机械设计基础教育课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,北京联合大学专用 潘存云教授研制,*,机械设计基础,名词术语解释:,1.构件 独立的运动单元,内燃机,中的连杆,11 运动副及其分类,内燃机连杆,套筒,连杆体,螺栓,垫圈,螺母,轴瓦,连杆盖,零件 独立的制造单元,北京联合大学专用 潘存云教授研制,2.运动副,a)两个构件、b)直接接触、c)有相对运动,运动副元素直接接触的部分（点、线、面）,例如：,凸轮,、,齿轮齿廓,、,活塞与缸套,等。,定义：,运动副两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的联接。,三个条件，缺一不可,北京联合大学专用 潘存云教授研制,运动副的分类：,1)按引入的约束数分有：,I级副,II级副,III级副,I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,2)按相对运动范围分有：,平面运动副,平面运动,平面机构,全部由平面运动副组成的机构。,IV级副,例如：球铰链、拉杆天线、螺旋、生物关节。,空间运动副,空间运动,V级副1,V级副2,V级副3,两者关联,空间机构,至少含有一个空间运动副的机构。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,3)按运动副元素分有：,高副点、线接触，应力高。,低副面接触，应力低,例如：,滚动,副,、,凸轮副,、,齿轮副,等。,例如：,转动副,（回转副）、,移动副,。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,常见运动副符号的表示:国标,GB446084,北京联合大学专用 潘存云教授研制,常用运动副的符号,运动副,名称,运动副符号,两运动构件构成的运动副,转动副,移动副,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,两构件之一为固定时的运动副,1,2,2,1,2,1,平面运动副,北京联合大学专用 潘存云教授研制,平面高副,螺旋副,2,1,1,2,1,2,2,1,2,1,1,2,1,2,球面副球销副,1,2,1,2,1,2,空间运动副,1,2,1,2,1,2,北京联合大学专用 潘存云教授研制,构件的表示方法:,北京联合大学专用 潘存云教授研制,一般构件的表示方法,杆、轴构件,固定构件,同一构件,北京联合大学专用 潘存云教授研制,三副构件,两副构件,一般构件的表示方法,北京联合大学专用 潘存云教授研制,运动链两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统。,注意事项:,画构件时应撇开构件的实际外形，而只考虑运动副的性质,。,闭式链,、,开式链,3.运动链,北京联合大学专用 潘存云教授研制,若干,1个或几个,1个,4.机构,定义,：,具有确定运动的运动链称为机构。,机架,作为参考系的构件,，,如机床床身、车辆底盘、飞机机身。,机构的组成：,机构,机架原动件从动件,机构是由若干构件经运动副联接而成的，很显然，机构归属于运动链，那么，运动链在什么条件下就能称为机构呢？即各部分运动确定。分别用四杆机构和五杆机构模型演示得出如下结论：,在运动链中，如果以某一个构件作为参考坐标系，当其中另一个（或少数几个）构件相对于该坐标系按给定的运动规律运动时，其余所有的构件都能得到确定的运动，那么，该运动链便成为机构。,原（主）动件,按给定运动规律运动的构件,。,从动件,其余可动构件。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,12 平面机构运动简图,机构运动简图,用以说明机构中各构件之间的相对,运动关系的简单图形。,作用：1.表示机构的结构和运动情况。,机动示意图不按比例绘制的简图,现摘录了部分,GB446084,机构示意图如下表,。,2.作为运动分析和动力分析的依据。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,常用机构运动简图符号,在机架上的电机,齿轮齿条传动,带传动,圆锥齿轮传动,北京联合大学专用 潘存云教授研制,链传动,圆柱蜗杆蜗轮传动,凸轮传动,外啮合圆柱齿轮传动,北京联合大学专用 潘存云教授研制,机构运动简图,应满足的条件,：,1.构件数目与实际相同,2.运动副的性质、数目与实际相符,3.运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构,成比例。,棘轮机构,内啮合圆柱齿轮传动,北京联合大学专用 潘存云教授研制,绘制机构运动简图,顺口溜：,先两头，后中间，从头至尾走一遍，,数数构件是多少，再看它们怎相联。,步骤：,1.运转机械，搞清楚运动副的性质、数目和构件数目；,4,.检验机构是否满足运动确定的条件。