1、第二章平面连杆机构及其分析与设计,第一节概述 连杆机构(Linkages)是由若干刚性构件用低副(转动副、移动副、球面副、球销副或螺旋副等)联接组成的机构。 连杆机构应用十分广泛。连杆机构的传动特点,连杆机构的分类 按构件之间的相对运动关系分,平面连杆机构(Planar linkage),空间连杆机构(Spatial linkage), 按机构中是否含有单副构件分,闭链型连杆机构(Closed chain linkage),开链型连杆机构(Open chain linkage),本章讨论重点是闭链型的平面连杆机构主要内容 平面连杆机构的基本结构和类型选择 机构的型综合(Type synthes
2、is)或机构的选型(Type selection)。 平面连杆机构的基本特性及其分析方法 结构分析(Structural analysis)、运动分析(Kinematic analysis)和力分析(Force analysis)。 平面连杆机构的尺度综合 得到能满足设计要求的机构运动简图参数(Parameters of kinematic sketch)。,一、平面连杆机构的基本结构 由N个构件组成的平面连杆机构称为平面N杆机构，如平面四杆机构、平面六杆机构等等。有关机构构件和运动副的其它名称和概念,曲柄,连杆,摇杆,铰链四杆机构,曲柄(Crank)能相对于机架作整周转动的连架杆。,连架杆(
3、Side link)用低副与机架相联接的构件。,摇杆(Rocker)不能相对于机架作整周转动的连架杆。,连杆(Coupler )不与机架联接的构件。,整转副(Fully rotating pair)联接的两构件能相对作整周转动的运动副。,整转副,摆转副,整转副,摆转副,摆转副(Partially rotating pair)联接的两构件不能相对作整周转动的运动副。,曲柄滑块机构,滑块(连架杆),固定导杆(导轨),摆动导杆机构,滑块(连杆),摆动导杆(连架杆),平面连杆机构中的连架杆常作为运动和动力的输入构件(主动件)与输出构件(从动件)。机构主动件与从动件的运动学性质在很大程度上决定了机构的性
4、质与用途。平面连杆机构常以连架杆尤其是从动件的运动特征来定义机构的名称。,曲柄摇杆机构(Crank-rocker mechanism),双摇杆机构(Double-rocker mechanism),机架,曲柄,机架,摇杆,摇杆,摇杆,双曲柄机构(Double-crank mechanism),曲柄,曲柄,曲柄滑块机构(Slider-crank mechanism),滑块,曲柄,曲柄摆动导杆机构(Crank-and-oscillating guide-bar mechanism),双滑块机构(Double-slider mechanism),曲柄,摆动导杆,滑块,滑块,平面四杆机构是能实现各种运
5、动形式转换的最简单的连杆机构。平面四杆机构最基本的结构型式铰链四杆机构(Revolute four-bar mechanism)四个运动副都是转动副的四杆机构。,铰链四杆机构,双摇杆机构,双曲柄机构,曲柄摇杆机构,二、平面四杆机构的演化在工程实际中，还常常采用多种不同外形、构造和特性的四杆机构。这些四杆机构都可以看作是由铰链四杆机构通过各种方法演化而来，掌握这些演化方法，有利于对连杆机构进行创新设计。改变构件形状和运动尺寸的演化方法运动副元素逆换的演化方法改变运动副尺寸的演化方法 选用不同构件为机架的演化方法,三、平面多杆机构多杆机构，特别是相对较为简单的平面六杆机构，常常能解决平面四杆机构难
