機械原理實用教材

1、機機械械原原理理目錄目錄 第一章第一章 緒緒 論論 1- -1 本課程研究的對象及內(nèi)容本課程研究的對象及內(nèi)容 l- -2 學(xué)習(xí)本課程的目的學(xué)習(xí)本課程的目的 l- -3 如何進行本課程的學(xué)習(xí)如何進行本課程的學(xué)習(xí) 第二章第二章 平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 2- -1 機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的 2- -2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成 2- -3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖 2- -4 機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定運動的條件 2- -5 平面機構(gòu)自由度的計算平面機構(gòu)自由度的計算 2- -6 計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項 第三章第三章

2、平面機構(gòu)的運動分析平面機構(gòu)的運動分析 3- -1 機構(gòu)運動分析概述機構(gòu)運動分析概述 3- -2 速度瞬心及其在平面機構(gòu)速度分析中的應(yīng)用速度瞬心及其在平面機構(gòu)速度分析中的應(yīng)用 3- -3 用矢量方程圖解法作機構(gòu)的速度和加速度分析用矢量方程圖解法作機構(gòu)的速度和加速度分析 第四章第四章 平面機構(gòu)的力分析平面機構(gòu)的力分析 4- -1 機構(gòu)力分析的目的和方法機構(gòu)力分析的目的和方法 4- -2 構(gòu)件慣性力的確定構(gòu)件慣性力的確定 第五章第五章 機械中的摩擦和機械效率機械中的摩擦和機械效率 5- -1 研究機械中摩擦的目的和研究內(nèi)容研究機械中摩擦的目的和研究內(nèi)容 5-2 運動副中的摩擦運動副中的摩擦 5-3

3、機械的效率機械的效率 5- -4 機械的自鎖機械的自鎖 第六章第六章 平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計 6- -1 連桿機構(gòu)及其傳動特點連桿機構(gòu)及其傳動特點 6- -2 平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用 6- -3 有關(guān)平面四桿機構(gòu)的一些基本知識有關(guān)平面四桿機構(gòu)的一些基本知識 6 6-4 4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 第七章第七章 凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計 7- -1 凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類 7- -2 推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律 7- -3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計凸輪輪廓曲線的設(shè)計 7- -4 凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定凸輪機構(gòu)基本尺寸

4、的確定 第八章第八章 齒輪機構(gòu)及其設(shè)計齒輪機構(gòu)及其設(shè)計 8-1 齒輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類齒輪機構(gòu)的應(yīng)用及分類 8- -2 齒輪的齒廓曲線齒輪的齒廓曲線 8- -3 漸開線的形成及其特性漸開線的形成及其特性 8- -4 漸開線齒廓的嚙合特性漸開線齒廓的嚙合特性 8- -5 漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪各部分的名稱和尺寸漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪各部分的名稱和尺寸 8-6 漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動 8- -7 漸開線齒廓的切制漸開線齒廓的切制 8-8 變位齒輪概述變位齒輪概述 8-9 變位齒輪傳動變位齒輪傳動 8-10 斜齒圓柱齒輪傳動斜齒圓柱齒輪傳動 8-11 蝸桿傳動蝸桿傳動 8-12 圓錐

5、齒輪傳動圓錐齒輪傳動 第九章第九章 輪系及其設(shè)計輪系及其設(shè)計 9- -1 輪系及其分類輪系及其分類 9- -2 定軸輪系的傳動比定軸輪系的傳動比 9- -3 周轉(zhuǎn)輪系的傳動比周轉(zhuǎn)輪系的傳動比 第十章第十章 機械的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)機械的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié) 10- -1 概述概述 10- -2 機械的運動方程式機械的運動方程式 10- -3 穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)下機械的周期性速度波動及其穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)下機械的周期性速度波動及其 調(diào)調(diào)節(jié)節(jié) 10- -4 機械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)機械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié) 第十一章第十一章 機械的平衡機械的平衡 11- -1 機械平衡的目的及內(nèi)容機械平衡的目

6、的及內(nèi)容 11- -2 剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算 第一章第一章 緒緒 論論 “機械原理”(Mechanical Principle)研究的對象是機械，研究的內(nèi)容是有關(guān)機械(mechanism)的基本理論問題。 機械機械是機器(machine)和機構(gòu)(mechanism)的總稱。 右圖所示為一內(nèi)燃機示意圖，主要由以下機構(gòu)組成： 活塞(piston)、連桿(connecting rod)、曲軸和機架(frame)組成連桿機構(gòu)；大齒輪(gear)、小齒輪和機架組成齒輪機構(gòu)；凸輪(cam)、推桿和機架組成凸輪機構(gòu)。1- -1本課程研究的對象及內(nèi)容本課程研究的對象及內(nèi)容 除了機器外，實際中存

7、在如圖1-2所示的開窗機構(gòu)和如圖1-3所示的千斤頂，它們借助于人力驅(qū)動實現(xiàn)所需的運動或傳遞力。這些裝置我們稱之為機構(gòu)。圖1-2 開窗機構(gòu)圖1-3 千斤頂 機器的特征機器的特征： 1. 它們是由零件人為裝配組合而成的實物體； 2. 各實物體之間具有確定的相對運動； 3. 能完成有用的機械功或轉(zhuǎn)化機械能。 機構(gòu)的特征：機構(gòu)的特征：機構(gòu)具有機器特征中的前兩個特征。 機器與機械的共有特征決定了機器與機構(gòu)可以統(tǒng)稱為機械。 本課程研究的內(nèi)容：本課程研究的內(nèi)容： 1. 機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的基本知識 2. 機構(gòu)的運動分析 3. 機器動力學(xué) 4. 常用機構(gòu)的分析與設(shè)計 5. 機構(gòu)的選型及機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計 本課程研究

8、的內(nèi)容可以概括為兩個方面，第一是介紹對已有機械進行結(jié)構(gòu)、運動和動力分析的方法，第二是探索根據(jù)運動和動力性能方面的要求設(shè)計新機械的途徑。 l- -2 學(xué)習(xí)本課程的目的學(xué)習(xí)本課程的目的 本課程所學(xué)的內(nèi)容乃是研究現(xiàn)有機械的運動及工作性能和設(shè)計新機械的知識基礎(chǔ)。所以它成為機械類各專業(yè)必修的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，并為專業(yè)課程打下基礎(chǔ)。 l- -3 如何進行本課程的學(xué)習(xí)如何進行本課程的學(xué)習(xí) 在學(xué)習(xí)本課程的過程中，要著重注意搞清楚基本概念，理解基本原理，掌握機構(gòu)分析和綜合的基本方法。 在本課程的學(xué)習(xí)過程中，要注意培養(yǎng)自己運用所學(xué)的基本理論和方法去分析和解決工程實際問題的能力。為此要十分注意各種理論和方法的

