机械设计基础【全套课件463P】(杨可桢版)

A
作导杆两极位Cm和Cn
φ=θ
n
m B2
(2)作摆角φ的平分
Aθ
B1
线AC,取AC=L4→ B2
B1
φ
固定铰中心A
(3)过A作导杆极位垂线 φ →唯一解
AB1(AB2)→L1=AB1
C
C
二.按给定连杆位置设计四杆机构
1.已知:连杆BC长L2 及连杆两个位置B1C1,B2C2
分 固定铰A必在B1B2垂直平分线上 析 同定铰D必在C1C2............
传动角： =90°－ 压力角越小(即传动角越大)，有用的分力越大。
所以传动角是衡量机构受力大小的一个重要参数。
死点： = 90°
§2-2 铰链四杆机构有整转副的条件 P.25
－取决于机构各杆的相对长度和机架的选择
连一杆.分共析线: 的(曲极柄位lA1,二连B’.杆及曲lA柄2,B摇存”时杆在→l3条,机能件架顺：l4利)当通A过B能→摆整至转与副。
一.急回运动: → 工作行程时间＞空回行程时间
曲柄(主)匀速转动(顺)
图2-4
摇杆(从)变速往复摆动
ψ 例：牛头刨床、
往复式输送机
二.φ死1 点位置 三φ.2压力曲角柄和摇传杆机动构角
极位: 曲柄与连杆共线(B1、 B2)→摇杆极位C1、C2
→ 缩短非生产时间, 提高生产率
工作行程: 空回行程:
B1→B2 (φ1) → 摇杆C1→C2 (ψ)
B2→B1 (φ 2) →
C2→C1 (ψ)
∵ φ 1＞ φ 2 , 而ψ不变
其运动特性→行程速度变化系数(行程速比系数)K
K

v2 v1

C1C2 / t2 C1C2 / t1

t1 t2
1 2

180 180


(2-1)
θ－极位夹角(摇杆处于两极位时，对应曲柄所夹锐角)
θ↑→K ↑ →急回运动性质↑
机械设计基础
研究对象和内容 课程特点和学习要求
一、 研究对象和内容
机器1:.实物组合
2.各实物间有确定的运动
3.做有用功或转换能量
－利用机器来减轻劳动和提高生产率
机器种类: 金属切削机床
机构:
内燃机 汽车 拖拉 机 起重机 …
－具备1、2特征
零件 －制造单元
机械
机构和机器的总称
机器由机构(连杆机构、凸轮机构、齿轮机构)组成
(2-6)
B B’
B” A
C’
D
例:AB＝22,BC＝50,CD＝38,AD＝45→曲摇机构
二.曲柄存在条件：（转动副为整转副）
1.曲柄存在条件: (1)最短与最长杆之和小于其
它两杆之和
作业2-1 p.35
(2)最短的构件在连架杆或机架上
2.推论: (满足条件1)
(1)最短杆在机架上 →双曲柄机构
铰链四杆机构→ 图2-14
┌(全)转动副连接 →移动副(一个) └各杆长不变 →杆长(固定杆)可变
→曲柄滑块机构
曲柄滑 导杆机构(曲柄AB →机架) 图2-15.b 块机构→ 摇块机构(连杆BC →机架) 图2-15.C
(变更机架) 定块机构(滑块C →机架) 图2-15.d
C B
B C
A
D
A
铰链四杆机构↘ →扩大回转副→偏心轮机构
曲柄滑块机构↗
图2-23 p.29
一.曲柄滑块机构：ｐ.27 图2－14c、d
摇杆3的运动轨迹为圆弧(半径l3)
→将l3↑无穷大 →滑块C(直线)→曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构
l3
曲柄摇杆机构 压力角α、传动角γ: C α
l3 e
偏置曲柄滑块机构
γ
α
e
二、导杆机构 ｐ.26
曲柄滑块机构(曲柄→机架) 导杆机构 两连→ 曲柄 ？
图2－15ｃ,2－17
定块机构 →滑块为固定件 图2－15ｄ,2－18
C
C
C
C
B
B
A
A
曲柄滑块机构 导杆机构
B A
摇块机构
B
A 定块机构
定 块 机 构 摇块机构
四、偏心轮机构 图2－23图C p.29
B A
C
B
e
C
A
曲柄 回转副B (半径↑) ＞曲柄长AB →偏心轮机构 (铰链四杆、曲柄滑块～) (曲柄很短时→偏心轮机构)→偏心距=ｅ=曲柄长 铰链四杆、曲柄滑块机构→(扩大回转副) 偏心轮机构
(3)过C1、C2、 B1 A
D
P 作圆
O
在圆上任选一点A (4)AC1=L2－L1,
AC2=L2+L1→
θ
→无数解
L1=1/2(AC2－AC1)
以L1为半径作圆,交B1,B2点
P
→曲柄两位置
NM
2.导杆机构: P.31
已知:机架长L4 , K
解:

