机械原理（第2版）课件5.7-运动学性能分析与评价

子目录传动特性2死点位置3急回特性1机构运动可行域与工作空间4摇杆的极限位置曲柄AB等速转动摇杆CD往复摆动左右2个极限位置DC1（左极限位置）DC2（右极限位置）曲柄AB与连杆BC重叠共线曲柄AB与连杆BC拉直共线1.急回特性DC1（左极限位置）DC2（右极限位置）曲柄AB与连杆BC重叠共线曲柄AB与连杆BC拉直共线摇杆极限位置的确定AC1

=b-aAC2

=b+a摇杆的极限位置1.急回特性曲柄AB摇杆DC摇杆的急回特性急回特性DC2慢行程：DC1DC1快行程：DC2慢快：j1AB2AB1：j2AB1AB2：yDC2DC1：yDC1DC2w1yt1=yt2=w2j1>j2t1>

t2w1w2<

1.急回特性急回特性的衡量θ－极位夹角：当摇杆在两极限位置时，

对应的曲柄之间所夹的锐角。行程速度变化系数Ｋ急回特性的衡量曲柄AB摇杆DC：j1AB2AB1：j2AB1AB2：yDC2DC1：yDC1DC2w1yt1=yt2=w2K=快行程平均角速度慢行程平均角速度K=w2w1=t2j2t1j1=180o+q=180o-q快慢1.急回特性行程速度变化系数qK急回特性越显著q

=0K=1无急回特性qK急回特性越不显著急回特性的衡量1.急回特性小结θ－极位夹角：摇杆在两极限位置时，对应的曲柄所夹的锐角。急回特性：一般情况下，摇杆存在有快行程和慢行程的特性。急回特性的衡量：行程速度变化系数K空回行程工作行程K=快行程平均角速度慢行程平均角速度θ0

K>1有急回特性1.急回特性曲柄滑块机构的急回特性曲柄AB等速转动滑块C往复移动左右2个极限位置C1（左极限位置）C2（右极限位置）曲柄AB与连杆BC重叠共线曲柄AB与连杆BC拉直共线1.急回特性θ－极位夹角：当滑块在两极限位置时，对应的曲柄所处位置之间所夹的锐角。行程速度变化系数Ｋ曲柄滑块机构的急回特性1.急回特性行程速度变化系数Ｋ=1对心曲柄滑块机构

=0

无急回特性曲柄滑块机构的急回特性1.急回特性摆动导杆机构的急回特性曲柄AB等速转动导杆往复摆动左右2个极限位置左极限位置右极限位置导杆与曲柄圆相切与左侧导杆与曲柄圆相切与右侧1.急回特性θ－极位夹角：当导杆在两极限位置时，

对应的曲柄之间所夹的锐角。行程速度变化系数Ｋ

=

y摆动导杆机构的急回特性1.急回特性急回特性的应用视频：

急回特性的应用1.急回特性机构的压力角及传力特性α－压力角:力P的作用线与该力作用点速度Vc之间所夹的锐角。切向分力Pt=

Pcosα

法向分力Pn=Psinαα↓忽略连杆的质量和摩擦

二力杆PPtPnvcaPt↑对传动越有利压力角衡量机构传力特性要求：αmax≤[α][α]——许用压力角jABDabcdMDC2.传动特性jABCDabcdMD机构的传动角及传动特性传动角γ：压力角α

的余角。

α

+

γ

＝90º要求：γmin

≥[γ]通常

[γ]＝40º，高速大功率机械通常

[γ]＝50ºPPtPnvca考虑应用的方便传动角γ（引入）γ↑Pt↑对传动越有利衡量机构传力特性[γ]——许用传动角2.传动特性BCDabcdAjABCDabcdMDγ