9、適用范圍和條件，以求能逐步作到正確而靈活的應(yīng)用。第二章第二章 平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2- -1 機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容及目的 研究內(nèi)容：研究內(nèi)容： (1) 研究機構(gòu)的組成及其具有確定運動的條件； (2) 根據(jù)結(jié)構(gòu)特點進行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分類； (3) 研究機構(gòu)的組成原理。 研究目的：研究目的： 在機構(gòu)設(shè)計中，需要知道機構(gòu)是怎樣組合起來的，而且在什么條件下才能實現(xiàn)確定的運動；對機構(gòu)組成原理的研究還可以為新機構(gòu)的創(chuàng)造提供途徑；通過對機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析與分類，可以為舉一反三地研究機構(gòu)的運動分析和動力分析提供方便。2- -2 機構(gòu)的組成機構(gòu)的組成 1. 構(gòu)件構(gòu)件 構(gòu)件(link

10、)機器中每一個獨立的運動單元體。 2. 運動副運動副 由兩個構(gòu)件組成的可動的聯(lián)接稱為運動副運動副(kinematics pair)。而把兩構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運動副的表面稱為運動副元素運動副元素。例如軸與軸襯的配合(圖2-1)，滑塊與導(dǎo)軌的接觸(圖2-2)。 圖圖2-1 回轉(zhuǎn)副回轉(zhuǎn)副 圖圖2-1 移動副移動副 兩齒輪輪齒的嚙合(圖2-3,a)，球面與平面的接觸(圖2-3,b)，圓柱與平面的接觸(圖2-3,c) 。圖圖2-3,b圖圖2-3,c圖圖2-3,a 齒輪副齒輪副 任意兩個構(gòu)件1與2，當(dāng)它們尚未構(gòu)起運動副之前，構(gòu)件1相對于構(gòu)件2共有6個相對運動的自由度。當(dāng)兩構(gòu)件以某種方式相聯(lián)接而構(gòu)成運

11、動副，則兩者間的相對運動便受到一定的約束，其相對運動自由度減少的數(shù)目就等于該運動副所引入的約束的數(shù)目。兩構(gòu)件構(gòu)成運動副后所受到的約束數(shù)最少為1(如圖2-3，b所示的運動副)，而最多為5(如圖2-1和2-2所示的運動副) 運動副的分類運動副的分類： (1) 按引入約束的數(shù)目分：I級副、級副、級副、級副、級副。 (2) 按兩構(gòu)件的接觸情況進行分：點或線接觸而構(gòu)成的運動副統(tǒng)稱為高副；面接觸(surface contact)而構(gòu)成的運動副則稱為低副(lower pair )。 (3) 按兩構(gòu)件之間的相對運動的不同分：轉(zhuǎn)動副或回轉(zhuǎn)副(revolute pair)、移動副(sliding pair)、螺旋

12、副、球面副、平面運動(plane motion)副、空間運動副。圖圖2-5 螺旋副螺旋副圖圖2-6 球面副球面副 3. 運動鏈運動鏈 把兩個以上的構(gòu)件通過運動副的聯(lián)接而構(gòu)成的相對可動的系統(tǒng)稱為運運動鏈動鏈(kinematics chin)。如運動鏈的各構(gòu)件構(gòu)成了首末封閉的系統(tǒng)，則稱其為閉式運動鏈或簡稱閉鏈(圖2-7，a和b)；如運動鏈的構(gòu)件未構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng)，則稱其為開式運動鏈，或簡稱開鏈(圖2-7，c和d) 。 4. 機構(gòu)機構(gòu) 在運動鏈中，如果將某一構(gòu)件加以固定而成為機架，則這種運動鏈便成為機構(gòu)。 機構(gòu)中按給定的已知運動規(guī)律獨立運動的構(gòu)件稱為原動件；而其余活動構(gòu)件則稱為從動件。從動件的運動

13、規(guī)律決定于原動件的運動規(guī)律和機構(gòu)的結(jié)構(gòu)。2- -3 機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖 用簡單的線條和規(guī)定的符號表示組成機構(gòu)的構(gòu)件和運動副，并按一定的比例尺表示運動副的相對位置的簡單圖形稱為機構(gòu)運動簡圖機構(gòu)運動簡圖(kinematic sketch of mechanism)。繪制步驟如下： (1) 分析機構(gòu)的運動情況，定出其原動部分、工作部分，搞清楚傳動部分。 (2) 合理選擇投影面及原動件適當(dāng)?shù)耐队八矔r位置。 (3) 選擇適當(dāng)?shù)谋壤?scale)。 (4) 用簡單的線條和規(guī)定的符號繪圖。 (5) 檢驗。 61AOF2345BDEC顎式碎石機ab圖2-82- -4 機構(gòu)具有確定運動的條件機構(gòu)具有確定

14、運動的條件 機構(gòu)具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數(shù)的數(shù)目，稱為機構(gòu)的自由度。 機構(gòu)具有確定運動的條件：機構(gòu)的自由度必須大于或等于l，且機構(gòu)原動件的數(shù)目應(yīng)等于機構(gòu)的自由度的數(shù)目。 如圖2-10，只有在給構(gòu)件4確定運動規(guī)律后，此時系統(tǒng)才成為機構(gòu)。圖2-9圖2-102- -5 平面機構(gòu)自由度的計算平面機構(gòu)自由度的計算 平面機構(gòu)自由度計算公式2- -6 計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項 1. 復(fù)合鉸鏈：兩個以上的構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接，如圖2-11所示。 若有m個構(gòu)件以復(fù)合鉸鏈(joint)相聯(lián)接時，其構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副數(shù)應(yīng)等于(m-1)個。 圖2-11 2. 局部自

15、由度 在有些機構(gòu)中，某些構(gòu)件所產(chǎn)生的局部運動，并不影響其他構(gòu)件的運動。我們把這種局部運動的自由度稱為局部自由度，如圖所示。在計算機構(gòu)的自由度時，應(yīng)從機構(gòu)自由度的計算公式中將局部自由度減去。 對于圖示凸輪機構(gòu)自由度為 F=33-(23+1)-1=1 凸輪機構(gòu)三維實體圖圖2-12 3. 虛約束 在機構(gòu)中，有些運動副帶入的約束，對機構(gòu)的運動實際上不起約束作用，我們把這類約束稱為虛約束。在計算機構(gòu)的自由度時應(yīng)將這類虛約束除去。 機構(gòu)中的虛約束常發(fā)生在下列情況： 1) 在機構(gòu)中如果兩構(gòu)件用轉(zhuǎn)動副聯(lián)接其聯(lián)接點的運動軌跡重合，則該聯(lián)接將帶入1個虛約束。如圖214所示的機構(gòu)簡圖。 F = 3*n2PlPh =

16、 3*42*6= 0 錯 F = 3*n2PlPh = 3*32*4 = 1 對圖2-13 2) 如果兩構(gòu)件在多處接觸而構(gòu)成移動副，且移動方向彼此平行(如圖2-14所示)，則只能算一個移動副。 如果兩構(gòu)件在多處相配合而構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，且轉(zhuǎn)動軸線重合(如2-15所示)，則只能算一個轉(zhuǎn)動副。 如果兩構(gòu)件在多處相接觸而構(gòu)成平面高副，且各接觸點處的公法線彼此重合(如圖2-16所示)，則只能算一個平面高副。 圖2-14圖2-15圖2-16 3)在機構(gòu)運動的過程中，若兩構(gòu)件上某兩點之間的距離始終保持不變，則如用雙轉(zhuǎn)動副桿將此兩點相聯(lián)，也將帶入1個虛約束，圖2-17所示。 4)在機構(gòu)中，某些不影響機構(gòu)運動傳遞的

