【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖1 .11 題 1 1 解圖圖1 .12 題 1 2 解圖圖1 .13 題 1 3 解圖圖1 .14 題 1 4 解圖1 5 至1 12 指出下列機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中的復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約12 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)導(dǎo)教導(dǎo)學(xué)導(dǎo)考束, 并計(jì)算各機(jī)構(gòu)的自由度。圖1 .15 題 1 5 圖圖1 .16 題 1 6 圖圖1 .17 題 1 7 圖圖1 .18 題 1 8 圖圖1 .19 題 1 9 圖圖1 .20 題 1 10 圖第1 章平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析13圖1 .21 題 1 11 圖圖1 .22 題 1 12 圖1 5 解 F = 3n 2 pl ph = 3 6 2 8 1 = 11 6 解 F = 3n 2 pl ph = 3 8 2 11 1 = 11 7 解 F = 3n 2 pl ph = 3 8 2 11 0 = 21 8 解 F = 3n 2 pl ph = 3 6 2 8 1 = 11 9 解 F = 3n 2 pl ph = 3 4 2 4 2 = 21 10 解 F = 3 n 2 pl ph = 3 9 2 12 2 = 11 11 解 F = 3 n 2 pl ph = 3 4 2 4 2 = 21 12 解 F = 3 n 2 pl ph = 3 8 2 11 1 = 11 13 求出圖1 .23 所示導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的全部瞬心和構(gòu)件1 , 3 的角速比ω1/ ω3 。圖1 .23 題 1 13 圖解該導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的全部瞬心如圖1 .23 所示, 構(gòu)件1 , 3 的角速比為14 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)導(dǎo)教導(dǎo)學(xué)導(dǎo)考ω1ω3=P34 P13P14 P131 14 求出圖1 .24 所示正切機(jī)構(gòu)的全部瞬心。設(shè)ω1 = 10 rad/ s , 求構(gòu)件3的速度v3 。圖1 .24 題 1 14 圖解該正切機(jī)構(gòu)的全部瞬心如圖1 .24 所示, 構(gòu)件3 的速度為v3 = vP13 = ω1 lP14P13 = 0 .2ω1 = 2 m/ s (方向垂直向上)1 15 如圖1 .25 所示為摩擦行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu), 設(shè)行星輪2 與構(gòu)件1 , 4 保持純滾動(dòng)接觸, 試用瞬心法求輪1 與輪2 的角速度之比ω1/ ω2 。圖1 .25 題 1 15 圖第1 章平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析15解要求輪1 與輪2 的角速度之比, 首先確定輪輪2 和機(jī)架4 三個(gè)構(gòu)件的三個(gè)瞬心, 即P12 , P14 和P24 , 如圖1 .25 所示。則ω1ω2= P24 P12P14 P12= 2 r2r1輪2 與輪1 的轉(zhuǎn)向相反。1 16 試論證:( 1) 圖1 .26( a) 所示的構(gòu)件組合是不能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的剛性桁架。( 2) 這種構(gòu)件組合若滿足圖1 .26( b) 所示尺寸關(guān)系: AB = CD = EF , BC =AD , BE = AF , 則構(gòu)件之間可以產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖1 .26 題 1 16 圖解( 1) 圖1 .26( a ) 中的構(gòu)件組合的自由度為F = 3 n 2 pl ph = 3 4 2 6 0 = 0自由度為零, 為一剛性桁架, 所以構(gòu)件之間不能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。( 2) 圖1 .26( b) 中的CD 桿是虛約束, 去掉與否不影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。故圖1 .26( b) 中機(jī)構(gòu)的自由度為F = 3 n 2 pl ph = 3 3 2 4 0 = 1所以構(gòu)件之間能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。1 .5 學(xué)習(xí)效果測(cè)試題及答案1 .5 .1 學(xué)習(xí)效果測(cè)試題1 1 填空題( 1) 平面機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)副引入的約束的數(shù)目最多為個(gè), 而剩下的16 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)導(dǎo)教導(dǎo)學(xué)導(dǎo)考自由度最少為個(gè)。( 2) 兩個(gè)作平面平行運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件之間為接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為低副, 它有個(gè)約束。 而為接觸的運(yùn)動(dòng)副稱為高副, 它有個(gè)約束。( 3) 速度瞬心是, 相對(duì)瞬心與絕對(duì)瞬心的相同點(diǎn)是,而不同點(diǎn)是。