180
K
1
n
m
K 1
(1)任选固定铰链中心C→
∵最短＋最长杆＜其它两杆之和 架杆 摇杆 ？
最短杆在 机架
→双曲柄→转动导杆机构
机架邻边 →一个曲柄→摆动导杆机构
当 机架＜曲柄
机架＞曲柄
转动导杆机构 摆动导杆机构 γ
α =0°
三、摇块、定块机构 ｐ.27
曲柄滑块机构 →滑块移动
图2－15ａ
导杆机构 →滑块移动＋摆动 图2－16,2－15ｂ
摇块机构 →滑块摆动
B A
C D
解: (1)连接B1B2,C1C2并作其垂直平分线b12,c12
(2)在b12线上任取一点A, 在C12...任取一点D
步骤：
B1
1、连接B1B2, C1C2
2、作B1B2, C1C2中垂线
3、在中垂线上取一点作A, D
C1
B2
4、连AB1C1D
无穷多个解 A ●
●D
C2
2.已知:连杆BC长L2及连杆三个位置B1C1,B2C2,B3C3
三.按给定两连架杆对应位置设计四杆机构(解析法) × 四.按给定点的运动轨迹设计四杆机构(实验法)
一.按照给定的行程速比 系数设计四杆机构:
1.曲柄摇杆机构:
θ
B2
B1
A
分析:(1)可求出极位夹角θ
180 K 1
φ
K 1
(2) ∠C1AC2=θ
→如果三点位于
D
同一圆上,
已 L23,知.导行:杆程摇机速杆构比长系度 数K, 摆角φ
二、学习内容
1.常用机构(组成原理、运动学和动力学)－机械原理 连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构…
2.通用零件（设计与计算）－机械设计 联接：螺纹联接、键联接、销联接… 传动: 带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动 轴与轴系零部件: 轴、轴承、联轴器 其它: 弹簧…
传动零件 轴系零件 联接零件
O θ
θ是C1C2弧上 的圆周角
→如何作此圆
→ ∠ C1PC2=θ P点→可作 ∠ C2C1P=90° ∠ C1C2P=90°－θ
(未知A点)
→连OC2交圆
P
于P点
解:(1)任选D点,作摇杆两极位C1D和C2D
(2)过C1作C1C2垂线C1M
作∠C1C2N=90－θ,
φ
C1M与C2N交于P点
θ
B2
机构由构件（运动单元）组成，
运动单元： 1.箱体 2.活塞 3.连杆
4.曲轴 5、6.齿轮 7.凸轮 8.推杆
(齿轮机构由三个构件组成－1、5、6)
构件由零件（制造单元）组成。
(齿轮5由许多零件组成)
构件5← 齿轮
→传动件
(齿轮5) 轴、轴承、套筒等 →轴系零件
键
→联接件
最基本 →的通用
零件
机器具有确定的相对运动、完成机械功或转换机械能的组合体 机构具有确定的相对运动组合体，是机器所共有的组成部分 构件运动的单元 零件制造的单元
图2-4 ψ
φ1
φ2 曲柄摇杆机构
180 K 1 (2-2)
K 1
曲柄摇杆机构曲柄主动 →急回
二. 死点位置 p.22第6
从动件与连杆共线→卡死 当摇杆为主动件, 而曲柄AB与
连杆BC共线时(摇杆CD处于极位) →CD(主)通过连杆加于曲柄的驱 动力F正好通过曲柄的转动中心A →不能产生使曲柄转动的力矩。
五.平面四杆机构的特点及应用 1.特点: 优 1)低副，成本低，精度高； 点 2)面接触,利于润滑及减少磨损,传载大,可靠性高。
缺点: 不能精确实现任意运动规律。
2.应用: 1）实现已知运动规律 2）实现给定点的运动轨迹
应用: 1.手动冲床： ← 两个四杆机构组成 （双摇杆～+摇杆滑 块机构）
2.筛料机构： 六杆机构←两个四杆 机构组成（双曲柄～
附件 机架
三、课程的地位 基础： 制图、力学、金属工艺学...
机械设计基础是技术基础课
专业课 四、学习方法（机械原理）
•培养运动想象力 •培养各学科知识综合应用能力 •步步为营 1.基本概念: 机器、机构、构件、零件 2.机器、机构的基本特征
第二章 平面连杆机构
主要内容:1.平面四杆机构的基本型式及演变 2.平面四杆机构主要特性 3.平面四杆机构的设计
+曲柄滑块～）
2-4 平面四杆机构的设计 P.30
根据给定的运动条件→运动简图的尺寸参数
实现已知(从动件)运动规律 (位置,速度,加速度)
实现给定点的运动轨迹
→ 解析法→精确 作图法→直观 ※ 实验法→简便