17、重復(fù)部分所帶入的約束亦為虛約束，如圖2-18所示。F = 3*n2PlPh = 3*42*6= 0 錯 F = 3*n2PlPh = 3*52*56= -1 錯F = 3*n2PlPh = 3*32*4 = 1 對 F = 3*n2PlPh = 3*32*32= 2 對 圖2-17圖2-18第三章第三章 平面機構(gòu)的運動分析平面機構(gòu)的運動分析3- -1 機構(gòu)運動分析概述機構(gòu)運動分析概述 機構(gòu)的運動分析：根據(jù)原動件的已知運動規(guī)律，求該機構(gòu)其他構(gòu)件上某些點的位移(displacement )、軌跡、速度和加速度，以及這些構(gòu)件的角位移、角速度和角加速度。 機構(gòu)運動分析的方法主要有圖解法和解析法。 3-

18、 -2 速度瞬心及其在平面機構(gòu)速度分析中的應(yīng)用速度瞬心及其在平面機構(gòu)速度分析中的應(yīng)用 一、速度瞬心 瞬心為互相作平面相對運動的兩構(gòu)件上，瞬時相對速度為零的點；或者說，瞬時速度相等的重合點(即等速重合點)。若該點的絕對速度為零則為絕對瞬心；若不等于零則為相對瞬心。如圖3-1所示。 圖3-1 二、 機構(gòu)中瞬心的數(shù)目 因為每兩個構(gòu)件就有一個瞬心，所以由N個構(gòu)件(含機架)組成的機構(gòu)，其總的瞬心數(shù)K由排列組合的知識可得： 三、機構(gòu)中瞬心位置的確定 如上所述，機構(gòu)中每兩個構(gòu)件之間就有一個瞬心，如果兩個構(gòu)件是通過運動副直接聯(lián)接在一起的，那末其瞬心的位置，根據(jù)瞬心的定義可以很容易地加以確定。而一般情況下，兩構(gòu)

19、件的瞬心則需藉助于所謂“三心定理”來確定?，F(xiàn)分別介紹如下。 1. 通過運動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心 1) 以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接的兩構(gòu)件，如圖3-2,a所示，轉(zhuǎn)動副的中心即為其瞬心P12。 2) 以移動副相聯(lián)接的兩構(gòu)件，如圖3-2,b所示，因兩構(gòu)件間任一重合點的相對運動速度方向均平行于導(dǎo)路，故其瞬心P12必位于移動副導(dǎo)路的垂直方向上的無窮遠處。 3) 以平面高副相聯(lián)接的兩構(gòu)件，如圖3-2，c、d所示。如果高副兩元素之間為純滾動則其兩元素的接觸點M即為瞬心P12；如果高副兩元素之間既作相對滾動，又有相對滑動，則瞬心P12必位于高副兩元素在接觸點處的公法線nn上，具體位置尚需根據(jù)其他條件來確定。 圖3-2

20、 2. 用三心定理確定兩構(gòu)件的瞬心 三心定理(Kennedys throrem)：三個彼此作平面平行運動的構(gòu)件的瞬心必位于同一直線上。如圖3-3所示。 圖3-3 四、 速度瞬心(instantaneous center of velocity)在機構(gòu)速度分析中的應(yīng)用 1)求構(gòu)件的角速度 在圖3-4所示的平面四桿機構(gòu)中，設(shè)各構(gòu)件的尺寸已知，原動件2以角速度2沿順時針方向回轉(zhuǎn)。因為已知瞬心P24為構(gòu)件2及構(gòu)件4的等速重合點，故得： 圖3-4 2)求構(gòu)件上某點的速度 如圖3-5所示的凸輪機構(gòu)。設(shè)各構(gòu)件的尺寸已知，原動件2的角速度為2。利用瞬心來確定從動件3的移動速度，同樣十分簡便。 如圖所示，得從動

21、件的移動速度的大小為： 3- -3 用矢量方程圖解法作機構(gòu)的速度和加速度分析用矢量方程圖解法作機構(gòu)的速度和加速度分析 矢量方程圖解法所依據(jù)的基本原理是理論力學(xué)中學(xué)過的運動合成的原理。在對機構(gòu)進行速度和加速度分析時，首先要根據(jù)運動合成原理列出機構(gòu)運動的矢量方程，然后再根據(jù)該方程進行作圖求解。 圖3-5 一、 同一構(gòu)件上兩點間的速度、加速度的關(guān)系 1. 速度分析 圖3-6 在如圖3-6，a所示的曲柄滑塊機構(gòu)中，連稈BC為一作平面運動的構(gòu)件。由運動合成原理可知，此構(gòu)件上任一點(如點c)的運動可認(rèn)為是由其隨同該構(gòu)件上另一任意點(如點B)的平動(牽連運動)與繞該點(點B)的轉(zhuǎn)動(相對運動)所合成。因此，

22、點c的速度為： 現(xiàn)設(shè)點B的速度為已知，求點c的速度。 步驟： 1)對機構(gòu)進行運動分析，列出矢量方程式； 2)取速度比例尺，定極點； 3)按矢量作圖法作圖。(從已知到未知) 其大小分別為： 現(xiàn)如求連桿上點E的速度則利用B、E兩點和C、E兩點間的速度關(guān)系可分別列出矢量方程并將它們聯(lián)立起來，可得矢量方程： 用圖解法求解，得： VE = lpe 圖b所示的由各速度矢量構(gòu)成的圖形稱為速度多邊形速度多邊形。p點稱為速度多邊形的極點極點。其特點特點如下： 1)由極點P向外放射的矢量，代表構(gòu)件上相應(yīng)點的絕對速度； 2)相對速度是聯(lián)接兩絕對速度矢端的矢量，下標(biāo)字母相反； 3)極點的速度為零； 4)速度影象原理。

23、 由圖可見，因bce與BCE的對應(yīng)邊相互垂直，故知兩者相似，且其角標(biāo)字母符號的順序也是一致的，只是前者的位置是后者沿的方向轉(zhuǎn)過了900而已。所以，我們把圖形bce稱為構(gòu)件圖形BCE的速度影像。 2. 加速度分析 同理點c的加速度為： 為求E點的加速度與進行速度分析相似，需利用點E與B、C兩點的加速度關(guān)系聯(lián)立求解，即得： 圖C所示的由各加速度矢量構(gòu)成的圖形稱為加速度多邊形加速度多邊形。p點稱為加速度多邊形的極點極點。其特點如下： 1)由極點P向外放射的矢量，代表構(gòu)件上相應(yīng)點的絕對加速度； 2)相對加速度是聯(lián)接兩絕對加速度矢端的矢量，下標(biāo)字母相反； 3)極點的加速度為零； 4)加速度影象原理。 由

