平面机构运动分析

1、 退退 出出 下一页下一页 退退 出出 总目录总目录 退退 出出 下一页下一页 平面机构：平面机构：所有构件在同一平面或相所有构件在同一平面或相 互平行的平面内运动的机构。互平行的平面内运动的机构。 构件：构件：机器中每一个独立的运动单元。机器中每一个独立的运动单元。 它包括：它包括： 1. 1. 原动件：运动规律已知的活动构件。原动件：运动规律已知的活动构件。 2. 2. 从动件：随原动件运动的其余活动构件。从动件：随原动件运动的其余活动构件。 3. 3. 固定件：固定件：( (机架机架) )支持运动构件的构件。支持运动构件的构件。 构件的自由度：构件的自由度：构件的自由运动。构件的自由运动

2、。 分目录分目录 上一页上一页 单击单击. 退退 出出 下一页下一页 运动副：运动副：两构件直接接触而又能产生一定相对运动的联结两构件直接接触而又能产生一定相对运动的联结 转动副转动副移动副移动副凸轮副凸轮副 平面运动副平面运动副 低副低副面接触面接触（转动副、移动副）（转动副、移动副） 高副高副点、线接触（凸轮副、齿轮副点、线接触（凸轮副、齿轮副) 单击单击 单击单击 单击单击 分目录分目录 上一页上一页 退退 出出 下一页下一页 结论结论： 平面低副具有两个约束，平面低副具有两个约束， 平面高副具有一个约束。平面高副具有一个约束。 齿轮副齿轮副凸轮副凸轮副 分目录分目录 上一页上一页 退退

3、 出出 下一页下一页 平面机构运动简图：平面机构运动简图： 用简单的线条和符号来表示构件和运动副，并按比例用简单的线条和符号来表示构件和运动副，并按比例 定出各运动副的位置。这种说明机构各机件间相对运动关定出各运动副的位置。这种说明机构各机件间相对运动关 系的简单图形称为机构运动简图。系的简单图形称为机构运动简图。 运动副表示方法运动副表示方法 上一页上一页 分目录分目录 退退 出出 下一页下一页 退退 出出 下一页下一页 运动副和构件表示方法运动副和构件表示方法 上一页上一页 分目录分目录 退退 出出 下一页下一页 步骤：步骤： 1. 1. 分析机构运动，弄清构件数目分析机构运动，弄清构件数

4、目; ; 2. 2. 判定运动副的类型判定运动副的类型; ; 按相对运动，接触情况按相对运动，接触情况 3. 3. 表达运动副，三选：表达运动副，三选： 选视图、选比例、选位置选视图、选比例、选位置 4. 4. 表达构件表达构件连运动副连运动副 5. 5. 构件编号，运动副注字母构件编号，运动副注字母, , 原动原动 件标箭头。件标箭头。 ）图图示示构构件件长长度度（ ）实实际际构构件件长长度度（ 比比例例 mm m l 牛头刨床牛头刨床 牛头刨床主运动机构牛头刨床主运动机构 单击单击 上一页上一页 分目录分目录 单击单击 退退 出出 下一页下一页 退退 出出 下一页下一页 牛头刨床结构示意图

5、牛头刨床结构示意图牛头刨床运动图牛头刨床运动图 上一页上一页 分目录分目录 退退 出出 下一页下一页 1. 1. 机构的自由度计算公式：机构的自由度计算公式： 设机构有设机构有N个构件，个构件，N-1=n个活动构件，用个活动构件，用PL个低副，个低副，PH个高副联接后个高副联接后， 机构有机构有3n个自由度，受到（个自由度，受到（2PL+PH）个约束，则：）个约束，则： 机构自由度：机构自由度：1)(2 23 HL PPnF 2. 2. 机构具有确定运动的条件：机构具有确定运动的条件： 机构的自由度机构的自由度机构所具有的机构所具有的 独立运动的数目。独立运动的数目。通常，每个原动件通常，每个

