演变平面连杆机构的特点和基本型式取不同构件为机架(机构倒置inversion)平面四杆机构的演变平面连杆机构的特点和基本型式扩大转动副为偏心轮扩大转动副为偏心轮

多用于曲柄销承受较大冲击载荷或者曲柄长度较短的机械中，如破碎机、剪床及冲床等

机构演变方法：机构尺度比例变换；机架变换；构件互换；运动副演化（元素互换；R->P；替代：S~U+R~3R、C~R+P；缩放）平面连杆机构设计中的一些共性问题平面四杆机构的曲柄存在条件平面四杆机构的压力角、传动角和死点平面四杆机构输出件的极位夹角与急回特性运动连续性速度瞬心铰链四杆机构-分类曲柄滑块机构-分类导杆机构-分类平面连杆机构设计中的一些共性问题平面四杆机构的曲柄存在条件--拆副法（机架叠合法）1)连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆，2)最短杆与最长杆的杆长之和≤其余两杆的杆长之和

(杆长和条件，Grashofcriterion,publishedin1883byGrashof)。最短杆与相邻二构件分别组成的两转动副都是能作整周转动的“周转副”其他二转动副不是“周转副”，即只能是“摆动副”。装配条件平面连杆机构设计中的一些共性问题平面四杆机构的曲柄存在条件曲柄摇杆机构crank-rocker双曲柄机构double-crank,dragging-link双摇杆机构double-rocker不满足Grashofcriterion，称为：第二类双摇杆机构/三摇杆机构double-rockermechanismofthesecondkind,triple-rockermechanismGrashofmechanisms变点机构change-point/crossover-positionmechanism平面连杆机构设计中的一些共性问题平面四杆机构的曲柄存在条件（Slide-cranklinkage）1)a为最短杆2)a+e≤b连杆connectingrod曲柄crank平面连杆机构设计中的一些共性问题平面四杆机构的曲柄存在条件（slidingcontactlinkages）1)a为最短杆2)a+e

≤

d摆动导杆机构1)d为最短杆2)d+e≤a转动导杆机构aede

≤

d-ad+e≤aa

≤

d-e机构压力角：在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的速度方向间所夹的锐角（用α

表示）平面连杆机构设计中的一些共性问题平面四杆机构的压力角、传动角和死点pressureangle,transmissionangel,deadpoint传动角transmissionangle:（压力角的余角，用

表示）theanglebetweenthecouplercenterlineandthedrivencrankcenterlineαα

γγ

=

+

=π

平面连杆机构设计中的一些共性问题平面四杆机构的压力角、传动角和死点最小传动角传动角transmissionangle:（压力角的余角，用

表示）

theanglebetweenthecouplercenterlineandthedrivencrankcenterline平面连杆机构设计中的一些共性问题平面四杆机构的压力角、传动角和死点最小传动角传动角transmissionangle:（压力角的余角，用

表示）theanglebetweenthecouplercenterlineandthedrivencrankcenterline死点平面连杆机构设计中的一些共性问题平面四杆机构的压力角、传动角和死点α＝90o死点应用平面连杆机构设计中的一些共性问题平面四杆机构的压力角、传动角和死点钻床工件夹紧机构平面连杆机构设计中的一些共性问题平面四杆机构的压力角、传动角和死点瓶盖机构平面连杆机构设计中的一些共性问题平面四杆机构的压力角、传动角和死点克服死点？飞轮平面连杆机构设计中的一些共性问题平面四杆机构的输出件的急回特性极位夹角theanglebetweenlimitingpositionsTimeratio（行程速比系数）行程速度变化系数K=空回行程/工作行程平均速度之比（≥1）平面四杆机构具有急回特性的条件是

1)原动件等角速整周转动；2)输出件具有正、反行程的往复运动；3)极位夹角θ

＞0。平面连杆机构设计中的一些共性问题平面四杆机构的输出件的急回特性Back平面连杆机构设计中的一些共性问题平面四杆机构的输出件的急回特性平面连杆机构设计中的一些共性问题平面四杆机构的输出件的急回特性平面四杆机构的输出件的急回特性平面四杆机构具有急回特性的条件是原动件等角速整周转动输出件具有正、反行程的往复运动极位夹角θ≠

