第3章 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析ppt課件

第三章連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析,3.1內(nèi)容提要及基本概念3.2本章重點(diǎn)、難點(diǎn)3.3典型例題精解,3.1內(nèi)容提要及基本概念3.1.1內(nèi)容提要平面連桿機(jī)構(gòu)又稱(chēng)為平面低副機(jī)構(gòu)，其各運(yùn)動(dòng)副都為低副，相鄰構(gòu)件之間的接觸面為平面或圓柱面，加工方便，易達(dá)到高精度，并能承受較大載荷及形成幾何封閉等優(yōu)點(diǎn)，因此獲得廣泛應(yīng)用。本章的主要目的是在掌握基本概念和基本理論的基礎(chǔ)上，能根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求及輔助條件、動(dòng)力條件，確定平面連桿機(jī)構(gòu)的形式和各構(gòu)件的尺寸參數(shù)，并能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和力分析。平面四桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、基本型式及其演化形式平面四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件、急回特性、壓力角、傳動(dòng)角、行程速度比系數(shù)、極位夾角、死點(diǎn)位置本章內(nèi)容包括平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題、按簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)條件設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本方法平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的目的和方法，包括瞬心法、相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法、解析法平面連桿機(jī)構(gòu)力分析的目的和方法,3.1.2基本概念復(fù)習(xí),2）連桿機(jī)構(gòu)分類(lèi)平面連桿機(jī)構(gòu)、空間連桿機(jī)構(gòu)3）平面連桿機(jī)構(gòu)組成平面連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件在同一平面或相互平行的平面上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)副全部都是平面低副，分平面四桿機(jī)構(gòu)和平面多桿機(jī)構(gòu)。,4）平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類(lèi)型鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)副全是轉(zhuǎn)動(dòng)副，如圖所示。,1）連桿機(jī)構(gòu)由低副（如轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、球面副、圓柱副、螺旋副等）將若干構(gòu)件連接而成。,曲柄作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；,連桿作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件；,連架桿與機(jī)架相連的構(gòu)件；,搖桿作定軸擺動(dòng)的構(gòu)件；,周轉(zhuǎn)副能作360相對(duì)回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)副；,擺轉(zhuǎn)副只能作有限角度擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。,1.平面四桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和形式,5）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的分類(lèi)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿中，一個(gè)為曲柄，而另一個(gè)為搖桿。,雙曲柄機(jī)構(gòu)兩連架桿均為曲柄。,雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu),慣性篩機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu),作者：潘存云教授,實(shí)例：火車(chē)輪,雙曲柄機(jī)構(gòu)的特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)。,特征：兩連架桿等長(zhǎng)且平行，連桿作平動(dòng),攝影平臺(tái),天平,播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu),作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,反平行四邊形機(jī)構(gòu)。,雙搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿均為搖桿。,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,等腰梯形機(jī)構(gòu)汽車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),6）平面四桿機(jī)構(gòu)的演變,作者：潘存云教授,偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),曲柄搖桿機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu),雙滑塊機(jī)構(gòu),正弦機(jī)構(gòu),搖桿變?yōu)榛瑝K，滑槽弧半徑為搖桿長(zhǎng)度時(shí),滑槽弧半徑為無(wú)窮大時(shí),滑道與曲柄鉸鏈共線,搖桿變?yōu)榛瑝K，滑槽弧半徑為連桿長(zhǎng)度時(shí),滑槽弧半徑為無(wú)窮大時(shí),改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸。