山科机械原理考研超强总结

1、第二章 平面机构的结构分析2-1 机构的组成一、构件从制造加工角度：机械由零件组成零件制造单元体 从运动和功能实现角度：构件独立运动的单元体注意：构件可以是单一零件，也可以是几个零件的刚性联接二、运动副1、运动副：指两构件直接接触并能产生相对运动的联接。运动副元素：指两个构件直接接触而构成运动副的部分。运动副元素不外乎为点、线、面。注意：（）运动副是一种联接；（）运动副由两个构件组成；（）组成运动副的两个构件之间有相对运动2、构件自由度与约束（1）构件的自由度：指一个构件相对另一个构件可能出现的独立运动。一个自由构件在空间具有6个自由度。（2）约束：指通过运动副联接的两构件之间的某些相对独立运

2、动所受到的限制。运动副引入的约束数等于两构件相对自由度减少的数目。运动副引入的约束数：最多为5个。3、运动副分类：按运动副接触形式分 低副:两构件通过面接触而构成的运动副统称为低副; 高副:凡两构件系通过点或线接触而构成的运 动副统称为高副; 三、运动链:指两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统。四、机构机构:在运动链中将一构件加以固定, 而其余构件都具有确定的运动，则运动链便成为机构。机架：机构中固定不动构件。原动件: 机构中按给定的运动规律独立运动的构件。从动件:机构其余活动构件。平面机构: 机构中各构件间的相对运动为平面运动。空间机构: 机构中各构件间的相对运动为空间运动。2-2 机构

3、运动简图1、机构的运动：与原动件运动规律、运动副类型、机构运动尺寸有关。2、机构运动简图：指根据机构的运动尺寸, 按一定的比例尺定出各运动副的位置, 并用国标规定的简单线条和符号代表构件和运动副，绘制出表示机构运动关系的简明图形。分析机构的组成及运动情况，确定机构中的机架、原动部分、传动部分和执行部分，以确定运动副的数目。循着运动传递的路线，逐一分析每两个构件间相对运动的性质，确定运动副的类型和数目;恰当地选择投影面：一般选择与机械的多数构件的运动平面相平行的平面作为投影面。选择适当的比例尺, 定出各运动副之间的相对位置，用规定的简单线条和各种运动副符号, 将机构运动简图画出来。2-3 机构具

4、有确定运动的条件机构具有确定运动的条件为：机构原动件数=机构自由度数2-4 机构自由度的计算平面机构的自由度计算公式：2-5 计算机构自由度应注意的事项1、复合铰链（如图2-1） ：实例分析1：计算图2-2直线机构自由度两个以上构件同在一处以转动副相联接即构成复合铰链。m个构件以复合铰链联接所构成的转动副数为(m-1)个。2、局部自由度：实例分析2：计算图2-3凸轮机构自由度图2-1）注意：计算机构自由度时, 应将局部自由度除去不计。方法一：方法二：假想构件2和3焊成一体机构中某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动, 把这种局部运动的自由度称为局部自由度。数目用F表示.图2-3）图2-

5、2）3、虚约束a）（1）指机构在某些特定几何条件或结构条件下，有些运动副带入的约束对机构运动实际上起不到独立的约束作用, 这些对机构运动实际上不起约束作用的约束称为虚约束，用P表示。注意：在计算自由度时，应将虚约束除去不计。（2）去除虚约束的方法：b）将因虚约束而减少的自由度再加上。即图2-4）不计引起虚约束的附加构件和运动副数。分析：E3和E5点的轨迹重合，引入一个虚约束（如图2-4b）所示正确计算：（3）虚约束常出现的情况：（如图2-5）机构中两构件未联接前的联接点轨迹重合,则该联接引入1个虚约束;正确计算：将因虚约束而减少的自由度再加上。图2-5）不计引起虚约束的附加构件和运动副数。两构

6、件在几处接触而构成运动副两构件在几处接触而构成移动副且导路互相平行或重合。（如图2-6a）所示b）a）两个构件组成在几处构成转动副且各转动副的轴线是重合的。（如图2-6b）所示图2-6）注：只有一个运动副起约束作用,其它各处均为虚约束;若两构件在多处相接触构成平面高副，且各接触点处的公法线重合,则只能算一个平面高副（如图2-7）所示。若公法线方向不重合，将提供各2个约束（如图2-8）所示。图2-8此两种情况没有虚约束束）图2-7有一处为虚约束） 机构运动过程中, 某两构件上的两点之间的距离始终保持不变, 将此两点以构件相联, 则将带入1个虚约束。（如图2-9）所示图2-10）图2-9）某些不影