=?PPtagPavcg∠BCD<90ºγ

=∠BCD∠BCD>90ºγ

=180º-∠BCD机构的传动角计算2.传动特性jABCDabcdMDγ

=?PPtag∠BCD<90ºγ

=∠BCDγ1min=∠BCDmin机构的传动角计算2.传动特性BCDabcdAγ

=?Pavcg∠BCD>90ºγ

=180º-∠BCDγ2min=180º-

∠BCDmax机构的传动角计算2.传动特性γ

=?γ1min=∠BCDminγ2min=180º-

∠BCDmaxγmin=min{γ1min,γ2min}机构的最小传动角∠BCD>90º∠BCD<90ºBCDabcdAPavcgjABCDabcdMDPPtag机构的传动角计算2.传动特性应用余弦定理，得（j

=0）（j

=180°）γmin=min{γ1min,γ2min}jABCDabcdBD2=a2+d2-2adcosjb2+c2-2bccos∠BCD=BD2=

ABD中:

BCD中:∠BCD=arccos

2bcb2+c2-a2-d2+2adcosj

2bcb2+c2–a2–d2+2ad=arccos

2bcb2+c2–(d–a)2=arccos

∠BCDmin2bcb2+c2–a2–d2–2ad=arccos

2bcb2+c2–(d+a)2=arccos

∠BCDmaxg1min

=∠BCDmin2bcb2+c2–(d–a)2=arccos

g2min

=180°-∠BCDmax2bcb2+c2–(d+a)2

arccos

=180°-机构的传动角计算2.传动特性计算实例确定机构在曲柄转角

时的传动角以及极值情况，并利用ADAMS进行仿真验证

2.传动特性曲柄滑块机构的传动特性

α－压力角:执行从动件（滑块）所受力P的作用线与该力作用点速度ｖｃ之间所夹的锐角。Pvca要求：αmax≤[α]许用压力角γ

传动角γ：压力角α

的余角，γ

＝90º-α。或

γmin

≥[γ]许用传动角2.传动特性曲柄滑块机构的传动特性压力角

的计算aD

当j=90°时，压力角

为最大压力角

max

amax2.传动特性滑块为原动件压力角

和传动角γPγ

vca曲柄滑块机构的传动特性2.传动特性摆动导杆机构的传动特性压力角

=0P传动角γ=90º

vc2.传动特性主动件摇杆往复摆动，带动曲柄整周转动。机构的死点位置ABCDMD曲柄摇杆机构3.死点位置

摇杆为主动件时，在连杆与曲柄共线位置传动角

γ＝0CDABg

=0º3241主动件CDABg

=0º3241主动件这个位置被称为死点位置机构出现“顶死”现象曲柄摇杆机构特殊位置1曲柄摇杆机构特殊位置2机构的死点位置3.死点位置死点位置曲柄与连杆共线位置原动件为摇杆两个条件同时满足DAg=0º3241主动件CDABg=0º3241主动件机构的死点位置3.死点位置死点位置曲柄与连杆共线位置原动件为滑块两个条件同时满足曲柄滑块机构机构的死点位置3.死点位置两个条件同时满足死点位置曲柄与导杆垂直位置原动件为导杆摆动导杆机构机构的死点位置3.死点位置视频：死点克服与利用（13分钟）机构死点位置的克服与利用3.死点位置多组机构错位排列缝纫机脚踏板机构借助皮带轮的惯性通过死点位置机构死点位置的克服3.死点位置机构死点位置的利用3.死点位置小结死点位置机构处于特殊位置（传动角为0位置）原动件为往复运动构件（例如摇杆、滑块、导杆等）某些时候需要克服（顺利通过）死点位置，有些时候又要利用死点位置。CDAB32413.死点位置设计连杆机构时，应满足运动连续性条件，不能要求从动件从一个可行域（跳过不可行域）直接进入另一个可行域。机构运动的可行域机构运动可行域曲柄摇杆机构4.机构运动可行域与工作空间平面2R机器人的工作空间工作空间（workspace）4.机构运动可行域与工作空间可达工作空间（reachableworkspace）：末端至少在一个方位上所能达到的空间范围。灵活工作空间（dexterousworkspace）：末端在所