6、原动件 只具有一个独立运动，因此，机构自由度只具有一个独立运动，因此，机构自由度 必定与原动件的数目相等。必定与原动件的数目相等。 牛头刨床的原动件为电动机牛头刨床的原动件为电动机 单击单击 上一页上一页 分目录分目录 退退 出出 下一页下一页 例例 2-2 铰链四杆机构铰链四杆机构： n ，L，H （应有一个原动件，构件（应有一个原动件，构件1为原动件，为原动件， 机构有确立的运动。给出一个参变量机构有确立的运动。给出一个参变量 1， 构件构件 2、3便有一个相应位置）便有一个相应位置） 例例 2- 三杆机构三杆机构： n ，L，H （机构不能运动）（机构不能运动） 铰链四杆机构铰链四杆机构

7、 三杆机构三杆机构 上一页上一页 分目录分目录 A B C 退退 出出 下一页下一页 例例 2- 铰链五杆机构铰链五杆机构： n ，L，H 构件为原动件，处于构件为原动件，处于AB位置时，位置时， 构件构件2、3、4可处于可处于BCDE 或或 BCDE， 位置不确定。当取构件位置不确定。当取构件1、4为原动件时，为原动件时， 机构各构件的运动确定。机构各构件的运动确定。 铰链五杆机构铰链五杆机构 结论：结论：机构具有确定运动的条件是机构具有确定运动的条件是 ： 且等于原动件且等于原动件 上一页上一页 分目录分目录 退退 出出 下一页下一页 1. 1. 复合铰链复合铰链两个以上的构件重合在一起所

8、形成的转两个以上的构件重合在一起所形成的转 动副。个构件，构成个转动副。动副。个构件，构成个转动副。 复合铰链复合铰链 锯床进给机构锯床进给机构 单击单击 上一页上一页 分目录分目录 单击单击 退退 出出 下一页下一页 例例 2-5 计算图示锯床进给机构的自由度。计算图示锯床进给机构的自由度。 解：此机构、解：此机构、C、D、F 四处均由三个构件组成复合铰链，四处均由三个构件组成复合铰链， 则：则：n，L=10，PH=0。由。由2-1式：式： 101027323 HL PPnF 锯床进给机构锯床进给机构 上一页上一页 分目录分目录 单击单击 退退 出出 下一页下一页 . . 局部自由度局部自由

9、度对整个机构运动无关的自由度对整个机构运动无关的自由度 凸轮机构凸轮机构 21323323 HL PPnF 左图：左图： 11222323 HL PPnF 右图：右图： 单击单击 上一页上一页 分目录分目录 退退 出出 下一页下一页 . . 虚约束虚约束重复限制机构运动的约束重复限制机构运动的约束 中图：中图： 00624323 HL PPnF （错误）（错误） 右图：右图： 00423323 HL PPnF （正确）（正确） a）轨迹重合：轨迹重合：被联结件上的轨迹和机构上联结点的轨迹被联结件上的轨迹和机构上联结点的轨迹 平行四边形机构平行四边形机构 上一页上一页 分目录分目录 单击单击单击

10、单击 退退 出出 下一页下一页 平行四边形机构平行四边形机构 上一页上一页 分目录分目录 退退 出出 下一页下一页 . . 虚约束虚约束 b）移动副导路平行移动副导路平行 移动副其导路相互平行时，只有一个移动副其导路相互平行时，只有一个 移动副起约束作用，其余都是虚约束。如移动副起约束作用，其余都是虚约束。如 图图2-20所示机构所示机构D、D之一为虚约束。之一为虚约束。 这时：这时： 104233 23 HL PPnF 上一页上一页 分目录分目录 退退 出出 下一页下一页 . . 虚约束虚约束 (a) c）转动副轴线重合转动副轴线重合 两构件构成多个转动副其轴线相两构件构成多个转动副其轴线相

11、 互重合时，只有一个转动副起约束作互重合时，只有一个转动副起约束作 用，如图用，如图2-21 2-21 中曲轴的两转动副中曲轴的两转动副A A 、 B B之一为虚约束，去掉一个后：之一为虚约束，去掉一个后： 101213 F 单击单击 AB 上一页上一页 分目录分目录 退退 出出 下一页下一页 . . 虚约束虚约束 d）机构中存在对运动不起作用的对称部分机构中存在对运动不起作用的对称部分 1213233 F 在图在图2-22 2-22 行星轮系中的行星轮行星轮系中的行星轮22、2 2为虚约束，去掉后：为虚约束，去掉后： 行星轮系行星轮系 上一页上一页 分目录分目录 单击单击 退退 出出 下一页

