精密仪器仪表机构设计全册配套最完整精品课件3.ppt

1、精密仪器仪表机构设计全册 配套最完整精品课件3 精密机械设计基础 工具显微镜 三坐标测量机 为什么要学精密机械设计基础 圆柱度测量仪全自动影像仪 为什么要学精密机械设计基础 功能：测量范围，运动速度及其调节等。 测量精度及精度的耐久性。 精密仪器 第一章 平面机构的运动简图及自由度 （4课时） 第一节 概论 一.常用名词术语 1、机器 (machine) 2、机构 (mechanism) 3、机械 (machine and mechanism) 4、零件 (part) 5、构件 ( link) 二、研究对象和内容 1、研究对象 2、研究内容 三、本课程的性质和任务 6、层次关系 四、参考文献

2、The end 机器具有以下三个特征：机器具有以下三个特征： 常用名词术语 机器 它是人为的实物组合它是人为的实物组合； 凡是具有以上三个特征的，称为凡是具有以上三个特征的，称为机器。 它的各部分之间具有确定的相对运动它的各部分之间具有确定的相对运动； 它被用来代替或减轻人类的劳动去完成有用的机械功它被用来代替或减轻人类的劳动去完成有用的机械功 （如（如牛头刨床牛头刨床）或转换机械能（如）或转换机械能（如内燃机内燃机和电动机）。和电动机）。 内燃机 牛头刨床 缝纫机 数控机床 常用名词术语 机器 牛头刨床 内燃机 常用名词术语 机器 牛头刨床 常用名词术语 机器 内燃机 常用名词术语 机器 机

3、构 只具有机器前两个特征的，称为只具有机器前两个特征的，称为机构。如齿轮机构、连杆。如齿轮机构、连杆 机构、凸轮机构等。机器是由机构组成的。机构、凸轮机构等。机器是由机构组成的。 齿轮机构连杆机构凸轮机构 常用名词术语 机械 常用名词术语 撇开功、能关系，仅从结构、运动特性和受力状况撇开功、能关系，仅从结构、运动特性和受力状况 等等 方面进行分析，机器与机构并无区别。方面进行分析，机器与机构并无区别。 因此习惯上用因此习惯上用“机械机械”作为机器和机构的总称。作为机器和机构的总称。 机械 任何一种机械，基本上都是由任何一种机械，基本上都是由原动部分、传动部分和和 执行部分组合而成。组合而成。

4、常用名词术语 原动部分 执行部分 传动部分 零件 零件是指机器中每一个单独加工的单元体。它是最基是指机器中每一个单独加工的单元体。它是最基 本的实物。本的实物。 通用零件通用零件 (universal part) 专用零件专用零件 (special-purpose part) 零零 件件 常用名词术语 零件是零件是制造单元制造单元。 通用零件 各种类型的机械中各种类型的机械中普遍使用普遍使用的零件。如螺钉、轴、齿的零件。如螺钉、轴、齿 轮和弹簧等。轮和弹簧等。 螺钉轴齿轮弹簧 常用名词术语 专用零件 只在一定类型的机构中使用的零件。如飞机发动机只在一定类型的机构中使用的零件。如飞机发动机 上的

5、涡轮叶片、内燃机中的活塞、曲轴等。上的涡轮叶片、内燃机中的活塞、曲轴等。 叶片活塞 曲轴 常用名词术语 组成机构的各个相对运动部分，称为组成机构的各个相对运动部分，称为构件。 构件 视为一个构件 此构件由四个 不同零件组成 连杆体 连杆盖 螺钉 螺母 常用名词术语 构件可以是一个零件，也可以是几个零件组成的构件可以是一个零件，也可以是几个零件组成的刚性刚性 组合体。组合体。 构件（零件）构件（零件）机构机构机器机器 层次关系 常用名词术语 连杆机构 齿轮机构 凸轮机构 研究对象和内容 常用机构 通用零件 研究对象 导轨等导轨等 平面连杆机构平面连杆机构 摩擦轮传动和挠性传动摩擦轮传动和挠性传动

6、 齿轮传动齿轮传动 螺旋传动等螺旋传动等 弹性元件弹性元件 齿轮齿轮 研究内容 常用机构和通用零件的常用机构和通用零件的工作原理工作原理、机构特点机构特点、运动特性运动特性、 基本理论和计算方法基本理论和计算方法，并扼要介绍，并扼要介绍国家标准国家标准和有关规范。和有关规范。 研究对象和内容 具有分析和设计基本机构的能力，并且对机械运动方案的确具有分析和设计基本机构的能力，并且对机械运动方案的确 定有所了解。定有所了解。 本课程的性质和任务 性质：技术基础课。：技术基础课。 掌握通用零件的工作原理、特点、选用和设计方法，并初步掌握通用零件的工作原理、特点、选用和设计方法，并初步 具有一般简单机