7、响机构运动的对称部分或重复部分所带入的约束为虚约束。（如图2-10）所示小结复合铰链：存在于转动副处；正确处理方法：复合铰链处有m个构件则有(m-1)个转动副局部自由度：常发生在为减小高副磨损而将滑动摩擦变成滚动摩擦所增加的滚子处。正确处理方法：计算自由度时将局部自由度减去。虚约束：存在于特定的几何条件或结构条件下。正确处理方法：将引起虚约束的构件和运动副除去不计。第三章 平面机构的运动分析3-2 用速度瞬心作平面机构的速度分析一、速度瞬心1、速度瞬心(瞬心): 指互相作平面相对运动的两构件在任一瞬时其相对速度为零的重合点。即两构件的瞬时等速重合点。(1)绝对瞬心: 指绝对速度为零的瞬心。(2

8、)相对瞬心: 指绝对速度不为零的瞬心。瞬心的表示:构件i 和 j 的瞬心用Pij表示二、机构中瞬心的数目 由N个构件组成的机构, 其瞬心总数为K三、机构中瞬心位置的确定 1、通过运动副直接相联两构件的瞬心位置确定（如图3-1）所示 若为纯滚动, 接触点即为瞬心；转动副联接两构件的瞬心在转动副中心。移动副联接两构件的瞬心在垂直于导路方向的无究远处。图3-1）P13若既有滚动又有滑动, 则瞬心在高副接触点处的公法线上。2、不直接相联两构件的瞬心位置确定（如图3-2）所示三心定理:三个彼此作平面平行运动的构件的三个瞬心必位于同一直线上。例题:试确定平面四杆机构在图示位置时的全部瞬心的位置。P34解:

9、 机构瞬心数目为: K=63瞬心、用于三心定理来求速度瞬心法应用例题分析一4如图所示的平面四杆机构中, 已知原动件2以角速度w2等速度转动, 现需确定机构在2P23图示位置时从动件4的角速度w4。4解：1、确定机构瞬心22、为构件2和4的等速重合点, 1图3-2）P24P14P14称为机构传动比；且等于该两构件绝对瞬心至其相对瞬心距离的反比速度瞬心法应用例题分析二如图3-3所示的带有一移动副的平面四杆机构中, 已知原动件2以角速度等速度转动, 现需确定机构在图示位置时从动件4的速度。图3-3）P23P242342v2P14P34P12223nKP12P231nP13解：确定机构瞬心如图所示速度

10、瞬心法应用例题分析三如图3-4所示凸轮机构，设已知各构件尺寸和凸轮的角速度，求从动件3的速度。解：确定构件2和3的相对瞬心P23总结： 瞬心法优点: 速度分析比较简单。图3-4）瞬心法缺点：不适用多杆机构； 如瞬心点落在纸外，求解不便；速度瞬心法只限于对速度进行分析, 不能分析机构的加速度；精度不高。3-3 机构运动分析的矢量方程图解法二、同一构件上两点间的速度及加速度的关系1.所依据的基本原理:运动合成原理：一构件上任一点的运动，可以看作是随同该构件上另一点的平动(牵连运动)和绕该点的转动(相对运动)的合成。 2、实例分析已知图3-5所示曲柄滑块机构原动件AB的运动规律和各构件尺寸。求：图示

11、位置连杆BC的角速度和其上各点速度。连杆BC的角加速度和其上C点加速度。图3-5）解题分析：原动件AB的运动规律已知，则连杆BC上的B点速度和加速度是已知的，于是可以用同一构件两点间的运动关系求解。（1）速度解题步骤： 求由运动合成原理列矢量方程式 大小： ？ ?方向： xx AB BC确定速度图解比例尺v( (m/s)/mm) （如图3-6）所示作图求解未知量： 求大小： ？ ？ ? 方向： ？ AB EB xx EC 速度多边形特性（如图3-6）所示图3-6）由极点p向外放射的矢量代表相应点的绝对速度； 连接极点以外其他任意两点的矢量代表构件上相应两点间的相对速度， 其指向与速度的下角标相

12、反；因为BCE与 bce 对应边相互垂直且角标字母顺序一致，故相似， 所以图形 bce 称之为图形BCE的速度影像（2）加速度求解步骤： 求列矢量方程式 确定加速度比例尺作图求解未知量：求 注意：速度影像和加速度影像只适用于构件。图3-7）由极点向外放射的矢量代表构件相应点的绝对加速度；连接两绝对加速度矢量矢端的矢量代表构件上相应两点间的相对加速度，其指向与加速度的下角标相反；也存在加速度影像原理。三、两构件重合点间的速度和加速度的关系已知图示机构尺寸和原动件1的运动。求重合点C的运动。1.依据原理构件2的运动可以认为是随同构件1的牵连运动和构件2相对于构件1的相对运动的合成。 ？ ?2、依据

