機(jī)原西北工業(yè)大學(xué)李恒電子教案

機(jī)械原理電子教案

第一章緒論

根本要求：

.明確機(jī)械原理課程的探討對(duì)象和內(nèi)容，以及學(xué)習(xí)本課程的目的。

.理解機(jī)械原理在培育機(jī)械類高級(jí)工程技術(shù)人才全局中的地位'任務(wù)

和作用。

.理解機(jī)械原理學(xué)科的開展趨勢(shì)。

教學(xué)內(nèi)容：

.機(jī)械原理課程的探討對(duì)象

.機(jī)械原理課程的探討內(nèi)容

.機(jī)械原理課程的地位及學(xué)習(xí)本課程的目的

.機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)方法

重點(diǎn)難點(diǎn)：

本章的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是機(jī)械原理課程的探討對(duì)象和內(nèi)容?機(jī)器'機(jī)構(gòu)

和機(jī)械的概念，機(jī)器和機(jī)構(gòu)的用處以及區(qū)分；理解機(jī)械原理課程的性

質(zhì)和特點(diǎn)。

機(jī)械原理課程的探討對(duì)象

機(jī)械是人類用以轉(zhuǎn)換能量和借以減輕人類勞動(dòng)'進(jìn)步消費(fèi)率的主

要工具，也是社會(huì)消費(fèi)力開展程度的重要標(biāo)記。機(jī)械工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)

的支柱工業(yè)之一。當(dāng)今社會(huì)高度的物質(zhì)文明是以近代機(jī)械工業(yè)的飛速

開展為根底建立起來的，人類生活的不斷改善也及機(jī)械工業(yè)的開展嚴(yán)

密相連。機(jī)械原理()是機(jī)器和機(jī)構(gòu)理論的簡稱。它以機(jī)器和機(jī)

構(gòu)為探討對(duì)象,是一門探討機(jī)構(gòu)和機(jī)器的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力設(shè)計(jì)，以及

機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的技術(shù)根底課。

機(jī)器的種類繁多，如內(nèi)燃機(jī)'汽車'機(jī)床'縫紉機(jī)'機(jī)器人'

包裝機(jī)等，它們的組成'功用'性能和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)各不一樣。機(jī)械原

理是探討機(jī)器的共性理論?必需對(duì)機(jī)器進(jìn)展概括和抽象內(nèi)燃機(jī)及機(jī)

械手的構(gòu)造'用處和性能雖不一樣，但是從它們的組成'運(yùn)動(dòng)確定

性及功能關(guān)系看，都具有一些共同特征：

()人為的實(shí)物(機(jī)件)的組合體。

()組成它們的各部分之間都具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

()能完成有用機(jī)械功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能。

凡同時(shí)具備上述個(gè)特征的實(shí)物組合體就稱為機(jī)器

內(nèi)燃機(jī)和送料機(jī)械手等機(jī)器構(gòu)造較困難?如何分析和設(shè)計(jì)這類困

難的機(jī)器呢？我們可以實(shí)行"化整為零"的思想，即首先將機(jī)器分成

幾個(gè)部分，對(duì)其部分進(jìn)展分析。機(jī)構(gòu)是傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的實(shí)物組合體。

最常見的機(jī)構(gòu)有連桿機(jī)構(gòu)'凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)'間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)'螺

旋機(jī)構(gòu)'開式鏈機(jī)構(gòu)等。它們的共同特征是：

()人為的實(shí)物(機(jī)件)的組合體。

（）組成它們的各部分之間都具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

可以看出，機(jī)構(gòu)具有機(jī)器的前兩個(gè)特征。機(jī)器是由各種機(jī)構(gòu)組

成的，它可以完成能量的轉(zhuǎn)換或做有用的機(jī)械功；而機(jī)構(gòu)則僅僅起著

運(yùn)動(dòng)傳遞和運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換的作用。在開發(fā)設(shè)計(jì)新型機(jī)器時(shí)，我們采納

"積零為整"的設(shè)計(jì)思想，根據(jù)機(jī)器要完成的工藝動(dòng)作和工作性能，

選擇已有機(jī)構(gòu)或創(chuàng)新設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)，構(gòu)造新型機(jī)器。內(nèi)燃機(jī)就是由曲柄

滑塊機(jī)構(gòu)（由活塞、連桿、曲軸和機(jī)架組成）、凸輪機(jī)構(gòu)（由凸輪'頂桿

和機(jī)架組成）和齒輪機(jī)構(gòu)等組成。

隨著科學(xué)技術(shù)的開展?機(jī)械概念得到了進(jìn)一步的擴(kuò)展：

?某些狀況下，機(jī)件不再是剛體?氣體、液體等也可參及實(shí)現(xiàn)預(yù)期的

機(jī)械運(yùn)動(dòng)。我們將利用液'氣'聲、光'電'磁等工作原理的機(jī)構(gòu)統(tǒng)

稱為廣義機(jī)構(gòu)。由于利用了一些新的工作介質(zhì)和工作原理，較傳統(tǒng)機(jī)

構(gòu)更能便利地實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的轉(zhuǎn)換，并能實(shí)現(xiàn)某些傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)難以完

成的困難運(yùn)動(dòng)。

利用液體、氣體作為工作介質(zhì)?實(shí)現(xiàn)能量傳遞和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的機(jī)

構(gòu)，分別稱為液壓機(jī)構(gòu)和氣動(dòng)機(jī)構(gòu)?它們廣泛應(yīng)用于礦山'冶金'建

筑'交通運(yùn)輸和輕工等行業(yè)。利用光電'電磁物理效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)能量傳

遞或運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換或?qū)崿F(xiàn)動(dòng)作的一類機(jī)構(gòu)?應(yīng)用也特別廣泛。例如，采納

繼電器機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電路的閉合及斷開；機(jī)采納磁開關(guān)機(jī)構(gòu)，提起受

話器時(shí)，接通線路進(jìn)展通話，當(dāng)受話器放到原位時(shí)斷路。

?機(jī)器內(nèi)部包含了大量的限制系統(tǒng)和信息處理'傳遞系統(tǒng)。

?機(jī)器不僅能代替人的體力勞動(dòng)，還可代替人的腦力勞動(dòng)。除了工業(yè)

消費(fèi)中廣泛運(yùn)用的工業(yè)機(jī)器人，還有應(yīng)用在航空航天'水下作業(yè)'清

潔、醫(yī)療以及家庭效勞等領(lǐng)域的“效勞型”機(jī)器人。例如公司新近推

出的消遣機(jī)器人。

探討內(nèi)容

機(jī)械原理課程的探討內(nèi)容分為以下三部分：

()機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)

主要探討機(jī)構(gòu)的組成原理以及各種機(jī)構(gòu)的類型、特點(diǎn)、功用和

運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方法。通過機(jī)構(gòu)類型綜合?探究創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的途徑。主要

內(nèi)容包括機(jī)構(gòu)的組成和機(jī)構(gòu)分析'連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)和

間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等一些常用的機(jī)構(gòu)及組合方式，闡述滿意預(yù)期運(yùn)動(dòng)和工

作要求的各種機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論和方法。

()機(jī)械的動(dòng)力設(shè)計(jì)

主要介紹機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所出現(xiàn)的若干動(dòng)力學(xué)問題-以及如何

通過合理設(shè)計(jì)和試驗(yàn)改善機(jī)械動(dòng)力性能的途徑。主要包括求解在已知

力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的方法'削減機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)整問

題、機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中的平衡問題'以及機(jī)械效率和摩擦問題。

()機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

主要介紹機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容'設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)思路

和設(shè)計(jì)方法。主要內(nèi)容包括機(jī)械總體方案的設(shè)計(jì)和機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的方

案設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

通過對(duì)機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)駕馭對(duì)已有的機(jī)械進(jìn)展構(gòu)造、

運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析的方法，以及根據(jù)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能方面的設(shè)計(jì)要求設(shè)

計(jì)新機(jī)械的途徑和方法。

機(jī)械原理課程的地位和作用

機(jī)械原理是以高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)及理論力學(xué)等根底課程為根底的-

探討各種機(jī)械所具有的共性問題；它又為以后學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)和有關(guān)機(jī)

械工程專業(yè)課程以及駕馭新的科學(xué)技術(shù)成就打好工程技術(shù)的理論根

底。因此，機(jī)械原理是機(jī)械類各專業(yè)的一門特別重要的技術(shù)根底課，

它是從根底理論課到專業(yè)課之間的橋梁，是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生實(shí)力培育