,改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸。,選不同的構(gòu)件為機(jī)架。,偏心輪機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)動(dòng)副半徑大于曲柄長(zhǎng)度,2.平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí),作：潘存云教授,平面四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副可能存在曲柄。,b(da)+c,則由BCD可得：,則由B”C”D可得：,a+db+c,c(da)+b,AB為最短桿,a+bc+d,1）平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,設(shè)ad，同理有：da,db,dc,AD為最短桿,將以上三式兩兩相加得：ab,ac,ad,連架桿或機(jī)架之一為最短桿。,可知：當(dāng)滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是整轉(zhuǎn)副。,曲柄存在的條件：,最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和其他兩桿長(zhǎng)度之和，稱(chēng)為桿長(zhǎng)條件。,此時(shí)，鉸鏈A為整轉(zhuǎn)副。,若取BC為機(jī)架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈B也是整轉(zhuǎn)副。,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類(lèi)型的判斷：第一種情況:若最短桿最長(zhǎng)桿其他兩桿之和若選最短桿的相鄰做機(jī)架曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(上圖)。若選最短桿做機(jī)架雙曲柄機(jī)構(gòu)（中圖）。若選最短桿的對(duì)面的桿做機(jī)架雙搖桿機(jī)構(gòu)(下圖)。第二種情況:若最短桿最長(zhǎng)桿其他兩桿之和雙搖桿機(jī)構(gòu)（無(wú)論以何桿做機(jī)架）,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,2)極位夾角和急回特性極位夾角曲柄與連桿兩次共線時(shí)，兩曲柄位置所夾的銳角是極位夾角。,當(dāng)曲柄以逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)180+時(shí)，搖桿從C1D位置擺到C2D。所花時(shí)間為t1,平均速度為v1,那么有：,當(dāng)曲柄以繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)180-時(shí)，搖桿從C2D位置擺到C1D，所花時(shí)間為t2,平均速度為v2,那么有：,顯然：t1t2v2v1,搖桿的這種特性稱(chēng)為急回運(yùn)動(dòng)。,急回特性。,稱(chēng)K為行程速比系數(shù)。,且越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。,只要0，就有K1,設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí)，往往先給定K值，于是:,行程速比系數(shù)K。,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性,導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的急回特性,當(dāng)BCD90時(shí)，BCD,3)壓力角和傳動(dòng)角,壓力角：從動(dòng)件驅(qū)動(dòng)力F與力作用點(diǎn)絕對(duì)速度之間所夾銳角。,設(shè)計(jì)時(shí)要求:min50,min出現(xiàn)的位置：,當(dāng)BCD90時(shí)，,180-BCD,切向分力F=Fcos,法向分力F”=Fcos,F,對(duì)傳動(dòng)有利。,=Fsin,此位置一定是：主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一。,傳動(dòng)角：壓力角的余角，可用的大小來(lái)表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞。,當(dāng)BCD最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)min,由余弦定律有（如右上圖）：B1C1Darccosb2+c2-(d-a)2/2bc,B2C2Darccosb2+c2-(d+a)2/2bc,若B1C1D90,則,若B2C2D90,則,1B1C1D,2180-B2C2D,minB1C1D,180-B2C2Dmin,作者：潘存云教授,4）機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置,搖桿為主動(dòng)件，且連桿與曲柄兩次共線時(shí)，有：0（如右中圖）,此時(shí)機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng),稱(chēng)此位置為“死點(diǎn)”。,也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作，如飛機(jī)起落架。