12、下一页 例例1-6 计算大筛机构的自由度计算大筛机构的自由度 ,并判断机构运动是否确定并判断机构运动是否确定。 解：解：由左图可知滚子具有局部自由度，处为复合铰链，由左图可知滚子具有局部自由度，处为复合铰链， 、G之一为虚约束。按右图分析。之一为虚约束。按右图分析。 则：则：F=37-29-1=2 因原动件数，所以该机构运动是确定的。因原动件数，所以该机构运动是确定的。 上一页上一页 分目录分目录 退退 出出 下一页下一页 连杆机构是若干构件用低副（转动副和移连杆机构是若干构件用低副（转动副和移 动副）联接而成动副）联接而成 各构件均在相互平行的平面内运动各构件均在相互平行的平面内运动 优点：

13、优点： 1、能进行多种运动变换、能进行多种运动变换 2、承受载荷大，耐磨损，寿命长；、承受载荷大，耐磨损，寿命长； 3、接触表面为圆柱面或平面，便于加工。、接触表面为圆柱面或平面，便于加工。 退退 出出 下一页下一页 1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构 在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。 应用举例：应用举例：牛头刨床横向进给机构、搅面机、卫星天线、飞剪牛头刨床横向进给机构、搅面机、卫星天线、飞剪 缝纫机脚踏板机构、自行车、走步机、送料机构缝纫机脚踏板机构、自行车、走步机、送料机构 根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式根据连架杆运动形式的不同，可

14、分为三种基本形式 铰链四杆机构铰链四杆机构 退退 出出 下一页下一页 一为一为摇杆摇杆 一为一为曲柄曲柄 连架杆连架杆 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 1 1、特点：、特点： 退退 出出 下一页下一页 2 2、曲柄摇杆机构应用、曲柄摇杆机构应用 1）缝纫机踏板机构：）缝纫机踏板机构：摇杆主动摇杆主动 将摇杆的往复摆动转变为曲柄的整周转动。将摇杆的往复摆动转变为曲柄的整周转动。 退退 出出 下一页下一页 2)2)汽车玻璃窗雨刷汽车玻璃窗雨刷: :摇杆主动摇杆主动 退退 出出 下一页下一页 3)3)搅拌器搅拌器: : 曲柄主动曲柄主动 退退 出出 下一页下一页 4)4)雷达雷达 退退 出出 下一页下一页

15、 5)5)自行车自行车 退退 出出 下一页下一页 一为一为摇杆摇杆 一为一为曲柄曲柄 连架杆连架杆 二、双曲柄机构二、双曲柄机构 1 1、特点：、特点： 退退 出出 下一页下一页 运动特点：从动曲柄变速回转 退退 出出 下一页下一页 插床机构 双曲柄机构应用实例 退退 出出 下一页下一页 二、双曲柄机构二、双曲柄机构 1 1、特点、特点 两连架杆均为曲柄两连架杆均为曲柄 2 2、应用、应用 惯性筛惯性筛 退退 出出 下一页下一页 摄影台升降机构摄影台升降机构 退退 出出 下一页下一页 平行双曲柄机构平行双曲柄机构 退退 出出 下一页下一页 双曲柄机构运动不确定性双曲柄机构运动不确定性 退退 出

16、出 下一页下一页 退退 出出 下一页下一页 1)1)飞机起落架飞机起落架 三、双摇杆机构三、双摇杆机构 1 1、特点：、特点：两连架杆都是摇杆两连架杆都是摇杆 2 2、应用、应用 退退 出出 下一页下一页 飞机起落架机构飞机起落架机构 退退 出出 下一页下一页 A B D C E A B D C E A B D C E 退退 出出 下一页下一页 如何得到不同类型的铰链四杆机构？如何得到不同类型的铰链四杆机构？ D4 3 2 A B C 当各杆长度不变时，取不同杆为机架就可以当各杆长度不变时，取不同杆为机架就可以 得到不同类型的铰链四杆机构。得到不同类型的铰链四杆机构。 （1 1）取最短杆相邻的

