机械设计基础（第2版） 课件 【ch5】平面连杆机构

单元五平面连杆机构“十二五”职业教育国家规划教材机械设计基础（第2版）“十三五”职业教育国家规划教材01机器与结构PARTONE5.1机器与结构一、机器及其特性1、机器的含义。任何机器都是为实现某种功能而设计制作的,它是人类在长期生产实践中创造出来的重要工具,利用机器可以减轻人类的劳动,大大提高生产率和产品质量,创造出更多的物质财富。2、机器的组成。机器的种类繁多，其结构和用途各不相同,然而一部完整的机器可归纳为由四大部分组成：原动机部分、执行部分、传动部分和检控部分。5.1机器与结构二、机构及其特征如果仅有上述三个特征中前两个特征的组合体，称为机构。因此,机构只是完成传递运动、力或改变运动形式的实体组合。机构是机器的主要组成要素。一台机器可以只有种机构(如颚式破碎机只有一个曲柄摇杆机构),也可以由数种机构组成，如工业机器人等。三、构件和零件组成机械的各个相对运动的实体称为构件。构件可以是单一的零件，也可由多个零件刚性连接而成。因此,构件和零件的区别：构件是运动的单元，而零件是制造的单元。02平面机构运动简图PARTtwo5.2平面机构运动简图1、构件自由度和运动副。构件具有独立运动的数目称为构件的自由度。显然,作平面运动的构件具有三个自由度,可用x、y、a这三个独立运动的位置参数来表示。两个构件既直接接触又能保持一定相对运动的连接，称为运动副。一、运动副及其分类5.2平面机构运动简图2、运动副的分类。运动副按两构件接触的几何特征分为高副和低副。一、运动副及其分类5.2平面机构运动简图3、构件及运动副的规定符号，见表5-1。一、运动副及其分类5.2平面机构运动简图以图5-9所示的缝纫机踏板机构为例，说明绘制机构运动简图的方法和步骤。二、机构运动简图的绘制5.2平面机构运动简图1、平面机构自由度机构。自由度是指机构所具有的独立运动的数目，平面机构自由度F的计算公式如下：2、机构具有确定相对运动的条件。绝大多数只有一个自由度的机构，只要使某一构件按给定的规律运动,机构的运动便完全确定了,即只需一个主动件。而对于具有两个自由度的机构,即需要两个主动件,依此类推。三、平面机构具有确定相对运动的条件5.2平面机构运动简图3、几种特殊情况的处理。机构中有三种特殊情况，须经处理后才能用式(5-2)计算机构自由度，这三种情况是：复合铰链、局部自由度和虚约束。三、平面机构具有确定相对运动的条件03平面四杆机构及其应用PARTthree5.3平面四杆机构及其应用一、链四杆机构较链四杆机构是将四个构件用四个转动副组成的机构,如图5-15所示。1、较链四杆机构的类型。按连架杆的运动特性,链四杆机构可分为三种基本类型：曲柄摇杆机构、双摇杆机构、双曲柄机构。5.3平面四杆机构及其应用一、链四杆机构较链带移动副的四杆机构是将四个构件以转动副和移动副连接成的平面机构。带移动副的四杆机构按移动副的数目分为单移动副四杆机构和双移动副四杆机构。1、曲柄滑块机构。如图5-24所示曲柄滑块机构运动简图。5.3平面四杆机构及其应用一、链四杆机构较链2、导杆机构。若将对心曲柄滑块机构(见图5-24(a))中的构件1作为机架,就形成导杆机构。导杆机构可分为转动导杆机构和摆动导杆机构两种。5.3平面四杆机构及其应用一、链四杆机构较链3、定块机构。若取对心曲柄滑块机构(见图5-24(a))中的构件3(滑块)为机架,如图5-28(a)所示，则滑块固定不动，故称为固定滑块机构，简称定块机构。4、摇块机构。若取对心曲柄滑块机构(见图5-24(a))中的构件2为机架如图5-29(a)所示,因滑块3只能相对机架摇动,故称为摇动滑块机构，简称摇块机构。5.3平面四杆机构及其应用三、平面四杆机构的急回特性和行程速比系数1、极位夹角。如图5-30所示的曲柄摇杆机构，主动件AB在AB1和AB2两位置之间所的锐角，称为极位夹角。2、急回特性与行程速比系数K。04平面机构支反力和构件受力分析PARTfore5.4平面机构支反力和构件受力分析1、约束力的概念。