,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,5）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性,指連桿機(jī)構(gòu)能否連續(xù)實(shí)現(xiàn)給定的各個(gè)位置。,可行域：搖桿的運(yùn)動(dòng)范圍，如圖陰影部分。,不可行域：搖桿不能達(dá)到的區(qū)域，如圖非陰影部分。,錯(cuò)位不連續(xù)：設(shè)計(jì)時(shí)不能要求從一個(gè)可行域跳過(guò)不可行域進(jìn)入另一個(gè)可行域。,稱(chēng)此為錯(cuò)位不連續(xù)。,錯(cuò)序不連續(xù),設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)滿足運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件。,錯(cuò)序不連續(xù)：不能按B1C1、B3C3、B2C2順序運(yùn)動(dòng)。,3.平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題1）平面連桿機(jī)構(gòu)的功能剛體導(dǎo)引功能：機(jī)構(gòu)引導(dǎo)剛體如連桿通過(guò)一系列給定位置。具有這種功能的連桿機(jī)構(gòu)就是剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)。函數(shù)生成功能：能精確地或近似地實(shí)現(xiàn)所要求的輸出構(gòu)件相對(duì)輸入構(gòu)件的某種函數(shù)關(guān)系。具有這種功能的機(jī)構(gòu)就是函數(shù)生成機(jī)構(gòu)。軌跡生成功能：指連桿上某點(diǎn)通過(guò)某一預(yù)先給定軌跡的功能，具有這種功能的機(jī)構(gòu)就是軌跡機(jī)構(gòu)。具有特殊或綜合功能的機(jī)構(gòu)：具有特殊或綜合功能的要求。2）設(shè)計(jì)方法：實(shí)驗(yàn)法、幾何圖解法、解析法,4.用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),思路：首先建立包含機(jī)構(gòu)的各尺度參數(shù)和運(yùn)動(dòng)變量在內(nèi)的解析關(guān)系式，然后根據(jù)已知的運(yùn)動(dòng)變量求解所需的機(jī)構(gòu)尺度參數(shù)。,1)按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),給定連架桿對(duì)應(yīng)位置：構(gòu)件3和構(gòu)件1滿足以下位置關(guān)系：,3if(1i)i=1,2,3,n設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)(求各構(gòu)件長(zhǎng)度)。,建立坐標(biāo)系,設(shè)構(gòu)件長(zhǎng)度為：a、b、c、d,在x、y軸上投影可得：,機(jī)構(gòu)尺寸比例放大時(shí)，不影響各構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)角.,acos1i+bcos2i=ccos3i+d,asin1i+bsin2i=csin3i,令：a/a=1b/a=lc/a=md/a=n,代入移項(xiàng)得：lcos2i=n+mcos(3i+0)cos(1i+0)lsin2i=msin(3i+0)sin(1i+0),上式簡(jiǎn)化為：cos(1i+0)P0cos(3i+0)+P1cos(3i+01i0)+P2,式中包含有p0、p1、p2、0、0五個(gè)待定參數(shù),故四桿機(jī)構(gòu)最多可按兩連架桿的五組對(duì)應(yīng)未知精確求解。,當(dāng)i5時(shí)，一般不能求得精確解，只能用最小二乘法近似求解。,當(dāng)ia=(AC1AC2)/2,AC1=a+b,作者：潘存云教授,作C1C2H。,作射線C1O使C2C1O=90,以O(shè)為圓心、C1O為半徑作圓。,以A為圓心、AC1為半徑作弧交于E,得：,作射線C2O使C1C2O=90。,作偏距線e，交圓弧于A，即為所求。,l1=EC2/2,l2=AC2EC2/2,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,計(jì)算180(K-1)/(K+1);,任選D作mDn，,取A點(diǎn)，使得AD=d,則:a=dsin(/2),作角分線;,5.多桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用可精確實(shí)現(xiàn)連架桿5個(gè)以上的對(duì)應(yīng)位置；可改變從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；可擴(kuò)大機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的行程；可實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的間歇運(yùn)動(dòng)；可取得有利的傳動(dòng)角；可獲得較大的機(jī)構(gòu)利益。,6.平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析1）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的目的,研究?jī)?nèi)容：位置分析、速度分析和加速度分析。,確定機(jī)構(gòu)的位置（位形），繪制機(jī)構(gòu)位置圖。,確定構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)空間，判斷是否發(fā)生干涉。,確定構(gòu)件(活塞)行程，找出上下極限位置。,確定點(diǎn)的軌跡（連桿曲線）。,通過(guò)分析，了解從動(dòng)件的速度變化規(guī)律是否滿足工作要求。,為加速度分析作準(zhǔn)備。,加速度分析的目的是為確定慣性力作準(zhǔn)備。,2)方法圖解法。解析法。實(shí)驗(yàn)法。