7、械的设计能力；具有一般简单机械的设计能力； 具有运用手册、图册、标准和有关技术资料的能力。具有运用手册、图册、标准和有关技术资料的能力。 任务： 参考文献 1 1 裘祖荣主编，裘祖荣主编，精密机械设计精密机械设计，机械工业出版社，机械工业出版社，20092009 2 2 何献忠等著，何献忠等著，精密机械零件综合设计精密机械零件综合设计，兵器工业出版社，兵器工业出版社，19911991 3 3 杨可帧杨可帧 程光蕴主编，程光蕴主编，机械设计基础机械设计基础，高等教育出版社，高等教育出版社，19951995 4 4 薛实福薛实福 李庆祥主编，李庆祥主编，精密仪器设计精密仪器设计，清华大学出版社，清

8、华大学出版社，19901990 第二节 运动副及其分类 一、 运动副 1、运动副的定义 2、运动副的要素 3、运动副是怎样限制构件的自由运动的 二、运动副的分类 1、按运动空间分 2、按接触方式分 三、运动副与约束的关系 The end 使两构件互相接触，而又能保留一定相对运动的 联接（可动联接）叫做运动副(kinematic pair) 。 运动副的定义 用来限制构件的自由运动，即去除构件中不需要的运 动，而保留我们所期望的运动。 运动副的目的： 运动副好比人体的关节。人体的骨骼通过关节联接。 机构中的构件是通过运动副联接的。 运动副的定义 点、线、面 运动副的要素 运动副是怎样限制构件的自

9、由运动的 构件作任意平面运动时，其运动可分解为3个独立 运动（不可分解）：沿X轴的移动；沿Y轴的移动； 绕垂直于XOY平面的轴转动。 构件在空间有6个可能的独立运动。 要确定构件在平面内的位置，就必须同时给定三个 独立参数：x、y、 。 运动副是怎样限制构件的自由运动的 作平面运动的自由构件有三个自由度。 所谓构件的自由度，就是确定构件位置时所需要的 独立参数的数目。 构件构件1 1的的X，Y方向的独立移动受到限制，构件方向的独立移动受到限制，构件1 1相对相对 于构件于构件2 2只能绕垂直于只能绕垂直于XOY平面的轴转动，机构平面的轴转动，机构1 1的的 自由度由自由度由3 3变成变成1 1

10、。 约束(constraint)：对独立运动所加的限制。：对独立运动所加的限制。 运动副是怎样限制构件的自由运动的 构件1与构件2以圆柱面接触。 构件1（滑块）只能在构件2的滑槽上沿X方向移动， 只要用一个独立参数X便能确定构件1与构件2之间的 相对位置，即构件1受到两个约束，相对自由度为1。 运动副是怎样限制构件的自由运动的 构件1与构件2以平面接触。 构件1只能沿X轴方向的移动 以及绕垂直于XOY平面的轴 转动，即构件 1受到 1个约 束，相对自由度为2。 两构件间约束的多少和约束的特点，或者说哪些运动受 到限制，哪些运动得到保留，完全取决于运动副的型式。 运动副是怎样限制构件的自由运动的

11、 构件1与构件2以点或线接触。 平面运动副(plannar kinematic pair) ：指构成运动副的 两构件之间的相对运动为平面运动的运动副。 按运动空间分 空间运动副 (spatial kinematic pair)：指构成运动副的 两构件之间的相对运动为空间运动的运动副。 螺旋副 球面副 按接触方式分 平面运动副平面运动副 低副低副 高副高副 转动副转动副 移动副移动副 低副(lower pair)两构件以面接触，应力低。 低副 高副 高副(higher pair)：两构件以点或线接触，应力高。 转动副 转动副(revolute pair)：两构件只有一个相对转动的运 动副。约束了

12、两个移动，只保留转动。 移动副 移动副(sliding pair)：两构件只有一个相对移动的 运动副。约束了一个移动和一个转动，而保留另 一个移动。 平面低副(PL) ： 具有两个约束 运动副与约束的关系 平面高副(PH) ： 具有一个约束 第三节 平面机构的运动简图 一、为什么要画机构运动简图？ 二、构件与运动副的表示方法 1、构件的表示方法 2、运动副的表示方法 四、例题 三、绘制机构运动简图的原则及一般步骤 The end 为什么要画机构运动简图 工程中，由于机构是多种多样的，构件的结构和几何 尺寸也千差万别。 在研究机构运动时，为简单起见，常撇开那些与运动无关的因 素（如构件的外形和截

13、面尺寸的大小、组成构件的零件数目及 零件间的固联方式、运动副的具体构造），注意保留与运动有 关的外形（如凸轮），而用一些简单线条和规定符号表示构件 和运动副，并按一定比例确定出各运动副的相对位置。 为什么要画机构运动简图 这种简明表示机构中各构件间相对运动关系的图形称为机构运 动简图(kinematic sketch of mechanism)。 注意：机构运动简图与原机构具有完全相同的运动特性！ 为什么要画机构运动简图 如果只是表明机构的运动情况，而不需要求运动参数的 数值，可以不按比例绘制，这样的机构简图称为机构示 意图。 2、作为运动分析和动力分析的依据。 作用作用： 1、表示机构的结构