和素養(yǎng)教化的最根本的課程。在教學(xué)中起著承上啟下的作用-占有特

別重要的地位。

其目的在于培育學(xué)生以下幾點(diǎn)：

.駕馭機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和機(jī)械動(dòng)力學(xué)的根本理論和根本技能，并具有擬

定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案'分析和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的實(shí)力，為學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械類

有關(guān)專業(yè)課及駕馭新的科學(xué)技術(shù)打好工程技術(shù)的理論根底。

.駕馭機(jī)構(gòu)和機(jī)器的設(shè)計(jì)方法和分析方法，為現(xiàn)有機(jī)械的合理運(yùn)用

和革新改造打根底。

?駕馭創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，培育創(chuàng)建性思維和技術(shù)創(chuàng)新實(shí)力，針對(duì)原理

方案設(shè)計(jì)階段?為機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)打下良好的根底。

機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)方法

.學(xué)習(xí)機(jī)械原理學(xué)問的同時(shí)，留意素養(yǎng)和實(shí)力的培育。

在學(xué)習(xí)本課程時(shí)，應(yīng)把重點(diǎn)放在駕馭探討問題的根本思路和方法

上?著重于創(chuàng)新性思維的實(shí)力和創(chuàng)新意識(shí)的培育。

?重視邏輯思維的同時(shí)，加強(qiáng)形象思維實(shí)力的培育。

從根底課到技術(shù)根底課，學(xué)習(xí)的內(nèi)容變更了，學(xué)習(xí)的方法也應(yīng)有

所轉(zhuǎn)變；要理解和駕馭本課程的一些內(nèi)容?要解決工程實(shí)際問題，要

進(jìn)展創(chuàng)建性設(shè)計(jì)，單靠邏輯思維是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必需開展形象思維實(shí)

力。

?留意把理論力學(xué)的有關(guān)學(xué)問運(yùn)用于本課程的學(xué)習(xí)中。

在學(xué)習(xí)本課程的過程中.要留意把高等數(shù)學(xué)'物理'理論力學(xué)和

工程制圖中的有關(guān)學(xué)問運(yùn)用到本課程的學(xué)習(xí)當(dāng)中。

?留意將所學(xué)學(xué)問用于實(shí)際,做到舉一反三。

第二章平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析

根本要求：

1.嫻熟駕馭機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制方法?？梢詫?shí)際機(jī)構(gòu)或機(jī)構(gòu)的構(gòu)

造圖繪制成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖；能看懂各種困難機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖;

能用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖表達(dá)自己的設(shè)計(jì)構(gòu)思。

2.駕馭運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件。

3.嫻熟駕馭機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法。能自如地運(yùn)用平面機(jī)構(gòu)自由度

計(jì)算公式計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度。能準(zhǔn)確識(shí)別出機(jī)構(gòu)中存在的復(fù)合校鏈、

部分自由度和虛約束'并作出正確處理。

?理解機(jī)構(gòu)的組成原理和構(gòu)造分析的方法。理解高副低代的方法；學(xué)

會(huì)根據(jù)機(jī)構(gòu)組成原理，用根本桿組'原動(dòng)件和機(jī)架創(chuàng)新構(gòu)思新機(jī)

構(gòu)的方法。

教學(xué)內(nèi)容：

育機(jī)構(gòu)的組成；

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖；

機(jī)構(gòu)的自由度的計(jì)算及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件；

機(jī)構(gòu)的組成原理和構(gòu)造分析。

機(jī)構(gòu)的組成

?構(gòu)件及零件

構(gòu)件：從運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)分析機(jī)械時(shí)，構(gòu)件是參與運(yùn)動(dòng)的最小單元體。

構(gòu)件可以是一個(gè)零件，也可以是由多個(gè)零件組成的剛性系統(tǒng)。

零件：從制造的觀點(diǎn)分析機(jī)械時(shí)，零件是組成機(jī)械的最小單元體。

任何機(jī)械都由很多零件組合而成的。

?運(yùn)動(dòng)副及其分類

運(yùn)動(dòng)副：兩構(gòu)件干脆接觸所形成的可動(dòng)聯(lián)接。

運(yùn)動(dòng)副元素：兩構(gòu)件干脆接觸而構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的點(diǎn)、線、面部分。

構(gòu)件的自由度：構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。

兩個(gè)構(gòu)件構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副后，構(gòu)件的某些獨(dú)立運(yùn)動(dòng)受到限制，這種限制

稱為約束。

約束：運(yùn)動(dòng)副對(duì)構(gòu)件的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制。運(yùn)動(dòng)副每引入一個(gè)約

束，構(gòu)件就失去一個(gè)自由度。

運(yùn)動(dòng)副的分類：

）按運(yùn)動(dòng)副的接觸形式分：

低副：構(gòu)件及構(gòu)件之間為面接觸，其接觸部分的壓強(qiáng)較低。

高副：構(gòu)件及構(gòu)件之間為點(diǎn)'線接觸，其接觸部分的壓強(qiáng)較高。

）按相對(duì)運(yùn)動(dòng)的形式分

平面運(yùn)動(dòng)副：兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)。

空間運(yùn)動(dòng)副：兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為空間運(yùn)動(dòng)。

）按運(yùn)動(dòng)副引入的約束數(shù)分類

引入個(gè)約束的運(yùn)動(dòng)副稱為級(jí)副，引入個(gè)約束的運(yùn)動(dòng)副稱為級(jí)副，

引入個(gè)約束的運(yùn)動(dòng)副稱為級(jí)副，引入個(gè)約束的運(yùn)動(dòng)副稱為級(jí)副，引

入個(gè)約束的運(yùn)動(dòng)副稱為級(jí)副。

?按接觸部分的幾何形態(tài)分

?運(yùn)動(dòng)鏈

運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)侵竷蓚€(gè)或兩個(gè)以上的構(gòu)件通過運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)。

閉式運(yùn)動(dòng)鏈（閉鏈）：運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng)。

開式運(yùn)動(dòng)鏈（開鏈）：運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng)。

在運(yùn)動(dòng)鏈中，假如將某一個(gè)構(gòu)件加以固定，而讓另一個(gè)或幾個(gè)

構(gòu)件按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)固定構(gòu)件運(yùn)動(dòng)時(shí)，假如運(yùn)動(dòng)鏈中其余各構(gòu)

件都有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則此運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)。

機(jī)構(gòu)：具有確定運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈。

機(jī)架：機(jī)構(gòu)中固定不動(dòng)的構(gòu)件；

原動(dòng)件：根據(jù)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件

從動(dòng)件：其余活動(dòng)構(gòu)件。

平面機(jī)構(gòu)：組成機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)均在同一平面內(nèi)或在互相

平行的平面內(nèi)。

空間機(jī)構(gòu)：機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不在同一平面內(nèi)或平行的平面

內(nèi)。

運(yùn)動(dòng)簡圖

機(jī)器是由機(jī)構(gòu)組成，因此，在對(duì)現(xiàn)有機(jī)構(gòu)進(jìn)展分析，還是構(gòu)思新

機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方案和對(duì)組成新機(jī)械的各種機(jī)構(gòu)作進(jìn)一步的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力

設(shè)計(jì)時(shí)，須要一種表示機(jī)構(gòu)的簡明圖形——機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖：用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的簡潔符號(hào)和線條代表運(yùn)動(dòng)副和構(gòu)

件?并按肯定比例尺表示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸?繪制出表示機(jī)構(gòu)的簡明

圖形。它及原機(jī)械具有完全一樣運(yùn)動(dòng)特性。

機(jī)構(gòu)示意圖：為了說明機(jī)械的組成狀況和構(gòu)造特征，不嚴(yán)格按比例

繪制的簡圖。

功用：

.現(xiàn)有機(jī)械分析

.新機(jī)械總體方案的設(shè)計(jì)

機(jī)構(gòu)簡圖的繪制步驟：

.分析機(jī)械的動(dòng)作原理'組成狀況和運(yùn)動(dòng)狀況；

.沿著運(yùn)動(dòng)傳遞路途-分析兩構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)?以確定運(yùn)動(dòng)

副的類型和數(shù)目；

.適當(dāng)?shù)剡x擇運(yùn)動(dòng)簡圖的視圖平面；

.選擇適當(dāng)比例尺制"，實(shí)際尺寸()圖示長度())-用機(jī)構(gòu)簡圖符號(hào)，繪

制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。并從運(yùn)動(dòng)件開場(chǎng)，按傳動(dòng)依次標(biāo)出各構(gòu)件的編號(hào)