6、以解决的一些设计问题。如何获得平面多杆机构,平面铰链四杆闭链,平面多杆闭链,选用不同的构件为机架用其它运动副代换铰链,平面多杆机构,多杆机构的类型及结构多杆机构的功用,第二节平面连杆机构的工作特性,运动特性传递和变换运动。传力特性实现力的传递和变换。了解平面连杆机构运动特性和传力特性的意义指导正确选择平面连杆机构的类型，进行机构设计。,一、运动特性1. 转动副为整转副的条件 机构中具有整转副的构件是关键构件。具有整转副的连架杆即为曲柄。机构中有没有曲柄，有多少曲柄，是一个十分重要的问题。影响平面铰链四杆机构中曲柄存在的因素 构成四杆运动链的各构件长度 运动链中选取的机架与其它构件的相对位置铰链
7、四杆机构具有整转副和曲柄存在条件的讨论, AD杆为最短杆(0AD 20),例1 已知铰链四杆机构ABCD，其中AB20mm，BC50mm，CD40mm,AD为机架。改变AD杆长，分析机构的类型变化。,机构有整转副的条件：AD50 2040,AD10mm,最长杆,整转副,整转副,最短杆,双曲柄机构, AD杆长介于最短杆与最长杆之间(20AD50),机构有整转副的条件：2050 AD40,AD30mm,最短杆,最长杆,整转副,整转副,曲柄摇杆机构, AD杆为最长杆(50 AD110),机构有整转副的条件：AD204050,最长杆,最短杆,AD70mm,整转副,整转副,曲柄摇杆机构,当10AD30和
8、70AD110时，由于不满足杆长条件，机构无整转副，为双摇杆机构。思考带导杆的四杆机构具有整转副的条件,2. 急回运动特性,曲柄摇杆机构,极限位置1连杆与曲柄拉伸共线,极限位置2连杆与曲柄重叠共线,极位夹角 机构从动件处于两极限位置时，主动件在对应位置所夹的锐角。,工作行程(慢行程)曲柄转过180，摇杆摆角，耗时t1，平均角速度m1 t1,180,180,返回行程(快行程)曲柄转过180，摇杆摆角，耗时t2，平均角速度m2 t2,常用行程速度变化系数(Advance-to return-time ratio)K来衡量急回运动的相对程度。,设计具有急回要求的机构时，应先确定K值，再计算。,180
9、,180,曲柄滑块机构的极位夹角,180,180,摆动导杆机构的极位夹角,摆动导杆机构 ,慢行程,快行程,慢行程,快行程,思考对心式曲柄滑块机构的极位夹角,3. 运动的连续性,设计曲柄摇杆机构时，不能要求从动摇杆在两个不连通的可行域内运动。摇杆在哪个可行域内运动，取决于机构的初始位置。,摇杆运动可行域,摇杆运动可行域,摇杆运动非可行域,摇杆运动非可行域,二、传力特性 1. 压力角和传动角,有效分力 F Fcos Fsin 径向压力 F Fsin=Fcos 角越大， F 越大， F 越小，对机构的传动越有利。连杆机构中，常用传动角的大小及变化情况来衡量机构传力性能的优劣。,压力角作用在从动件上的
10、力的方向与着力点速度方向所夹锐角。传动角 压力角的余角。,传动角 出现极值的位置及计算,min为1和2中的较小值者。为了保证机构具有良好的传力性能，设计时通常要求min 40；对于高速和大功率传动机械，min 50。,传动角总取锐角,2. 死点(Dead point)位置, = 0,连杆与曲柄在两个共线位置时，主动件摇杆通过连杆作用于从动件曲柄上的力F通过其回转中心， 0，曲柄不能转动。, = 0,不管在主动件上作用多大的驱动力，都不能在从动件上产生有效分力的机构位置，称为机构的死点位置。,如何使机构顺利通过死点位置？,利用飞轮惯性,机构错位排列,利用死点位置,飞机起落架,钻孔夹具, 0,3.