,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,c,b,A,C,B,速度多邊形的性質(zhì):,a.連接p點(diǎn)和任一點(diǎn)的向量代表該點(diǎn)在機(jī)構(gòu)圖中同名點(diǎn)的絕對(duì)速度，指向?yàn)閜該點(diǎn)。,b.連接任意兩點(diǎn)的向量代表該兩點(diǎn)在機(jī)構(gòu)圖中同名點(diǎn)的相對(duì)速度，指向與速度的下標(biāo)相反。如bc代表vCB而不是vBC，常用相對(duì)速度來(lái)求構(gòu)件的角速度。,c.因?yàn)閍bcABC，稱(chēng)abc為ABC的速度影像，兩者相似且字母順序一致。前者沿方向轉(zhuǎn)過(guò)90。稱(chēng)pabc為PABC的速度影像。,特別注意：影像與構(gòu)件相似而不是與機(jī)構(gòu)位形相似！,d.極點(diǎn)p代表機(jī)構(gòu)中所有速度為零的點(diǎn)的影像。,D,速度多邊形的用途：由兩點(diǎn)的速度可求任意點(diǎn)的速度。,例如，求BC中間任意點(diǎn)E的速度VE時(shí)，bc上中間任意點(diǎn)e為E點(diǎn)的影像，連接pe就是vE。,E,作者：潘存云教授,b,作者：潘存云教授,加速度關(guān)系。,求得：aBapb,選加速度比例尺a(m/s2)/mm，在任意點(diǎn)p作圖使aAapa(如右中圖),b”,設(shè)已知角速度，A點(diǎn)加速度和aB的方向,atBAab”b,方向:b”b,aBAaba,方向:ab,大?。悍较颍?aA,aB,a,p,作者：潘存云教授,aCaA+anCA+atCAaB+anCB+atCB(如右下圖),作圖求解得:,atCAac”c,atCBac”c,方向：c”c,方向：c”c,方向：pc,?,?,c”,aCapc,同理:,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,角加速度：atBA/lAB,得：ba/lABbc/lBCac/lCA,稱(chēng)pabc為加速度多邊形（或加速度圖解），p為極點(diǎn),所以abcABC,加速度多邊形的特性：,a.連接p點(diǎn)和任一點(diǎn)的向量代表該點(diǎn)在機(jī)構(gòu)圖中同名點(diǎn)的絕對(duì)加速度，指向?yàn)閜該點(diǎn)。,aBA(atBA)2+(anBA)2,aCA(atCA)2+(anCA)2,aCB(atCB)2+(anCB)2,方向：CCW,ab”b/lAB,c”,lCA2+4,lCB2+4,lBA2+4,aba,aac,abc,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,b.連接任意兩點(diǎn)的向量代表該兩點(diǎn)在機(jī)構(gòu)圖中同名點(diǎn)的相對(duì)加速度，指向與加速度的下標(biāo)相反。如ab代表aBA而不是aAB，bcaCB，caaAC。,c.因?yàn)閍bcABC，稱(chēng)abc為ABC的加速度影像，稱(chēng)pabc為PABC的加速度影像，兩者相似且字母順序一致。,d.極點(diǎn)p代表機(jī)構(gòu)中所有加速度為零的點(diǎn)的影像。,特別注意：影像與構(gòu)件相似而不是與機(jī)構(gòu)位形相似！,用途：根據(jù)相似性原理由兩點(diǎn)的加速度求任意點(diǎn)的加速度。,例如:求BC中點(diǎn)E的加速度aE,c”,c,常用相對(duì)切向加速度來(lái)求構(gòu)件的角加速度。,e,8.用解析法作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析,圖解法的缺點(diǎn)：分析結(jié)果精度低。,作圖繁瑣、費(fèi)時(shí)，不適用于一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的分析。,解析法：復(fù)數(shù)矢量法、矩陣法、桿組法等。,不便于把機(jī)構(gòu)分析與綜合問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)。,思路：由機(jī)構(gòu)的幾何條件，建立機(jī)構(gòu)的位置方程，然后就位置方程對(duì)時(shí)間求一階導(dǎo)數(shù)，得速度方程，求二階導(dǎo)數(shù)得到機(jī)構(gòu)的加速度方程。,9.平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析實(shí)例,已知:圖示四桿機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件尺寸和1,求2、3、2、3、2、3。,作者：潘存云教授,1)位置分析將各構(gòu)件用桿矢量表示，則有：,化成直角坐標(biāo)形式有：,l2cos2l3cos3+l4cos4l1cos1,l2sin2l3sin3+l4sin4l1sin1,3=1l1sin(12)/l3sin(32),2=1l1sin(13)/l2sin(23),3)加速度分析,速度方程:,將上式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得：,3=12l1cos(1-2)+22l2-32l3cos(3-2)/l3sin(32),2=12l1cos(1-3)+32l3-22l2cos(2-3)/l2sin(23),10.速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析中的應(yīng)用,絕對(duì)瞬心重合點(diǎn)絕對(duì)速度為零。,相對(duì)瞬心重合點(diǎn)絕對(duì)速度不為零。,兩個(gè)作平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件上速度相同的一對(duì)重合點(diǎn)，在某一瞬時(shí)兩構(gòu)件相對(duì)于該點(diǎn)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，該點(diǎn)稱(chēng)瞬時(shí)速度中心。