和運(yùn)動(dòng)副的代號(hào)。在原動(dòng)件上標(biāo)出箭頭以表示其運(yùn)動(dòng)方向。

機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算及具有確定運(yùn)動(dòng)的條件

.機(jī)構(gòu)自由度的概念：機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)稱為機(jī)構(gòu)的自由度。

.平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算

機(jī)構(gòu)的自由度取決于活動(dòng)構(gòu)件的數(shù)目'聯(lián)接各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)副的類型

和數(shù)目。

(〕平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算的一般公式

設(shè)一個(gè)平面機(jī)構(gòu)中共有個(gè)活動(dòng)構(gòu)件?在用運(yùn)動(dòng)副將全部構(gòu)件聯(lián)

接起來前，這些活動(dòng)構(gòu)件具有個(gè)自由度。

當(dāng)用P.個(gè)高副、0個(gè)低副聯(lián)接成運(yùn)動(dòng)鏈后，這些運(yùn)動(dòng)副共引入了

2p,+p”個(gè)約束。由于每引入一個(gè)約束構(gòu)件就失去了一個(gè)自由度?故

整個(gè)機(jī)構(gòu)相對(duì)于機(jī)架的自由度數(shù)為

F=3n-2p,-ph()

該式稱為平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造公式。

■計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度的留意事項(xiàng)

()復(fù)合校鏈

定義：兩個(gè)以上構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接?所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副稱

為復(fù)合較鏈。

解決問題的方法：若有個(gè)構(gòu)件在同一處組成復(fù)合校鏈，則其構(gòu)成的

轉(zhuǎn)動(dòng)副數(shù)目應(yīng)為()個(gè)

()部分自由度

定義：若機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的自由度僅及其自身的部分運(yùn)動(dòng)有

關(guān)?并不影響其他構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，則稱這種自由度為部分自由度。

部分自由度常常發(fā)生的場(chǎng)合：滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦?xí)r添加的滾子；

軸承中的滾珠。

解決的方法：計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)?設(shè)想將滾子及安裝滾子的構(gòu)件固

結(jié)在一起，視為一個(gè)構(gòu)件。

()虛約束

在特定幾何條件或構(gòu)造條件下，某些運(yùn)動(dòng)副所引入的約束可能

及其他運(yùn)動(dòng)副所起的限制作用一樣，這種不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)

約束稱為虛約束。

虛約束常常發(fā)生的場(chǎng)合：

.兩構(gòu)件之間構(gòu)成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副時(shí)；

.兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)間的間隔在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持不變時(shí)；

.聯(lián)接構(gòu)件及被聯(lián)接構(gòu)件上聯(lián)接點(diǎn)的軌跡重合時(shí)；

.機(jī)構(gòu)中對(duì)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分。

機(jī)構(gòu)中的虛約束都是在肯定的幾何條件下出現(xiàn)的假如這些幾何

條件不滿意-則虛約束將變成有效約束?而使機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)。

采納虛約束是為了改善構(gòu)件的受力狀況"專遞較大功率；或滿意

某種特殊須要。

?機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件：機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)等于機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)。

【學(xué)習(xí)指導(dǎo)】

本節(jié)的難點(diǎn)是正確判別機(jī)構(gòu)中的虛約束。在學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)首先搞清

晰虛約束的概念，駕馭機(jī)構(gòu)中存在虛約束的特定幾何條件，以便計(jì)

算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)?能正確斷定出機(jī)構(gòu)中的虛約束。同時(shí)應(yīng)留意虛約

束在特定的幾何條件破壞后將成為實(shí)際約束。

復(fù)合較鏈及部分自由度比擬簡潔學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)在根本概念清晰的根

底上，搞清復(fù)合校鏈及部分自由度發(fā)生的場(chǎng)合?并實(shí)行相應(yīng)的解決

方法。

平面機(jī)構(gòu)的組成原理分析

.平面機(jī)構(gòu)的組成原理

任何機(jī)構(gòu)中都包含原動(dòng)件'機(jī)架和從動(dòng)件系統(tǒng)三部分。由于機(jī)架

的自由度為零，每個(gè)原動(dòng)件的自由度為，而機(jī)構(gòu)的自由度等于原動(dòng)

件數(shù)?所以?從動(dòng)件系統(tǒng)的自由度必定為零。

桿組：自由度為零的從動(dòng)件系統(tǒng)。

根本桿組：不行再分的自由度為零的構(gòu)件組合稱為根本桿組，簡稱

根本組。

桿組的構(gòu)造式為：3〃=2p,

機(jī)構(gòu)的組成原理：把若干個(gè)自由度為零的根本桿組依次聯(lián)接到原動(dòng)

件和機(jī)架上，就可組成新的機(jī)構(gòu)，其自由度數(shù)目及原動(dòng)件的數(shù)目相

等。

在進(jìn)展新機(jī)械方案設(shè)計(jì)時(shí)?可以按設(shè)計(jì)要求根據(jù)機(jī)構(gòu)的組成原

理，創(chuàng)新設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)。在設(shè)計(jì)中必需遵循的原則：在滿意一樣工作

要求的前提下，機(jī)構(gòu)的構(gòu)造越簡潔、桿組的級(jí)別越低、構(gòu)件數(shù)和運(yùn)

動(dòng)副的數(shù)目越少越好。

?平面機(jī)構(gòu)的構(gòu)造分析

對(duì)已有機(jī)構(gòu)或已設(shè)計(jì)完的機(jī)構(gòu)進(jìn)展運(yùn)動(dòng)分析和力分析時(shí)，首先須

要對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)展構(gòu)造分析，即將機(jī)構(gòu)分解為根本桿組'原動(dòng)件和機(jī)架?

構(gòu)造分析的過程及由桿組依次組成機(jī)構(gòu)的過程正好相反。通常稱此

過程為拆桿組。

拆桿組時(shí)應(yīng)遵循的原則：從傳動(dòng)關(guān)系離原動(dòng)件最遠(yuǎn)的部分開場(chǎng)試拆；

每撤除一個(gè)桿組后，機(jī)構(gòu)的剩余部分仍應(yīng)是一個(gè)完好的機(jī)構(gòu)；試拆

時(shí)，按二級(jí)組試拆，若無法撤除，再試拆高一級(jí)別的桿組。

?平面機(jī)構(gòu)的高副低代法

目的：為了使平面低副機(jī)構(gòu)構(gòu)造分析和運(yùn)動(dòng)分析的方法適用于含有

高副的平面機(jī)構(gòu)。

概念：用低副代替高副

方法：用含兩個(gè)低副的虛擬構(gòu)件代替高副

高副低代必需滿意的條件：

.替代前后機(jī)構(gòu)自由度不變

.替代瞬時(shí)速度加速度不變

對(duì)于一般的高副機(jī)構(gòu)?在不同位置有不同的瞬時(shí)替代機(jī)構(gòu)。經(jīng)

高副低代后的平面機(jī)構(gòu)，可視為平面低副機(jī)構(gòu)。

第三章平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和力分析

根本要求：

?駕馭速度瞬心的概念，平面機(jī)構(gòu)速度瞬心的數(shù)目及確定方法，學(xué)

會(huì)用速度瞬心法對(duì)現(xiàn)有機(jī)構(gòu)進(jìn)展速度分析；

?駕馭用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)展速度分析的方法；

?駕馭機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的復(fù)數(shù)矢量法，理解矩陳法；

?駕馭平面機(jī)構(gòu)力分析中的動(dòng)態(tài)靜力分析法，可以對(duì)給出機(jī)構(gòu)用解

析法建模并進(jìn)展機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析和力分析。

教學(xué)內(nèi)容：

?機(jī)構(gòu)速度分析的瞬心法；

?機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法；

?機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的解析法；

?平面機(jī)構(gòu)的力分析。

機(jī)構(gòu)速度分析的瞬心法

?速度瞬心的概念

定義：當(dāng)兩構(gòu)件（即兩剛體），作平面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)（如圖示）?在任

一瞬時(shí)，都可以認(rèn)為它們是繞某一重合點(diǎn)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)?而該重合點(diǎn)

則稱為瞬時(shí)速度中心，簡稱瞬心，以（或表示）。瞬心是相對(duì)運(yùn)動(dòng)兩

構(gòu)件上相對(duì)速度為零的重合點(diǎn)。

瞬心法是利用機(jī)構(gòu)的瞬時(shí)速度中心來求解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)問題的。瞬