,2.测量各运动副之间的尺寸，选投影面（运动平面），,绘制示意图。,3.按比例绘制运动简图。,简图比例尺：,l,=实际尺寸 m/图上长度mm,思路：,先定原动部分和工作部分（一般位于传动线路末端），弄清运动传递路线，确定构件数目及运动副的类型，并用符号表示出来。,举例：,绘制,破碎机,和,偏心泵,的机构运动简图。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,D,C,B,A,1,4,3,2,绘制图示,鳄式破碎机,的运动简图。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,1,2,3,4,绘制图示,偏心泵,的运动简图,偏心泵,北京联合大学专用 潘存云教授研制,13 平面机构的自由度,给定,S,3,S,3,(t)，,一个独立参数,1,1,（t）,唯一确定，该机,构仅需要一个独立参数。,若仅给定,1,1,（t）,则,2,3,4,均不能唯一确定。若同时给定,1,和,4,，则,3,2,能唯一确定，该机构需要两个独立参数。,4,S,3,1,2,3,S,3,1,1,2,3,4,1,北京联合大学专用 潘存云教授研制,定义：,保证机构具有确定运动时所必须给定的,独立运动参数称为机构的自由度,。,原动件能独立运动的构件。,一个原动件只能提供一个独立参数,机构具有确定运动的条件为：,自由度原动件数,北京联合大学专用 潘存云教授研制,一、,平面机构自由度的计算公式,作平面运动的刚体在空间的位置需要三个独立的参数,（,x，y,）,才能唯一确定。,y,x,(x,y),F=3,单个自由构件的自由度为,3,北京联合大学专用 潘存云教授研制,自由构,件的自,由度数,运动副 自由度数 约束数,回转副 1（,）+2（x，y）=3,y,x,1,2,S,y,x,1,2,x,y,1,2,R=2,F=1,R=2,F=1,R=1,F=2,结论：,构件自由度3约束数,移动副 1（x）+2（y，,）=3,高 副 2（x,）+1（y）=3,经运动副相联后，构件自由度会有变化：,自由构件的自由度数约束数,北京联合大学专用 潘存云教授研制,活动构件数,n,计算公式：,F=3n(2P,L,+P,h,),要求：,记住上述公式，并能熟练应用。,构件总自由度,低副约束数,高副约束数,3,n,2,P,L,1,P,h,计算曲柄滑块机构的自由度。,解：活动构件数n=,3,低副数P,L,=,4,F=3n 2P,L,P,H,=33 24,=1,高副数P,H,=,0,S,3,1,2,3,推广到一般：,北京联合大学专用 潘存云教授研制,计算五杆铰链机构的自由度,解：活动构件数n=,4,低副数P,L,=,5,F=3n 2P,L,P,H,=34 25,=2,高副数P,H,=,0,1,2,3,4,1,北京联合大学专用 潘存云教授研制,计算图示凸轮机构的自由度。,解：活动构件数n=,2,低副数P,L,=,2,F=3n 2P,L,P,H,=3,2 2,21,=1,高副数P,H,=,1,1,2,3,北京联合大学专用 潘存云教授研制,二、,计算平面机构自由度的注意事项,1,2,3,4,5,6,7,8,A,B,C,D,E,F,计算图示圆盘锯机构的自由度。,解：活动构件数n=,7,低副数P,L,=,6,F=3n 2P,L,P,H,高副数P,H,=,0,=3,7 2,6 0,=9,计算结果肯定不对！,北京联合大学专用 潘存云教授研制,1.复合铰链,两个以上的构件在同一处以转动副相联。,计算：m个构件,有m1转动副。,两个低副,北京联合大学专用 潘存云教授研制,上例：在,B、C、D、E,四处应各有,2,个运动副。,计算图示圆盘锯机构的自由度。,解：活动构件数n=,7,低副数P,L,=,10,F=3n 2P,L,P,H,=3,7 2,100,=1,可以证明：F点的轨迹为一直线。,1,2,3,4,5,6,7,8,A,B,C,D,E,F,圆盘锯机构,北京联合大学专用 潘存云教授研制,计算图示两种凸轮机构的自由度。,解：n=,3,，,P,L,=,3,，,F=3n 2P,L,P,H,=3,3 2,3 1,=2,P,H,=,1,对于右边的机构，有：,F=3,2 2,2 1=1,事实上，两个机构的运动相同，且,F=1,1,2,3,1,2,3,北京联合大学专用 潘存云教授研制,2.局部自由度,F=3n 2P,L,P,H,F,P,=3,3 2,3 1 1,=1,本例中局部自由度,F,P,=1,或计算时去掉滚子和铰链：,F=3,2 2,2 1,=1,定义：,构件局部运动所产生的自由度。,出现在加装滚子的场合，计算时应去掉,F,p,。,滚子的作用：滑动摩擦,滚动摩擦。,1,2,3,1,2,3,北京联合大学专用 潘存云教授研制,解：n=,4，,P,L,=,6，,F=3n 2P,L,P,H,=3,4 2,6,=0,P,H,=,0,3.虚约束,对机构的运动实际不起作用的约束。,计算自由度时应去掉虚约束。,FEAB CD，,故增加构件4前后E点的轨迹都是圆弧，。