14、和运动情况； 构件的表示方法 用一些简单线条 (a)(b)(c)(d)(e) 运动副的表示方法 转动副 1 2 1 2 1 2 运动副的表示方法 移动副 运动副的表示方法 高副 外啮合内啮合 运动副的表示方法 国标GB4460-84 绘制机构运动简图的原则 2、简图上构件间的联接形式、数目及相对位置要与原机构一致； 1、简图上的构件数目要与原机构的构件数目相等； 3、简图上机构的原动件和固定件（机架）要与原机构一致。 三原则： 机构运动简图与原机构具有完全相同的运动特性。 绘制机构运动简图的一般步骤 分析机构的运动情况，找出机架、原动件和从动件； 选取合适的长度比例尺 ，确定出各运动副间的相对

15、 位置，用简单的线条和规定符号绘制机构运动简图。 根据两相联构件的相对运动关系和接触情况，确定各 运动副的类型； 选择恰当的投影平面。一般选多数构件所在的运动平 面或其平行平面作为投影平面； l 例题 1、4； 1、2； 3、4 2、3 【例1】试画出如图所示油泵机构的运动简图。 转动副：移动副： 【例2】试画出如图所示差动真空压力机的运动简图。 移动副：1、6转动副： 2、6 2、3 3、4 4、6 5、6 6 6 高副： 1、2 4、5 6 例题 【例3】试画出如图所示破碎机的运动简图。 例题 转动副： 1、6 1、2 2、3 2、4 3、6 4、5 5、6 第四节第四节 平面机构的自由度

16、平面机构的自由度 一、机构的自由度 二、机构具有确定运动的条件 三、平面机构自由度的计算方法 四、计算机构自由度时应注意的事项 1、复合铰链 2、局部自由度 3、虚约束 4、小结 5、例题 本章重点及难点 1、基本概念：机构、构件、运动副、基本概念：机构、构件、运动副 2、平面机构自由度的计算、平面机构自由度的计算 虚约束的识别和处理虚约束的识别和处理 本章重点 本章难点 组成组成 机构具有确定运动的条件：自由度原动件数机构具有确定运动的条件：自由度原动件数 构件构件 固定构件（机架）固定构件（机架） 原动件（主动件）原动件（主动件） 从动件从动件 机构运动简图机构运动简图 定义定义 运动副、

17、构件、常用机构表达方法运动副、构件、常用机构表达方法 机构运动简图绘制机构运动简图绘制 机构自由机构自由 度的计算度的计算 平面机构自由度的计算：平面机构自由度的计算：W3n-2Pl-Ph 计算自由度计算自由度 注意事项注意事项 复合铰链复合铰链 局部自由度：滚子绕其中心的转动局部自由度：滚子绕其中心的转动 虚约束：轨迹相同；移动副平行；转动副轴线重合等虚约束：轨迹相同；移动副平行；转动副轴线重合等 低副低副 高副高副 转动副转动副 移动副移动副 运动副运动副 平面机构的运动简图及自由度平面机构的运动简图及自由度 重点知识结构图 The end 只要给定一个位置参数只要给定一个位置参数 ， 则

18、其它杆件的位置均可随之则其它杆件的位置均可随之 确定，即确定该机构位置所确定，即确定该机构位置所 需的独立参数的数目为需的独立参数的数目为 1 （或需要一个自变量）（或需要一个自变量） 平面四杆机构 机构的自由度 1 机构的自由度 平面五杆机构 4 机构的自由度(degree of freedom of mechanism)： 确定一个机构位置所需的独立参数的数目确定一个机构位置所需的独立参数的数目。 平面四杆机构的自由度为1； 平面五杆机构的自由度为2。 必须同时给定必须同时给定 和和 ， 机构的位置才能确定。机构的位置才能确定。 1 2 机构具有确定运动的条件 在机构中，只有原动件才能按给

19、定规律做独立运动，且在机构中，只有原动件才能按给定规律做独立运动，且 一个原动件只能作一种独立运动，所以，要使一个机构，所以，要使一个机构 具有确定的运动，则必须使机构的原动件数等于机构的具有确定的运动，则必须使机构的原动件数等于机构的 自由度。自由度。 原动件数机构的自由度原动件数机构的自由度 机构具有确定运动的机构具有确定运动的条件条件： 机构具有确定运动的条件 原动件数 机构的自由度：独立运动过多，将使机构中独立运动过多，将使机构中 的最弱构件遭到破坏。的最弱构件遭到破坏。 求机构自由度的意义：根据机构自由度的值，分配驱动件根据机构自由度的值，分配驱动件 数，从而使机构具有确定的运动。数