心分肯定瞬心和相對(duì)瞬心，前者是指等速重合點(diǎn)的肯定速度為零；后

者是指等速重合點(diǎn)的肯定速度不為零。

隨意兩個(gè)構(gòu)件無論它們是否干脆形成運(yùn)動(dòng)副都存在一個(gè)瞬心。故

若機(jī)構(gòu)全部構(gòu)件數(shù)為?則共有（）個(gè)瞬心。

?求瞬心的方法

求瞬心的方法有兩種：通過干脆視察和利用三心定理。

三心定理：作平面運(yùn)動(dòng)的三個(gè)構(gòu)件的三個(gè)瞬心位于同一條直線上。

利用瞬心法可以進(jìn)展某一瞬時(shí)構(gòu)件的角速度之比、構(gòu)件的角速

度和構(gòu)件上某點(diǎn)的速度分析。進(jìn)展運(yùn)動(dòng)分析時(shí)不受機(jī)構(gòu)級(jí)別的限制，

當(dāng)所求構(gòu)件及已知構(gòu)件相隔若干構(gòu)件時(shí)，也可干脆求得。在用瞬心

法進(jìn)展速度分析時(shí)，須要用哪個(gè)瞬心找哪個(gè)瞬心，不必找出全部瞬

心后求解。在機(jī)構(gòu)構(gòu)件數(shù)較少的狀況下?利用瞬心法對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)展速

度分析不失為一種簡潔的方法。

?機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法

根本原理是理論力學(xué)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論：剛體的平面運(yùn)動(dòng)可認(rèn)為

是隨基點(diǎn)的平動(dòng)和繞基點(diǎn)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的合成；重合點(diǎn)的肯定運(yùn)動(dòng)可

認(rèn)為是動(dòng)系的牽連運(yùn)動(dòng)和動(dòng)點(diǎn)相對(duì)動(dòng)系相對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成。

1.同一構(gòu)件上各點(diǎn)的速度和加速度分析

以較鏈四桿機(jī)構(gòu)為例，介紹速度圖'加速度圖的繪制方法。夕為

速度圖的極點(diǎn)，它代表機(jī)構(gòu)上全部肯定速度為零的點(diǎn)。過點(diǎn)〃向外

的矢量代表肯定速度，不通過點(diǎn)P的矢量代表相對(duì)速度。當(dāng)已知一

構(gòu)件上兩點(diǎn)的速度時(shí)，該構(gòu)件上其它隨意點(diǎn)的速度均可用速度影像

的原理求出。萬為加速度圖的極點(diǎn)，它代表機(jī)構(gòu)上全部肯定加速度

為零的點(diǎn)。由點(diǎn)乃向外的矢量代表肯定加速度，不通過點(diǎn)乃的矢量代

表相對(duì)加速度。當(dāng)已知一構(gòu)件上兩點(diǎn)的加速度時(shí)?該構(gòu)件上隨意其

它點(diǎn)的加速度均可用加速度影像的原理求出。留意：速度影像和加

速度影像的原理只能應(yīng)用于同一構(gòu)件上的各點(diǎn)。

2.組成挪動(dòng)副兩構(gòu)件重合點(diǎn)的速度和加速度分析

以導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)為例，介紹有挪動(dòng)副的機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析方法。其重點(diǎn)

是列出矢量方程，必需正確推斷各矢量的方向，難點(diǎn)是科氏加速度

確實(shí)定'分別以導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和正弦機(jī)構(gòu)為例，使學(xué)生理解科氏加速度

存在的場(chǎng)合?并留意方向的推斷。

?機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的解析法

1.以較鏈四桿機(jī)構(gòu)為例，介紹復(fù)數(shù)矢量法，重點(diǎn)駕馭建模方法，矢

量方程的建立方法。

2.以曲柄搖塊機(jī)構(gòu)為例，介紹有挪動(dòng)副的機(jī)構(gòu)的復(fù)數(shù)矢量法。

?平面機(jī)構(gòu)的力分析

1.簡潔介紹機(jī)械上作用的力及慣性力的求解方法。

2.以六桿機(jī)構(gòu)為例?簡潔介紹動(dòng)態(tài)靜力分析的圖解法。重點(diǎn)是機(jī)構(gòu)

的拆組方法及繪力多邊形的方法。

3.簡介動(dòng)態(tài)靜力分析的解析法，為課程設(shè)計(jì)打下根底。

第四章機(jī)械中的摩擦和機(jī)械效率

根本要求：

?可以嫻熟地對(duì)挪動(dòng)副中的摩擦問題進(jìn)展分析和計(jì)算；

?駕馭螺旋副及轉(zhuǎn)動(dòng)副中摩擦問題的分析和計(jì)算方法；

?駕馭考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析方法；

?嫻熟駕馭機(jī)械效率的概念及效率的各種表達(dá)形式，駕馭機(jī)械效率的

計(jì)算方

法；

?正確理解機(jī)械自鎖的概念，駕馭確定自鎖條件的方法。

教學(xué)內(nèi)容:

?挪動(dòng)副中的摩擦；

■螺旋副中的摩擦；

?轉(zhuǎn)動(dòng)副中的摩擦；

?考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)受力分析；

?機(jī)械效率及自鎖。

重點(diǎn)難點(diǎn)：

效率是衡量機(jī)械性能的重要指標(biāo)，對(duì)于一部機(jī)器，其效率的大小

在很大程度上取決于機(jī)械中摩擦所引起的功率損耗。探討機(jī)械中摩

擦的主要目的在于找尋進(jìn)步機(jī)械效率的途徑。在本章的學(xué)習(xí)中要求

重點(diǎn)駕馭物體所受總反力方向確實(shí)定'挪動(dòng)副'轉(zhuǎn)動(dòng)副中摩擦問題

的分析方法以及自鎖現(xiàn)象和自鎖條件的推斷。關(guān)于自鎖條件的推斷

是本章的難點(diǎn)。

?挪動(dòng)副中的摩擦

挪動(dòng)副中的摩擦是運(yùn)動(dòng)副摩擦的一種簡潔的方式，廣泛存在于機(jī)

械運(yùn)動(dòng)中。有三種狀況?即平面摩擦、斜面摩擦和槽面摩擦。

.平面摩擦

滑塊及平面構(gòu)成的挪動(dòng)副?滑塊在自重和驅(qū)動(dòng)力的作用下向右

挪動(dòng)。分析滑塊的受力如下圖。

摩擦角：總反力及法向反力的夾角。。

由圖可知

故

總反力及相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向的夾角總為鈍角。其大小為+

.斜面摩擦

一滑塊置于斜面上，在鉛錘載荷的作用下滑塊沿斜面等速運(yùn)動(dòng)

分析使滑塊沿斜面等速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的程度力。

置于斜面上的滑塊有兩種運(yùn)動(dòng)可能即沿斜面等速上升及沿斜面

等速下滑。下面分別探討滑塊所受摩擦力。

()滑塊等速上升()滑塊等速下

滑

當(dāng)滑塊在程度力作用下等速上升時(shí)當(dāng)滑塊在程度力作用下

等速下滑時(shí)

式中及的大小未知，作力的三角形由力的三角形

得

)平面摩擦)滑塊等速上升)滑塊等速下滑)

槽面摩擦

-槽面摩擦

由力三角形得：Ml2sme故""'sind若令sin6

則為「工°。式中工稱當(dāng)量摩擦系數(shù)，相當(dāng)于把楔形滑塊視為

平滑塊時(shí)的摩擦系數(shù)。及之對(duì)應(yīng)的摩擦角稱為當(dāng)量摩擦角。引入當(dāng)

量摩擦系數(shù)的意義在于：

當(dāng)量摩擦系數(shù)引入后，在分析運(yùn)動(dòng)副中的滑動(dòng)摩擦系數(shù)時(shí)，不管運(yùn)