0o拓展：可编程输入？调节机构急回特性有哪些手段可以采用？定义：输出构件相对于作匀速运动的输入构件具有往返平均速度不等的情况。拓展：本质是指输出构件相对于时间具有往返平均速度不等的情况。连杆机构运动的连续性，是指该机构在运动中能够连续实现给定的各个位置。错位不连续、错序不连续？平面连杆机构设计中的一些共性问题运动连续性可行域错位不连续错序不连续速度瞬心及共在平面机构速度分析中的应用速度瞬心的概念机构的瞬心数目瞬心位置的确定速度瞬心法及其应用Back速度瞬心：在两构件作相对运动时，其相对速度为零的瞬时重合点（简称瞬心。以符号Pij表示，下标i、j分别是两构件的代号）绝对速度瞬心：两构件之一是静止的（运动构件上瞬时绝对速度为0的点）相对速度瞬心：两构件都是运动的速度瞬心的概念速度瞬心及共在平面机构速度分析中的应用机构的瞬心数目速度瞬心及共在平面机构速度分析中的应用瞬心位置的确定速度瞬心及共在平面机构速度分析中的应用直接接触构件间瞬心位置的确定速度瞬心及共在平面机构速度分析中的应用非直接接触构件间三心定理(Aronhold-KennedyTheorem)：三构件共有三个瞬心，且共线速度瞬心法及其应用速度瞬心及共在平面机构速度分析中的应用机构运动分析的目的和方法平面机构运动分析——图解法vs解析法1.复数向量及其性质2.复数向量的微分与速度、加速度3.铰链四杆机构的运动分析建模方法4.导杆机构的运动分析5.曲柄滑块机构的运动分析6.六杆机构运动分析（双杆组-解分析、消元）7.机构的精度分析（标量误差、向量误差、四杆机构标量误差和向量误差）目录平面连杆机构的运动分析分析+

综合机构运动分析：给定机构尺寸

原动件运动规律(通常作匀速转动)目的： 确定机构运动所需的空间、 某些构件及构件上某些点能否实现预定的位置要求或轨迹要求、 判断运动时是否会相互干涉、 确定机器工作过程的运动和动力性能、 对机构进行优化设计等。方法：

图解法、解析法、实验法（数字仿真/实验）机构运动分析的目的和方法平面连杆机构的运动分析确定其他构件上某些点的轨迹、位移、速度和加速度(或某些构件的位置、角位移、角速度、角加速度)1．位移分析2.速度分析3.加速度分析封闭矢量多边形投影法复数矢量法矩阵法复数矢量法平面机构运动分析的解析法平面连杆机构的运动分析1．复数向量(vectorincomplex-number)复数向量及其性质平面连杆机构的运动分析数学力学机构学数学机械原理复数complex-number共轭复数conjugatecomplex-number(magnitude)(angle)(imaginaryunit)(rectangularform:realandimaginaryparts)(polarform:magnitudeandcomplexexponential)(Eulerformula)1．复数向量的微分与速度、加速度(differentiation,velocityandacceleration)复数向量及其性质平面连杆机构的运动分析径向切向1．复数向量的微分与速度、加速度复数向量及其性质平面连杆机构的运动分析径向切向径向科氏/哥氏法向切向1．位移分析2.速度分析3.加速度分析复数矢量法平面机构运动分析的解析法平面连杆机构的运动分析平面连杆机构的运动分析位置求解(positionalanalysis)铰链四杆机构的运动分析建模方法解析法平面连杆机构的运动分析位置求解正负号：运动连续性

(装配模式)(positionalanalysis)铰链四杆机构｛平面连杆机构的运动分析位置求解(positionalanalysis)铰链四杆机构的运动分析建模方法解析法＋＋－＋＋－－－平面连杆机构的运动分析位置求解(positionalanalysis)铰链四杆机构的运动分析建模方法图解法平面连杆机构的运动分析速度求解(velocityanalysis)铰链四杆机构的运动分析建模方法解析法(克莱姆法则)1．同一构件上两点间的速度和加速度关系速度分析平面连杆机构的运动分析速度影像之相似原理极点(v=0)vBvCvCBvEBvEC(velocityanalysis)铰链四杆机构的运动分析建模方法图解法切向vB切向vCB切向vC平面连杆机构的运动分析加速度求解(accelerationanalysis)铰链四杆机构的运动分析建模方法解析法加速度分析平面连杆机构的运动分析anBatBanCBatCBanCatCanEBatEBatECanEC极点(a=0)加速度影像之相似原理图解法切向