,增加的约束不起作用，应去掉构件4。,已知：,ABCDEF,，计算图示平行四边形,机构的自由度。,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,北京联合大学专用 潘存云教授研制,重新计算：n=,3,P,L,=,4,P,H,=,0,F=3n 2P,L,P,H,=3,3 2,4,=1,特别注意：此例存在虚约束的几何条件是：,1,2,3,4,A,B,C,D,E,F,4,F,已知：,ABCDEF,，计算图示平行四边形,机构的自由度。,ABCDEF,虚约束,北京联合大学专用 潘存云教授研制,出现虚约束的场合：,1.两构件联接前后，联接点的轨迹重合，,2.两构件构成多个移动副，且导路平行。,如,平行四边形机构,，,火车轮,椭圆仪,等。,(需要证明),北京联合大学专用 潘存云教授研制,4.运动时，两构件上的两点距离始终不变。,3.两构件构成多个转动副，且同轴。,5.对运动不起作用的对称部分。如多个行星轮。,E,F,北京联合大学专用 潘存云教授研制,6.两构件构成高副，两处接触，且法线重合。,如,等宽凸轮,W,注意：,法线不重合时，变成实际约束！,A,A,n,1,n,1,n,2,n,2,n,1,n,1,n,2,n,2,A,A,北京联合大学专用 潘存云教授研制,虚约束的作用：,改善构件的受力情况，如多个行星轮。,增加机构的刚度，如轴与轴承、机床导轨。,使机构运动顺利，避免运动不确定，如车轮。,注意：,各种出现虚约束的场合都是有条件的!,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,C,D,A,B,G,F,o,E,E,计算图示大筛机构的自由度。,位置,C，2,个,低副,复合铰链:,局部自由度,1个,虚约束,E,n=,7,P,L,=,9,P,H,=,1,F=3n 2P,L,P,H,=37 29 1,=2,C,D,A,B,G,F,o,E,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,B,2,I,9,C,3,A,1,J,6,H,8,7,D,E,4,F,G,5,计算图示包装机送纸机构的自由度。,分析：,活动构件数n：,A,1,B,2,I,9,C,3,J,6,H,8,7,D,E,4,F,G,5,9,2,个低副,复合铰链:,局部自由度,2个,虚约束:,1处,I,8,去掉局部自由度和虚约束后：,n=,6,P,L,=,7,F=3n 2P,L,P,H,=3,6 2,7 3,=1,P,H,=,3,北京联合大学专用 潘存云教授研制,1,2,A,2,(A,1,),B,2,(B,1,),14 速度瞬心及其在机构速度分析中的应用,机构速度分析的图解法有：速度瞬心法、相对运动法、线图法。,瞬心法尤其适合于简单机构的运动分析。,一、,速度瞬心及其求法,绝对瞬心,重合点绝对速度为零。,P,21,相对瞬心,重合点绝对速度不为零。,V,A2A1,V,B2B1,V,p2,=V,p1,0,V,p2,=V,p1,=0,两个作平面运动构件上,速度相同,的一对,重合点,，在某一,瞬时,两构件相对于该点作,相对转动,，,该点称瞬时速度中心。,求法？,1),速度瞬心的定义,北京联合大学专用 潘存云教授研制,特点：,该点涉及两个构件。,绝对速度相同，相对速度为零。,相对回转中心。,2）瞬心数目,每两个构件就有一个瞬心,根据排列组合有,P,12,P,23,P,13,构件数 4 5 6 8,瞬心数 6 10 15 28,1 2 3,若机构中有,n,个构件，则,Nn(n-1)/2,北京联合大学专用 潘存云教授研制,1,2,1,2,1,2,t,t,1,2,3）机构瞬心位置的确定,1.直接观察法,适用于求通过运动副直接相联的两构件瞬心位置。,n,n,P,12,P,12,P,12,2.三心定律,V,12,定义：,三个彼此作平面运动的构件共有,三个瞬心,，且它们,位于同一条直线上,。此法特别适用于两构件不直接相联的场合。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,1,2,3,P,21,P,31,E,3,D,3,V,E3,V,D3,A,2,V,A2,V,B2,A,2,E,3,P,32,结论：,P,21,、P,31,、P,32,位于同一条直线上。,B,2,北京联合大学专用 潘存云教授研制,3,2,1,4,举例：求曲柄滑块机构的速度瞬心。,P,14,1,2,3,4,P,12,P,34,P,13,P,24,P,23,解：瞬心数为：,1.作瞬心多边形圆,2.直接观察求瞬心,3.三心定律求瞬心,Nn(n-1)/26 n=4,北京联合大学专用 潘存云教授研制,1,1,2,3,二、速度瞬心在机构速度分析中的应用,1.求线速度,已知凸轮转速,1,，求推杆的速度。,P,23,解：,直接观察求瞬心,P,13、,P,23,。,V,2,求瞬心P,12,的速度。,V,2,V,P12,l,(P,13,P,12,),1,长度,P,13,P,12,直接从图上量取。