20、，从而使机构具有确定的运动。 原动件数原动件数 机构的自由度机构的自由度 平面机构自由度的计算方法 设某一平面机构，共有设某一平面机构，共有n个个活动构件，PL个低副和个低副和PH 个高副，这个高副，这n个活动构件在未用运动副联接之前具有个活动构件在未用运动副联接之前具有 3n个自由度，当用个自由度，当用PL个低副和个低副和PH个高副联接后，便个高副联接后，便 受到受到2PL+PH个约束，显然此机构共失去个约束，显然此机构共失去2PL+PH个自个自 由度，还剩的自由度由度，还剩的自由度 W 为为 W=3n- 2PL-PH 【解解】n=2 PL=2 PH=1 W=3n-2PL-PH=6-4-1=

21、1 W1，意味着该凸轮机构只需一个驱，意味着该凸轮机构只需一个驱 动件，就可使其具有确定的运动。动件，就可使其具有确定的运动。 平面机构自由度的计算方法 【例例1】求凸轮机构的自由度。求凸轮机构的自由度。 【例例2】求双滑块机构的自由度。求双滑块机构的自由度。 【解解】 n=7 PL=10 PH=0 W=3n-2PL-PH=21-20-0=1 平面机构自由度的计算方法 根据根据“原动件数机构自由度原动件数机构自由度”，此机构需，此机构需1个主动件。个主动件。 【例例3】试计算如图所示颚式破碎机的自由度。试计算如图所示颚式破碎机的自由度。 【解解】n=5，PL=7，PH0， W3n-2PL-PH

22、 =1 平面机构自由度的计算方法 根据根据“原动件数机构自由度原动件数机构自由度”，此机构需，此机构需1个主动件。个主动件。 n=5 PL=7 PH=0 在在同一轴线上有两个以上的构件用上有两个以上的构件用转动副联接，成为联接，成为复合铰链 (compound hinges)。却往往被错当作一个转动副来计算。却往往被错当作一个转动副来计算。 复合铰链 若有若有m个构件用复合铰链联接时，则应有个构件用复合铰链联接时，则应有(m-1)个转动副。个转动副。 W=3X5-2X7-0=1 5 2 1 36 4 4 4 注意：复合铰链只存在于转动副中！注意：复合铰链只存在于转动副中！ 在有些机构中，某些构

23、件所产生在有些机构中，某些构件所产生 的局部运动，并不影响整个机构的局部运动，并不影响整个机构 的运动，这种不影响整个机构运的运动，这种不影响整个机构运 动特性的自由度称为动特性的自由度称为局部自由度 (passive degree of freedom) （或多余自由度）。（或多余自由度）。 局部自由度 方法：将滚子与推杆视为焊接在一起，以去除局部自由度。将滚子与推杆视为焊接在一起，以去除局部自由度。 滚子从动件凸轮机构计算计算W时，应将局部自由度去除。时，应将局部自由度去除。 局部自由度 在机构中，有些运动副的约束可能在机构中，有些运动副的约束可能 与其它运动副的约束重复，它对机与其它运动

24、副的约束重复，它对机 构的运动实际上不起新的约束，故构的运动实际上不起新的约束，故 称这类约束为称这类约束为 虚约束(redundant constraint)。 虚约束 计算计算W时，应将产生虚约束的构件时，应将产生虚约束的构件 和运动副去掉。和运动副去掉。 虚约束是有条件的。 当当CDAB（或（或EF）时，）时，CD和其两端的运动副即为真正约束。和其两端的运动副即为真正约束。 虚约束 平面机构中，虚约束常发生在下列情况：平面机构中，虚约束常发生在下列情况： 两构件同时在几处接触而形成移动副，且在各接触处，其两构件同时在几处接触而形成移动副，且在各接触处，其 导路方向互相平行或重合时，只有其

25、中一个移动副起到独时，只有其中一个移动副起到独 立的约束作用，其它均为虚约束。立的约束作用，其它均为虚约束。 虚约束 2 3 3 2 3 虚约束 两构件同时在几处配合而形成转动副，且在各配合处，两构件同时在几处配合而形成转动副，且在各配合处， 构件的构件的转动轴线重合时，只有其中一个转动副起到独立时，只有其中一个转动副起到独立 的约束作用，其它均为虚约束。的约束作用，其它均为虚约束。 5 2 1 36 4 4 4 虚约束 两点之间的距离始终保持不变。两点之间的距离始终保持不变。 两构件上的联接点的轨迹是互相重合。两构件上的联接点的轨迹是互相重合。 虚约束 n=3 PL=4 PH=0W=3X3-