一.按照给定的行程速比系数设计四杆机构(作图法) √ 二.按给定连杆位置设计四杆机构(作图法) √
(2)最短杆在机架邻边→曲柄摇杆机构
(3)最短杆在机架对边 →双摇杆机构
实例分析: AB＝70, BC＝90, CD＝110, AD＝40
∵AD＋CD＝40＋110＝150＜AB＋BC＝160
C
当：①AD为机架
→双曲柄～ B
②AB或DC为机架 →曲柄摇杆～
③BC为机架
→双摇杆～ A
D
§２－３铰链四杆机构的演变 ｐ.26
图2-5
曲柄摇杆机构摇杆主动→死点
死点 → 机构运动卡死 机构运动不确定
措施 → 飞轮
图2-4曲柄摇杆机构
自身惯性
存在死点条件：有极限位置（从动件与连杆共线）
三、压力角和传动角 p.22倒6, 图2-7
1.压力角α－ 作用在从动件上的驱动力F与该力作用
点绝对速度VC之间所夹的锐角。
分析：BC是二力杆,驱动
力F 沿BC方向
VC沿导轨(⊥CD) α↓→有效力F·cosα↑
→压力角α 作业：2-3, 2-4 p.35
→（方便）传动角 γ = 90°－ α (α的余角) 2.传动角γ－ 连杆与从动杆所夹锐角
F
γ ↑ →有效力F·sin γ ↑ → γ ≥ 40°
B
B
C
C
VC
A
α VC
F
A
D
压力角（）：从动件受力作用点的速度方位线与力 的作用线所 夹的锐角。
基本类型 →铰链四杆机构（全由转动副相联）
(－)铰链四杆机构
(二)曲柄摇杆机构的主要特性
(－)铰链四杆机构 p.20
－全由转动副相联的平面四杆机构
基 机架－参考系（固定件）
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本 构
连架杆－与机架相联
件 连杆－不与机架相联 连架杆 B
1
机架、连杆、连架杆
A
曲柄 摇杆(摆杆) (整转) (摆转)
连杆
2
C 连架杆
C D
四.按给定点的运动轨迹 设计四杆机构 P.34
3
4
D
机架
连 曲柄：可回转360°的连架杆 架 摇杆：摆角小于360°的连架杆 杆 滑块：作往复移动的连架杆
一.铰链四杆机构基本类型 （按连架杆类型）
铰链四杆机构
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
双摇杆机构
一曲一摇
二曲
二.(铰链四杆机构)演变类型
二摇
1.曲柄摇杆机构： 连架杆 ┌曲柄→(一般)原动件→匀速转动
当杆1处于AB ’ 位置→ △AC ’ D
→┌(l2－l1) ＋l3 ≥l4 →┌l1＋l4≤l2＋l3 (2-3)
└(l2－l1) ＋l4 ≥l3 └l1＋l3≤l2＋l4 (2-4) 当杆1处于AB ”位置→ △AC ”D
C
C”
→ l1＋l2≤l3＋l4
三式相加 → ┌ l1≤l2
L1最短
│ l1≤l3 └ l1≤l4
本章重点:平面四杆机构主要特性和设计 本章难点:平面四杆机构的设计
第二章 平面连杆机构
铰链四杆机构的基本型式 铰链四杆机构有整转副的条件 铰链四杆机构的演变 平面四杆机构的设计
§2-1铰链四杆机构的基本型式 p.20
平面连杆机构－平面机构+低副联接 (转动、移动副) 最常用→平面四杆机构（ 四个构件→四根杆)
连杆给定的三个位置
C1
铰点已给定
步骤：
B1
1.连接 B1B2 ,B2B3
,C1C2,C2C3 2.作各连线中垂线
3.B1B2, B2B3中垂线 之交点即为点A
C2 B2
B3 C3
D 唯一解
4.C1C2,C2C3中垂线 之交点即为点D
5.连接AB1C1D即为 A
B
所求
(选作)作业2-6(1) P.36 A
└摇杆→(一般)从动件→变速往复摆动
(天线→摇杆)→调整天线 俯仰角的大小
放映机
图2-3雷达调整机构
2 . 双曲柄机构： 连架杆均为曲柄→ ┌主动曲柄: 匀速转动
└从动曲柄: 变速转动
例: 惯性筛中的铰链四杆机构→从动曲柄3变速转动 →使筛子6产生加速度 →使不同材料因惯性不同而筛分
3.双摇杆机构－连架杆均为摇杆
例: 门式起重机的变速机构: CD(杆3)为原动件, 悬挂重 物的E 点在连杆上→保持E点运动轨迹在近似水平线上。 （平移货物→平稳、减小能量消耗）
二.(铰链四杆机构)演变类型
2C
B
3
1
A
4
D
→铰链四杆机构
（全由转动副相联）
B
1
2
C
A
4
3
曲柄滑块机构
导杆机构 偏心轮机构
（二）曲柄摇杆机构的主要特性 P.21