,n,n,P,12,P,13,根据三心定律和公法线,nn求瞬心的位置,P,12,。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,2,2,3,4,1,2.求角速度,解：瞬心数为,6个,直接观察能求出,4个,余下的,2,个用三心定律求出。,P,24,P,13,求瞬心,P,24,的速度。,V,P24,l,(P,24,P,14,),4,4,2,(P,24,P,12,)/P,24,P,14,a)铰链机构,已知构件2的转速,2,，求构件4的角速度,4,。,4,V,P24,l,(P,24,P,12,),2,V,P24,P,12,P,23,P,34,P,14,方向:,CW,与,2,相同。,相对瞬心位于两绝对瞬心的同一侧，两构件转向相同,北京联合大学专用 潘存云教授研制,3,b)高副机构,已知构件2的转速,2,，求构件3的角速度,3,。,2,n,n,解:用三心定律求出,P,23,。,求瞬心,P,23,的速度:,V,P23,l,(P,23,P,13,),3,3,2,(,P,13,P,23,/,P,12,P,23,),P,23,P,12,P,13,方向:,CCW,与,2,相反。,V,P23,V,P23,l,(P,23,P,12,),2,相对瞬心位于两绝对瞬心之间，两构件转向相反。,3,1,2,北京联合大学专用 潘存云教授研制,3.求传动比,定义：两构件角速度之比传动比。,3,/,2,P,12,P,23,/,P,13,P,23,推广到一般：,i,/,j,P,1j,P,ij,/,P,1i,P,ij,结论:,两构件的角速度之比等于绝对瞬心至相对,瞬心的距离之反比,。,角速度的方向为：,相对瞬心位于两绝对瞬心的,同一侧,时，两构件,转向相同,。,1,2,3,P,23,P,12,P,13,2,3,相对瞬心位于两绝对瞬心,之间,时，两构件,转向相反。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,4.用瞬心法解题步骤,绘制机构运动简图；,求瞬心的位置；,求出相对瞬心的速度;,瞬心法的优缺点：,适合于求简单机构的速度，机构复杂时因,瞬心数急剧增加而求解过程复杂。,有时瞬心点落在纸面外。,仅适于,求速度V,使应用有一定局限性。,求构件绝对速度,V,或角速度,。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,本章重点：,机构运动简图的测绘方法。,自由度的计算。,用瞬心法作机构的速度分析,北京联合大学专用 潘存云教授研制,第2章 平面连杆机构,21 铰链四杆机构的基本型式和特性,22 铰链四杆机构有整转副的条件,23 铰链四杆机构的演化,24,平面四杆机构的设计,北京联合大学专用 潘存云教授研制,应用实例：,内燃机,、,鹤式吊,、,火车轮,、,手动冲床,、,牛头刨床,、,椭圆仪,、,机械手爪,、,开窗、车门、折叠伞、折叠床、牙膏筒拔管机、单车等。,特征：,有一作平面运动的构件，称为连杆。,特点：,采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损,形状简单、易加工、容易获得较高的制造精度。,改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。,连杆曲线丰富。可满足不同要求。,定义：,由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。,21 铰链四杆机构的基本型式和特性,北京联合大学专用 潘存云教授研制,缺点：,构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低,。,产生动载荷（惯性力），不适合高速。,设计复杂，难以实现精确的轨迹。,分类:,平面连杆机构,空间连杆机构,常以构件数命名：,四杆机构,、,多杆机构,。,本章重点内容是介绍,四杆机构。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,平面四杆机构的基本型式:,基本型式,铰链四杆机构,，其它四杆机构都是由它演变得到的。,名词解释：,曲柄,作整周定轴回转的构件；,三种基本型式：,（1）,曲柄摇杆机构,特征：,曲柄摇杆,作用：,将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。,如雷达天线。,连杆,作平面运动的构件；,连架杆,与机架相联的构件；,摇杆,作定轴摆动的构件；,周转副,能作360,相对回转的运动副；,摆转副,只,能作有限角度摆动的运动副。,曲柄,连杆,摇杆,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,设计：潘存云,A,B,C,1,2,4,3,D,A,B,D,C,1,2,4,3,（2）,双曲柄机构,特征,：两个曲柄,作用：,将等速回转转变为,等速,或,变速,回转。