動(dòng)副兩元素的幾何形態(tài)如何，均可視為單一平面接觸來計(jì)算其摩

擦力。

螺旋副中的摩擦

螺旋副為一種空間運(yùn)動(dòng)副，其接觸面是螺旋面。當(dāng)螺桿和螺母的

螺紋之間受有軸向載荷時(shí)，擰動(dòng)螺桿或螺母，螺旋面之間將產(chǎn)生摩

擦力。

在探討螺旋副中的摩擦?xí)r，通常假設(shè)螺桿及螺母之間的作用力集中

在平均直徑為的螺旋線上。由于螺旋線可以展成平面上的斜直線，

螺旋副中力的作用及滑塊和斜面間的力的作用一樣。就可以把空間問

題轉(zhuǎn)化為平面問題來探討。下面就矩形螺紋螺旋副中的摩擦和三角形

螺紋螺旋副中的摩擦進(jìn)展探討。

.矩形螺紋螺旋副中的摩擦

由力的三角形得：

ndd八，、

M—F*_=_Otan(a+加

擰緊力矩：22^叼

.三角形螺紋螺旋副中的摩擦

三角形螺紋和矩形螺紋的區(qū)分在于螺紋間接觸面的形態(tài)不同。螺

母在螺桿上的運(yùn)動(dòng)近似的認(rèn)為是楔形滑塊沿斜槽面的運(yùn)動(dòng)。

此時(shí)，斜槽面的夾角等于a所時(shí)一以翁為

牙形半角）八sin（90。-/）cos￡

f

=arctar戌=arctarii------）

cos?可得擰緊力矩

由于。e>0，故三角形螺紋的摩擦力矩較大，宜用于聯(lián)接緊固。矩形

螺紋摩擦力矩較小，宜用于傳遞動(dòng)力的場(chǎng)合。

轉(zhuǎn)動(dòng)副中的摩擦

轉(zhuǎn)動(dòng)副在各種機(jī)械中應(yīng)用很廣，常見的有軸和軸承以及各種錢鏈。

轉(zhuǎn)動(dòng)副可按載荷作用狀況的不同分成徑向軸頸及軸承和止推軸頸及

軸承。

彳圣向軸頸的摩擦

當(dāng)載荷垂直于軸的幾何軸線時(shí)，稱為徑向軸頸及軸承。軸頸在

驅(qū)動(dòng)力矩的作用下，在軸承中等速回轉(zhuǎn)。

由于存在法向反力，摩擦力為「加￡0，其中工為當(dāng)量摩擦

兀4

系數(shù)。對(duì)于非跑和的徑向軸頸Z=27.跑和的徑向軸頸’Y,

摩擦力矩為強(qiáng)=瑪廠工"由力平衡即=-。（為總反力），力矩

平衡Mi==-MiO可得：。

對(duì)于具體的軸頸，Q為定值。以軸頸中心為圓心，Q為半徑的圓

稱為摩擦圓，Q為摩擦圓半徑?？偡戳κ冀K切于摩擦圓，大小及載

荷相等。其對(duì)軸頸軸心之距的方向必及軸頸相對(duì)于軸承的角速度的

方向相反。上圖中用一偏距為的載荷代替原載荷及驅(qū)動(dòng)力矩，則

MQ=Q?

e＞。軸頸將加速運(yùn)動(dòng)

軸頸將等速運(yùn)動(dòng)

e＜。軸頸將減速運(yùn)動(dòng)，若加載前靜止，則保持靜止?fàn)顟B(tài)。

.止推軸頸的摩擦

軸用以承受載荷的部分稱為軸端或軸踵。軸端和承受軸向載荷的

止推軸承構(gòu)成一轉(zhuǎn)動(dòng)副。非跑合的止推軸承軸端各處壓強(qiáng)相等；跑

合的止推軸承，軸端各處的壓強(qiáng)不相等，離中心遠(yuǎn)的地方磨損較快，

因此壓強(qiáng)減??；離中心近的部分磨損較慢，因此壓強(qiáng)增大。

?考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析

運(yùn)動(dòng)副中的摩擦是客觀存在的，考慮摩擦的機(jī)構(gòu)受力分析才能反

映機(jī)構(gòu)的實(shí)際受力狀況。以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例，介紹機(jī)構(gòu)的受力分

析方法。

-機(jī)械效率及自鎖

1.機(jī)械的效率

作用在機(jī)械上的力可分為驅(qū)動(dòng)力、消費(fèi)阻力和有害阻力三種。通

常把驅(qū)動(dòng)

力所做的功稱為驅(qū)動(dòng)功(輸入功)，克制消費(fèi)阻力所做的功稱為輸

出功，而克制有害阻力所做之功稱為損耗功。

機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有

式中''分別為輸入功，輸出功和損耗功。輸出功和輸入功的

比值反映了輸入功在機(jī)械中有效利用的程度-稱為機(jī)械效率。

()效率以功或功率的形式表達(dá)

根據(jù)機(jī)械效率的定義

用功率可表示為：

式中''分別為輸入功率'輸出功率和損耗功率

由于損耗功率不行能為零■所以機(jī)械的效率總是小于。為進(jìn)步

機(jī)械效率，應(yīng)盡量削減機(jī)械中的損耗，主要是削減摩擦損耗。

()效率以力或力矩的形式表達(dá)

為驅(qū)動(dòng)力，為消費(fèi)阻力?和分別為和沿該力作用線的速度

假設(shè)機(jī)械中不存在摩擦，該機(jī)械稱為志向機(jī)械。此時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)

力稱為志向驅(qū)動(dòng)力，此力必小于實(shí)際驅(qū)動(dòng)力。對(duì)于志向機(jī)械：

故0VQ=F0VF

TJ=9=F0/F

所以網(wǎng)F—

此式說明'機(jī)械效率等于志向驅(qū)動(dòng)力及實(shí)際驅(qū)動(dòng)力的比。

7=——-

若用力矩之比的形式表達(dá)機(jī)械效率為：助尸式中分別表示為

了克制同樣消費(fèi)阻力所需的志向驅(qū)動(dòng)力矩和實(shí)際驅(qū)動(dòng)力矩。從另一

角度講?同樣驅(qū)動(dòng)力?志向機(jī)械所能克制的消費(fèi)阻力必大于所能克

%=如=1

制的消費(fèi)阻力。對(duì)于志向機(jī)械：際

同理，有下式成立：

式中'分別表示在同樣驅(qū)動(dòng)力狀況下'機(jī)械所能克制的實(shí)際消

費(fèi)阻力矩和志向消費(fèi)阻力矩。

?機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械效率

對(duì)于由很多機(jī)械或機(jī)器組成的機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械效率以及計(jì)算，

可以根據(jù)組成系統(tǒng)的機(jī)械效率計(jì)算求得。若干機(jī)械的連接組合方式

一般有串聯(lián)'并聯(lián)'混聯(lián)三種。

()串聯(lián)

由臺(tái)機(jī)械串連組成的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)系統(tǒng)的輸入功率為，各機(jī)械

的效率分別為2/7,n；為系統(tǒng)的輸出功率。則系統(tǒng)的總效率

為：

結(jié)論：串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)的總效率等于各機(jī)器的效率的連乘積。串聯(lián)的

級(jí)數(shù)越多，機(jī)械系統(tǒng)的效率越低。

()并聯(lián)

由臺(tái)機(jī)械并聯(lián)組成的機(jī)械系統(tǒng)。設(shè)系統(tǒng)的輸入功率為，各機(jī)械的

效率分別為n，為系統(tǒng)的輸出功率。則系統(tǒng)的總功率：

總輸出功率為：

并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)的總效率不僅及各組成機(jī)器的效率有父，而且及各機(jī)器

所傳遞的功率也有今。設(shè)〃和77為各個(gè)機(jī)器中效率的最大值和最小值

則°

若各臺(tái)機(jī)器的輸入功率均相等，即片=鳥=鳥=—片，則

若各臺(tái)機(jī)器的效率均相等-即

片/+舄%+…+心公_力出+舄+…+弓)

則：片+舄+…+片片+舄+…+與

結(jié)論：若各臺(tái)機(jī)器的效率均相等，并聯(lián)絡(luò)統(tǒng)的總效率等于任一臺(tái)

機(jī)器的效率。

()混聯(lián)

由串聯(lián)和并聯(lián)組成的混聯(lián)式機(jī)械系統(tǒng)。其總效率的

求法按其具體組合方式而定。圖示系統(tǒng)中，設(shè)串聯(lián)

部分效率為并聯(lián)部分效率為，則總效率為：

機(jī)械的自鎖

在實(shí)際機(jī)械中，由于摩擦的存在以及驅(qū)動(dòng)力作

用方向的問題，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無論驅(qū)動(dòng)力如何增大，機(jī)械都無法運(yùn)轉(zhuǎn)

的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為機(jī)械的自鎖。

在圖中所示的挪動(dòng)副中，驅(qū)動(dòng)力有效分力

為或=Fstnj3=或tan#

阻力為摩擦力耳i="tan。

當(dāng)？《矽時(shí)有丹?瑪1

此時(shí)無論多大，均無法使滑塊運(yùn)動(dòng)，出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象。此時(shí)驅(qū)動(dòng)

力作用在摩擦角內(nèi)

圖中所示的轉(zhuǎn)動(dòng)副中，作用在軸頸上的載

荷為，當(dāng)e?Q即作用在摩擦圓之內(nèi)，此

時(shí)

由于驅(qū)動(dòng)力矩總小于它產(chǎn)生的摩擦阻力

矩，故無論如何增大，也不能使軸轉(zhuǎn)動(dòng)?