13、原理列矢量方程式CD AC AB大小： 方向 ？ ？CD CD AB大小： 方向1ADC1432Bvc2c1ac1vc1C1、C2、C3科氏加速度方向是将沿牵连角速度转过90o的方向。矢量方程图解法小结1.列矢量方程式第一步要判明机构的级别：适用二级机构；第二步分清基本原理中的两种类型。 第三步矢量方程式图解求解条件：只有两个未知数2.做好速度多边形和加速度多边形首先要分清绝对矢量和相对矢量的作法，并掌握判别指向的规律。其次是比例尺的选取及单位。3.注意速度影像法和加速度影像法的应用原则和方向4.构件的角速度和角加速度的求法5.科氏加速度存在条件、大小、方向的确定6.最后说明机构运动简图、速度

14、多边形及加速度多边形的作图的准确性，与运动分析的结果的准确性密切相关。第四章 平面机构力分析§4-2构件惯性力的确定一、一般力学方法1. 作平面复合运动的构件：（如图4-1）所示构件BC上的惯性力系可简化为：加在质心S上的惯性力和惯性力偶。可以用总惯性力来代替和 ， = ，作用线由质心S 偏移图4-2）图4-1）图4-3）2. 作平面移动的构件（如图4-2）所示等速运动：； 变速运动：3. 绕定轴转动的构件（如图4-3）所示1）绕通过质心的定轴转动的构件等速转动：； 变速运动：只有惯性力偶2）绕不通过质心的定轴转动等速转动：产生离心惯性力； 变速转动：可以用总惯性力来代替和 ， =

15、，作用线由质心S 偏移 §43运动副中的摩擦一、研究摩擦的目的1. 摩擦对机器的不利影响1）造成机器运转时的动力浪费Þ 机械效率¯ 2）使运动副元素受到磨损Þ零件的强度¯、机器的精度和工作可靠性Þ¯ 机器的使用寿命¯3）使运动副元素发热膨胀Þ 导致运动副咬紧卡死Þ机器运转不灵活；4）使机器的润滑情况恶化Þ机器的磨损Þ­机器毁坏。2. 摩擦的有用的方面： 有不少机器，是利用摩擦来工作的。如带传动、摩擦离合器和制动器等。二、移动副中的摩擦（如图4-4）所示1.移动副中摩

16、擦力的确定 当外载一定时，运动副两元素间法向反力的大小与运动副两元素的几何形状有关：图4-4）1）两构件沿单一平面接触 2）两构件沿一槽形角为的槽面接触（如图4-5）所示 图4-6）图4-5）3）两构件沿圆柱面接触（如图4-6）所示是沿整个接触面各处反力的总和。整个接触面各处法向反力在铅垂方向的分力的总和等于外载荷Q。 4）标准式不论两运动副元素的几何形状如何，两元素间产生的滑动摩擦力均可用通式：来计算 -当量擦系数5）槽面接触效应当运动副两元素为槽面或圆柱面接触时，均有v Þ其它条件相同的情况下，沿槽面或圆柱面接触的运动副两元素之间所产生的滑动摩擦力平面接触运动副元素之间所产生的摩

17、擦力。图4-7）2. 移动副中总反力的确定（如图4-7）所示1）总反力和摩擦角总反力：法向反力和摩擦力的合力。摩擦角j：总反力和法向反力之间的夹角。2）总反力的方向R21与移动副两元素接触面的公法线偏斜一摩擦角j；R21与公法线偏斜的方向与构件1相对于构件2 的相对速度方向v12的方向相反3. 斜面滑块驱动力的确定1）求使滑块1 沿斜面 2 等速上行时所需的水平驱动力P（如图4-8）所示根据力的平衡条件2）求保持滑块1沿斜面2等速下滑所需的水平力 P （如图4-9）所示根据力的平衡条件图4-9）图4-8）注意当滑块1下滑时，Q为驱动力，为阻抗力，其作用为阻止滑块1 加速下滑。如果a<j，

18、为负值，成为驱动力的一部分，作用为促使滑块1沿斜面等速下滑。三、螺旋副中的摩擦1. 矩形螺纹螺旋副中的摩擦（如图4-10）所示1）矩形螺纹螺旋副的简化将螺纹沿中径d2 圆柱面展开，其螺纹将展成为一个斜面，该斜面的升角a等于螺旋在其中径d2上的螺纹升角。 l-导程，z-螺纹头数， p-螺距螺旋副可以化为斜面机构进行力分析。2）拧紧和放松力矩图4-10）拧紧：螺母在力矩M作用下 逆着Q力等速向上运动，相当于在滑块2上加一水平力P，使滑块2 沿着斜面等速向上滑动。放松：螺母顺着Q力的方向等速向下运动，相当于滑块2沿着斜面等速向下滑。四、转动副中的摩擦1. 轴颈摩擦（如图4-11）所示1）摩擦力矩和摩