26、2X4-0=1 对机构运动不起作用的对称部分。对机构运动不起作用的对称部分。 虚约束 n=3 PL=3 PH=2W=3X3-2X3-2=1 行星轮系 存在于转动副处。存在于转动副处。 复合铰链 局部自由度局部自由度 常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩 擦所增加的滚子处。擦所增加的滚子处。 虚约束 正确处理方法：将引起虚约束的构件和运动副除去正确处理方法：将引起虚约束的构件和运动副除去 不计。不计。 小结 正确处理方法：复合铰链处有正确处理方法：复合铰链处有m个构件则有个构件则有(m-1) 个转动副。个转动副。 正确处理方法：计算自由度时将局

27、部自由度减去。正确处理方法：计算自由度时将局部自由度减去。 存在于特定几何条件或结构条件下。存在于特定几何条件或结构条件下。 例题 【例例1】试计算如图所示大筛机构的自由度。试计算如图所示大筛机构的自由度。 【解解】 局部自由度局部自由度滚子。滚子。 虚约束虚约束E和和E/。 弹簧不起限制作用，略去。弹簧不起限制作用，略去。 C复合铰链。复合铰链。 根据“原动件数机构自由度”，此机构需2个主动件。 1 2 3 4 5 6 7 8 n=7，PL=9，PH1， W3n-2PL-PH =2 例题 【例例2】试计算如图所示机构的自由度。试计算如图所示机构的自由度。 【解解】n=8，PL=11，PH1，

28、 W3n-2PLPH=1 第二章 平面连杆机构 （5课时） 第一节 概述 一、平面连杆机构 二、平面连杆机构的作用 1、实现一定的运动要求 2、实现一定的动作 3、实现一定的轨迹 三、平面连杆机构的优点 四、平面连杆机构的缺点 The end 平面连杆机构(plannar linkage mechanism)是指一些刚性 构件通过平面低副（转动副、移动副）联接而成的机构， 又称平面低副机构。 平面连杆机构 即原动件按已知的某一运动规律运动时，从动件能够按 另一种所要求的规律运动。 实现一定的运动要求 牛头刨床机构 实现一定的动作 利用连杆机构，使机器中的某一工作部件移动或摆动 。 如齿轮换档机

29、构、自行车刹车机构。 实现一定的轨迹 当机构运动时，使连杆上的某一定点能沿所需要的轨迹运 动。例如沿复杂的曲线、直线或近似直线等轨迹运动。 搅拌机 港口起重机：当摇杆摆动时，通过连杆使吊钩在近似水平直线上 移动，这样在平移重物时可避免不必要的升降。 港口起重机 平面连杆机构的优点 所有的运动副都是低副，故组成运动副的构件表面全是圆 柱面或平面，加工容易，在一般机床上就可获得较高的精 度，所以制造成本较低。 组成运动副的构件间的接触都组成运动副的构件间的接触都是面接触，它所承受的单位 压力较小、磨损也因而减少，故能传递较大的载荷和具有 较高的可靠性。 平面连杆机构的缺点 一般情况下，只能近似实现

30、给定的运动规律或运动轨迹，且 设计较复杂； 低副中存在间隙，会降低运动精度； 质量平衡较困难； 高速时会引起很大的动载荷等。 第二节 铰链四杆机构的基本型式及其演化 一、铰链四杆机构的基本型式 1、曲柄摇杆机构 2、双曲柄机构 3、双摇杆机构 二、铰链四杆机构的演化 1、转动副演化成移动副 3、取不同的构件为机架 2、改变回转副半径 、曲柄摇杆机 构 、曲柄滑块 机构 以AB为机架 以BC为机架 以CD为机架 以AB为机架 以BC为机架 以滑块为机架 小结 小结 The end 铰链四杆机构的基本型式 铰链四杆机构是平面连杆机构中应用最多的形式， 也是最基本的形式，其它形式的四杆机构和多杆机

31、构都是在此基础上演化、发展起来的。 所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构 (pivot four-bar mechanism)。 机架(frame)：固定不动的构件 (构件4)。 铰链四杆机构的基本型式 铰链四杆机构 连架杆(side link)：与机架相联的杆 (构件1、3) 。 连杆(coupler)：不与机架相联的杆 (构件构件2) 。 曲柄摇杆机构 曲柄(crank)：能作整周回转的连架杆 (构件1) 。 摇杆(rocker)：仅在一定角度范围内摆动的连架杆 (构件 1、3) 。 铰链四杆机构中，当两连架杆一个为曲柄而另一个为摇 杆时， 称为曲柄摇杆机构(crank-rock

32、er mechanism)。 曲柄摇杆机构 曲柄摇杆机构的应用 雷达天线俯仰机构 缝纫机踏板机构 破碎机 雷达天线俯仰机构 缝纫机踏板机构 破碎机 铰链四杆机构中，当两连架杆都为曲柄时，称为双曲 柄机构(double-crank mechanism) 。 双曲柄机构 其特点是当主动件曲柄 AB 作等速回转时，另一从动 曲柄CD作周期性变速回转运动(ABCD)。 双曲柄机构 双曲柄机构的特例： 平行四边形机构 反平行四边形机构 双曲柄机构的应用： 惯性筛 在双曲柄机构中，如果两对边构件的长度相等且平行时， 称为平行四边形机构(parallel-crank mechanism)。 平行四边形机构