atB法向

anB切向

atCB法向

anCB切向

atC法向

anC2．两构件组成移动副的重合点间的速度和加速度关系平面连杆机构的运动分析导杆机构的运动分析建模方法解析法vs图解法R3R4R1vB3vB2vB3B22．两构件组成移动副的重合点间的速度和加速度关系平面连杆机构的运动分析构件3的角速度导杆机构的运动分析建模方法解析法vs图解法切向

vB3切向

vB2径向

aB3B22．两构件组成移动副的重合点间的速度和加速度关系构件3的角加速度平面连杆机构的运动分析vB3vB2vB3B2aB2akB3B2arB3B2anB3atB3解析法vs图解法法向

aB2径向

arB3B2哥氏

akB3B2切向

atB3法向

anB3切向

vB3切向

vB2径向

aB3B22．两构件组成移动副的重合点间的速度和加速度关系平面连杆机构的运动分析导杆机构的运动分析建模方法图解法CBA平面连杆机构的运动分析位置求解(positionalanalysis)曲柄滑块机构解析法平面连杆机构的运动分析速度求解(velocityanalysis)曲柄滑块机构解析法R2平面连杆机构的运动分析曲柄滑块机构解析法加速度求解(accelerationanalysis)R2平面连杆机构的运动分析六杆机构——机构级别解析法闭环I

闭环II闭环I

闭环II4平面连杆机构的运动分析位置求解(positionalanalysis)六杆机构-II级六杆机构解析法闭环I

闭环II平面连杆机构的运动分析速度求解(velocityanalysis)六杆机构-II级六杆机构解析法加速度求解(accelerationanalysis)闭环I

闭环II平面连杆机构的运动分析六杆机构-III级六杆机构解析法闭环I闭环II闭环I

闭环II平面连杆机构的运动分析六杆机构-IV级六杆机构解析法闭环I（OABCD）

闭环II（OEFCD）闭环I

闭环II平面连杆机构的运动分析六杆机构-IV级六杆机构解析法闭环I（OABCD）

闭环II（OAEFD）闭环I

闭环IIBack平面连杆机构的运动分析案例——导杆机构的运动分析平面连杆机构运动设计的基本问题及应用平面连杆机构的功能及应用运动设计的基本问题和方法分析+

综合刚体导引机构平面连杆机构运动设计的基本问题及应用平面连杆机构的功能及应用-bodyguidancebodyguidance函数生成机构平面连杆机构运动设计的基本问题及应用平面连杆机构的功能及应用-functiongenerationfunctiongeneration轨迹生成机构平面连杆机构运动设计的基本问题及应用平面连杆机构的功能及应用-pathgenerationpathgeneration具有综合功能平面连杆机构运动设计的基本问题及应用平面连杆机构的功能及应用2．设计方法

(1)实验法：作图试凑或利用图谱、表格及模型实验等(2)几何法：用几何作图法(3)解析法：得益于计算机的广泛应用平面连杆机构运动设计的基本问题及应用运动设计的基本问题和方法1．基本问题

(1)实现已知运动规律问题（刚体导引、函数生成）(2)实现已知轨迹问题（轨迹生成）(1)刚体导引机构：bodyguidance(2)轨迹机构：pathgeneration(3)函数机构：functiongeneration(4)具有综合功能的机构解析法设计刚体导引机构bodyguidance刚体导引机构的设计解析法设计刚体导引机构刚体导引机构的设计？求：

???连架杆作为导引杆：R-R杆、

P-R杆两种形式解析法设计刚体导引机构刚体导引机构的设计θiθj，j

=1,2，...，n已知：，j

=2,3，...，n（8个未知量），

j

=1,2，...，n刚体导引机构的设计（式1）（式2）（式3）（式5）（式4）R1R3R-R连架杆：定长方程，j

=2,3，...，n杆长条件：“几何同一性条件”定长法，j

=2,3，...，n，j

=2,3，...，nj

=1,2，...，n未知量数：(2n+2)×2方程数：(n-1)×2n=5时：8个方程，8个未知量n>5：无解（无精确解，优化解）n<5：无穷多解，j

=2,3，...，n刚体导引条件：已知未知量与方程数：未知量数：4×2方程数：(n-1)×2未知量与方程数：解析法设计刚体导引机构刚体导引机构的设计R-P导引杆：定斜率方程待求量：（B1）（2个未知量）j

=3,4，...，n作为导引杆的连架杆：只有R-R杆和