11、 机械增益(Mechanical advantage)当所设计的机构用于传力或夹紧时，通常希望机构具有增力作用。MoutMin 或 FoutFin,机械增益(M.A.)的表达式PinMininMout outPout或 PinFinvinFout vout Pout,即,或,图示铰链四杆机构,一、平面连杆机构的功能及其应用根据平面连杆机构的功能与用途分类,第三节 平面连杆机构的功能与运动分析,常用两连架杆的传动函数来反映传动机构的基本传动特性，以连杆作为导引物体运动的主要构件。,传动机构(Transmission mechanism)传递运动与动力,导引机构(Guidance mechanis
12、m)导引物体运动,平面连杆机构的功能可以归纳为以下四个方面 实现运动形式的转换和运动性质的变换 实现运动规律的变换和运动函数的再现 实现轨迹运动 导引刚体按一定的位置和姿态运动,(一) 实现多种运动形式的转换和运动性质的变换 1. 转动转动输入转动与输出转动运动参数相同,火车车轮联动机构平行四边形机构Parallel-crank mechanism,十字滑块联轴器双转块机构Double rotating block mechanism,输入转动与输出转动运动参数不同,车门启闭机构反平行四边形机构Anti parallel-crank mechanism,惯性振动筛非平行四边形机构Nonpara
13、llel-crank mechanism,输入转动与输出转动运动参数不同,小型刨床转动导杆机构Rotating guide-bar mechanism,旋转式叶片泵双曲柄机构,输出转动运动参数可变,单万向联轴器Single universal joint,双万向联轴器Double universal joint,2. 转动往复运动转动变换为往复移动,对心式曲柄滑块机构In-line slider-crank mechanism,正弦机构Sine mechanism,雷达天线俯仰机构曲柄摇杆机构,转动变换为往复摆动,颚式破碎机曲柄摇杆机构,牛头刨床摆动导杆机构Rocking guide-bar
14、mechanism,转动变换为往复摆动,3. 往复运动转动,缝纫机踏板机构,往复摆动变换为转动,往复移动变换为转动,内燃机曲柄滑块机构,电风扇摇头机构双摇杆机构,汽车转向机构双摇杆机构,4. 摆动摆动,(二) 实现运动规律的变换与运动函数的再现机构中任意两构件的位置、速度和加速度存在着一一对应的函数关系。,正弦机构Sine mechanism,函数发生机构(Function generator)能够实现某种传动函数的机构。,通过两连架杆的角位置与位移量的关系再现正弦函数,近似再现函数 y lg x的平面四杆机构,通过两连架杆的角位移关系再现给定函数,用数学表达式描述机构的传动函数比较复杂，常用
15、直角坐标曲线来对机构的性能进行分析和比较。,以横坐标表示主动构件的角位移，纵坐标表示从动件的(角)位移、(角)速度和(角)加速度。位移线图(Displacement diagram)速度线图(Velocity diagram) 加速度线图(Acceleration diagram)统称为运动线图(Motion diagram)。,对心式曲柄滑块机构,lAB0.2mlBC0.6m20rads,(三) 实现轨迹运动,搅拌机机构曲柄摇杆机构,摄影机抓片机构曲柄摇杆机构,鹤式起重机双摇杆机构,契贝谢夫四足步行机构多杆机构Multi-bar linkage,(四) 导引刚体实现一定的位置姿态要求,摄影平
16、台升降机构平行四边形机构,(五) 平面连杆机构的其它应用,翻斗车翻转机构摇块机构Rocking-block mechanism,车门启闭机构曲柄滑块机构,飞机起落架机构双摇杆机构,滑块内置偏心轮机构曲柄滑块机构,二、平面连杆机构的运动分析对机构进行运动分析的目的 校核所设计的机构是否达到预期的运动要求 为机械运动性能和动力学性能研究提供必要的参数 为正确选用机构提供依据等 运动分析要解决的问题 掌握必要的运动分析的方法及其相关理论 确定机构上任意点的轨迹(Path)、位置(Position)、位移(Displacement)、速度(Velocity)、加速度(Acceleration) 计算机