即出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象。

機(jī)械是否發(fā)生自鎖，及驅(qū)動(dòng)力作用線的位置和方向有關(guān)。在挪

動(dòng)副中?若驅(qū)動(dòng)力作用在摩擦角之外，則不會(huì)發(fā)生自鎖；在轉(zhuǎn)動(dòng)副

中，若驅(qū)動(dòng)力作用在摩擦圓之外，則不會(huì)發(fā)生自鎖；故一個(gè)機(jī)械是

否會(huì)發(fā)生自鎖，可以通過分析組成機(jī)械的各個(gè)環(huán)節(jié)的自鎖狀況來推

斷。

若一個(gè)機(jī)械的某個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生自鎖,則該機(jī)械必發(fā)生自鎖。自鎖時(shí),

驅(qū)動(dòng)力不超過它產(chǎn)生的摩擦阻力，即此時(shí)驅(qū)動(dòng)力所做的功總小于或

等于由它所產(chǎn)生的摩擦阻力所作的功。此時(shí)機(jī)械的效率小于或等于

零，即。故可借機(jī)械效率的計(jì)算式來推斷機(jī)械是否自鎖和分

析自鎖產(chǎn)生的條件。

系統(tǒng)隨意環(huán)節(jié)自鎖則系統(tǒng)自鎖，故在分析機(jī)械系統(tǒng)的自鎖特性

時(shí)應(yīng)留意。機(jī)械通常有正反兩個(gè)行程，它們的機(jī)械效率一般并不相

等，反行程的效率小于零的機(jī)械稱為自鎖機(jī)械。自鎖機(jī)械常用于卡

具'螺栓連接'起重裝置和壓榨機(jī)械上。但自鎖機(jī)械的正行程效率

都較低，因此在傳遞動(dòng)力時(shí)，只適用功率小的場(chǎng)合。

第五章連桿機(jī)構(gòu)

根本要求：

.理解平面四桿機(jī)構(gòu)的根本型式，駕馭其演化方法。

.駕馭平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性。

.理解連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的特點(diǎn)及其功能。

.理解平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的根本問題，嫻熟駕馭根據(jù)具體設(shè)計(jì)條件及

實(shí)際須要，選擇適宜的機(jī)構(gòu)型式和合理的設(shè)計(jì)方法，解決具體設(shè)計(jì)問

題。

教學(xué)內(nèi)容：

9?平面四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用；

?平面四桿機(jī)構(gòu)的根本學(xué)問；

?平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的圖解法；

?平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的解析法。

平面四桿機(jī)構(gòu)的根本型式

連桿機(jī)構(gòu)是由若干個(gè)剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接所組成。

平面連桿機(jī)構(gòu)若各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件均在互相平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，則稱為

平面連桿機(jī)構(gòu)。

空間連桿機(jī)構(gòu)若各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件不都在互相平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，則稱

為空間連桿機(jī)構(gòu)。

平面連桿機(jī)構(gòu)較空間連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用更為廣泛，故著重介紹平面連

桿機(jī)構(gòu)。

在平面連桿機(jī)構(gòu)中?構(gòu)造最簡潔的且應(yīng)用最廣泛的是由個(gè)構(gòu)件所

組成的平面四桿機(jī)構(gòu)，其它多桿機(jī)構(gòu)可看成在此根底上依次增加桿組

而組成。

?平面四桿機(jī)構(gòu)的根本型式

全部運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)稱為較鏈四桿機(jī)構(gòu)。它是平面

四桿機(jī)構(gòu)的根本型式。在銀鏈四桿機(jī)構(gòu)中，按連架桿能否作整周轉(zhuǎn)動(dòng)?

可將四桿機(jī)構(gòu)分為種根本型式。

()曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

定義:在銀鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿中有一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖

桿，則稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

()雙曲柄機(jī)構(gòu)

定義:在較鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為曲柄-稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。

傳動(dòng)特點(diǎn):當(dāng)主動(dòng)曲柄連續(xù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)曲柄一般不等速轉(zhuǎn)動(dòng)。

雙曲柄機(jī)構(gòu)中有兩種特殊機(jī)構(gòu)：平行四邊形機(jī)構(gòu)和反平行四邊形機(jī)

構(gòu)

定義:在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若兩對(duì)邊構(gòu)件長度相等且平行，則稱為平行

四邊形機(jī)構(gòu)。

傳動(dòng)特點(diǎn):主動(dòng)曲柄和從動(dòng)曲柄均以一樣角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。

定義：兩曲柄長度一樣，而連桿及機(jī)架不平行的銀鏈四桿機(jī)構(gòu)，稱為

反平行四邊形機(jī)構(gòu)

()雙搖桿機(jī)構(gòu)

定義:在較鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為搖桿，則稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。

?平面四桿機(jī)構(gòu)的演化

由于各種工程實(shí)際的須要?所用四桿機(jī)構(gòu)的型式是多種多樣的。

這些四桿機(jī)構(gòu)可看作是由較鏈四桿機(jī)構(gòu)通過不同方法演化而來的，并

及之有著一樣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特性。駕馭這些演化方法，有利于對(duì)連桿機(jī)

構(gòu)進(jìn)展創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

當(dāng)取不同的構(gòu)件為機(jī)架時(shí)，會(huì)得到不同的四桿機(jī)構(gòu)。下面我們看

一下表:

較鏈四桿機(jī)構(gòu)可以通過四種方式演化出其他形式的四桿機(jī)構(gòu)。即

⑴取不同構(gòu)件為機(jī)架；⑵轉(zhuǎn)動(dòng)副變挪動(dòng)副乂3）桿狀構(gòu)件及塊狀構(gòu)件互

換；⑷銷釘擴(kuò)大。在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)或曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)載荷很大而

搖桿（或滑塊）的擺角（或行程）不大時(shí)?可將曲柄及連桿構(gòu)成的轉(zhuǎn)

動(dòng)副中的銷釘加以擴(kuò)大，演化成偏心盤構(gòu)造，這種構(gòu)造在工程上應(yīng)用

很廣。

平面四桿機(jī)構(gòu)的根本學(xué)問

?平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄存在的條件

周轉(zhuǎn)副:兩構(gòu)件能做。相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。否則稱擺轉(zhuǎn)副。

曲柄：及機(jī)架相較接能整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件。

下面以圖示的四桿機(jī)構(gòu)為例，說明平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄存在的條

件。

在圖中，設(shè)＞，在桿

繞轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，較

鏈點(diǎn)及之間的間隔是

不斷變更的■當(dāng)點(diǎn)到達(dá)圖

示點(diǎn)和兩位置時(shí)，

值分別到達(dá)最大值和

最小值。

如要求桿能繞轉(zhuǎn)動(dòng)副

相對(duì)桿作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，則桿應(yīng)通過和這兩個(gè)關(guān)鍵位置，即可以構(gòu)成三角

形和三角形。根據(jù)三角形構(gòu)成原理經(jīng)過公式推導(dǎo)可得出如下重要結(jié)

論：

在較鏈四桿機(jī)構(gòu)中，假如某個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副能成為周轉(zhuǎn)副，則它所連接

的兩個(gè)構(gòu)件中，必有一個(gè)為最短桿，并且四個(gè)構(gòu)件的長度關(guān)系滿意桿

長之和條件

我們考慮一下中選取不同的構(gòu)件作機(jī)架時(shí)，會(huì)得到什么樣的機(jī)構(gòu)？

()若取最短桿為機(jī)架得雙曲柄機(jī)構(gòu)；

()若取最短桿的任一相鄰的構(gòu)件為機(jī)架得曲柄搖桿機(jī)構(gòu);

()若取最短桿對(duì)面的構(gòu)件為機(jī)架得雙搖桿機(jī)構(gòu)。

()假如四桿機(jī)構(gòu)不滿意桿長之和條件，則不管選取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)