,雷达天线俯仰机构,曲柄主动,缝纫机踏板机构,应用实例：,如,叶片泵,、,惯性筛,等。,2,1,4,3,摇杆主动,3,1,2,4,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,设计：潘存云,A,D,C,B,1,2,3,4,旋转式叶片泵,A,D,C,B,1,2,3,A,B,D,C,1,2,3,4,E,6,惯性筛机构,3,1,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,A,B,C,D,耕地,料斗,D,C,A,B,耕地,料斗,D,C,A,B,实例：,火车轮,特例：,平行四边形机构,AB=CD,特征：,两连架杆等长且平行，,连杆作平动,BC=AD,A,B,D,C,摄影平台,A,D,B,C,B,C,天平,播种机料斗机构,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,反平行四边形机构,-车门开闭机构,反向,F,A,E,D,G,B,C,A,B,E,F,D,C,G,平行四边形机构在共线位置出现运动不确定。,采用两组机构错开排列。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,设计：潘存云,设计：潘存云,A,B,D,C,E,（3）,双摇杆机构,特征：,两个摇杆,应用举例：铸造翻箱机构,特例：,等腰梯形机构汽车转向机构,、风扇摇头机构,B,C,A,B,D,C,风扇座,蜗轮,蜗杆,电机,A,B,D,C,E,A,B,D,C,E,电机,A,B,D,C,风扇座,蜗轮,蜗杆,电机,A,B,D,C,风扇座,蜗轮,蜗杆,A,B,D,C,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,A,B,C,D,B,1,C,1,A,D,1.急回运动,在,曲柄摇杆机构,中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。,当曲柄以,逆时针转过,180+,时，摇杆从,C,1,D,位置,摆到,C,2,D。,所花时间为,t,1,平均速度为,V,1,那么有：,曲柄摇杆机构,3D,此两处曲柄之间的夹角,称为,极位夹角,。,180,C,2,B,2,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,B,1,C,1,A,D,C,2,当曲柄以,继续转过,180-,时，摇杆从,C,2,D,置摆到,C,1,D,，,所花时间为,t,2,平均速度为,V,2,那么有：,180-,因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度也不等。,显然：,t,1,t,2,V,2,V,1,摇杆的这种特性称为,急回运动,。,用以下比值表示急回程度,称,K,为,行程速比系数,。,且,越大，,K,值越大，急回性质越明显。,只要,0，,就有,K,1,所以可通过分析机构中是否存在,以及的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度。,设计新机械时，往往先给定,K,值，于是:,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,F,F,F”,当,BCD90,时，,BCD,2,.压力角和传动角,压力角,：,从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。,A,B,C,D,设计时要求:,min,50,min,出现的位置：,当BCD90时，,180-BCD,切向分力:,F=Fcos,法向分力:,F”=Fcos,F,对传动有利,。,=Fsin,称,为,传动角,。,此位置一定是：,主动件与机架共线两处之一。,C,D,B,A,F,可用,的大小来表示机构传动力性能的好坏,F”,F,当BCD最小或最大时，都有可能出现,min,为了保证机构良好的传力性能,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,C,1,B,1,l,1,l,2,l,3,l,4,D,A,由余弦定律有：,B,1,C,1,Darccos,l,4,2,+,l,3,2,-(,l,4,-,l,1,),2,/2,l,2,l,3,B,2,C,2,Darccos,l,4,2,+,l,3,2,-(,l,4,-,l,1,),2,/2,l,2,l,3,若,B,1,C,1,D90,则,若,B,2,C,2,D90,则,1,B,1,C,1,D,2,180-B,2,C,2,D,机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。