19、擦圆摩擦力对轴颈形成的摩擦力矩 用总反力来表示及由力平衡条件Þ 图4-11）由Þ摩擦圆：以r为半径所作的圆。2）转动副中总反力的确定（1）根据力平衡条件，2）总反力必切于摩擦圆（3）总反力对轴颈轴心O之矩的方向必与轴颈1相对于轴承2的角速度的方向相反。注意是构件2作用到构件1上的力，是构件1所受的力。是构件1相对于构件2的角速度。构件2作用到构件1上的作用力R21对转动副中心之矩，与构件1相对于构件2的角速度方向相反。 第五章 机械的效率与自锁§5-1 机械的效率一、各种功及其相互关系驱动功（输入功）：作用在机械上的驱动力所作的功。有益功（输出功）：克服生产阻力所

20、作的功。损耗功：克服有害阻力所作的功二、机械效率机械效率是输出功和输入功的比值，它可以反映输入功在机械中有效利用的程度。或三、提高机械效率的方法1、尽量简化机械传动系统，使传递通过的运动副数目越少越好；2、减少运动副中的摩擦。四、机械效率的计算机械效率的统一形式：例：如图所示斜面滑块机构1）正行程（如图5-1）的驱动力 则正行程的效率：式中，可令实际驱动力P计算式中的摩擦角2）反行程（如图5-2）水平力为则反行程的效率：式中，可令实际驱动力P计算式中的摩擦角图5-2）图5-1）§5-2 机械的自锁一、机械的自锁：由于摩擦力的存在，无论驱动如何增大也无法使机械运动的现象。二、自锁现象的

21、意义1）设计机械时，为了使机械实现预期的运动，必须避免机械在所需的运动方向发生自锁；2）一些机械的工作需要其具有自锁特性。三、发生自锁的条件1. 滑块实例（如图5-3）所示滑块1与平台2 组成移动副。 P为作用于滑块1上驱动力 ，b 为力P与滑块1和平台2接触面的法线nn之间的夹角，j为摩擦角。（1）力P分解为水平分力和垂直分力，（2）有效分力：推动滑块1 运动的分力。（3）垂直分力：所能引的最大摩擦力当 b£j 时Þ滑块1不会发生运动-自锁现象图5-4）图5-3）2. 转动副实例（如图5-4）所示力P为作用在轴颈上的单一外载荷。当力P的作用线在摩擦圆之内（a<）时&

22、#222;力 P 对轴颈中心的力矩力P本身所能引起的最大摩擦力矩 a<Þ Þ不论力P 如何增大，也不能驱使轴颈转动。-自锁现象3.一般条件机械发生自锁时，无论驱动力多么大，都不能超过由它所产生的摩擦阻力。Û驱动力所作的功，总是小于或等于由它所产生的摩擦阻力所作的功。 0当=0时，机械处于临界自锁状态；当<0时，其绝对值越大，表明自锁越可靠。斜面压榨机（如图5-5a）所示该机构在当力P 撤去后，在的作用下应该具有自锁性。（1）求出当为驱动力时，该机构的机械效率。（设各接触面的摩擦系数相同。）根据各接触面间的相对运动及已知的摩擦角j，将两滑块所受的总反力作

23、出。取滑块2为分离体（如图5-5b），列出平衡方程式： 作出力多边形（如图5-5c），并由正弦定律所以 则 取滑块3为分离体（如图5-5d），列出平衡方程可作出力多边形（如图5-5e）并由正弦定律所以则因为所以联立得所以令P0即0所以0 此即该斜面压榨机反行程自锁的条件。b)）a)）c)）d)）f)）e)）图5-5）第七章 机械的运转及其速度波动的调节一、机械的运动方程式1、机械运动方程的一般表达式机械系统的运动方程式为：dE=dW 图7-1）对于如图7-1曲柄滑块机构： dE=dW系统的运动方程式为：2、机械系统的等效动力学模型（1）等效转动惯量和等效力矩等效转动惯量等效力矩（能量微分形式的

24、运动方程式）等效构件说明：对一个单自由度的机械系统的运动研究可简化为对该系统的一个具有等效转动惯量Je（j），在其上作用有等效力矩Me（j ,w ,t）的假想构件的运动的研究。具有等效转动惯量，其上作用有等效力矩的等效构件图7-2）原机械系统等效动力学模型2. 等效质量和等效力选滑块为曲柄滑块机构的等效构件(如图7-3)所示等效质量：等效力：图7-3）（能力微分形式的运动方程式）例：如图7-4为一齿轮驱动的正弦机构，已知：转动惯量为；，转动惯量为，曲柄长为l，滑块3和4的质量分别为，,其质心分别在C和D点，轮1上作用有驱动力矩,在滑块4上作用有阻抗力，取曲柄为等效构件，求：图示位置时的等效转动

25、惯量及等效力矩解：1）求图7-4） 2）求瞬时功率不变说明：1）的前三项为常数，第四项为等效构件的位置参数的函数，为变量。2）工程上，为了简化计算，常将等效转动惯量中的变量部分用其平均值近似代替，或忽略不计。§ 7-4稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节一、产生周期性速度波动的原因(如图7-5)所示当等效构件回转过j角时， 机械动能的增量为：盈功：E >0 ，用“+”号表示。图7-5）亏功：E <0 ，用“-”号表示。在盈功区，等效构件的­；在亏功区，等效构件的¯在Me和Je的公共周期内，Û经过Me和Je的一个公共周期，机械的动能恢复到