24、圖可見，因bce與BCE相似，且其角標(biāo)字母符號的順序也是一致的。所以，我們把圖形bce稱為構(gòu)件圖形BCE的加速度影像。 3. 兩構(gòu)件重合點間的速度、加速度的關(guān)系 如圖3-7所示的平面四桿機構(gòu)中，構(gòu)件1與構(gòu)件2組成移動副，點c為此兩構(gòu)件上的一個重合點。由運動合成原理可知，構(gòu)件2上的點c2的運動可以認(rèn)為是由構(gòu)件1上與其相重合的點c1的運動(牽連運動)和點c2相對于點c1的相對運動所合成。圖3-7 哥氏加速度大小為： (3-7) 方向：將相對速度VC1C2沿角速度1的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)過900所得的方向一致。 (3-5)(3-6) 第四章第四章 平面機構(gòu)的力分析平面機構(gòu)的力分析4- -1機構(gòu)力分析的目的和方法機

25、構(gòu)力分析的目的和方法 一、作用在機械上的力 作用在機械上的力，包括由外部施于機械的原動力、生產(chǎn)阻力、重力和運動構(gòu)件受到的空氣和油液等的介質(zhì)阻力；構(gòu)件在變速運動時產(chǎn)生的慣性力；以及由于上述諸力在運動副中所引起的反力。 根據(jù)各力對機械運動的影響的不同，可將它們概分為兩大類： (1) 驅(qū)動力 凡是驅(qū)使機械產(chǎn)生運動的力統(tǒng)稱為驅(qū)動力。所作的功為正功，稱為驅(qū)動功，或輸入功。 (2) 阻抗力 凡是阻止機械產(chǎn)生運動的力統(tǒng)稱為阻抗力。所作的功為負功，稱為阻抗功。阻抗力又可分為有效阻力和有害阻力兩種： 1) 有效阻力，即工作阻力。它是機械在生產(chǎn)過程中為了改變工作物的外形、位置或狀態(tài)等所受到的阻力，克服了這些阻力就

26、完成了有效的工作?？朔行ё枇λ瓿傻墓ΨQ為有效功或輸出功。 2) 有害阻力，即機械在運轉(zhuǎn)過程中所受到的非生產(chǎn)阻力。機械為了克服這類阻力所做的功是一種純粹的浪費?？朔泻ψ枇λ鞯墓ΨQ為損失功。 二、機構(gòu)力分析的目的和方法 由于作用在機械上的力，不僅是影響機械的運動和動力性能的重要參數(shù)，而且也是決定相應(yīng)構(gòu)件尺寸及結(jié)構(gòu)形狀等的重要依據(jù)。機構(gòu)力分析的任務(wù)，主要有以下兩部分內(nèi)容： 1. 確定運動副中的反力。 2. 確定為了使機構(gòu)原動件按給定規(guī)律運動時需加于機械上的平衡力(或平衡力偶)。 4- -2構(gòu)件慣性力的確定構(gòu)件慣性力的確定 一、一、 作平面復(fù)合運動的構(gòu)件作平面復(fù)合運動的構(gòu)件 由理論力學(xué)可知，對

27、于作平面復(fù)合運動而且具有平行于運動平面的對稱面的構(gòu)件(例如圖41所示鉸鏈四桿機構(gòu)中的連桿BC)，其慣性力系可簡化為一個加在質(zhì)心上的慣性力和一個慣性力偶矩。它們分別為： 為了分析的方便，上述慣性力和慣性力偶矩又可以用一大小等于P1，作用線由質(zhì)心S偏移一距離Lh的總慣性力來代替(圖6)，此時距離的值Lh為： 二、二、作平面移動的構(gòu)件作平面移動的構(gòu)件 對于作平面移動的構(gòu)件，由于沒有角加速度，故不會產(chǎn)生慣性力偶。只是當(dāng)構(gòu)件為變速移動時，持有一個加在其質(zhì)心S上的慣性力P P1 1-ms s 。 三、三、繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件 對于繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件，其慣性力和慣性力偶矩的確定又有兩種情況。 (1

28、) 繞通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件(如齒輪、飛輪等構(gòu)件) 因其質(zhì)心的加速度為零，故慣性力為零。只是當(dāng)構(gòu)件為變速轉(zhuǎn)動時，將產(chǎn)生一慣性力偶矩M1-Jss s。 (2) 繞不通過質(zhì)心的定抽轉(zhuǎn)動的構(gòu)件(如曲柄、凸輪等構(gòu)件) 如果構(gòu)件是變速轉(zhuǎn)動(如圖4-2所示)，則將產(chǎn)生慣性力P P1 1-ms s 及慣性力偶矩M1-Jss s 。同樣，兩者可用一個不通過其質(zhì)心的總慣性力來代替。 第五章第五章 機械中的摩擦和機械效率機械中的摩擦和機械效率5- -1研究機械中摩擦的目的和研究內(nèi)容研究機械中摩擦的目的和研究內(nèi)容 我們知道運動副中的摩擦力是一種主要的有害阻力，它會使機械的效率降低，使運動副元素受到磨損，因而降低零

29、件的強度、機械的精度和工作壽命；使零件發(fā)熱膨脹，將導(dǎo)致機械運轉(zhuǎn)不靈活，甚至卡死，并使機械潤滑情況惡化。而另一方面在某些情況下機械中的摩擦又是有用的，在不少機械中，就正是利用摩擦來工作的。 研究的主要內(nèi)容有： 1) 幾種最常見的運動副中的摩擦的分析； 2) 考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的受力分析； 3) 機械效率的計算； 4) 由于摩擦的存在而可能發(fā)生的所謂機械的“自鎖”現(xiàn)象，以及自鎖現(xiàn)象發(fā)生的條件等。 5-2運動副中的摩擦運動副中的摩擦 一、一、 移動副中摩擦力的確定移動副中摩擦力的確定 圖(a)摩擦力F21的大小為： 圖(b)摩擦力F21的大小為： 若令f/sinQ，則上式可寫為： 圖5-1 圖(c)摩擦

30、力F21的大小為：式中fv稱為當(dāng)量摩擦系數(shù)當(dāng)量摩擦系數(shù)。 二、二、移動副中總反力的確定移動副中總反力的確定 在進行機械的受力分析時，由于N21及F21都是構(gòu)件2作用于構(gòu)件1上的反力，故可將它們合成為一個總反力，以R21表示(如圖5-2所示)。設(shè)總反力R21和法向反力N21之間的夾角為，則： 角稱為摩擦角摩擦角。 總反力總反力R21的作用線方向的確定的作用線方向的確定： R21與構(gòu)件1相對于構(gòu)件2的相對運動速度V12的方向成鈍角(90 + )。 圖5-2 例如：圖5-3,a中，設(shè)滑塊1置于升角為的斜面2上，Q為作用在滑塊1上的鉛垂載荷。求： (1)滑塊1沿斜面等速上行(通常稱此行程為正行程) 時