,1)速度瞬心的定義,2）瞬心數(shù)目,因?yàn)槊績(jī)蓚€(gè)構(gòu)件就有一個(gè)瞬心所以根據(jù)排列組合有,若機(jī)構(gòu)中有n個(gè)構(gòu)件，則,Nn(n-1)/2,3）機(jī)構(gòu)瞬心位置的確定,直接觀察法。適用于求通過(guò)運(yùn)動(dòng)副直接相連的兩構(gòu)件瞬心位置。,三心定律。,定義：三個(gè)彼此作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件共有三個(gè)瞬心，且它們位于同一條直線上。此法特別適用于兩構(gòu)件不直接相連的場(chǎng)合。,舉例：求曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的速度瞬心。,解：瞬心數(shù)為：,a.直接觀察求瞬心求P12、P23、P34、P14。,b.三心定律求瞬心P24、P13。,Nn(n-1)/26n=4,4)速度瞬心在機(jī)構(gòu)速度分析中的應(yīng)用,a.求線速度,已知凸輪轉(zhuǎn)速1，求推桿的速度。,解：直接觀察求瞬心P13、P23。,求瞬心P12的速度。,v2vP12l(P13P12)1,長(zhǎng)度P13P12直接從圖上量取。,根據(jù)三心定律和公法線nn求瞬心的位置P12。,b.求角速度,解：瞬心數(shù)為6個(gè),直接觀察能求出4個(gè),余下的2個(gè)用三心定律求出。,求瞬心P24的速度。,vP24l(P24P14)4,42(P24P12)/P24P14,已知鉸鏈機(jī)構(gòu)構(gòu)件2的轉(zhuǎn)速2，求構(gòu)件4的角速度4。,vP24l(P24P12)2,方向:CW,與2相同。,c.求傳動(dòng)比,定義：兩構(gòu)件角速度之比為傳動(dòng)比。,3/2P12P23/P13P23,推廣到一般：i/jP1jPij/P1iPij,結(jié)論:兩構(gòu)件的角速度之比等于絕對(duì)瞬心至相對(duì)瞬心的距離之反比。,角速度的方向?yàn)椋合鄬?duì)瞬心位于兩絕對(duì)瞬心的同一側(cè)時(shí)，兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相同。,相對(duì)瞬心位于兩絕對(duì)瞬心之間時(shí)，兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相反。,用瞬心法解題步驟:,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。,求瞬心的位置。,求出相對(duì)瞬心的速度。,瞬心法的優(yōu)缺點(diǎn)：,適合于求簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)的速度，機(jī)構(gòu)復(fù)雜時(shí)因瞬心數(shù)急劇增加而求解過(guò)程復(fù)雜。,有時(shí)瞬心點(diǎn)落在紙面外。,僅適于求速度v,應(yīng)用有一定局限性。,求構(gòu)件絕對(duì)速度v或角速度。,11.平面機(jī)構(gòu)力分析,確定運(yùn)動(dòng)副中的反力為進(jìn)一步研究構(gòu)件強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)副中的摩擦、磨損、機(jī)械效率、機(jī)械動(dòng)力性能等作準(zhǔn)備。,1）力分析的任務(wù)和目的,確定機(jī)械平衡力（或力偶）目的是已知生產(chǎn)負(fù)荷確定原動(dòng)機(jī)的最小功率；或由原動(dòng)機(jī)的功率來(lái)確定所能克服的最大生產(chǎn)阻力。,反力運(yùn)動(dòng)副元素接觸處的正壓力與摩擦力的合力,平衡力機(jī)械在已知外力作用下，為了使機(jī)械按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)所必須添加的未知外力。,2)力分析的方法,圖解法解析法,機(jī)械力分析的理論依據(jù)：,靜力分析適用于低速機(jī)械，慣性力可忽略不計(jì)；,動(dòng)態(tài)靜力分析適用于高速重型機(jī)械，慣性力往往比外力要大，不能忽略。,3）平面連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析的步驟對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，求出有關(guān)速度、角速度、加速度及角加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)。將機(jī)構(gòu)按力分析起始件及桿組進(jìn)行分解。從遠(yuǎn)離力分析起始件開(kāi)始，逐個(gè)對(duì)桿組進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析，求運(yùn)動(dòng)副反力。對(duì)力起始件進(jìn)行力分析，求出平衡力和有關(guān)約束反力。,3.2本章重點(diǎn)、難點(diǎn),3.2.1本章重點(diǎn)1.平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化。2.曲柄存在條件、壓力角、傳動(dòng)角、死點(diǎn)、行程系數(shù)。3.平面四桿機(jī)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)的一些基本方法。4.用瞬心法求機(jī)構(gòu)的速度。5.用矢量方程圖解法求機(jī)構(gòu)的速度和加速度。3.2.2本章難點(diǎn)1.有關(guān)曲柄存在條件的桿長(zhǎng)關(guān)系式的全面分析。2.平面多桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和平面四桿機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角的確定。3.平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)連續(xù)性的判斷。4.圖解法和解析法對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)問(wèn)題。