17、构中任意构件的角位置(Angular position)、角位移(Angular displacement)、角速度(Angular velocity)、角加速度(Angular acceleration),位移分析 考察某构件或构件上某点能否实现预期的位置和轨迹要求 确定某些构件在运动时所需的空间 判断各构件之间是否发生运动干涉 确定机器的外壳尺寸 速度分析 确定机构中从动件速度的变化能否满足工作要求 进行加速度分析及确定机器动能的前提 加速度分析 进行构件惯性力计算的前提 对机械的强度、振动和动力性能进行计算提供依据,机构运动分析的方法 实验法(Experimental method) 图
18、解法(Graphical method) 解析法(Analytical method),图解法的适用场合 为运动分析解析法建立分析模型和进行校核。 确定或验证机构运动的某些特殊参数。例如确定从动件的运动极限位置、构件的行程或角位移范围、机构急回运动参数、机构死点位置、了解构件在运动中的位置与姿态、机构的瞬时传动比及构件的瞬心位置等等。 分析精度与作图精度有关。作图时应确定恰当的作图比例尺ll构件的实际长度(m)/构件作图的实际长度(mm) 按作图比例尺，准确地绘制有足够精度的清晰的机构运动简图 。,例2 已知铰链四杆机构ABCD，AB10mm，AB为原动件BC40mm，CD30mm，AD35m
19、m，AD为机架，判断该铰链四杆机构的类型？用图解法求作从动件CD的最大角位移。,解 1)ABBC50mmCDAD65mm，AB杆上的转动副A、B是整转副，CD杆上的转动副C、D是摆转副。该机构是曲柄摇杆机构，AB是曲柄，CD是摇杆。,(一)平面连杆机构的位移分析,2)选择适当的长度比例尺l，在图纸上的适当位置水平画出机架AD(35l)mm，以D为圆心，摇杆CD(30l)mm为半径画圆。,3)以连杆与曲柄长度之和(BCAB)l (50l)mm和连杆与曲柄长度之差(BCAB)l(30l)为半径，以A为圆心画圆弧，与以摇杆长CD画的圆交于C1、C 1 和C2、C 2。,得到四杆长度相同，但装配形式不
20、同的两个曲柄摇杆机构ABCD和ABCD。,极位夹角,摇杆摆角,例3 已知摆动导杆机构导杆的摆角60，机架AD300mm，求作该机构的机构运动简图，并计算其行程速度变化系数K之值。,解 1)在图纸上选择合适的位置作导杆摆角C DC =，得导杆摆动中心铰链位置D。,2)过D作CDC的角平分线Da，选择适当的l，在角平分线上作DA(dl)mm，得曲柄AB的转动中心铰链位置A和曲柄长度 ABABl 150mm。导杆长度应大于300150450mm。作出机构运动简图。,3)极位夹角 60，行程速度变化系数 K=2。,例4 已知偏置式曲柄滑块机构偏距为e，曲柄与连杆长度分别为AB、BC，求作该机构的极位夹
21、角 和滑块行程H。,解 1)在图纸上合适的位置确定曲柄转动中心的位置A，选择适当的长度比例尺l作与A的距离为el的导轨直线dd 。,2)以A为圆心，以(BCAB)l和(BCAB)l为半径画圆弧，与直线dd分别交于C1点和C2点。作出机构运动简图。, C1AC2,H=C1C2 l,(二) 平面连杆机构的速度分析和加速度分析 方法速度瞬心法、相对运动图解法、杆组法 1. 平面连杆机构速度分析的瞬心法 瞬心(Instant center)法是对机构进行速度分析的一种图解法。应用瞬心法分析简单平面机构的速度，非常简便清晰。 速度瞬心 速度瞬心的概念瞬心位置的确定,例5 求图示六杆机构的速度瞬心。, 直