约束限制了物体本来可能产生的某种运动，即限制了某种自由度。约束限制物体运动的力,称为约束力。一、机构运动副的约束力及件受力图5.4平面机构支反力和构件受力分析2、运动副中的约束力。(1)高副中的约力。一、机构运动副的约束力及件受力图5.4平面机构支反力和构件受力分析（2）低副中的约束力。a.固定饺链副中的约束力。b.移动饺链副中的约束力。C.移动副中的约束力。一、机构运动副的约束力及件受力图3、构件的受力图。在分离体上画出它所受的全部主动力和约束力,就称为该构件的受力图。画受力图的一般步骤如下：画出分析对象的分离体简图；在简图上标出所有主动力；在简图上解除约束处画出约束力。5.4平面机构支反力和构件受力分析1、力在轴上的投影。2、平面任意力系的平衡方程式。物体在平面任意力系作用下,若保持平衡，则必须使力和力偶都达到平衡,由此可得出平面任意力系的平衡方程式为：二、机构运动副和构件受力计算(平面力系平衡条件)5.4平面机构支反力和构件受力分析3、机构支座反力及构件受力。计算利用上述平面任意力系的平衡方程式求机构中构件的受力及支座反力，一般常用以下两种方法，即“先整体后拆开”与“逐个拆开。二、机构运动副和构件受力计算(平面力系平衡条件)4、静定与静不定当。整个物体系统处于平衡状态时,如能列出的独立平衡方程数与未知量相等,即全部未知量均能求出,这类问题称为静定问题。若能列出的独立平衡方程数少于全部未知量，此时无法用静力平衡方程求出全部未知量，这类问题称为静不定问题或称为超静定问题。5.4平面机构支反力和构件受力分析5、机构压力角a、死点位置、机械效率及机构自锁。(1)机构压力角a。在图5-46所示的机构中,作用于从动件上的力F的方向与速度Vc方向之间所夹的锐角a,称为机构在该位置时的压力角。二、机构运动副和构件受力计算(平面力系平衡条件)5.4平面机构支反力和构件受力分析(2)死点位置。机构处于压力角a<90度的位置,称为机构死点位置。(3)机械效率和机械自锁。一个机械在某一位置的机械效率，等于该位置时机械的输出功率P出和输人功率P入之比,记为n,通常用百分数来表示，即。机械效率越低,摩擦产生的热量越大,机械传力性能越差机械处于自锁状态时，可以认为n小于等于0。05平面机构中拉(压)构件的强度和变形计算PARTfore5.5平面机构中拉(压)构件的强度和变形计算一、轴向拉伸和轴向压缩概述这里讨论的平面连杆机构中作为二力构件的连杆,若不计自重和惯性力且为直杆时，其必受到轴向拉伸或压缩作用。这些受拉伸或压缩的构件的结构形状虽各有差异,加载方式也并不相同，但若把构件形状和受力情况进行抽象化,均可画成图5-50所示的受力简图。5.5平面机构中拉(压)构件的强度和变形计算二、内力、截面法和轴力(轴力图)由于构件的变形,构件内各部分之间相互作用的力也将随之改变，这种由外力作用而引起构件内部相互作用的力称为附加内力,简称内力。这种内力是随外力的增大而增大,当内力达到某一限度时就会引起构件破坏。因此,要对构件进行强度计算,必须先计算外力作用下构件的内力。构件内力的计算,可用截面法。截面法一般分为“切、去、代、平”四个步骤。5.5平面机构中拉(压)构件的强度和变形计算三、轴向拉(压)时横截面上的应力及强度计算1，应力分析。因此,杆件的强度应与横截面单位面积上的内力(应力)有关。为了确定杆件横截面上的应力,应先了解应力在横截面上的分布规律，而应力的分布又与杆件的变形有关,为此首先观察受拉(压)后杆件的变形。2、强度计算。为保证受拉(压)杆件的正常工作，必须要求杆件的实际工作应力不超过材料的许用应力，即。5.5平面机构中拉(压)构件的强度和变形计算四、轴向拉伸和压缩时的变形直杆在轴向拉力作用下,将引起轴向尺寸的伸长和横向尺寸的缩小,反之,在轴向压力作用下,将引起轴向尺寸缩短和横向尺寸的增大。如图5-55所示，设等直杆的长度为l，横截面积为A。在轴向拉力F作用下,长度l由变为l1，杆件在轴线方向