架，所得機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。

得出較鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄存在的條件為：

()最短桿及最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和。

()邊架桿和機(jī)架中必有一桿是最短桿。

?壓力角和傳動(dòng)角

尸n在圖示的銀鏈四桿

機(jī)構(gòu)中，假如不計(jì)慣性

力'重力'摩擦力，則

連桿是二力共線的構(gòu)

件，由主動(dòng)件經(jīng)過連桿

作用在從動(dòng)件上的驅(qū)動(dòng)

力的方向?qū)⒀刂B桿的中心線。力可分解為兩個(gè)分力：沿著受力

點(diǎn)的速度U方向的分力和垂直于U方向的分力。設(shè)力及著力點(diǎn)的速

度U方向之間所夾的銳角為，則

其中，沿〃方向的分力是使從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)的有效分力，對(duì)從動(dòng)件產(chǎn)

生有效回轉(zhuǎn)力矩；而則是僅僅在轉(zhuǎn)動(dòng)副中產(chǎn)生附加徑向壓力的分

力。由上式可知：越大，徑向壓力也越大?故稱角為壓

力角。壓力角的余角稱為傳動(dòng)角■用丫表示，Y0明顯，/角越

大?則有效分力越大?而徑向壓力越小，對(duì)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)越有利。因

此，在連桿機(jī)構(gòu)中，常用傳動(dòng)角的大小及其變更狀況來衡量一機(jī)構(gòu)傳

力性能的優(yōu)劣。

在機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程中，傳動(dòng)角的大小是變更的。當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到及機(jī)

架重疊共線和綻開共線兩位置'時(shí)，傳動(dòng)角將出現(xiàn)極值■和/（傳

動(dòng)角總?cè)′J角）。這兩個(gè)值的大小為

比擬這兩個(gè)位置時(shí)的傳動(dòng)角，即可求得最小傳動(dòng)角V。為了保證

機(jī)構(gòu)具有良好的傳力性能，設(shè)計(jì)時(shí)通常應(yīng)使Y>°；對(duì)于高速和大功率

的傳動(dòng)機(jī)械，應(yīng)使y>°。

?急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)

在圖示的曲柄搖桿機(jī)

構(gòu)中，當(dāng)主動(dòng)曲柄位于而

及連桿成始終線時(shí)?從動(dòng)

搖桿位于右極限位置。當(dāng)

曲柄以等角速度3逆時(shí)針

轉(zhuǎn)過角0而及連桿重疊

時(shí)，曲柄到達(dá)位置，而搖

桿則到達(dá)其左極限位置。當(dāng)曲柄接著轉(zhuǎn)過角夕而回到位置時(shí)，搖桿

則由左極限位置擺回到右極限位置。從動(dòng)件的往復(fù)擺角均為

由圖可以看出，曲柄相應(yīng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)角夕和。為：

式中?e為搖桿位于兩極限位置時(shí)曲柄兩位置所夾的銳角?稱為

板位夾角。介紹急回運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的緣由為了說明急回運(yùn)動(dòng)的急回程度-

通常用行程速度變更系數(shù)（或稱行程速比系數(shù)）來衡量?即

機(jī)構(gòu)具有急回特性必有>，則極位夾角。

有時(shí)某一機(jī)構(gòu)本身無急回特性，但當(dāng)它及另一機(jī)構(gòu)組合后?此組

合后的機(jī)構(gòu)并不肯定也無急回特性。機(jī)構(gòu)有無急回特性，應(yīng)從急回特

性的定義入手進(jìn)展分析。

?死點(diǎn)位置

下面我們來看一下死點(diǎn)位置的形成：在圖示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中?

設(shè)搖桿為主動(dòng)件，則當(dāng)機(jī)構(gòu)處于圖示的兩個(gè)虛線位置之一時(shí)，連桿

及曲柄在一條直線上，出現(xiàn)了傳動(dòng)角/的狀況。這時(shí)主動(dòng)件通過

連桿作用于從動(dòng)件上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，所以將不能使構(gòu)件

轉(zhuǎn)動(dòng)而出現(xiàn)"頂死"現(xiàn)象。機(jī)構(gòu)的此種位置稱為死點(diǎn)位置。

提出問題：四桿機(jī)構(gòu)中是否存在死點(diǎn)位置，確定于什么？

答：從動(dòng)件是否及連桿共線。

對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來說?機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)是不利的?應(yīng)當(dāng)實(shí)行措施使機(jī)構(gòu)

能順當(dāng)通過死點(diǎn)位置。

措施：

.對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器，可以利用從動(dòng)件的慣性來通過死點(diǎn)位置；

.采納機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列的方法，即將兩組以上的機(jī)構(gòu)組合起來，而使各

組機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置互相錯(cuò)開；

機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置的主動(dòng)作用：在工程實(shí)際中，不少場(chǎng)合也利用機(jī)構(gòu)的

死點(diǎn)位置來實(shí)現(xiàn)肯定的工作要求。夾緊工件用的連桿式快速夾具是利

用死點(diǎn)位置來夾緊工件的。在連桿的手柄處施以壓力將工件夾緊后，

連桿及連架桿成始終線。撤去外力之后?在工件反彈力作用下-

從動(dòng)件處于死點(diǎn)位置。即使此反彈力很大，也不會(huì)使工件松脫。當(dāng)飛

機(jī)起落架處于放下機(jī)輪的位置時(shí)，此時(shí)連桿及從動(dòng)件位于始終線

上。因機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，故機(jī)輪著地時(shí)產(chǎn)生的宏大沖擊力不會(huì)使從

動(dòng)件反轉(zhuǎn)，從而保持著支撐狀態(tài)。

連桿式快速夾具飛機(jī)起落架

?平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的圖解法

?平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的兩類根本問題

平面連桿機(jī)構(gòu)在工程實(shí)際中應(yīng)用特別廣泛。根據(jù)工作對(duì)機(jī)構(gòu)所要

實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的要求，這些范圍廣泛的應(yīng)用問題，通?？蓺w納為三大類設(shè)

計(jì)問題。

()實(shí)現(xiàn)剛體給定位置的設(shè)計(jì)

在這類設(shè)計(jì)問題中，要求所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能引導(dǎo)一個(gè)剛體依次通過

一系列給定的位置。該剛體一般是機(jī)構(gòu)的連桿。

()實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)

在這類設(shè)計(jì)問題中，要求所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的主、從動(dòng)連架桿之間的運(yùn)

動(dòng)關(guān)系能滿意某種給定的函數(shù)關(guān)系。如車門開閉機(jī)構(gòu)，工作要求兩連

架桿的轉(zhuǎn)角滿意大小相等而轉(zhuǎn)向相反的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)車門的開啟

和關(guān)閉；又如汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，工作要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿意某種

函數(shù)關(guān)系，以保證汽車順當(dāng)轉(zhuǎn)彎；再比方，在工程實(shí)際的很多應(yīng)用中■

要求在主動(dòng)連架桿勻速運(yùn)動(dòng)的狀況下，從動(dòng)連架桿的運(yùn)動(dòng)具有急回特

性，以進(jìn)步勞動(dòng)消費(fèi)率。

平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法大致可分為圖解法、解析法和試驗(yàn)法三

類。

2.按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

如圖示，設(shè)工作要求某剛體在運(yùn)動(dòng)過程中能依次占據(jù)1?n?m

三個(gè)給定位置，試設(shè)計(jì)一較鏈四桿機(jī)構(gòu)，引導(dǎo)該剛體實(shí)現(xiàn)這一運(yùn)動(dòng)要

求。設(shè)計(jì)問題為實(shí)現(xiàn)連桿給定位置的設(shè)計(jì)。首先根據(jù)剛體的具體構(gòu)造-

在其上選擇活動(dòng)較鏈點(diǎn)，的位置。一旦確定了，的位置■對(duì)應(yīng)于剛

體個(gè)位置時(shí)活動(dòng)較鏈的位置，，也就確定了。

設(shè)計(jì)的主要任務(wù)：確定固定較鏈點(diǎn)、的位置。

設(shè)計(jì)步驟：

因?yàn)檫B桿上活動(dòng)較鏈>分別繞固定較鏈>轉(zhuǎn)動(dòng)?所以連桿在個(gè)

給定位置上的，和點(diǎn)，應(yīng)位于以為圓心，連架桿為半徑的圓周上；同

理，，和三點(diǎn)應(yīng)位于以為圓心，以連架桿為半徑的圓周上。因此?