22、接观察求瞬心, 三心定理求瞬心,解 瞬心数N6(65) 215 作瞬心多边形圆,例6 图示铰链四杆机构，原动件1以1沿顺时针方向转动，求机构在图示位置时构件3的角速度3的大小和方向。,解 瞬心数N4(43)26 直接观察求出4个瞬心, 用三心定理确定其余2个瞬心,P12、P23、P13 P14、P34、P13,P13,P12、P14、P24 P23、P34、P24,P24, 瞬心P13的速度 VP13l(P13P14)1l(P13P34)3,31(P13P14)(P13P34),机构瞬时传动比,例7 已知凸轮转速1，求从动件速度V2。,解 瞬心数N3(3-2)23 直接观察求出P13、P23,
23、 根据三心定理和公法线nn求瞬心P12的位置, 瞬心P12的速度 V2VP12l(P13P12)1,长度P13P12直接从图上量取。,用瞬心法解题步骤 绘制机构运动简图 确定瞬心位置 求构件绝对速度V或角速度 瞬心法的优缺点 适合于求简单机构的速度，机构复杂时因瞬心数急剧增加而使求解过程复杂 有时瞬心点落在纸面外，造成求解困难 不能用于机构加速度分析,2. 平面连杆机构速度分析和加速度分析的相对运动图解法 理论基础 点的绝对运动是牵连运动与相对运动的合成 步骤 选择适当的作图比例尺,绘制机构位置图 列出机构中运动参数待求点与运动参数已知点之间的运动分析矢量方程式(Vector equation
24、) 根据矢量方程式作矢量多边形(Vector polygon) 从封闭的矢量多边形中求出待求运动参数的大小或方向, 矢量方程图解法 矢量方程,每一个矢量具有大小和方向两个参数，根据已知条件的不同，上述方程有以下四种情况,大小 ? 方向 ? ,大小 ? ? 方向 ,大小 方向 ? ?,大小 ? 方向 ? , 同一构件上两点之间的运动关系, 速度关系,大小 方向,?,?,BA,选速度比例尺v(msmm)，在任意点p作图，使vA v pa,由图解法得到,B点的绝对速度vBv pb，方向pb,B点相对于A点的速度vBAvab，方向ab,大小 ? ?方向 ? CA,方程不可解,牵连运动,相对运动,联立方
25、程,由图解法得到,C点的绝对速度vCv pc，方向pc,C点相对于A点的速度vCAvac，方向ac,大小 ? ?方向 ? CB,大小 ? ? ?方向 ? CA CB,C点相对于B点的速度vCBvbc，方向bc,方程不可解,方程可解,同理,因此 abAB=bcBC=caCA,于是abcABC,角速度=vBALBA=v abl AB，顺时针方向,=v cal CA=v cblCB,速度多边形,速度极点(速度零点), 联接p点和任一点的向量代表该点在机构图中同名点的绝对速度，指向为p该点。, 联接任意两点的向量代表该两点在机构图中同名点的相对速度，指向与速度的下标相反。如bc代表vCB而不是vBC。
26、常用相对速度来求构件的角速度。,速度多边形(Velocity polygon)的性质, abcABC，称abc为ABC的速度影像(Velocity image)，两者相似且字母顺序一致，前者沿方向转过90。, 速度极点p代表机构中所有速度为零的点的影像。,举例求BC中间点E的速度,速度影像的用途对于同一构件，由两点的速度可求任意点的速度。,bc上中间点e为E点的影像,联接pe，就代表E点的绝对速度vE。, 加速度关系设已知角速度，A点加速度aA和B点加速度aB的方向。A、B两点间加速度关系式,大小 方向,选加速度比例尺a (ms2mm)，在任意点p作图，使aAa pa，anBA=aab,2LA
27、B,aBa pb， 方向pb,?,BA,?,BA,aBAa ab， 方向ab,atBAa bb，方向bb,由图解法得到,大小 方向,?,2LCA,CA,?,CA,大小 方向,?,2LCB,CB,?,CB,联立方程,大小 ? ? ?方向 ? ,由图解法得到,aC a pc，方向pc,atCA a cc，方向cc,atCB a cc，方向cc,方程不可解,方程不可解,方程可解,角加速度 atBALBA= abbl AB，逆时针方向,因此 abLAB bcLCB acLCA,于是abcABC,加速度极点(加速度零点),加速度多边形,加速度多边形(Acceleration polygon)的性质, 联