26、原来的值Þ等效构件的角速度恢复到原来的数值。Þ等效构件的角速度在稳定运转过程中呈现周期性波动。二、速度波动程度的衡量指标1. 平均角速度 2. 角速度的变化量可反映机械速度波动的绝对量，但不能反映机械运转的不均匀程度。例如：当=5rad/s时，对于=10 rad/s 和 =100rad/s的机械，低速机械的速度波动要明显一些。3. 速度不均匀系数d：角速度变化量和其平均角速度的比值。工程上用它来表示机械运转的速度波动程度。设计机械时，应满足： 一定时，d 越小， 与的差值越小，机器的运转越平稳。为了减少机械运转时产生的周期性速度波动，常用的方法是在机械中安装具有较大转动惯量

27、JF 的飞轮来进行调节。飞轮相当于一个储能器。当机械出现盈功时，它以动能的形式将多余的能量储存起来，使主轴角速度上升幅度减小；当出现亏功时，它释放其储存的能量，以弥补能量的不足，使主轴角速度下降的幅度减小。1. 最大盈亏功：指一个周期内，驱动功和阻抗功之差的最大值。或：一个周期内，机械速度由上升到（或由下降到）时，外力对系统所作的盈功（或亏功）的最大值。设在机械上安装的飞轮的等效转动惯量为图(7-5b)所示为某机械系统的动能E(j)在一个周期内的变化曲线。b处： ，c处：，Þ：在 与 之间能量指示图（如图7-6）：以a点为起点，按一定比例用向量线段依次表示相应位置和之间所包围的面的大

28、小和正负的图形。代表最大盈亏功的大小2.飞轮转动惯量的计算 ：图7-6）例在图7-7所示的刨床机构中，已知空程和工作行程中消耗于克服阻抗力的恒功率为，时，试确定电动机所需的平均功率，并分别计算在以下两种情况中的飞轮转动惯量1)飞轮装在曲柄轴上；2)飞轮装在电动机轴上，电动机的额定转速忽略减速器的转动惯量。解：1.求平均功率2.求最大盈亏功（如图7-8）所示3. 求飞轮转动惯量1)飞轮装在曲柄轴上2）飞轮装在电动机轴上图7-7）2573.9367.73677图7-8）例2：某内燃机的曲柄输出力矩，其运动周期，曲柄的平均转速。当用该内燃机驱动一阻抗力为常数的机械时，如果要求其求：，试求1)曲柄最大

29、转速和相应的曲柄转角位置2) 装在曲轴上的飞轮的转动惯量图7-9）解：1)确定阻抗力矩 一个循环内驱动功应等于阻抗功，2）求3）求第八章：平面连杆机构及其设计本章教学目标了解平面连杆机构的组成及其主要优缺点;了解平面连杆机构的基本形式及其演化和应用；明确四杆机构曲柄存在条件和机构急回运动及行程速比系数等概念；对传动角、死点、运动连续性等有明确的概念；了解平面四杆机构设计的基本问题，掌握根据具体设计条件和实际需要设计平面四杆机构的方法。8-2 平面四杆机构的类型及应用一、平面四杆机构的基本型式（如图8-1）所示曲柄：能作整周回转的连架杆。图8-1）摇杆：只能在一定范围内摇动的连架杆；周转副：组成

30、转动副的两构件能整周相对转动；摆转副：不能作整周相对转动的转动副。1、曲柄摇杆机构铰链四杆机构中，若其两个连架杆一为曲柄，一为摇杆，则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。2、双曲柄机构（如图8-2）所示在铰链四杆机构中，若其两个连架杆都是曲柄，则称为双曲柄机构。平行四边形机构：指相对两杆平行且相等的双曲柄机构。平行四边形机构特性：图8-2）两曲柄同速同向转动；连杆作平动逆平行（反平行）四边形机构：指两相对杆长相等但不平行的双曲柄机构图8-3）3、双摇杆机构铰链四杆机构若两连架杆都是摇杆，则称其为双摇杆机构。8-3 平面四杆机构的基本知识一、平面四杆机构有曲柄的条件分析：（如图8-4）所示构件AB要为曲

31、柄，则转动副A应为周转副；图8-4）为此AB杆应能占据整周中的任何位置；因此AB杆应能占据与AD共线的位置AB'及AB''。 两两相加 结论：转动副A成为周转副的条件：1)最短杆长度+最长杆长度其余两杆长度之和杆长条件2)组成该周转副的两杆中必有一杆是最短杆。推论：当机构尺寸满足杆长条件时，最短杆两端的转动副均为周转副；其余转动副为摆转副。平面四杆机构有曲柄的条件：机构尺寸满足杆长条件，且最短杆为机架或连架杆。例：图8-5所示机构尺寸满足杆长条件，当取不同构件为机架时各得什么机构？最短杆为机架得双曲柄机构取最短杆相邻的构件为机架得曲柄摇杆机构取最短杆对边为机架得双摇杆机