,v,1,min,B,1,C,1,D,180-B,2,C,2,D,min,2,F,车门,C,2,B,2,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,F,3,.机构的死点位置,摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：,此时,机构不能运动.,避免措施：,两组机构错开排列，如,火车轮机构,;,称此位置为：,“死点”,0,靠,飞轮的惯性,（如内燃机、缝纫机等）。,F,A,E,D,G,B,C,A,B,E,F,D,C,G,0,F,0,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,设计：潘存云,工件,A,B,C,D,1,2,3,4,P,A,B,C,D,1,2,3,4,工件,P,钻孔夹具,=0,T,A,B,D,C,飞机起落架,A,B,C,D,=0,F,也可以利用死点进行工作,：,飞机,起落架、钻夹具,等。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,l,1,l,2,l,4,l,3,C,B,A,D,平面,四杆机构,具有,整转副,可能存在,曲柄。,杆1为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线,l,2,(,l,4,l,1,)+,l,3,则由,BCD,可得：,三角形任意两边之和大于第三边,则由,B”C”D,可得：,l,1,+,l,4,l,2,+,l,3,l,3,(,l,4,l,1,)+,l,2,AB,为最短杆,最长杆与最短杆的长度之和其他两杆长度之和,22 铰链四杆机构有整转副的条件,l,1,+,l,2,l,3,+,l,4,C”,l,1,l,2,l,4,l,3,A,D,l,4,-,l,1,将以上三式两两相加得：,l,1,l,2,l,1,l,3,l,1,l,4,l,1,+,l,3,l,2,+,l,4,北京联合大学专用 潘存云教授研制,2.,连架杆或机架之一为最短杆。,可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是整转副。,曲柄存在的条件：,1.,最长杆与最短杆的长度之和应,其他两杆长度之和,此时，铰链,A,为整转副。,若取,BC,为机架，则结论相同，可知铰链,B,也是整转副。,称为,杆长条件,。,A,B,C,D,l,1,l,2,l,3,l,4,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。如：,曲柄摇杆,、,双曲柄,、,双摇杆机构,。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,(1),改变构件的形状和运动尺寸,23 铰链四杆机构的演化,偏心曲柄滑块机构,对心曲柄滑块机构,曲柄摇杆机构,曲柄滑块机构,双滑块机构,正弦机构,s,=l sin,l,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,(2),改变运动副的尺寸,(3),选不同的构件为机架,偏心轮机构,导杆机构,摆动导杆机构,转动导杆机构,3,1,4,A,2,B,C,曲柄滑块机构,3,1,4,A,2,B,C,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,设计：潘存云,牛头刨床,应用实例:,A,B,D,C,1,2,4,3,C,2,C,1,小型刨床,A,B,D,C,E,1,2,3,4,5,6,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,应用实例,B,2,3,4,C,1,A,自卸卡车举升机构,(3),选不同的构件为机架,A,C,B,1,2,3,4,应用实例,B,3,4,C,1,A,2,应用实例,4,A,1,B,2,3,C,应用实例,1,3,C,4,A,B,2,应用实例,A,1,C,2,3,4,B,导杆机构,3,1,4,A,2,B,C,曲柄滑块机构,3,1,4,A,2,B,C,摇块机构,3,1,4,A,2,B,C,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,(3),选不同的构件为机架,3,1,4,A,2,B,C,直动滑杆机构,手摇唧筒,这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：,机构的倒置,B,C,3,2,1,4,A,导杆机构,3,1,4,A,2,B,C,曲柄滑块机构,3,1,4,A,2,B,C,摇块机构,3,1,4,A,2,B,C,A,B,C,3,2,1,4,北京联合大学专用 潘存云教授研制,例：选择双滑块机构中的不同构件,作为机架可得不同的机构,椭圆仪机构,1,2,3,4,正弦机构,3,2,1,4,北京联合大学专用 潘存云教授研制,24 平面四杆机构的设计,连杆机构设计的基本问题,机构选型,根据给定的运动要求选择机,构的类型；,尺度综合,确定各构件的尺度参数(长度,尺寸)。