28、接p点和任一点的向量代表该点在机构图中同名点的绝对加速度，指向为p该点。, 联接任意两点的向量代表该两点在机构图中同名点的相对加速度，指向与加速度的下标相反。如ab代 表aBA而不是aAB。常用相对切向加速度来求构件的角加速度。, abcABC，称abc为ABC的加速度(Acceleration image)影像，两者相似且字母顺序一致。, 加速度极点p代表机构中所有加速度为零的点的影像。,加速度影像的用途对于同一构件，由两点的加速度可求任意点的加速度。,举例求BC中间点E的加速度,bc上中间点e为E点的影像,联接pe，就代表E点的绝对加速度aE。, 两构件上重合点之间的运动关系,转动副,移动
29、副,重合点,重合点, 速度关系,大小 方向,?CB,21LABAB,?BC,B3点的绝对速度vB3v pb3，方向pb3,由图解法得到,B3点相对于B2点的速度vB3B2v pb3，方向b2 b3,3v pb3LBC，顺时针方向,牵连运动,相对运动, 加速度关系a,大小方向,?,23LBC BC,? CB,21LAB BA,? BC,2vB3B23 ,akB3B2的方向为vB3B2 沿3转过90,由图解法得到,aB3 a pb3，,arB3B2akb3， BC,3atB3LBC ab3b3LBC，顺时针方向,结论 当两构件用移动副联接时，重合点的加速度不相等。,哥氏加速度的存在及其方向的判断,
30、用移动副联接的两构件若具有公共角速度，并有相对移动时，此两构件上瞬时重合点的绝对加速度之间的关系式中有哥氏加速度ak。,判断下列几种情况取B点为重合点时有无哥氏加速度ak。,牵连运动为平动，无ak,牵连运动为平动，无ak,牵连运动为转动，有ak,牵连运动为转动，有ak,牵连运动为转动，有ak,牵连运动为转动，有ak,牵连运动为转动，有ak,牵连运动为转动，有ak,平面连杆机构运动分析的相对运动图解法举例1,用相对运动图解法进行机构运动分析的一些关键问题, 以作平面运动的构件为突破口，基点和重合点都应选取该构件上的铰链点。使无法求解。,例如,大小： ? ? ? 方向： ? ? ,? ? ,如选取
31、铰链点作为基点时，所列方程仍不能求解，则此时应联立方程求解。,方程不可解,方程可解,大小 ? ? 方向 ? , ? ? ?,方程可解, 重合点应选已知参数较多的点(一般为铰链点) 。,选C点为重合点,大小 ? 方向 ?,? ,? ,方程不可解,大小 ? 方向 , ,? ,方程可解,选B点为重合点，并将构件4扩大至包含B点,取C为重合点,大小 ? ? ? 方向 ? ,方程不可解,大小? ? 方向? ,取构件3为研究对象,方程不可解,将构件4扩大至包含B点，取B点为重合点,方程可解,大小 ? 方向 , ,? ,平面连杆机构运动分析的相对运动图解法举例2,3. 平面连杆机构速度分析和加速度分析的解析
32、法 图解法的缺点 分析精度较低 加速度分析困难、效率低，不适用于一个运动周期的分析 不便于把机构分析与机构综合问题联系起来,随着对机构设计要求的不断提高以及计算机技术的不断发展，解析法得到愈来愈广泛的应用，成为机构运动分析的主要方法。,解析法思路 由机构的几何条件，建立机构的位置方程(Position equation) 将机构的位置方程对时间求一阶导数，得到机构的速度方程(Velocity equation)；对时间求二阶导数得到机构的加速度方程(Acceleration equation) 求解方程，得到所需要的分析结果方法向量投影法、复数法、矩阵法、基本杆组法等。,机构运动分析的基本杆组