32、构图8-5）注意：如果四杆机构不满足杆长条件，则不论取哪个构件为机架，均为双摇杆机构。二、急回运动和行程速比系数（如图8-6）所示1. 机构极位：曲柄回转一周，与连杆两次共线，此时摇杆分别处于两极限位置，称为机构极位。2. 极位夹角：机构在两个极位时，原动件所处两个位置之间所夹的锐角称为极位夹角。3. 急回运动：图8-6）曲柄等速转动情况下，摇杆往复摆动的平均速度一快一慢，机构的这种运动性质称为急回运动。4. 行程速比系数K：为表明急回运动程度，用反正行程速比系数K来衡量： q角愈大，K值愈大，急回运动性质愈显著。对心曲柄滑块机构=0，没有急回运动偏置曲柄滑块机构0，有急回运动图8-8）图8-

33、7）摆动导杆机构的急回运动（如图8-8）所示。机构急回的作用：节省空回时间，提高工作效率。注意：急回具有方向性三、四杆机构的传动角与死点（如图8-9）所示1. 机构压力角 机构从动件上作用点的力与该点的速度方向之间所夹的锐角，为机构在此位置的压力角a。2. 传动角机构压力角的余角称为机构在此位置的传动角。机构常用传动角大小及变化来衡量机构传力性能的好坏。3. 最小传动角的位置：曲柄摇杆机构：出现在曲柄与机架共线的两位置之一所以图8-10）图8-9）4.死点（如图8-10）所示：曲柄摇杆机构：若以摇杆CD为主动件，则当连杆与曲柄共线时，机构传动角为零，这时CD通过连杆作用于从动件AB上的力恰好通

34、过其回转中心，出现不能使构件AB转动而“顶死”的现象，机构的这种位置称为死点。曲柄滑块机构的死点位置（如图8-11）所示满足预定运动的规律要求机构示例图8-12车门开闭机构设计时要求两连架杆的转角应大小相等，方向相反，以实现车门的起闭图8-11）8-4 平面四杆机构的设计一、平面连杆设计的基本问题1. 平面连杆机构设计的基本任务第一是根据给定的设计要求选定机构型式；第二是确定各构件尺寸，并要满足结构条件、动力条件和运动连续条件等。2. 平面连杆机构设计的三大类基本命题（1）满足预定运动的规律要求（如图8-12）所示要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系；要求在原动件运动规律一定的条件下，

35、从动件能够准确地或近似地满足预定的运动规律要求。（2）满足预定的连杆位置要求：即要求连杆能依次点据一系列的预定位置。机构示例（如图8-13、8-14）所示图8-14铸造用翻箱机构）图8-13飞机起落架机构）（3）满足预定的轨迹要求：即要求机构运动过程中，连杆上某些点能实现预定的轨迹要求。机构示例（如图8-15、8-16）所示图8-16搅拌机机构）图8-15鹤式起重机）5三、用图解法设计四杆机构1. 按预定的连杆位置设计四杆机构 已知连杆长度及两预定位置、，设计该四杆机构。（如图8-17）所示图8-17）设计分析：铰链和位置已知，固定铰链和未知。铰链和轨迹为圆弧，其圆心分别为点和。和分别在和的垂

36、直平分线上。设计步骤：（如图8-17）所示已知连杆长度，要求机构在运动过程中占据图示、三个位置，试设计该四杆机构。（如图8-18）所示设计步骤：（如图8-18）所示 给定连杆的4个位置，设计四杆机构图8-18）分析：在连杆上任取一点为铰链点，则在连杆四个预定位置上的该点不一定在同一圆周上，导致无解。找圆点：连杆上总能找到一些点，使其在连杆4个位置上的对应点位于同一个圆周上，称这些点为圆点。并取为活动铰链点。中心点：圆点所在圆弧的圆心。即为固定铰接点。2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构（1）设计方法机构转化法或反转法：指根据机构的倒置理论，通过取不同构件为机架，将按连架杆预定位置设计四杆机构

37、转化为按连杆预定位置设计四杆机构的方法。机构倒置（如图8-19）所示图8-19）给定连架杆的两个对应位置设计四杆机构。（如图8-21）所示图8-20用机构转化法设计过程）设计要求：已知机架长度d，要求原动件顺时针转过角时，从动件相应的顺时针转过，试设计四杆机构。图8-22）图8-21）给定连架杆的3个对应位置设计四杆机构。（如图8-22）所示设计要求：已知机架长度d，要求原动件顺时针转过、角时，从动件相应的顺时针转过、，试设计四杆机构。给定连架杆的4个对应位置设计四杆机构。（如图8-23）所示图8-22）图8-23）设计要求：已知机架长度d，要求原动件顺时针转过、角时，从动件相应的顺时针转过、