5.矢量方程圖解法中科氏加速度的求法。,3.3典型例題精解,3.3.1例題精解例1圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，已知lBC=500mm，lCD=350mm，lAD=300mm，AD為機(jī)架。若此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，且AB為曲柄，求lAB的最大值；若此機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)，求lAB的范圍；若此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，求lAB的范圍。,解:因AB為曲柄，顯然AB應(yīng)為最短，且四個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度應(yīng)滿足桿長(zhǎng)之和條件，即lAB+lBClCD+lAD或lABlCD+lADlBC=350+300500=150因此此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)的最大值為150mm。,因AD為機(jī)架，若此機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)，則AD應(yīng)為最短構(gòu)件，而AB的長(zhǎng)度有兩種可能，或?yàn)樽铋L(zhǎng)，或?yàn)榻橛谧铋L(zhǎng)與最短之間。兩種情況分別討論如下：當(dāng)AB為最長(zhǎng)時(shí)，根據(jù)桿長(zhǎng)之和條件，有l(wèi)AD+lABlBC+lCD或lABlBC+lCDlAD=(500+350300)mm=550mm當(dāng)AB介于最長(zhǎng)與最短之間時(shí)，有300mmlCD+lAD或lABlCD+lADlBC=350+300500=150,當(dāng)AB介于最長(zhǎng)與最短之間時(shí)，有l(wèi)AD+lBClAB+lCD或lABlBC+lCD或lABlBC+lCDlAD=500+350300=550另外，應(yīng)保證四個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度能組成四桿機(jī)構(gòu)，即有l(wèi)ABlAD+lBC+lCD=(300+500+350)mm=1150mm綜合以上情況，得此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)lAB的取值范圍為150mmlAB450mm或550mmlAB1150mm.,例2如圖所示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，已知各構(gòu)件的長(zhǎng)度分別為：a=lAB=30mm,b=lBC=55mm,c=lCD=40mm，d=lAD=50mmAD為機(jī)架，AB為原動(dòng)件。試說(shuō)明此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，其中A、B為整轉(zhuǎn)副，C、D為擺動(dòng)副；建立極位夾角與各構(gòu)件長(zhǎng)度之間的關(guān)系式，并求出值；建立機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角min與各構(gòu)件長(zhǎng)度之間的關(guān)系式，并求出min值。,C,B,A,D,因a2+d2=3400b2+c2=4625mm，所以為I型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。如圖所示,I型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架重疊共線位置，即,解因lAB+lBC=85mmlCD+lAD=90mm，所以AB所連兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副，C、D為擺動(dòng)副，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。,min,例3圖示偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。已知：lAB=100mm,e=20mm,1=100rad/s(曲柄1作等速轉(zhuǎn)動(dòng)）；當(dāng)=45時(shí)滑塊3的移動(dòng)速度為vC=8m/s。試求連桿2的長(zhǎng)度lBC。,解：利用速度瞬心P13并采用解析法進(jìn)行求解。,因,所以,例4設(shè)計(jì)一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD。已知搖桿CD的長(zhǎng)度lCD=290mm,搖桿兩極位置間的夾角=32，行程速度變化系數(shù)K=1.25，連桿BC的長(zhǎng)度lBC=260mm。試求曲柄AB的長(zhǎng)度lAB和機(jī)架AD的長(zhǎng)度lAD。,解：如圖所示，按I型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。,用幾何法設(shè)計(jì)：,得C1O和C2O的交點(diǎn)O。以O(shè)為圓心和OC1為半徑作圓，則該圓上除劣弧C1C2以外的各點(diǎn)對(duì)弦C1C2所張的圓周角均為。下面分析確定A點(diǎn)位置的方法。,作C1C2O=C2C1O=90o,=180(K1)/(K+1)=20,假設(shè)A點(diǎn)位置已知，延長(zhǎng)C2A并取AE=AC1。因lAC1=ba,lAC2=b+a,所以lEC2=2b,C1EC2=/2。因此，E點(diǎn)既在以C2為圓心、2b為半徑的圓上，同時(shí)又在經(jīng)過(guò)C1C2且圓周角為/2的圓上，即E點(diǎn)應(yīng)為此兩圓的交點(diǎn)。E點(diǎn)位置確定后，則E、C2兩點(diǎn)連線與圓周角為的圓的交點(diǎn)即為A點(diǎn)位置。,當(dāng)A點(diǎn)位置確定后，即得機(jī)