33、法原理将基本杆组的运动分析模型编成通用的子程序，根据机构的组成情况依次调用杆组分析子程序，完成整个机构的运动分析。 特点运动学模型具有通用性的，适用于任意复杂的平面连杆机构。,类型 简 图 矢量三角形中的已知量,RRR组,PPR组,PRP组,RPR组,RRP组, ? ?, ? ? , ? ?,? ? ,? ?,建立机构运动分析方程主要采用矢量投影，即用矢量表示刚体，用封闭矢量表示杆组，通过向坐标轴投影得到运动分析方程表达式。 符号及约定,角运动参数规定逆时针方向为正值。,点Pi,速度,加速度,角速度,刚体Si,角加速度,位置,角位置, 平面运动刚体的运动分析方程,待求参数(P2、P3点的运动参
34、数),步骤：1)建立P2及P3点的位置坐标,P2、P3点的位置方程,已知参数(P1点的运动参数、刚体几何参数和运动参数),2)将位置方程对时间连续求导,利用上述方程，可求出曲柄上任意两点P2、P3的运动参数。,P2、P3点的速度方程,P2、P3点的加速度方程,待求参数(内接运动副P3的运动参数，两构件角运动参数),步骤： 1)求1 将杆组用封闭矢量三角形表示，求出 P1到P2的距离d, RRR组运动分析方程,已知参数(外接运动副P1、P2的运动参数，两构件几何参数),同一长度的r1、r2有两种装配模式,在计算机程序中，用给定装配模式系数M的方法来确定上式中的正负号。,构件1的角位置方程,或者,
35、2)求(x3,y3)和2,P3点的位置方程,3)求,由P3点的位置方程和构件1、2的角位置方程对时间求导，代入已知条件可解出各运动参数。,构件2的角位置方程, RRP组的矢量表示及装配模式的确定,P2点在以r1为半径的圆内,P2点在以r1为半径的圆外, RPR组的矢量表示及装配模式的确定,例8图示六杆机构，已知：,LAB=80mmLBC=260mmLCD=300mmLDE=400mmLEF=460mm1=40rad/s，逆时针转动,求该机构在一个运动循环中,sF、vF 、aF、2、3、 4、2 、3、4,解 建立坐标系, 拆分杆组，确定计算步骤,原动件曲柄1、机架6，驱动杆组,构件2、3，RR
36、R组,构件4、5，RRP组, 确定装配模式, 画出计算流程图，编制计算程序。,开始,输入已知数据,调用曲柄运动分析子程序计算B点的位置、速度和加速度,11,M1调用RRR组运动分析子程序计算构件2、3的角速度和角加速度,调用刚体运动分析子程序计算E点的位置、速度和加速度,M1调用RRP组运动分析子程序计算构件4的角速度和角加速度及滑块5的位置、速度、加速度,1 360,输出计算结果并打印数据表及运动线图,结束,Y,N,1 11,三、平面四杆机构的合理选用 平行四边形机构、双转块机构均能实现主从动件运动参数不变的运动传递。,连杆质心的惯性力容易实现完全平衡，适合于转速较高的场合.,十字滑块其质心
37、产生的惯性力大，不能被完全平衡，对机构运动的平稳性影响较大，不适用于高速。, 在曲柄长度和曲柄角速度相同的条件下，曲柄滑块机构的速度最大值和加速度最大值均比正弦机构大。, 偏置式曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构和摆动导杆机构均能实现从动构件的急回运动，但从保证机构具有良好的运动性能方面考虑，偏置式曲柄滑块机构和曲柄摇杆机构的行程速度变化系数K不能太大，通常不超过1.3。摆动导杆机构的K值可以达到2.0左右。,导杆机构是能使往复运动从动构件实现较大K值的急回运动，且运动性能和动力性能都比较好的四杆机构。, 平行四边形机构的连杆可作刚体平移导引，其它平面四杆机构的连杆能实现复杂平面轨迹运动和刚体的导引，
38、但曲柄摇杆机构的连杆曲线变化最丰富、最复杂，并且有比较系统、详细的手册可以查阅，故最富有应用价值。, 双滑块机构还可以实现两个不同方向移动的运动变换。,第四节平面连杆机构的力分析,力分析的必要性 作用在机械上的力是影响机械运动和动力性能的主要因素 作用在机械上的力是决定构件尺寸和结构形状的重要依据,一、机械中的摩擦及传动效率(一) 作用在机构上的力原动力、生产阻力、重力、摩擦力、介质阻力、惯性力、运动副反力等,按力对运动的影响分类驱动力(Driving force)驱使机械运动，力作用线与构件运动速度方向夹角为锐角。与构件角速度方向一致的力矩称为驱动力矩(Driving moment)。阻力(