33、平行四边形机构 运动特点： 两曲柄以相同的角速度同向转动，而连杆作平移运动。 平行四边形机构 火车联动机构流量仪表机构 反平行四边形机构 在双曲柄机构中，如果两对边构件的长度相等且不平行时， 称为反平行四边形机构(Inverse parallel-crank mechanism)。 汽车车门启闭机构 运动特点：一曲柄作等速回转，另一曲柄作反向变速运动。 惯性筛 两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构，称为双摇杆机构 (double-rocker mechanism) 。 双摇杆机构 双摇杆机构的应用 飞机起落架 遥控板仪表机构 双摇杆机构 飞机起落架机构 遥控板仪表机构 机构的放大倍数：/i 铰链四杆

34、机构的演化 1、改变各杆的长度； 2、改变回转副尺寸； 演化方法： 1、改变各杆的长度； 2、改变回转副尺寸； 3、选取不同杆件作为机架。 转动副演化成移动副 将机架4演化成弧形槽，其曲率半径等于摇杆3的长度lCD，把摇杆3 演化成弧块在弧形槽中摆动，则其相对运动性质并未发生改变，这 时滑块3与机架4所组成的移动副就取代了点D的转动副。 构件3、4的运动副：转动副移动副 转动副演化成移动副 转动副演化成移动副 如果弧形槽 的半径增大到无穷大，转动副C点的 轨迹 变成直线，原来的机构演变成为具有偏距e 的偏置曲柄块机构(offset slider-crank mechanism) 。 e R 转

35、动副演化成移动副 转动副演化成移动副 如果偏距e=0，则称为对心曲柄滑块机构 (centric slider-crank mechanism)。 将连杆 2演化成弧块，将滑块 3演化成带弧形槽状，使得弧形 槽半径等于连杆 2的长度，这时运动性质也未发生改变，然后 逐渐加大弧形槽 的半径直至无穷大，则该圆弧就变成直 线，原转动副就转化成移动副了，即演化为具有第二个移动副 的机构，称为双滑块机构(double-slider mechanism)。 转动副演化成移动副 构件2、3的运动副： 转动副移动副 R 正弦机构的应用 转动副演化成移动副 运动特点： 构件3 的位移s 与曲柄1 的转角 的正弦成

36、正比关系， 即 ，即正弦机构(sine mechanism)。 sinrs 改变回转副半径 aR B 改变回转副半径 sin cos sr r 缝纫机的刺布机构 正弦机构的应用 取不同的构件为机架 铰链四杆机构是低副机构。低副机构的一个特点是构 件间具有 相对运动的可逆性，即作相对运动的两构件，无论其 中哪个构 件相对另一构件的相对运动性质完全相同。 曲柄摇杆机构， 和的变化范围为003600，而 和 的变化 范围小于1800。只要各杆长度不变，那么这四个角度的变化范围 是不会因为固定构件的变更而改变的。 取不同的构件为机架 曲柄摇杆机构 曲柄摇杆机构， 和的变化范围为003600，表示构件

37、1和 4以及构件1和2之间能作相对整周转动，而 和 的变化范围一 般小于1800，这表明构件3和4以及构件2和3之间仅能作相对 摆动。 只要各杆长度已定，那么这四个角度的变化范围是不会因为固 定构件的变更而改变的。 曲柄摇杆机构 以AB为机架 和的变化范围仍为003600， 和 的变化 范围仍小 于1800。 以AB为机架 双曲柄机构 以BC为机架 曲柄摇杆机构 和的变化范围仍为003600， 和 的变化范围仍 小于1800。 以BC为机架 曲柄摇杆机构 以CD为机架 曲柄摇杆机构 应用实例电扇摇头机构 和的变化范围仍为003600， 和 的变化范围仍 小于1800。 以以CD为为机架 双摇杆

38、机构。在这种双摇杆机构中，杆1 相对杆2和4仍能作整周回转运动。 电扇摇头机构 电扇摇头机构就是采用上述机构，装 于 AD 上的电机通过蜗杆传动，迫使 连杆 AB绕 A点整周转动（原动件）， 从而使摇杆往复摆动（从动件），以 实现风扇摇头的要求。 电扇摇头机构中，AB是曲柄吗？ 电扇摇头机构动画 电机电机 电扇摇头机构 电机电机 曲柄摇杆机构演化小结 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 曲柄摇杆机构 双摇杆机构 取不同的构件为机架 曲柄滑块机构(ab) 摆动导杆机构的应用 ab 如果加长构件1而缩短构件2，使ab，此时AB不是 曲柄， 在 001800范围变化，则构件4只能摆动 摆动导 杆机构。 摆动导