38、。图8-22）曲柄滑块机构（如图8-24）所示已知条件：滑块行程H、偏矩e和行程速比系数K。图8-24）曲柄摇杆机构（如图8-25）所示图8-25）设计要求：已知摇杆的长度CD、摆角及行程速比系数K。设计过程：（如图8-25）所示倒置原理（如图8-26）所示a）b）图8-26）曲柄摇杆机构（如图8-27）所示设计要求：已知摇杆的长度CD、摆角及行程速比系数K。图8-27b）图8-27a）图8-27c）第九章 凸轮机构本章教学内容1、凸轮机构的应用和分类2、推杆的运动规律3、凸轮轮廓曲线的设计4、凸轮机构基本尺寸的确定一、凸轮机构的应用和分类1、凸轮机构的组成与应用（1）轮机构的基本构件：凸轮、

39、推杆（从动件）、机架（2）凸轮机构的应用领域：凸轮机构广泛用于自动机械、自动控制装置和装配生产线中。（3）凸轮机构的优点：结构简单、紧凑，通过适当设计凸轮廓线可以使推杆实现各种预期运动规律，同时还可以实现间歇运动。  （4）凸轮机构的优点：接触为高副，易于磨损，多用于传力不大的场合。圆柱凸轮机构2、凸轮机构的分类（1）按凸轮形状分：（如图9-1）移动凸轮机构盘形凸轮机构图9-1（2）按推杆的形状来分（如图9-2）构造简单，但易于磨损，所以只适用于作用力不大和速度较低的场合。尖顶推杆由于滚子与凸轮之间为滚动摩擦，所以磨损较小，故可用来传递较大的动力。滚子推杆其优点是凸轮与平底接触面间容

40、易形成油膜，润滑较好，所以常用于高速传动中。图9-2平底推杆（3）按从动件的运动方式分（如图9-3）摆动从动件：从动件绕某一固定轴摆动。直动从动件：从动件只能沿某一导路做往复移动；对心直动推杆图9-3偏置直动从动件二、推杆的运动规律1、基本术语（如图9-4）基圆：以凸轮最小半径所作的圆，称为凸轮的基圆半径。推程、推程运动角：远休、远休止角：回程、回程运动角：图9-4近休、近休止角：行程：推杆的运动规律：是指推杆在运动过程中，其位移、速度和加速度随时间变化的规律。2、从动件常用运动规律 重点：掌握各种运动规律的运动特性说明：凸轮一般为等速运动，有推杆运动规律常表示为推杆运动参数随凸轮转角变化的规

41、律。多项式运动规律（如图9-5）一次多项式运动规律等速运动运动方程式一般表达式：推程运动方程： 图9-5推程运动方程式：在起始和终止点速度有突变，使瞬时加速度趋于无穷大，从而产生无穷大惯性力，引起刚性冲击。回程运动方程一次多项式一般表达式：回程运动方程式：等速运动规律运动特性：推杆在运动起始和终止点会产生刚性冲击。二次多项式运动规律等加速等减速运动规律（如图9-6）运动方程式一般表达式：注意：为保证凸轮机构运动平稳性，常使推杆在一个行程中的前半段作等加速运动，后半段作等减速运动，且加速度和减速度的绝对值相等。（推杆的等加速等减速运动规律）推程运动方程推程等加速段边界条件：图9-6加速段运动方程

42、式为：推程等减速段边界条件：等减速段运动方程为等加速等减速运动规律运动特性：在起点、中点和终点时，因加速度有突变而引起推杆惯性力的突变，且突变为有限值，在凸轮机构中由此会引起柔性冲击。等加速等减速运动规律回程运动方程回程减速段运动方程式：回程加速段运动方程式： 五次多项式运动规律五次多项式的一般表达式为推程边界条件解得待定系数为位移方程式为五次多项式运动规律的运动线图（如图9-7）五次多项式运动规律的运动特性：即无刚性冲击也无柔性冲击余弦加速度运动规律简谐运动规律图9-7简谐运动：当一点在圆周上等速运动时，其在直径上的投影的运动即为简谐运动。推杆推程运动方程式：推杆回程运动方程式 图9-8余弦

43、加速度运动规律推程运动线图推杆回程运动方程式 余弦加速度运动规律的运动特性：推杆加速度在起点和终点有突变，且数值有限，故有柔性冲击正弦加速度运动规律摆线运动规律摆线运动：一圆在直线上作纯滚动时，其上任一点在直线上的投影运动为摆线运动。推程运动方程式为 图9-9推程运动线图回程运动方程为正弦加速度运动规律运动特性：推杆作正弦加速度运动时，其加速度没有突变，因而将不产生冲击。适用于高速凸轮机构组合运动规律采用组合运动规律的目的：避免有些运动规律引起的冲击，改善推杆其运动特性。构造组合运动规律的原则： 、根据工作要求选择主体运动规律，然后用其它运动规律组合；、保证各段运动规律在衔接点上的运动参数是连