,同时要满足其他辅助条件：,a)结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、,运动副结构合理等）;,b)动力条件（如,min,）;,c)运动连续性条件等。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,A,D,C,B,飞机起落架,B,C,三类设计要求：,1)满足预定的运动规律,，两连架杆转角对应，如:,飞机起落架、函数机构。,函数机构,要求两连架杆的转角满足函数,y=logx,x,y=logx,A,B,C,D,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,三类设计要求：,1)满足预定的运动规律,，两连架杆转角对应，如:,飞机起落架,、,函数机构。,前者要求两连架杆转角对应，后者要求急回运动,2)满足预定的连杆位置要求，如,铸造翻箱机构。,要求连杆在两个位置垂直地面且相差,180,C,B,A,B,D,C,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,鹤式起重机,搅拌机构,要求连杆上,E,点的轨迹为一条卵形曲线,要求连杆上,E,点的轨迹为一条水平直线,Q,Q,A,B,C,D,E,C,B,A,D,E,三类设计要求：,1)满足预定的运动规律,，两连架杆转角对应，如:,飞机起落架,、,函数机构。,2)满足预定的连杆位置要求，如,铸造翻箱机构。,3)满足预定的轨迹要求，如:,鹤式起重机、搅拌机等。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,给定的设计条件：,1)几何条件,（给定连架杆或连杆的位置）,2)运动条件,（给定K）,3)动力条件,（给定,min,）,设计方法：,图解法、解析法、实验法,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,E,一、按给定的行程速比系数,K,设计四杆机构,1)曲柄摇杆机构,计算,180(K-1)/(K+1);,已知：,CD,杆长，摆角,及,K,，,设计此机构。步骤如下：,任取一点D，作等腰三角形,腰长为CD，夹角为,;,作,C,2,P,C,1,C,2,，作C,1,P使,作,P,C,1,C,2,的外接圆，则A点必在此圆上。,选定A，设曲柄为,l,1,，连杆为,l,2,，则:,以A为圆心，A,C,2,为半径作弧交于E,得：,l,1,=EC,1,/2,l,2,=A,C,1,EC,1,/2,A,C,2,=,l,2,-,l,1,=,l,1,=(,A,C,1,A,C,2,)/2,C,2,C,1,P=90,交于,P;,90-,P,A,C,1,=,l,1,+,l,2,D,A,C,1,C,2,北京联合大学专用 潘存云教授研制,A,D,m,n,=,D,2)导杆机构,分析：,由于,与,导杆摆角,相等，设计此,机构时，仅需要确定曲柄,a,。,计算,180(K-1)/(K+1);,任选D作,mDn,，,取A点，使得AD=d,则:,a=dsin(,/2)。,=,A,d,作角分线;,已知：,机架长度,d，K,，,设计此机构。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,E,2,2a,e,3)曲柄滑块机构,H,已知,K,，滑块行程,H,，偏距,e,，设计此机构。,计算:,180(K-1)/(K+1);,作,C,1,C,2,H,作射线,C,1,O,使,C,2,C,1,O=90,以O为圆心，,C,1,O为半径作圆。,以A为圆心，A,C,1,为半径作弧交于E,得：,作射线,C,2,O使,C,1,C,2,O=90,。,作偏距线,e,，交圆弧于A，即为所求。,C,1,C,2,90-,o,90-,A,l,1,=EC,2,/2,l,2,=A,C,2,EC,2,/2,北京联合大学专用 潘存云教授研制,二、按预定连杆位置设计四杆机构,a)给定连杆两组位置,有唯一解。,B,2,C,2,A,D,将铰链A、D分别选在B1B2，C1C2连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。,b)给定连杆上铰链BC的三组位置,有无穷多组解。,A,D,B,2,C,2,B,3,C,3,A,D,B,1,C,1,B,1,C,1,北京联合大学专用 潘存云教授研制,x,y,A,B,C,D,1,2,3,4,三、给定两连架杆对应位置设计四杆机构,给定连架杆对应位置：,构件3,和,构件1,满足以下位置关系：,l,1,l,2,l,3,l,4,建立坐标系,设构件长度为：,l,1,、l,2,、l,3,、l,4,在x,y轴上投影可得：,l,1,+l,2,=l,3,+l,4,机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角.,l,1,coc,+,l,2,cos,=,l,3,cos,+,l,4,l,1,sin,+,l,2,sin,=,l,3,sin,i,f(,i,),i=1,2,3n,设计此四杆机构(求各构件长度)。