39、杆机构的应用 牛头刨床插床 曲柄滑块机构 以BC为机架 曲柄摇块机构的应用 以BC为机架 曲柄摇块机构 (crank and slider-rocker mechanism)。构件1 为绕 B 点作整周回转的曲柄，而构件4 相 对于滑 块3 滑动，并与滑块3一起绕C点摆 动。 自卸卡车的翻斗机构 曲柄摇块机构的应用 摇块3做成绕定轴C摆动的油缸。当油缸3中的压力油推动活塞杆 4（原动件）运动时，带动杆1（从动件）绕B点翻转，达到自动 卸料的目的。 曲柄摇块机构的应用 曲柄摇块机构的应用 油泵机构 曲柄滑块机构 以滑块为机架 定块机构的应用 以滑块3为机架 定块机构(fixed slider m

40、echanism)。 定块机构的应用 手动抽水机 1 2 b a 2 4 3 1 C B A 曲柄滑块机构演化小结 曲柄摇杆机构曲柄滑块机构 c e0 导杆机构 摇块机构 定块机构 第三节第三节 平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念 一、曲柄存在条件 二、压力角和传动角 三、行程速度变化系数 四、死点位置 1、克服死点的方法 2、利用死点位置实例 n 安装飞轮法 n 相同机构错位排列 n 利用虚约束 The end 曲柄存在条件 1曲柄2曲柄0曲柄 相同点：铰链四杆 不同点：杆件长度不同 如果出现上述两种情况，杆AB还继续转动，势必损坏 整个机构。即

41、杆AB不能作整周转动，AB也就不是曲柄。 曲柄存在条件 BD为最大BD为最小 为了避免BC、CD拉直与重叠，使AB转动中止，必须 使B、C、D三点始终成三角形。 曲柄存在条件 当BD为最小时，若BCD还存在，杆BC和CD就不会 重叠共线（图中蓝线所示），因此若上述两个三角形 均存在，就表示杆AB能作整周回转而成为曲柄。 当BD为最大时，若BCD还存在，杆BC和CD就不会 拉直共线（图中红线所示）； 2 1 1 bcB D bB Dc cB Db 2 B Dda DBcb 2 设各杆长分别为a、b、c和d，则上述两个三角形存 在的条件是三角形任意两边之和大于第三边，即 而 曲柄存在条件 1 B

42、Dda cDBb 1 bDBc 1 dacb cadb badc 将上述三式每两两相加，得 连架杆或机架是最短杆； 四杆机构曲柄存在的必要条件为： 即上述两个条件必须同时满足时，才有可能存在曲柄。 最短杆与最长杆的长度之和应小于或等于其余两杆长度之和 (杆长条件)。 由曲柄存在的必要条件，和变换不同构件作机架的 演化方法， 得出如下结论： 曲柄存在条件 bcad bdac cdab ab ac ad u若以最短杆为机架，则构成双曲柄机构； 不论取哪一杆作为机架，则不可能有曲柄存在，均只能得 到双摇杆机构(类) 。 曲柄存在条件 当满足杆长条件： u若以最短杆任一相邻杆为机架，则构成曲柄 摇杆机

43、构； 当不满足杆长条件： u若以最短杆相对的杆为机架，则构成双摇杆机构(类)。 判断四杆机构类型 满足杆长条件？ 不可能有曲柄 双摇杆机构() 可能有曲柄 考察固定杆 双曲柄机构 固定最短杆 固定最短杆的邻边 曲柄摇杆机构 双摇杆机构() 固定最短杆的对边 是否 曲柄存在条件 【例】根据图上注明的尺寸，判断每一个铰链四杆机构的类型。 (a) AD为最短杆，DC为最长杆，50+11070+60 ， 所以曲柄不存在，该机构为双摇杆机构 (类)； BC不能整周回转； (D) BC为最短杆，DC为最长杆， 50+100 2，因此t1 t2，故 11，机构就具 有急回 特性。 的大小说明急回运动的程度，

44、故是机构设计一个重 要参数。 0 1 180 1 K K 0 0 1 2 180 180 K 偏置曲柄滑块机构： 对心曲柄滑块机构： 行程速度变化系数 摆动导杆机构： 00，K1，有急回。 00，K=1，无急回。 但并不是说从动件正反行程都作匀速运动， 只是其平均速度相等而已。 00，K1，有急回。 行程速度变化系数 ，无急回特性的曲柄摇杆机构1K 死点位置 主动 件 如果以摇杆为主动件，曲柄为从动件，则当摇杆CD 处于两极 限位置CD和C/D时，连杆BC与曲柄AB共线，作用 力FF恰好通 过曲柄的回转中心，此时压力角 900，传动角 00， 因 此机构不能运动，机构的这种位置称为死点位置 (