44、续的；、 在运动始点和终点处，运动参数要满足边界条件。例1：改进梯形加速度运动规律（如图9-10）主运动：等加等减运动规律图9-10组合运动：在加速度突变处以正弦加速度曲线过渡。例2：组合运动规律示（如图9-11）组合方式：主运动：等速运动规律组合运动：等速运动的行程两端与正弦加速度运动规律组合起来。运动规律运动特性适用场合等速运动规律：有刚性冲击低速轻载等加速等减速运动：柔性冲击中速轻载余弦加速度运动规律：柔性冲击中低速重载正弦加速度运动规律：无冲击中高速轻载五次多项式运动规律：无冲击高速中载三、凸轮轮廓曲线的设计图9-11凸轮廓线的设计方法：图解法 解析法凸轮廓线设计方法的基本原理（如图9

45、-12） 反转法原理：假想给整个机构加一公共角速度,则凸轮相对静止不动，而推杆一方面随导轨以绕凸轮轴心转动，另一方面又沿导轨作预期的往复移动。推杆尖顶在这种复合运动中的运动轨迹即为凸轮轮廓曲线。图解法设计凸轮轮廓曲线对心尖顶直动推杆盘形凸轮机构（如图9-13）已知:凸轮基圆半径,凸轮以等角速度逆时针回转。推杆运动规律为：，推杆等速上升h；，推杆在最高位置静止不动；，推杆以正弦加速度运动回到最低位置；图9-12，推杆在最低位置静止不动。偏置直动尖端推杆盘形凸轮机构（如图9-14）偏距圆：以凸轮轴心O为圆心，以偏距e为半径作的圆。设计步骤与对心直动相同。应注意的不同点：、先作出基圆和偏距圆，根据推

46、杆偏置方向确定其起始位置。、偏距圆与位移线图对应等分、推杆在反转运动中依次占据的位置都是偏距圆的切线；图9-13图9-14直动滚子推杆盘形凸轮机构（如图9-15）注意：凸轮基圆半径指理论廓线的最小半径设计说明：1) 将滚子中心看作尖顶，然后按尖顶推杆凸轮廓线的设计方法确定滚子中心的轨迹，称其为凸轮的理论廓线；2)以理论廓线上各点为圆心，以滚子半径rr为半径，作一系列圆；3) 再作此圆族的包络线，即为凸轮工作廓线（实际廓线）。图9-16图9-15图9-15直动平底推杆盘形凸轮机构（如图9-16）设计说明：1) 将平底与推杆导路与推杆的交点A视为推杆尖顶, 然后确定出点A在反转中各位置1、2、。2

47、) 过1、2、 作一系列代表推杆平底的直线；3) 作出该直线族的包络线，即为凸轮的实际轮廓曲线。摆动推杆盘形凸轮机构（如图9-17）设计要求：运动规律与直动推杆的运动规律相同，所不同的是将从动件的位移改为角位移。、用图解法设计凸轮轮廓曲线小结：1）确定基圆和推杆的起始位置；图9-172）作出推杆在反转运动中依次占据的各位置线；3）根据推杆运动规律，确定推杆在反转所占据的各位置线中的尖顶位置，即复合运动后的位置；4）在所占据的各尖顶位置作出推杆高副元素所形成的曲线族；5）作推杆高副元素所形成的曲线族的包络线，即是所求的凸轮轮廓曲线。四、凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构中的作用力与凸轮机构的压力角（

48、如图9-18）压力角： 指推杆沿凸轮廓线接触点的法线方向与推杆速度方向之间所夹的锐角。根据力的平衡条件可得消去 压力角力P无穷大机构发生自锁（临界压力角）临界压力角图9-18增大导轨长度l，减少悬臂尺寸b，可以提高临界压力角凸轮机构要正常运转：许用压力角 推程时：对于直动推杆取；对于摆动推杆；回程时：通常取。凸轮基圆半径的确定（如图9-19）基圆半径和压力角的关系：P机构在该位置的相对瞬心a机构在该位置的压力角BCP 图9-19偏置方向 增大减小 “±”规定：凸轮逆时针转，推杆右偏置或凸轮顺时针转，推杆左偏置取 “”；反之取 “”号。基圆半径和压力角的关系：凸轮基圆半径的确定：在满足条件下，要满足结构和强度要求。从动件偏置方向的选择为获得较小的推程压力角，可适当选取推杆偏置方向：当凸轮逆时针转，推杆右偏置；当凸轮顺时针转，推杆左偏置。五、反转法原理（如图9-20）图9-20（a）图9-20（b）图9-20（a）