17、构件）取最短杆相邻的构件 （杆（杆2 2或杆或杆 4 4）为机架时：为）为机架时：为曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 4 3 1 B A C r 退退 出出 下一页下一页 （2 2）取最短杆为机架为）取最短杆为机架为双曲柄机构双曲柄机构。 其连架杆其连架杆2 2和和4 4均为曲柄均为曲柄 退退 出出 下一页下一页 （3 3）取最短杆的对边（杆）取最短杆的对边（杆3 3）为机架）为机架 （即最短杆为连杆）（即最短杆为连杆） 两连架杆两连架杆2 2和和4 4都不能整周转动，为都不能整周转动，为双摇杆机构。双摇杆机构。 退退 出出 下一页下一页 四杆机构的演化 1）曲柄滑块机构 1.扩大转动副，使转动副变成

18、 移动副 退退 出出 下一页下一页 曲柄滑快机构演化 退退 出出 下一页下一页 当杆2的长度小于机架长度时，导秆4只能作来回摆动，又称为摆动导 秆机构，牛头刨中的主运动机构是他的应用实例 2）导杆机构）导杆机构 退退 出出 下一页下一页 转动导杆机构转动导杆机构 摆动导杆机构摆动导杆机构 导杆机构导杆机构 退退 出出 下一页下一页 曲柄摇块机构曲柄摇块机构 当曲柄滑块机构中取构件2为机架时，可转 化为曲柄摇块机构。 （3）摇块机构 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 退退 出出 下一页下一页 （4）定块机构 作者：潘存云教授 缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构 2 1 4 3 摇杆主动摇杆主动 3 1 2 4

19、 作者：潘存云教授 应用实例应用实例 B 2 3 4 C 1 A 自卸卡车举升机构自卸卡车举升机构 应用实例应用实例 B 3 4 C 1 A 2 应用实例应用实例 4A 1 B 2 3 C 应用实例应用实例 1 3 C 4 A B 2 应用实例应用实例 A 1 C 2 3 4 B 作者：潘存云教授 手摇唧筒手摇唧筒 B C 3 2 1 4 A A B C 3 2 1 4 退退 出出 下一页下一页 平面四杆机构的基本特性平面四杆机构的基本特性 一一 急回特性：急回特性： 1曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 A B C D A B C DA B C D B B C B B C C B B C C 1 1

20、1 2 2 1 1 2 2 C 2 1 2 1 2 (a)对心曲-摇(b)型曲-摇(c)型曲-摇 图6-4 1）极限位置：）极限位置： 摇杆的两个极限位置。摇杆的两个极限位置。 2）极位夹角：两极限位置之间的夹角。）极位夹角：两极限位置之间的夹角。 退退 出出 下一页下一页 180 180 2 1 2 1 1 2 t t V V k 3）急回特性）急回特性 AB位置位置 AB转角转角 所化时间所化时间 CD位置位置 C点均速点均速 工作行程：工作行程： AB2AB1 1=180+ t1=1/ C2DC1D V1=C2C1/t1 返回行程：返回行程： AB1AB2 2=180 t2=2/ C1D

21、C2D V2=C1C2/t2 急回特性急回特性: (12 t1t2 V2V1 急回急回) 从动件在往复两行程中，一个行程（通常是返回行程）较快的从动件在往复两行程中，一个行程（通常是返回行程）较快的 特性特性 4）行程速度变化系数）行程速度变化系数K： （用来反映急回的程度）（用来反映急回的程度） 退退 出出 下一页下一页 曲柄滑块机构和导杆机构中的极位夹角 退退 出出 下一页下一页 2、压力角和传动角 压力角压力角：原动件AB 通过连杆BC作用到 从动件CD上的力F的 作用线与力作用点C 点绝对速度vc所夹 的锐角 。 传动角传动角：连杆与从动 件之间所夹的锐角 越小， 越大，传 力性能越好