45、dead point )。 对于平行四边形机构，当曲柄与连杆共线时，传动角为00，同 时整个机构的构件重合为一条直线，这时从动曲柄CD存在正、 反转两种可能，机构运动不确定。 机构在死点位置时，从动件要么不动，要么运动不 确定。 显然对于传动机构来说，机构的死点位置是有害的。 死点位置 克服死点位置方法 安装飞轮法 在从动件上安装转动惯量大的飞轮，利用飞轮的惯性 作用，使机构闯过死点位置。 克服死点位置方法 相同机构错位排列 当一组机构处于死点位置时，另几组机构处于正常运转 位置，这就便于机器启动和克服运动不确定状态。 为消除机构运动的不确定状态，可以增加辅助构件 EF，其曲柄半径EF=AB=

46、CD，这个构件引入一个 虚约束，对整个机构的自由度没有影响。 利用虚约束 利用死点位置实例 钻床夹具 F 利用死点位置实例 落地后作用力不会使起落架反转，保证飞机安全可靠降落。 飞机起落架机构 F 利用死点位置实例 保证融点可靠接触。 开关机构 F 第四节 平面四杆机构的设计 二、按照连杆预定的位置设计四杆机构 三、按给定的行程速比系数设计四杆机构 1、按连杆预定的三个位置设计 2、按连杆预定的两个位置设计 1、曲柄摇杆机构的设计 2、 曲柄滑块机构的设计 3、摆动导杆机构的设计 一、平面连杆机构设计 The end 平面连杆机构设计 平面四杆机构设计，主要有两类问题： 平面四杆机构的设计方法

47、有图解法、实验法和解析法。 1、实现给定的运动规律。 2、实现给定的运动轨迹。 运动条件 几何条件 动力条件 各杆长度尺寸 u 在原动件运动规律一定的条件下，从动件能够准确地或近似 地满足给定运动规律的要求(位置、速度、加速度)等。 实现给定的运动规律 1 1 2 2 3 3 u 连杆能够经过某些给定位置； u 两连架杆的转角能够满足给定的对应关系； 实现给定的运动轨迹 即要求连杆上某点能实现给定的轨迹。 如港口起重机，应保证连杆上点E点(吊钩)能实现 近似水平方向移动；搅拌机机构中E点能按预定的 轨迹运动等。 按给定连杆三个位置设计四杆机构 设计的实质：确定固定铰链A、D的位置。 B1、B2

48、 、B3所在圆的圆心即为铰链A位置。 C1、C2 、 C3 所在圆的圆心即为铰链D的位置。 按给定连杆两位置的四杆机构的解可有无穷多个。 按给定连杆二个位置设计四杆机构 设计时可根据其它辅助条件如机构尺寸、传动角、有 无曲柄等条件来确定铰链A和D的合适位置。 当要求设计具有急回运动的四杆机构时，往往给定 行程速比系数K。 按行程速比系数设计四杆机构 利用机构在极限位置时的几何关系，再结合其它辅助 条件进行设计。 设计方法： 曲柄摇杆机构的设计 设已知摇杆的长度CD，摆角及行程速比系数K， 设计此曲柄摇杆机构。 根据的四杆机构的两个 极限位置C1、C2 ，确 定一个圆，使C1、C2 两点的圆周角

49、等于。 铰链A 的中心必在该 圆上。 曲柄摇杆机构的设计 分析： 2）按比例画出过C1D、C2D，使 ； 0 1180 1 K K 曲柄摇杆机构的设计 设计步骤： 1) 计算极位夹角 ； 21DC C 3）作C1、C2的圆周角等于的圆； 2 ACba 1 ACba 21 2 ACAC a 21 bACaACa 曲柄摇杆机构的设计 4) 按其它条件在圆上确定铰链A的位置； 曲柄长度 连杆长度 5) 从图中量取 、 。 2 AC 1 AC 曲柄滑块机构的设计 H 已知滑块行程H，偏距e及行程速度变化系数K， 设计此偏置曲柄滑块机构。 摆动导杆机构的设计 设已知摆动导杆机构中机架的长度为d，行程速比

50、系数为K， 设计此摆动导杆机构。 当曲柄与导杆垂直时，导杆 处于两个极限位置。 摆动导杆机构的设计 22 1 tgdtgdAB 分析： 由 ,而 。 设计此机构时，仅需确定曲柄 的长度a。 K 第五节 平面连杆机构的传动特性 二、曲柄滑块机构 三、正弦机构与正切机构 1、曲柄滑块机构的传动特性 2、曲柄滑块机构在仪表中的应用 1、正弦机构与正切机构的结构特点 2、正弦机构的传动特性 3、正弦机构在仪表中的应用 4、正切机构的传动特性 5、正切机构在仪表中的应用 6、正弦机构与正切机构的原理误差 7、正弦机构与正切机构的设计原则 一、研究平面连杆机构传动特性的目的 1、铰链四杆机构的基本型式及其