31、所需的水平驅(qū)動力P。 根據(jù)力的平衡條件可知： 作出力的三角形，如圖b所示。由圖可得： (2)滑塊1是沿斜面2等速下滑(通常稱此行程為反行程) 時所需的水平驅(qū)動力P。如圖5-4,a所式。 根據(jù)力的平衡條件可知： 作出力的三角形，如圖b所示。由圖可得： 三、螺旋副中的摩擦三、螺旋副中的摩擦矩形螺紋螺旋副中肋摩擦矩形螺紋螺旋副中肋摩擦 圖5-5，a為一矩形螺紋螺旋副(screw pair)，通常在研究螺旋副的摩擦?xí)r，都假定螺母與螺桿間的作用力系集中作用在其中徑的圓柱面上。因螺桿的螺紋可以設(shè)想為由一斜面卷繞在圓柱體上形成的。因此，如將螺桿沿中徑d2的圓柱面展開，則其螺紋將展成一個斜面，該斜面的升角即為

32、螺桿在其中徑d2上的螺紋的導(dǎo)程角，于是得： 假定螺母與螺桿間的作用力系集中作用在一小段螺紋上，這樣就把對螺旋副中摩擦的研究，簡化為對滑塊與斜平面的摩擦來研究了。 四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦 1. 軸頸摩擦軸頸摩擦 如圖5-6所示，設(shè)受有徑向載荷Q作用的軸頸1，在驅(qū)動力偶矩Md的作用下，在軸承2中等速轉(zhuǎn)動。設(shè)法向反力的總和為N21，則如前所述，軸承2對軸頸1的摩擦力F21f*N21fv*Q。則摩擦力矩Mr為： 圖 5-6(5-6) 根據(jù)平衡條件可知： R21 = -Q； Md = - R21*r = - Mf 即總反力R21對軸頸中心O的力矩即為摩擦阻力矩Mf ，而由式(56)知： 對

33、于一個具體的軸頸，由于fv及r均為定值，所以是一固定長度。以軸頸中心O為圓心，以為半徑作圓，則稱其為摩擦圓，稱為摩擦圓半徑。 轉(zhuǎn)動副總反力的方位可根據(jù)如下三點來確定： 1) 在不考慮摩擦的情況下，根據(jù)力的平衡條件，初步確定總反力的方向； 2) 總反力應(yīng)與摩擦圓相切； 3) 總反力R 21對軸頸中心之矩的方向必與相對角速度12的方向相反。 (5-7)5-3 機械的效率機械的效率 當(dāng)機器正常運轉(zhuǎn)時，輸入功將等于輸出功和損失功之和。即： Wd = Wr + Wf 機械效率為： 效率也可用功率表示，即： 機械效率也可以用力的比值的形式來表達。圖5-7所示一機械傳動裝置的示意圖。 設(shè)P為驅(qū)動力，Q為生產(chǎn)

34、阻力，VP、VQ分別為P和Q的作用點沿該力作用線方向的分速度，于是根據(jù)式(5-9，a)可得： PVPQVQ圖 5-7 設(shè)想在該機械中不存在摩擦，為了克服同樣的生產(chǎn)阻力Q，其所需的驅(qū)動力P0 (稱為理想驅(qū)動力) 。 顯然：P P0，且此時，其效率應(yīng)等于。(5-8)(5-9) 故得： 將其代入式(a)，得： 同理，機械效率也可以用力矩之比的形式來表達，即 綜合式(c)與(d)可得： 對于由許多機器組成的機組而言，只要知道了各臺機器的機械效率，則該機組的總效率也可以由計算求得。 (1) 串聯(lián)串聯(lián) 如圖5-8所示為幾種機器串聯(lián)組成的機組。 該機組的機械效率為： 。而功率在傳遞的過程中，前一機器的輸出功

35、率即為后一機器的輸入功率。圖 5-8(5-10)abc 設(shè)各機器的效率分別為1、2K則得： 將1、2K連乘起來，得 此即表明，串聯(lián)機組的總效率等于組成該機組的各個機器的效率的連乘積。由此可見，只要串聯(lián)機組中任一機器的效率很低，就會使整個機組的效率極低。 (2) 并聯(lián)并聯(lián) 如圖5-9所示為幾種機器并聯(lián)組成的機組。 總輸入功率為 總輸出功率為 圖 5-9(5-11) 所以總效率為 上式表明并聯(lián)機組的總效率不僅與各機器的效率有關(guān)，而且也與各機器所傳遞的功率大小有關(guān)。要提高并聯(lián)機組的效率，應(yīng)著重提高傳遞功率大的傳動路線的效率。 (3) 混聯(lián)混聯(lián) 如圖5-10所示為兼有串聯(lián)和并聯(lián)的混聯(lián)機組。 為了計算其

36、總效率，可先將輸入功至輸出功的路線弄清，然后分別計算出總的輸入功率和總的輸出功率，最后可按下式計算其總機械效率。 圖 5-10(5-12)5- -4 機械的自鎖機械的自鎖 有些機械，由于其結(jié)構(gòu)的形式以及摩擦影響，導(dǎo)致當(dāng)沿某一方向施加無論多大的驅(qū)動力(矩)時，都無法使它運動的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就叫作機械的自鎖自鎖。 一移動副的自鎖條件一移動副的自鎖條件 由圖5-11可知，Pt = P*sin (有效分力) Pn = P*cos (有害分力) 最大摩擦力為： 當(dāng)時，由上述可知 此式說明，在的情況下，不管驅(qū)動力P如何增大，驅(qū)動力的有效分力總是小于驅(qū)動力本身所可能引起的最大摩擦力，因而滑塊1總不會發(fā)生運動

37、，即發(fā)生了所謂的自鎖現(xiàn)象。 平面移動副自鎖條件平面移動副自鎖條件：作用于滑塊上的合外力作用線落在移動副摩擦角以內(nèi)，即 。 圖 5-11 二、轉(zhuǎn)動副自鎖條件二、轉(zhuǎn)動副自鎖條件 如圖5-12所示，軸頸和軸承組成轉(zhuǎn)動副。設(shè)作用在軸頸上的外裁荷為一單力P，則當(dāng)力P的作用線在摩擦圓之內(nèi)時(即a)，因它對軸頸中心的力矩MPa，始終小于它本身所能引起的最大摩擦力矩MfRP。所以力P任意增大力臂a保持不變)，也不能驅(qū)使軸頸轉(zhuǎn)動，亦即出現(xiàn)了自鎖現(xiàn)象。 轉(zhuǎn)動副自鎖條件：轉(zhuǎn)動副自鎖條件：作用于軸頸且垂直于軸線的合外力的作用線切割于摩擦圓，即a。 三、利用效率判斷機構(gòu)自鎖的條件三、利用效率判斷機構(gòu)自鎖的條件 當(dāng)機械自

38、鎖時其機械效率將恒小于或等于零，即 設(shè)計機械時，可以利用上式來判斷其是否自鎖及出現(xiàn)自鎖的條件。當(dāng)然，因機械自鎖時已根本不能作功，故此時，已沒有一般效率的意義，它只表明機械自鎖的程度。當(dāng)o時，機械處于臨界自鎖狀態(tài)；若o，則其絕對值越大，表明自鎖越可靠。 圖 5-12(5-13)第六章第六章 平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計6- -1 連桿機構(gòu)及其傳動特點連桿機構(gòu)及其傳動特點 連桿機構(gòu)(linkages)是一種應(yīng)用十分廣泛的機構(gòu)，圖6-1中所示機構(gòu)的共同特點是其原動件1的運動都要經(jīng)過一個不直接與機架相聯(lián)的中間構(gòu)件2才能傳動從動件3，這個不直接與機架相聯(lián)的中間構(gòu)件稱為連桿，而把具有連桿的這些