( 4) 當(dāng)兩構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí), 其瞬心在處。 組成移動(dòng)副時(shí), 其瞬心在處。組成純滾動(dòng)的高副時(shí), 其瞬心在處。( 5) 若一機(jī)構(gòu)共由六個(gè)構(gòu)件組成, 那它共有個(gè)瞬心。1 2 計(jì)算圖1 .27 所示多桿機(jī)構(gòu)的自由度。圖1 .27 測(cè) 1 2 圖1 3 在圖1 .28 所示機(jī)構(gòu)中, AB瓛EF瓛CD , 試計(jì)算其自由度。圖1 .28 測(cè) 1 3 圖第1 章平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析171 4 計(jì)算圖1 .29 所示凸輪— 連桿閥門機(jī)構(gòu)的自由度。圖1 .29 測(cè) 1 4 圖1 5 圖 1 .30 為一凸輪連桿組合機(jī)構(gòu), 設(shè)凸輪1 轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω1 。繪出該機(jī)構(gòu)的全部瞬心, 并確定在圖示位置時(shí)構(gòu)件4 的角速度。圖1 .30 測(cè) 1 5 圖1 .5 .2 參考答案1 1 ( 1) 2 , 1( 2) 面, 2 , 點(diǎn)線, 1( 3) 兩構(gòu)件的等速重合點(diǎn), 等速重合點(diǎn), 絕對(duì)速度是否等于零( 4) 轉(zhuǎn)動(dòng)副中心, 移動(dòng)副法線的無窮遠(yuǎn), 相切點(diǎn)( 5) 1518 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)導(dǎo)教導(dǎo)學(xué)導(dǎo)考1 2 F = 3 n 2 pl ph = 3 9 2 13 0 = 11 3 F = 3 n 2 pl ph = 3 6 2 7 2 = 21 4 F = 3 n 2 pl ph = 3 6 2 8 1 = 11 5 如圖1 .31 所示。ω4 = ω1 P14 P15 / P14 P45圖1 .31 測(cè) 1 5 解圖第1 章平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析19第2 章平面連桿機(jī)構(gòu)2. 1 重點(diǎn)內(nèi)容提要2 .1 .1 教學(xué)基本要求平面連桿機(jī)構(gòu)是許多構(gòu)件用低副( 轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副) 連接組成的平面機(jī)構(gòu)。最簡(jiǎn)單的平面連桿機(jī)構(gòu)是由四個(gè)構(gòu)件組成的( 稱為平面四桿機(jī)構(gòu)) , 應(yīng)用廣泛,是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。( 1) 熟悉平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化機(jī)構(gòu)。( 2) 重點(diǎn)掌握平面四桿機(jī)構(gòu)的特性:1 ) 急回運(yùn)動(dòng)和行程速度變化系數(shù)。2 ) 壓力角和傳動(dòng)角。3 ) 死點(diǎn)位置。( 3) 掌握鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件。( 4) 熟練掌握平面四桿機(jī)構(gòu)的作圖設(shè)計(jì)方法。2 .1 .2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化1. 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式是平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu), 組成機(jī)構(gòu)的四個(gè)運(yùn)動(dòng)副都是轉(zhuǎn)動(dòng)副。機(jī)構(gòu)的四個(gè)桿件中, 固定桿件稱為機(jī)架, 與機(jī)架相連的稱為連架桿,不與機(jī)架相連的稱為連桿。其中可以整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為曲柄, 只能在小于360176。范圍內(nèi)擺動(dòng)的稱為搖桿。組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩個(gè)構(gòu)件若能作整周轉(zhuǎn)動(dòng), 則該轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為整轉(zhuǎn)副, 否則稱為擺動(dòng)副。平面四桿機(jī)構(gòu)根據(jù)兩連架桿運(yùn)動(dòng)形式分為三種基本類型, 見表2 .1。表2 .1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本類型機(jī)構(gòu)名稱兩連架桿運(yùn)動(dòng)形式應(yīng)用實(shí)例曲柄搖桿機(jī)構(gòu)一曲柄, 一搖桿縫紉機(jī)踏板, 牛頭刨進(jìn)給機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)兩個(gè)曲柄旋轉(zhuǎn)式水泵, 慣性篩雙搖桿機(jī)構(gòu)兩個(gè)搖桿汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu), 鶴式起重機(jī)2. 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化( 1) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。將曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD( 見圖2 .1( a ) ) 中搖桿CD 變?yōu)闊o限長(zhǎng), 點(diǎn)C的軌跡就變?yōu)橹本€(見圖2 .1( b) ) , 搖桿CD 與機(jī)架AD 組成的轉(zhuǎn)動(dòng)副就演化成移動(dòng)副, 此時(shí)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(見圖2 .1( c) )。圖2 .1( 2) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(見圖2 .2( a) ) 中曲柄AB 作為機(jī)架, 則曲柄滑塊機(jī)構(gòu)變?yōu)閷?dǎo)桿機(jī)構(gòu)(見圖2 .2( b) )。( 3) 搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)。在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(見圖2 .2( a) ) 中, 若取桿2 為固定構(gòu)件, 即可得到圖2 .2( c) 所示的擺動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)( 稱為搖塊機(jī)構(gòu)) 。若將滑塊3作為機(jī)架, 則可得到定塊機(jī)構(gòu)( 見圖2 .2 (d) )。( 4) 雙滑塊機(jī)構(gòu)。若將曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中兩桿長(zhǎng)趨于無窮, 可得到多種形式的雙滑塊機(jī)構(gòu)——— 正切機(jī)構(gòu)( 見圖2 .3 ( a ) ) 、正弦機(jī)構(gòu)( 見圖2 .3( b) )、橢圓機(jī)構(gòu)(見圖2 .3( c ) ) 等。第2 章平面連桿機(jī)構(gòu)21圖2 .2圖2 .3圖2 .422 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)導(dǎo)教導(dǎo)學(xué)導(dǎo)考( 5) 偏心輪機(jī)構(gòu)。在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中, 當(dāng)曲柄AB 尺寸較小時(shí)( 見圖2 .4 ( b) ) , 常改成圖2 .4 ( a ) 的偏心輪機(jī)構(gòu), 其回轉(zhuǎn)中心A 與幾何中心B 不重合,其距離AB 等于曲柄長(zhǎng)度。2 .1 .3 平面四桿機(jī)構(gòu)的主要特性1. 急回特性( 1) 急回運(yùn)動(dòng)。平面連桿機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件等速回轉(zhuǎn), 而從動(dòng)件空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度, 這種運(yùn)動(dòng)稱為急回運(yùn)動(dòng)。( 2) 行程速度變化系數(shù)K。用以衡量機(jī)構(gòu)急回運(yùn)動(dòng)的程度, 定義為空回行程速度和工作行程速度之比, 其計(jì)算式如下:K =v2v1= 180176。+ θ180176。 θ(2 .1)式中θ表示極位夾角, 是搖桿處于兩極限位置時(shí), 對(duì)應(yīng)的曲柄所夾的銳角。( 3) 關(guān)于行程速度變化系數(shù)和急回運(yùn)動(dòng)有以下幾個(gè)結(jié)論:1 ) K 1 , 即v2 v1 時(shí), 機(jī)構(gòu)有急回特性。2 ) 當(dāng)平面連桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中極位夾角θ 0 , 則有K 1 , 機(jī)構(gòu)便具有急回運(yùn)動(dòng)特性。3 ) θ越大, K 越大, 機(jī)構(gòu)急回運(yùn)動(dòng)也越顯著。所以, 可通過分析θ及K 的大小, 判斷機(jī)構(gòu)是否有急回運(yùn)動(dòng), 以及急回運(yùn)動(dòng)的程度。4 ) 急回運(yùn)動(dòng)的作用。在機(jī)械中可以用來節(jié)省動(dòng)力和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。5 ) 已知K, 可求極位夾角:θ= 180176。( K 1)/ ( K + 1) 。2. 壓力角和傳動(dòng)角( 1) 壓力角α。從動(dòng)桿件受力點(diǎn)的受力方向和該點(diǎn)速度方向之間所夾的銳角。( 2) 傳動(dòng)角γ。壓力角的余角, 即γ= 90176。 α。實(shí)際就是連桿與從動(dòng)桿件之間所夾的銳角。( 3) 通常傳動(dòng)角用來衡量機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能。傳動(dòng)角γ越大, 壓力角α就越小,從動(dòng)件所受的有效分力就越大, 機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率就越高。一般情況下, 平面連桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中, 傳動(dòng)角是在不斷變化著的。因此為了保證機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能的良好, 一般規(guī)定最小傳動(dòng)角γmin ≥ 40176。對(duì)于四桿機(jī)構(gòu)來說, 最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架兩次共線位置之一。3. 死點(diǎn)位置機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中, 如果有一點(diǎn)傳動(dòng)角γ= 0176。, 即壓力角α= 90176。, 那么這一第2 章平面連桿機(jī)構(gòu)23點(diǎn)就是機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)。