22、。 90 退退 出出 下一页下一页 3、 死点位置 所谓死点位置就是指从动件的传动角等于0 时机构所处的位置。 这时，连杆作用在从动件上的有效力距为 零，因而从动件不能运动。 退退 出出 下一页下一页 曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构中的死点位置 退退 出出 下一页下一页 为了消除死点位置对机构传动的不利影响， 使机构顺利通过死点位置的方法与机构通 过转折点的方法相同： （1）在机构中安装一个大质量的飞轮，利用 其惯性闯过转折点； （2）利用多组机构来消除运动不确定现象。 退退 出出 下一页下一页 上一页上一页 分目录分目录 第三节第三节 凸轮机构凸轮机构 凸轮机构的组成凸轮机构的组成： 凸轮是一个

23、具有曲线 轮廓的构件。含有凸 轮的机构称为凸轮机 构。它由凸轮、从动 件和机架组成。 O1 凸轮凸轮1 从动件从动件2 机架机架3 1 1.1.按凸轮的形状分类按凸轮的形状分类 移动（板状）凸轮 机构 圆柱凸轮机构 盘形凸轮机构 11 3 2 e 凸轮机构的组成：凸轮机构的组成： 滚子从动件滚子从动件 凸轮机构凸轮机构 e e e 尖顶从动件尖顶从动件 凸轮机构凸轮机构 平底从动件平底从动件 凸轮机构凸轮机构 2.2.按从动件的结构分类按从动件的结构分类 传力不大的凸轮传力不大的凸轮 机构中机构中 传力较大传力较大 传动效率高，用于高速传动效率高，用于高速 凸轮机构中凸轮机构中 凸轮机构的应用

24、：凸轮机构的应用： 内燃机配气凸轮机构内燃机配气凸轮机构 1 1 3 2 e 1 1 3 2 e 1 1 3 2 e 1 1 3 2 e 1 1 3 2 e 1 3 2 e 1 3 2 e 1 3 2 e 1 3 2 e 1 3 2 e 1 3 2 e h 1 3 2 e h 1 3 2 e h 1 3 2 e h 1 3 2 e h 1 3 2 e h 1 3 2 e h 1 3 2 e h 1 3 2 e h 1 3 2 e h 名词术语：名词术语： 运动规律：运动规律：推杆在推程或回程推杆在推程或回程 时，其位移时，其位移S S、速度、速度V、和加速、和加速 度度a 随时间随时间t 的变

25、化规律。的变化规律。 二、二、凸轮机构工作过程凸轮机构工作过程 基圆、基圆、 推程运动角、推程运动角、 基圆半径、基圆半径、推程、推程、 远休止角、远休止角、 回程运动角、回程运动角、 回程、回程、 近休止角、近休止角、 行程。行程。一个循环 r0 h B o t s 01 01 02 02 0 0 0 0 A D C B 四、从动件常用的运动规律四、从动件常用的运动规律 （一）等速运动规律（一）等速运动规律 1 1、匀速运动规律（推程段）匀速运动规律（推程段） 从动件运动的速度为常数时的运动规律，从动件运动的速度为常数时的运动规律， 称为等速运动规律（直线运动规律）。称为等速运动规律（直线运

26、动规律）。 从动件在运动起始位置和终止从动件在运动起始位置和终止 两瞬时的速度有突变，故加速度在理论上两瞬时的速度有突变，故加速度在理论上 由零值突变为无穷大，惯性力也为无穷大。由零值突变为无穷大，惯性力也为无穷大。 由此的强烈冲击称为由此的强烈冲击称为刚性冲击。刚性冲击。适用于低适用于低 速场合速场合。 h O S t v O v O a 四四 从动件的常用运动规律从动件的常用运动规律 1 0 2 v + 2 a 1 0 特点：特点：刚性冲击，适应于低速 及从动件质量不大的场合 s2 1 0 t h 1、等速运动规律、等速运动规律 凸轮等速转动，从动件推程 和回程速度为一常数 2. 等加速等减速运动规律等加速等减速运动规律 （抛物线运动规律）（抛物线运动规律） 从动件在推程（或回程）中，从动件在推程（