39、機構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機構(gòu)。 圖6-1bac 優(yōu)點優(yōu)點： 1) 其運動副為低副面接觸，壓強較小，可以承受較大的載荷。便于潤滑，不易產(chǎn)生大的磨損，幾何形狀較簡單，便于加工制造。 2) 從動件能實現(xiàn)各種預(yù)期的運動規(guī)律。 3) 連桿上各不同點的軌跡是各種不同形狀的，從而可以得到各種不同形狀的曲線，我們可以利用這些曲線來滿足不同軌跡的要求。 缺點缺點： 1) 有較長的運動鏈，使連桿機構(gòu)產(chǎn)生較大的積累誤差，降低機械效率。 2) 連桿及滑塊的質(zhì)心都在作變速運動，它們所產(chǎn)生的慣性力難于用一般的平衡方法加以消除，增加機構(gòu)的動載荷。所以連桿機構(gòu)一般不宜用于高速傳動。 連桿機構(gòu)在實際中用處較多，如圖6-2, a中的機械手

40、驅(qū)動機構(gòu)，圖6-2,b 中的溜冰鞋剎車機構(gòu)和圖6-2,c中的夾子驅(qū)動機構(gòu)。圖6-2，a圖6-2，b圖6-2，c6- -2 平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用 一、平面四桿機構(gòu)的基本型式一、平面四桿機構(gòu)的基本型式 圖6-l，b所示的鉸鏈四桿機構(gòu)(所有運動副都是回轉(zhuǎn)副的四桿機構(gòu))是平面四桿機構(gòu)的基本型式，其他型式的四桿機構(gòu)可看作是在它的基礎(chǔ)上通過演化而成的。AD為機架，AB、CD為連架桿，BC為連桿。在連架桿中，能作整周回轉(zhuǎn)的稱為曲柄曲柄，只能在一定范圍內(nèi)擺動的則稱為搖桿搖桿。 1. 曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu) 在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩個這架稈中一個為曲柄，另一個為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為

41、曲柄搖桿機構(gòu)(carnk-rocker meghanism)；當(dāng)曲柄為原動件，搖桿為從動件時，可將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變成搖桿的往復(fù)擺動。該機構(gòu)在實際中多有應(yīng)用，如圖6-3和6-4。 2. 雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu) 在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩個這架桿都是曲柄，則稱為雙曲柄機構(gòu)(double-crank mechanism)。在雙曲柄機構(gòu)中，若其相對兩桿平行且相等，則成為平行四邊形機構(gòu)。 3. 雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu) 鉸鏈四桿機構(gòu)中兩連架桿都是搖桿，則稱為雙搖桿機構(gòu)(double-rocker mechanism)。 圖 6-8圖 6-9 二、平面四桿機構(gòu)的演化型式二、平面四桿機構(gòu)的演化型式 1. 改變構(gòu)件的

42、形狀和運動尺寸改變構(gòu)件的形狀和運動尺寸 在圖6-10,圖b所示的曲線導(dǎo)軌的曲柄滑塊機構(gòu)可看成是由圖a所示的曲柄搖桿機構(gòu)中所演化而來。其中搖桿DC可由饒D點沿軌道運動的滑塊3所替代。 當(dāng)將搖桿3的長度增至無窮大，則鉸鏈c運動的軌跡將變?yōu)橹本€，而與之相應(yīng)的圖b中的曲線導(dǎo)軌將變?yōu)橹本€導(dǎo)軌，于是鉸鏈四桿機構(gòu)將演化成為常見的曲柄滑塊機構(gòu)，如圖6-10,d所示。其中圖c所示為具有一偏距e的偏置曲柄滑塊機構(gòu)(offset slider-crank mechanism)；圖b所示為沒有偏距的對心曲柄滑塊機構(gòu)。圖 6-10 在圖6-10,d所示的曲柄滑塊機構(gòu)中，由于鉸鏈B相對于鉸鏈c運動的軌跡為圓弧，所以如將連

43、桿2作成滑塊形式，并使之沿滑塊3上的圓弧導(dǎo)軌運動(如圖6-11，a所示)，此時已演化成為一種具有兩個滑塊的四桿機構(gòu)。 設(shè)將圖6-10,d所示曲柄滑塊機構(gòu)中的連桿2的長度增至無窮長則圓弧導(dǎo)軌將成為直線，于是該機構(gòu)將演化成為圖6-11,b所示的所謂正弦機構(gòu)。 圖 6-11 2. 改變運動副的尺寸改變運動副的尺寸 在圖6-12,a所示的曲柄滑塊機構(gòu)中，當(dāng)曲柄AB的尺寸較小時，由于結(jié)構(gòu)的需要，常將曲柄改作成如圖b所示的一個幾何中心不與回轉(zhuǎn)中心相重合的圓盤，此圓盤稱為偏心輪，這種機構(gòu)則稱為偏心輪機構(gòu)。 3.選用不同的構(gòu)件為機架圖619 圖 6-13圖 6-12 在圖6-13,a所示的曲柄滑塊機構(gòu)中，若改

44、選構(gòu)件AB為機架，如圖b所示，則稱為導(dǎo)桿機構(gòu)。在導(dǎo)桿機構(gòu)中，如果導(dǎo)桿能作整周轉(zhuǎn)動，則稱為回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機構(gòu)。如果導(dǎo)桿僅能在某一角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動，則稱為擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。 如果在圖6-13,a所示的曲柄滑塊機構(gòu)中，改選構(gòu)件BC為機架(如圖c)，則將演化成為曲柄搖塊機構(gòu)。 在圖6-13,a所示的曲柄滑塊機構(gòu)中改選滑塊為機架(圖d)，則將演化為直動滑桿機構(gòu)。 6- -3 有關(guān)平面四桿機構(gòu)的一些基本知識有關(guān)平面四桿機構(gòu)的一些基本知識 一、平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件一、平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件 如圖6-14所示，設(shè)分別以a、b、c、d表示鉸鏈四桿機構(gòu)各桿的長度，AD桿為機架，討論能作整周回轉(zhuǎn)(即轉(zhuǎn)動副A為周轉(zhuǎn)副)

45、的條件。 設(shè)設(shè)ad 當(dāng)AB桿能繞A點作整周回轉(zhuǎn)時，AB桿應(yīng)能占據(jù)AB與AB兩個位。由圖可見，為了使AB桿能轉(zhuǎn)至位置AB，各桿的長度應(yīng)滿足 圖 6-14 為了使AB桿能夠轉(zhuǎn)至位置AB ，各桿的長度應(yīng)滿足 或 將式(61)、(62)、(63)分別兩兩相加，則得 即AB桿為最短稈。 d + a b+ c da d + b a+ c d b d + c b+ a d c 由此可得曲柄存在條件曲柄存在條件(Crashoffs law)： 1) 最短桿是機架或連架桿。最短桿是機架或連架桿。 2) 最短桿與最長桿的長度和應(yīng)小于或等于其他兩桿的長度和最短桿與最長桿的長度和應(yīng)小于或等于其他兩桿的長度和。 二、急