此時(shí), 原動(dòng)件通過連桿作用于從動(dòng)件上的力( 忽略各桿的質(zhì)量以及相應(yīng)的摩擦力) 正好通過從動(dòng)件回轉(zhuǎn)副中心, 使得驅(qū)動(dòng)力矩為零。這時(shí)不管驅(qū)動(dòng)力有多大, 都不能使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)。一般在四桿機(jī)構(gòu)中, 若以曲柄為從動(dòng)件,都會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)。機(jī)構(gòu)在死點(diǎn)位置可能出現(xiàn)卡死或反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。為了消除死點(diǎn)位置的不良影響, 通?？梢詫?duì)從動(dòng)曲柄施加外力, 或利用飛輪或構(gòu)件自身的慣性力使機(jī)構(gòu)通過死點(diǎn)位置。當(dāng)然死點(diǎn)位置也有有利的一面, 通常在某些夾緊裝置中利用死點(diǎn)位置來防松。2 .1 .4 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件( 1) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件:1 ) 最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和。2 ) 整轉(zhuǎn)副是由最短桿與其鄰邊組成的。( 2) 當(dāng)機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副時(shí), 取不同構(gòu)件為機(jī)架可以得到不同類型的四桿機(jī)構(gòu),通常根據(jù)以下原則進(jìn)行判斷:1 ) 取最短桿為機(jī)架時(shí), 機(jī)架上有兩個(gè)整轉(zhuǎn)副, 得雙曲柄機(jī)構(gòu)。2 ) 取最短桿鄰邊為機(jī)架時(shí), 機(jī)架上只有一個(gè)整轉(zhuǎn)副, 得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。3 ) 取最短桿對(duì)邊為機(jī)架時(shí), 機(jī)架上沒有整轉(zhuǎn)副, 得雙搖桿機(jī)構(gòu)。注意, 若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和大于其余兩桿長(zhǎng)度之和, 則該機(jī)構(gòu)中沒有整轉(zhuǎn)副, 無論取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架都只能得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。2 .1 .5 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)條件, 確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的尺寸參數(shù)。設(shè)計(jì)方法有作圖法、解析法和實(shí)驗(yàn)法, 其中作圖法是重點(diǎn)。1. 用作圖法設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求, 作圖法可以分為以下兩種:( 1) 按給定的行程速度變化系數(shù)K 設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)。對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì), 已知條件通常有: 從動(dòng)件搖桿長(zhǎng)度l3 , 從動(dòng)件擺角φ, 機(jī)構(gòu)的行程速度變化系數(shù)K。如圖2 .5 ( a ) 所示, 作圖的基本步驟如下:1 ) 通過K 求出θ = 180176。( K 1)/ ( K + 1) 。2 ) 確定一個(gè)固定鉸鏈中心D, 然后根據(jù)幾何條件作出搖桿的兩個(gè)極限位置24 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)導(dǎo)教導(dǎo)學(xué)導(dǎo)考C1 D 與C2 D。3 ) 作∠C2 C1 P = 90176。 θ, ∠C1 C2 P = 90176。4 ) 作Rt△C2 PC1 的外接圓, 則另一個(gè)固定鉸鏈中心A 便在該外接圓上。最后, 由其他附加條件可以把這個(gè)固定鉸鏈中心位置定下來, 從而平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)就完成了。圖2 .5對(duì)于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)或?qū)U機(jī)構(gòu), 基本方法同上, 只是在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中滑塊行程H與曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿的擺角φ作用是相對(duì)應(yīng)的( 見圖2 .5( b ) ) 。在導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中, 從動(dòng)件導(dǎo)桿的擺角φ與機(jī)構(gòu)的極位夾角θ大小相等(見圖2 .5( c ) ) 。( 2) 按給定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。這類設(shè)計(jì)通常是已知連桿長(zhǎng)度, 并知道連桿在運(yùn)動(dòng)過程中的三個(gè)位置, 要求確定固定鉸鏈中心。由于兩個(gè)活動(dòng)鉸鏈的運(yùn)動(dòng)軌跡是繞各自固定鉸鏈中心的圓的一部分, 因此可用求圓心法來解決問題( 見圖2 .6) 。圖2 .6第2 章平面連桿機(jī)構(gòu)25如果只