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1、机 械 原 理,试讲人：XXXXX大学 XX学院,平 面 连 杆 机 构,运动及动力特性,基本类型及其演化,发展史、研究对象和内容,绪 论,平面四杆机构的设计,1.1 机械发展的历史回顾,1.2 研究对象,“机械原理”(Mechanical Principle)研究的对象是机械。机械是机器和机构的总称，可以实现能量转换或完成有用机械功，具有确定的运动。下图所示为一内燃机示意图，主要由以下机构组成：活塞、连杆、曲轴等组成连杆机构；凸轮、推杆和机架组成凸轮机构；齿轮和机架等组成齿轮机构。,1.2 研究对象,除了机器外，实际中存在下图所示的椭圆规，它们借助于人力驱动实现某些特定的功能。这些装置我们称
2、之为机构。,机器的特征：1.它们是由零件人为装配组合而成的实物体；2.各实物体之间具有确定的相对运动；3.能完成有用的机械功或转化机械能。机构的特征：机构具有机器特征中的前两个特征。机器与机械的共有特征决定了机器与机构可以统称为机械。,1.3 研究内容,1.机构的运动设计 机构的组成 典型机构的类型、特点、功能及运动设计方法2.机构的动力设计 机械运转过程中若干动力学问题 改善机械动力性能的设计方法 机械的平衡 机械速度波动调节 机械系统的动力分析3.机械系统方案设计 设计内容 设计方法 设计思想 设计过程,方案A,方案B,方案C,最佳方案,平 面 连 杆 机 构,运动及动力特性,基本类型及其
3、演化,发展史、研究对象和内容,绪 论,平面四杆机构的设计,2.1 平面连杆机构及其演化,例：机械马,2.1 平面连杆机构及其演化,A,B,C,D,AD：机架；AB、CD：连架杆；BC：连杆；连架杆：定轴转动连 杆：平面一般运动,铰链四杆机构,平面连杆机构是许多构件用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构。最简单地平面连杆机构是由四个构件组成的平面四杆机构。,优点：采用低副。承载大、便于润滑、抗磨损、形状简单、易加工并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。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
4、计复杂，难以实现精确的轨迹。,2.1 平面连杆机构及其演化,曲柄摇杆机构：具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构。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。,AD:机架；AB:曲柄；CD:摇杆；BC:连杆。,A,B,C,D,曲柄摇杆机构,雷达天线,2.1 平面连杆机构及其演化,双曲柄机构：若两连接杆均为曲柄，此时四连杆机构称为双曲柄机构。作用：将等速回转转变为等速或变速回转。如叶片泵、惯性筛等。,AD:机架；AB:曲柄；CD:曲柄；BC:连杆。,A,D,B,C,双曲柄机构,惯性筛,特例：平行四边形机构,2.1 平面连杆机构及其演化,特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动，如火车轮。,
5、A,D,B,C,A,B,C,D,AD:机架；AB:曲柄；CD:曲柄；BC:连杆。,平行四边形机构,火车轮,2.1 平面连杆机构及其演化,双摇杆机构：具有两个摇杆的铰链四杆机构。应用：铸造翻箱机构、风扇摇头机构等。特例：等腰梯形机构汽车转向机构。,双摇杆机构,A,D,B,C,AD:机架；AB:摇杆；CD:摇杆；BC:连杆。,A,B,D,C,E,汽车转向机构,2.1 平面连杆机构及其演化,(1)改变构件的形状和运动尺寸,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,=l sin,l,2.1 平面连杆机构及其演化,(2)改变运动副的尺寸,(3)选不同的构件为机
6、架,偏心轮机构,导杆机构,摆动导杆机构,转动导杆机构,曲柄滑块机构,曲柄滑块机构,摇块机构,整转副存在条件：,四杆长度满足杆长条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和。构成整转副的构件中必有一个是最短杆。,满足杆长条件时，最短杆两端分别是两个整转副。此时，若以最短杆或其相邻杆作机架，机构都存在曲柄。不满足杆长条件则没有整转副，获得双摇杆机构。,2.2 平面连杆机构运动及动力特性,A,B,C,D,a,b,c,d,若满足杆长条件：a+b c+d,以AD或BC作机架均存在曲柄,2.2 平面连杆机构运动及动力特性,急回特性：表示回程所用时间小于工作行程所用时间。,极位夹角：q（锐角）,曲柄工
7、作行程角：j1,曲柄回程角：j2,行程速比系数：K,A,B,C,D,2.2 平面连杆机构运动及动力特性,运动连续性：表示主动件连续运动时，从动件也能连续占据各个预期的位置。,可行域,传力特性：,Fn,v,F,g,a,压力角a：受力方向和运动方向所夹的锐角；传动角g：压力角的余角。,运动连续性,传力特性,死点：有效分力等于零，即a=90、g=0时四杆机构出于死点位置。,2.3 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)。,给定设计条件,设计方法,达到设计要求,2.3 平面四杆机构的设计,例：已知CD杆长L，摆角j及K，设计四杆机构。,计算1800(K-1)/(K+1);,任取一点D，作等腰三角形 腰长为CD，夹角为;,作P C1C2的外接圆，则A点必在此圆上。,以A为圆心，A C2为半径作弧交于E,得：l1=EC1/2 l2=A C1EC1/2,F,敬请各位专家批评指正！谢谢！,