46、回運動和行程速比系數(shù)二、急回運動和行程速比系數(shù) 圖6-15所示為一曲柄搖桿機構(gòu)，設(shè)曲柄AB為原動件，以等角速度順時針轉(zhuǎn)動，在其轉(zhuǎn)動一周的過程中，有兩次與連桿共線，這時從動件搖桿CD分別位于兩極限位置C1D和C2D。 從動件運動到兩極限位置時，原動件AB所處兩個位置之間所夾的銳角稱為極位夾角極位夾角(crank angle between extreme position)。 顯然：12 搖桿的這種運動性質(zhì)稱為急回運動(quick_return motion)。為了表明急回運動的急回程度，常用行程速比系數(shù)(advance-to return-time ratio)來衡量，即 圖 6-15 三、三

47、、 四桿機構(gòu)的傳動角與死點四桿機構(gòu)的傳動角與死點 1. 壓力角與傳動角 (1) 壓力角(pressure sngle)()：若不考慮各運動副中的摩擦力及構(gòu)件重力和慣性力的影響，作用于點C的力P與點C速度方向之間所夾的銳角。 (2) 傳動角()：壓力角的余角。 如圖6-16所示，力P可分解為：Pn = Psin= Pcos ，Pt = Pcos = Psin ，其中P n 只能使鉸鏈C、D產(chǎn)生徑向壓力，才Pt是推動從動件運動的有效分力?？梢?，角愈大，則有效分力Pt愈大，而P n愈小，因此對機構(gòu)的傳動愈有利。圖 6-16 (3) 最小傳動角 mind的確定 由圖633可見， 與機構(gòu)的BCD有關(guān)。在

48、ABD和BCD中，由余弦定理得： BD2 = b2 +c2-2bccosBCD ； BD2 = a2 +d2-2adcos 則： 討論： 當(dāng)BCD 900時， =1800BCD，則min =1800BCDmax ，由公式可知，當(dāng) = 1800時，有BCDmax 。 故機構(gòu)的最小轉(zhuǎn)動角是 min = 1min，2min bcaddacbBCD2cos2cos22221 2. 死點 (1) 死點 在圖6-17中，設(shè)搖桿CD為主動件，則當(dāng)機構(gòu)處于圖示連桿與從動曲柄共線的兩個位置(虛線位置)時，傳動角o的情況。這時主動件CD通過連桿作用于從動件AB上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，所以不能使構(gòu)件AB轉(zhuǎn)動而出現(xiàn)

49、“頂死”現(xiàn)象。機構(gòu)的此種位置稱為死點(dead point)。 機構(gòu)中從動件與連桿共線的位置稱為機構(gòu)的死點位置。機構(gòu)之所以出現(xiàn)死點，是因為原動件是作往復(fù)運動的構(gòu)件，導(dǎo)致機構(gòu)一定出現(xiàn)連桿與從動件共線。 圖 6-17 (2) 死點的利用 在工程實際中，常常利用機構(gòu)的死點來實現(xiàn)特定的工作要求。如圖6-18所示的飛機起落架機構(gòu)和圖6-19所示的工件夾緊機構(gòu)。6 6-4 4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 一、 連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題 連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題是根據(jù)給定的運動要求選定機構(gòu)的型式，并確定其各構(gòu)件的尺度參數(shù)。為了使機構(gòu)設(shè)計得合理、可靠，通常還需要滿足結(jié)構(gòu)條件(如要求存在曲柄、桿長比適當(dāng)、

50、運動副結(jié)構(gòu)合理等)、動力條件(如最小傳動角)和運動連續(xù)條件等。圖 6-19圖 6-18 根據(jù)機械的用途和性能要求等的不同，對連扦機構(gòu)設(shè)計的要求是多種多樣的，但設(shè)計要求，一般可歸納為以下三類問題： (1) 滿足預(yù)定的運動規(guī)律要求。 (2) 滿足預(yù)定的連桿位置要求。 (3) 滿足預(yù)定的軌跡要求。 二、 用作圖法設(shè)計四桿機構(gòu) 1. 按連桿預(yù)定的位置設(shè)計四桿機構(gòu) 當(dāng)四桿機構(gòu)的四個鉸鏈中心確定后，其各桿的長度也就相應(yīng)確定了，所以根據(jù)設(shè)計要求確定各桿的長度，可以通過確定四個鉸鏈的位置來解決。 圖 6-20圖 6-21 如圖6-20所示，假設(shè)連桿上兩活動鉸鏈的中心B、C的位置己確定，而在機構(gòu)的運動過程中，要

51、求連桿占據(jù)B1C1、B2C2兩個位置，現(xiàn)在來討論此四桿機構(gòu)的作圖設(shè)計方法。 分析分析：該機構(gòu)設(shè)計的主要問題是確定兩固定鉸鏈A和D點的位置。由于B、C兩點的運動軌跡是圓，該圓的中心就是固定鉸鏈的位置，因此A、D的位置應(yīng)分別位于B1B2和C1C2的垂直平分線b12和c12上。 設(shè)計步驟設(shè)計步驟： (1)選比例尺，作出連桿的已知位置； (2)分別作B1B2、B2B3的垂直平分線b1、b2，其兩線交點即為固定鉸鏈點A； (3)同理作出D點； (4)連接A、B、C、D即為所求。 注意注意：若給定連桿三個位置，有唯一的解，若給定兩個位置有無窮多個解。 2. 按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計四扦機構(gòu) 如圖6-2

52、2,a所示的四桿機構(gòu)中，AD為機架，BC為連桿，則AB、CD為連架桿。 現(xiàn)若如圖b所示改取CD為機架，則BC、AD為連架桿，而AB卻變成了連桿。那末，根據(jù)機構(gòu)倒置(linkage inversion)的理論，我們能把按連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)的問題轉(zhuǎn)化為按連桿預(yù)定的位置設(shè)計四桿機構(gòu)的問題。下面我們就來討論這個問題。 圖 6-23圖 6-22 分析分析：在如圖6-23所示的四桿機構(gòu)中，假想當(dāng)機構(gòu)在第二位置時，給整個機構(gòu)一個反轉(zhuǎn)運動，使它繞軸心D反向轉(zhuǎn)過12角。根據(jù)相對運動的原理，這并不影響各構(gòu)件間的相對運動，但這時構(gòu)件DC2卻轉(zhuǎn)到位置DC1而與之重合。機構(gòu)的第二位置則轉(zhuǎn)到了DC1B2A位