連接'和、，再分別作這兩條線段的中垂線和，其交點(diǎn)即為固定較鏈

中心。同理，可得另一固定較鏈中心。則即為所求四桿機(jī)構(gòu)在第一個(gè)

位置時(shí)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。

在選定了連桿上活動(dòng)較鏈點(diǎn)位置的狀況下，由于三點(diǎn)唯一地確定

一個(gè)圓，故給定連桿個(gè)位置時(shí)，其解是確定的。變更活動(dòng)較鏈點(diǎn)，的

位置，其解也隨之變更?從這個(gè)意義上講?實(shí)現(xiàn)連桿個(gè)位置的設(shè)計(jì)，

解有無窮多個(gè)。假如給定連桿兩個(gè)位置，則固定錢鏈點(diǎn)，的位置可

在各自的中垂線上任取?故其解有無窮多個(gè)。設(shè)計(jì)時(shí)，可添加其他附

加條件（如機(jī)構(gòu)尺寸、傳動(dòng)角大小、有無曲柄等），從中選擇適宜的

機(jī)構(gòu)。假如給定連桿個(gè)位置，因任一點(diǎn)的個(gè)位置并不總在同一個(gè)圓周

上?因此活動(dòng)較鏈，的位置就不能隨意選定。但總可以在連桿上找

到一些點(diǎn)，它的個(gè)位置是在同一圓周上，故滿意連桿個(gè)位置的設(shè)計(jì)也

是可以解決的?不過求解時(shí)要用到所謂圓點(diǎn)曲線和中心點(diǎn)曲線理論。

關(guān)于這方面的問題，須要時(shí)可參閱有關(guān)文獻(xiàn)，這里不再作進(jìn)一步介紹。

綜上所述，剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，就其本身的設(shè)計(jì)方法而言，一

般并不困難，關(guān)鍵在于如何斷定一個(gè)工程實(shí)際中的具體設(shè)計(jì)問題屬于

剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

?按給定連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

設(shè)計(jì)一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)作為函數(shù)生成機(jī)構(gòu)，這類設(shè)計(jì)命題即通常所說

的按兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)角位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。

如圖示，設(shè)已知四桿機(jī)構(gòu)中兩固定較鏈和的位置，連架桿的長度，

要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角能實(shí)現(xiàn)三組對(duì)應(yīng)關(guān)系。

設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵：求出連桿上活動(dòng)較鏈點(diǎn)的位置，一旦確定

了點(diǎn)的位置?連桿和另一連架桿的長度也就確定了。

設(shè)已有四桿機(jī)構(gòu)?當(dāng)主動(dòng)連架桿運(yùn)動(dòng)時(shí)?連桿上較鏈相對(duì)于另一

連架桿的運(yùn)動(dòng)?是繞較鏈點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，以為圓心，以長為半徑

的圓弧即為連桿上已知較鏈點(diǎn)相對(duì)于較鏈點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。假如能找

到皎鏈的這種軌跡，則較鏈的位置就不難確定了。主要采納機(jī)構(gòu)反

轉(zhuǎn)法

在函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，當(dāng)要?jiǎng)?wù)實(shí)現(xiàn)幾組對(duì)應(yīng)位置?即設(shè)計(jì)一

個(gè)四桿機(jī)構(gòu)使其兩連架桿實(shí)現(xiàn)預(yù)定的對(duì)應(yīng)角位置時(shí)，可以用所謂的"

剛化反轉(zhuǎn)"法求此四桿機(jī)構(gòu)。這個(gè)問題是本章的難點(diǎn)之一。

剛化反轉(zhuǎn)法也適用于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)?但要留意曲柄滑塊機(jī)

構(gòu)及曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的關(guān)系，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)命題，分清晰什么狀況"

反轉(zhuǎn)"，什么狀況"反移"。

從以上分析可知，在設(shè)計(jì)某個(gè)連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，首先應(yīng)分清已知什么，

要設(shè)計(jì)什么，然后再選定設(shè)計(jì)參考位置，用剛化反轉(zhuǎn)或反移法進(jìn)展設(shè)

計(jì)。

這種運(yùn)動(dòng)倒置的方法是一種帶有普遍性的方法，如在凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)

計(jì)中用的反轉(zhuǎn)法，在輪系的傳動(dòng)比計(jì)算中的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法等，均是運(yùn)動(dòng)

倒置的原理。

3.按給定行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

已知曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿長和其擺角/以及行程速比系數(shù)，要

求設(shè)計(jì)該四桿機(jī)構(gòu)。

設(shè)計(jì)步驟:

首先?根據(jù)行程速比系數(shù)?計(jì)算極位夾角e-即

其次，任選一點(diǎn)作為固定較鏈，如圖所示，并以此點(diǎn)為頂點(diǎn)作等

腰三角形，使兩腰之長等于搖桿長，川。然后過點(diǎn)作1，再過點(diǎn)

作N得到直線和的交點(diǎn)為。最終以線段至為直徑作圓，則此

圓周上任一點(diǎn)及，連線所夾之角度均為e。而曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心可在圓

弧赤或數(shù)上任取。

由圖可知，曲柄及連桿重疊共線和拉直共線的兩個(gè)位置為福和苑，

線段的可由以為圓心、赤為

半徑作圓弧及語的交點(diǎn)來求得?而

連桿長肥為

由于曲柄軸心位置有無窮多，故

滿意設(shè)計(jì)要求的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有無

窮多個(gè)。如未給出其他附加條件，設(shè)

計(jì)時(shí)通常以機(jī)構(gòu)在工作行程中具有

較大的傳動(dòng)角為動(dòng)身點(diǎn)來確定曲柄

軸心的位置。假如設(shè)計(jì)要求中給出了其它附加條件，則點(diǎn)的位置應(yīng)根

據(jù)附加條件來確定。

假如工作要求所設(shè)計(jì)的急回機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，則圖中的，點(diǎn)

分別對(duì)應(yīng)于滑塊行程的兩個(gè)端點(diǎn)，其設(shè)計(jì)方法及上述一樣。

?平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的解析法

圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)形象直觀'思路清晰，但作圖費(fèi)事且誤差較

大。而解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)是建立機(jī)構(gòu)構(gòu)造參數(shù)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的解析關(guān)

系式，從而按給定條件求出未知構(gòu)造參數(shù)，求解準(zhǔn)確。

?按給定連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

如圖示，已知校鏈四桿機(jī)構(gòu)中兩連架桿和的三組對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角，即

?表示）。設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)。

首先，建立坐標(biāo)系■使軸及機(jī)

架重合，各構(gòu)件以矢量表示?其

轉(zhuǎn)角從軸正向沿逆時(shí)針方向度

量。根據(jù)各構(gòu)件所構(gòu)成的矢量封

閉形，可寫出下列矢量方程式：

將上式向坐標(biāo)軸投影，可得

一=1-=帆.-=.-=?

如取各構(gòu)件長度的相對(duì)值■即ZAA并移項(xiàng)，得

將上兩式等式兩邊平方后相加，整理后得

為簡化上式，再令

可得

上式含有，個(gè)待定參數(shù)，由此可知，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)關(guān)系最

多只能給出組?才有確定解。如給定兩連架桿的初始角??則只

需給定組對(duì)應(yīng)關(guān)系即可求出，進(jìn)而求出。最終可根據(jù)實(shí)際須要確定構(gòu)

件的長度，這樣其余構(gòu)件長度也就確定了。相反，假如給定的兩連架

桿對(duì)應(yīng)位置組數(shù)過多，或者是一個(gè)連續(xù)函數(shù)（即從動(dòng)件

的轉(zhuǎn)角和主動(dòng)的轉(zhuǎn)角連續(xù)對(duì)應(yīng)）。則因和的每一組相應(yīng)值即

可構(gòu)成一個(gè)方程式，因此方程式的數(shù)目將比機(jī)構(gòu)待定尺度參數(shù)的數(shù)目

多-而使問題成為不行解。在這種狀況下?設(shè)計(jì)要求僅能近似地得以

滿意。

2.按給定連桿某點(diǎn)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

設(shè)計(jì)一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)作為軌跡生成機(jī)構(gòu)，此類設(shè)計(jì)命題即通常所說

的按給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。

在圖中，藍(lán)色實(shí)線所示為工作要?jiǎng)?wù)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)軌跡'今欲設(shè)計(jì)一

錢鏈四桿機(jī)構(gòu)，使其連桿上某一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡及該給定軌跡相符。

設(shè)計(jì)步驟：

為了確定機(jī)構(gòu)的尺度參數(shù)和連桿上