39、Resistance)阻碍机械运动，力作用线与构件运动速度方向夹角为钝角。与构件角速度方向相反的力矩称为阻力矩(Resistance moment)。阻力类型有效(工作)阻力(Effective resistance)机械在运转过程中为完成有益工作而必须克服的生产阻力。有害阻力(Detrimental resistance)机械在运转过程中所受到的非生产性无用阻力。,作用在运动副中的力约束反力(Constrained force)作用在运动副元素上的力。对机构而言，约束反力是内力(Internal force)；对构件而言，约束反力是外力(External force)。附加动压力(Addit
40、ional kinetic pressure)仅由惯性力(矩)引起的约束反力。 约束反力类型法向力(Normal component force)垂直于运动副元素表面的不作功的约束反力。切向力(Tangential component force)切于运动副元素表面的摩擦力。总反力(Total reaction force)计入摩擦力的约束反力。,力分析的任务和目的 确定运动副中的反力，为进一步研究构件强度、运动副中的摩擦、磨损、机械效率、机械动力性能等作准备。 确定在已知外力作用下，为了使机械按给定的运动规律运动所必需添加的未知外力(机械的平衡力),以便在已知生产负荷的情况下确定原动机的最小
41、功率；或由原动机的功率来确定机械所能克服的最大生产阻力。,(二) 低副中的摩擦 移动副中的摩擦力和总反力移动副中摩擦力的确定 转动副中的摩擦力与总反力轴颈的摩擦轴端的摩擦, 螺旋副中的摩擦螺纹用途传递动力或联接牙型,旋向,可以将螺旋副的摩擦分析简化为斜面摩擦来分析,螺纹的拧紧螺母在F和G的联合作用下，逆着G等速向上运动。,螺纹的拧松螺母在F和G的联合作用下，顺着G等速向下运动。,拧紧力矩M,拧松力矩,(三) 高副中的摩擦平面高副摩擦力的确定,(四) 机械传动效率和自锁机械效率(Mechanical efficiency)克服工作阻力所作的有益功与输入功的比值。 概念运动周期(Motion pe
42、riod) 运动循环(Motion circle)质量不变的机械系统稳定运转时期Ad=Ar+Af,机械效率公式的其它表达形式,输入端,输出端,用功率比值表示,1. 机械效率的表达形式 由机械效率定义导出的表达形式,用力(力矩)的比值表示 理想机械，工作阻力G一定时,实际机械,理想机械，驱动力F一定时,实际机械,2. 机械系统的机械效率, 串联, 并联, 混联先分别计算，合成后按串联或并联计算,串联计算,3. 机械的自锁(Self-locking)机械自锁现象和条件 机械是否发生自锁，与其驱动力的作用线的位置及方向有关。机械出现自锁时，驱动力所作的功总小于或等于它所产生的摩擦阻力所作的功。即 0
43、注意此时的已没有通常效率的意义。,自锁的工程意义 设计新机械时，应避免在运动方向出现自锁，而有些机械要利用自锁进行工作。,机械的正行程和反行程正行程(Drive，Running)当驱动力作用在原动件上，而运动从原动件到从动件传递时的行程。 反行程(Reverse drive，Reverse running)当正行程的生产阻力作为驱动力作用在原来的从动件上，而运动向相反方向(即从正行程的从动件到原动件)传递时的行程。机械正行程和反行程的机械效率一般并不相等。,设计要求正行程，机械效率大于零。反行程，根据使用场合既可使其机械效率大于零，也可使其机械效率小于零。自锁机械反行程能自锁的机械。根据机械自锁条件可以对自锁机构的几何参数进行设计。斜面压榨机的自锁分析,