,令：,l,1,=,1,北京联合大学专用 潘存云教授研制,消去,整理得：,cos,l,3,cos,cos,(,-,),l,3,l,4,l,4,2,+,l,3,2,+1-,l,2,2,2l,4,P,2,带入移项得：,l,2,cos,=,l,4,l,3,cos,cos,则化简为：,coc,P,0,cos,P,1,cos,(,),P,2,代入两连架杆的三组对应转角参数，得方程组：,l,2,sin,=,l,3,sin,sin,令:,P,0,P,1,coc,1,P,0,cos,1,P,1,cos,(,1,1,),P,2,coc,2,P,0,cos,2,P,1,cos,(,2,2,),P,2,coc,3,P,0,cos,3,P,1,cos,(,3,3,),P,2,可求系数:,P,0,、P,1,、P,2,以及:,l,2,、,l,3,、,l,4,将相对杆长乘以任意比例系数，所得机构都能满足转角要求。若给定两组对应位置，则有无穷多组解。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,举例：,设计一四杆机构满足连架杆三组对应位置：,1,1,2,2,3,3,45 50 90 80 135 110,1,1,3,3,带入方程得：,cos90=P,0,cos80+P,1,cos(80-90)+P,2,cos135=P,0,cos110+P,1,cos(110-135)+P,2,解得相对长度:,P,0,=1.533,P,1,=-1.0628,P,2,=0.7805,各杆相对长度为：,选定构件,l,1,的长度之后，可求得其余杆的绝对长度。,cos45=P,0,cos50+P,1,cos(50-45)+P,2,B,1,C,1,A,D,B,2,C,2,B,3,C,3,2,2,l,1,=,1,l,4,=,-,l,3,/P,1,=,1.442,l,2,=(,l,4,2,+l,3,2,+1-2l,3,P,2,),1/2,=,1.783,l,3,=,P,0,=,1.553,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,D,实验法设计四杆机构,当给定连架杆位置超过三对时，一般不可能有精确解。只能用优化或试凑的方法获得近似解。,1),首先在一张纸上取固定轴A的位置，作原动件角位移,i,位置,i,i,位置,i,i,12 15 10.845 15 15.8,23 15 12.556 15 17.5,34 15 14.267 15 19.2,2),任意取原动件长度,AB,3),任意取连杆长度,BC,，作一系列圆弧;,4),在一张透明纸上取固定轴,D,，作角位移,i,D,k,1,5),取一系列从动件长度作同心圆弧。,6),两图叠加，移动透明,纸，使,k,i,落在同一圆,弧上。,i,i,A,C,1,B,1,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,四、按预定的运动轨迹设计四杆机构,A,B,C,D,E,1,4,3,2,5,传送机构,搅拌机构,C,B,A,D,E,6,步进式,北京联合大学专用 潘存云教授研制,A,B,C,D,四、按预定的运动轨迹设计四杆机构,N,E,M,连杆作平面运动,其上各点的轨迹均不相同,。,B,C点的轨迹为圆弧;,其余各点的轨迹为一条 封闭曲线,。,设计目标:,就是要确定一组杆长参数,使连杆上某点的轨迹满足设计要求,。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,设计：潘存云,连杆曲线生成器,A,B,C,D,北京联合大学专用 潘存云教授研制,连杆曲线图谱,北京联合大学专用 潘存云教授研制,本章重点：,1.,四杆机构的基本形式、演化及应用；,2.,曲柄存在条件、传动角,、压力角,、死点、急回特性：极位夹角和行程速比系数等物理含义，并熟练掌握其确定方法；,3.,掌握按连杆二组位置、三组位置、连架杆三组对应位置、行程速比系数设计四杆机构的原理与方法。,北京联合大学专用 潘存云教授研制,第4章 齿轮机构,41,齿轮机构的特点和类型,42,齿廓实现定角速度比的条件,43,渐开线齿廓,44,齿轮各部分名称及标准齿轮的基本尺寸,45,渐开线标准齿轮的啮合,46,渐开线齿轮的切齿原理,47,根切现象、最少齿数及变位齿轮,48,平行轴斜齿轮机构,49,圆锥齿轮机构,北京联合大学专用 潘存云教授研制,41 齿轮机构的特点和类型,作用：,传递空间任意两轴（,平行,、,相交,、,交错,）的旋,转运动，或将,转动转换为移动,。,结构特点：,圆柱体外（或内）均匀分布有大小一样,的,轮齿,。,优点：,传动比准确、传动平稳。,圆周速度大，高达300 m/s。,传动功率范围大，从几瓦到10万千瓦。