53、置。此時，我們可以認(rèn)為，機構(gòu)已轉(zhuǎn)化成了以CD為“機架”，AB為“連桿”的機構(gòu)。于是，按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)的問題，也就轉(zhuǎn)化成了按連桿預(yù)定位置設(shè)計四桿機構(gòu)的問題。上述這種方法稱為剛化反轉(zhuǎn)法剛化反轉(zhuǎn)法或轉(zhuǎn)化機構(gòu)法轉(zhuǎn)化機構(gòu)法。 圖 6-24 如圖6-24所示，作圖步驟如下步驟如下： (1) 機構(gòu)倒置。選比例尺，作出兩連架桿及機架的已知位置，根據(jù)結(jié)構(gòu)條件適當(dāng)選取AB的長度，并選定新“機架”； (2) 剛化轉(zhuǎn)動。將其它位置的四桿機構(gòu)剛化轉(zhuǎn)動到與“機架”重和，即將B2D繞D點反向轉(zhuǎn)12，得B2點； (3) 作BB2的垂直平分線，則連桿上另一鉸鏈中心C的第一位置C1必位于垂直平分線上。此時將有

54、無窮多解?？筛鶕?jù)結(jié)構(gòu)條件或其他輔助條件確定C1的位置； (4) 連接A、B1、C1、D即為所求四桿機構(gòu)。 3. 按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu) 根據(jù)行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)時，可利用機構(gòu)在極位時的幾何關(guān)系，再結(jié)合其他輔助條件進行設(shè)計。 1) 曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu) 設(shè)已知搖桿的長度CD、擺角及行程速比系數(shù)K，要求設(shè)計此曲柄搖桿機構(gòu)。 分析分析：首先按公式1800(K-1/K+1)計算出對應(yīng)于所給行程速比系數(shù)的機構(gòu)極位夾角；選取比例尺l ，并將已知條件圖形化，如：任取一點D并以此點為頂點作等腰三角形C1DC2(如圖6-26)，使兩腰之長等于lCD，C1DC2。對比圖6-25可見，因為lAC

55、2=(lBC+lAB)/2，lAC2=(lBC-lAB)/2，所以只要確定了固定鉸鏈點A的位置，就能方便地求出各構(gòu)件的尺寸。即此種機構(gòu)的設(shè)計轉(zhuǎn)化為尋找固定鉸鏈點A的問題。圖 6-26圖 6-25 作直角C1C2P，使C1C2P=90 ，C2C1P=90 - ，則C1PC2=；作直角C1C2P的外接圓。則圓弧C1PC2上任一點A至C1和C2的連線的夾角都等于極位夾角，所以稱此圓為曲柄軸心A點所在圓。 借助于其它附加條件，可以求出A點的具體位置。 以A點為圓心，以lAC1為半徑作圓弧交AC2線與E點，則EC2線的一半即為曲柄長lAB，而AE則為連桿長 lBC ；最后連接A、B、C、D即為所求。 2

56、) 曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu) 設(shè)已知曲柄滑塊機構(gòu)的行程速比系數(shù)K、沖程H和偏距e，要求設(shè)計此機構(gòu)。 步驟步驟： (1) 按公式計算1800(K-1/K+1)。 (2) 選比例尺，作一直線C1C2=H，如圖6-27所示。 (3) 作C2C1O=900-，C1C2O=900-，此兩線相交于點O。 (4)以O(shè)為圓心，過C1、C2作圓，曲柄的軸心A就應(yīng)在此圓弧上選取。 圖 6-27 (5) 作一直線與C1C2平行，使其間的距離等于給定的偏距e，則此直線與上述圓弧的交點即為曲柄的軸心A的位置。 (6) 由公式求曲柄、連桿長度。 3) 導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu) 設(shè)已知擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的機架長度d，行程速比系數(shù)K，要求

57、設(shè)計此機構(gòu)。 由圖6-28可以看出，導(dǎo)桿機構(gòu)的極位夾角與導(dǎo)桿的擺角相等。設(shè)計此四桿機構(gòu)時，需要確定的幾何尺寸僅有曲柄的長度a。 步驟步驟： (1) 按公式計算1800(K-1/K+1)。 (2) 選比例尺，任取一點D，作mDn=。 (3) 作mDn等分角線，在此分角線上取LAD=d，即得曲柄回轉(zhuǎn)中心A。 (4) 過點A作導(dǎo)桿的垂直線AC1(或AC2)，則該線段長即為曲柄的長度。故ad sin(2)。 圖 6-28第七章第七章 凸輪機構(gòu)及其設(shè)計凸輪機構(gòu)及其設(shè)計7- -1凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類凸輪機構(gòu)的應(yīng)用和分類 凸輪(cam)：具有曲線輪廓或凹槽(notch)的構(gòu)件。 凸輪機構(gòu)：由凸輪、推桿和機架

58、三個主要構(gòu)件所組成的高副機構(gòu)。當(dāng)凸輪運動作等速轉(zhuǎn)動時，迫使推桿(或稱從動件)完成某種預(yù)期的運動。 一、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用一、凸輪機構(gòu)的應(yīng)用 在各種機械，特別是自動機械和自動控制裝置中，廣泛的應(yīng)用著各種形式的凸輪機構(gòu)。 優(yōu)點優(yōu)點：構(gòu)件少，運動鏈短，結(jié)構(gòu)簡單緊湊；易使從動件(follower)得到各種預(yù)期的運動規(guī)律。 缺點缺點：點、線接觸，故易于磨損。所以凸輪機構(gòu)多用在傳遞動力不大的場合。 二、凸輪機構(gòu)的分類 1. 按凸輪的形狀分 1) 盤形凸輪(disk cam)。 如圖7-1，a所示，圖b所示為移動凸輪。 2) 圓柱凸輪(cylindrical cam)。 如圖7-1，c所示。 2. 按推桿的形狀

59、分 1) 尖頂推桿尖頂推桿。如圖7-2，a、b所示，這種推桿的構(gòu)造最簡單，但易道磨損，所以只適用于作用力不大和速度較低的場合。 圖 7-2圖 7-1 2) 滾子推桿滾子推桿。如圖c、d所示，這種推桿由于滾子與凸輪輪廓之間為滾動摩擦，所以磨損較小，故可用來傳遞較大的動力，因而應(yīng)用較廣。 3) 平底推桿平底推桿。如圖e、f所示，這種推桿的優(yōu)點是凸輪對推桿的作用力始終垂直于推桿的底邊(不計摩擦?xí)r)，故受力比較平穩(wěn)。而且凸輪與平底的接觸面間容易形成油膜，潤滑較好，所以常用于高速傳動中。 3. 按推桿運動形式分按推桿運動形式分 1 1) 直動推桿直動推桿：推桿作往復(fù)直線運動(心直動推桿、偏置直動推桿)。

60、 2) 擺動推桿擺動推桿：推桿作往復(fù)擺動運動。 7- -2推桿的運動規(guī)律推桿的運動規(guī)律 一、幾個名詞一、幾個名詞 以如圖7-3,a所示對心直動尖頂推桿盤形凸輪機構(gòu)為對象。 基圓基圓(r0)：以凸輪的回轉(zhuǎn)軸心O為圓心，以凸輪理論廓線的最小半徑為半徑所作的圓。 推程及推程運動角推程及推程運動角0：推桿由最低位置被推到最高位置的過程；凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角0 稱為推程運動角推程運動角。 回程及回程運動角回程及回程運動角 0：推桿由最高位置被回到最低位置的過程；凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角0稱為回程回程運動運動角角。 遠休止及遠休止角遠休止及遠休止角01 ：推桿在最高位置靜止不動，此過程稱為遠休止，凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角01稱為遠