第四章 平面连杆机构-知识点清单

《机械基础》机工版 四、平面连杆机构 知识点清单 4.1 运动副及其分类 4.2 平面机构的自由度 4.3 平面四杆机构的基本形式 4.4 平面四杆机构的基本特性 4.5 多杆机构简介 4.6 其他机构 4.1运动副及其分类 知识点一 构件 1.定义 构件是组成机构的基本运动单元，可以是一个零件或由若干零件固定连接组成的刚性组合。 2.概念解释 基本运动单元：指在机械系统中能够独立运动的最小单位。 刚性组合：多个零件通过固定连接形成一个整体，这个整体在运动过程中保持形状不变。 知识点二 运动副 1.定义 构件与构件之间既保证直接接触和约束，又保持确定相对运动的可动连接称为运动副。 2.概念解释 直接接触：两个构件必须有物理上的接触。 约束：限制了某些自由度，使得相对运动只能在特定的方式下进行。 确定相对运动：运动副确保了两个构件之间的相对运动是确定的，不会出现不确定的运动状态。 平面运动副：两构件在同一平面内所组成的运动副。 低副：构件间为面接触形式的运动副，常见的有转动副和移动副。 高副：构件间为点、线接触形式的运动副，常见的有凸轮副和齿轮副。 知识点三 平面运动副 1.定义 两构件在同一平面内所组成的运动副称为平面运动副。 2.概念解释 同一平面：两个构件的运动发生在同一个平面内。 转动副：允许两个构件在一个平面内绕一个轴线相对转动。 移动副：允许两个构件在一个平面内沿一条直线相对滑动。 知识点四 低副和高副 1.定义 低副：构件间为面接触形式的运动副，常见的有转动副和移动副。 高副：构件间为点、线接触形式的运动副，常见的有凸轮副和齿轮副。 2.概念解释 面接触：接触面积较大，摩擦力分布均匀，承载能力较强。 点、线接触：接触面积较小，摩擦力集中，承载能力相对较弱，但可以实现更复杂的运动。 4.2 平面机构的自由度 知识点一 构件的自由度 1.定义 构件在平面运动中具有三个独立的运动，即沿x轴和y轴的移动，以及在x0y平面内的转动。这三种独立运动称为自由度。 2.概念解释 自由度：指构件在平面内可以进行的独立运动的数量。 平面运动：指构件在二维平面上的运动，包括平移和旋转。 数量：做平面运动的自由构件有三个自由度。 重要性：一个构件能否正确运动取决于其自由度是否灵活，因此计算机构自由度非常重要。 知识点二 运动副对构件的约束 1.定义 构件通过运动副连接后，某些独立运动将受到限制，这种对构件独立运动的限制称为约束。 2.概念解释 约束：对构件独立运动的限制。 低副：引入两个约束，限制了两个自由度。如转动副和移动副，分别限制了沿x轴和y轴的移动或绕z轴的转动。 高副：引入一个约束，限制了一个自由度。如齿轮副，只限制了一个自由度。 知识点三 平面机构自由度的计算公式 1.定义 假设一个平面机构有N个构件，活动构件数为，则该机构剩余的自由度数为：。 2.概念解释 活动构件数： 低副数： 高副数： 公式： 应用：用于计算平面机构的自由度，确定机构的运动特性。 知识点四 平面机构具有确定运动的条件 1.定义 机构的自由度就是机构所具有的独立运动的个数。原动件数目必须等于自由度数，机构才能有确定的运动。 2.概念解释 原动件：主动运动的构件。 从动件：靠原动件带动的构件。 条件：原动件数目必须等于自由度数。 特殊情况： o如果机构的自由度数等于零，则各构件之间没有相对运动，不能构成机构。 o如果原动件数小于自由度数，则机构会出现运动不确定的现象。 o如果原动件数大于自由度数，则机构会出现干涉现象，无法正常工作。 4.3 平面四杆机构的基本形式 知识点一 剪切的概念 1.定义 平面连杆机构是若干构件用低副（转动副和移动副）连接起来并做平面运动的机构，也称低副机构。根据有无移动副存在，平面四杆机构可分为铰链四杆机构和滑块四杆机构两大类。 2.概念解释 低副：指转动副和移动副，由于低副为面接触，做传力时压强低，磨损小，且易于加工和保证精度。 铰链四杆机构：当平面四杆机构中的运动副都是转动副时，称为铰链四杆机构。 滑块四杆机构：凡含有移动副的四杆机构，均称为滑块四杆机构。 3.概念特征和属性 铰链四杆机构： o机架：固定不动的构件。 o连架杆：与机架相连的构件，分为曲柄和摇杆。 o连杆：连接两连架杆的可动构件。 滑块四杆机构： o单滑块机构：仅含一个滑块。 o双滑块机构：含两个滑块 知识点二 铰链四杆机构 1.定义 铰链四杆机构是由四个构件用转动副依次连接而成的平面四杆机构。 2.概念解释 曲柄：做圆周运动的连架杆。 摇杆：只能做往复摆动的连架杆。 连杆：连接两连架杆的可动构件。 曲柄摇杆机构：两连架杆中一个是曲柄，另一个是摇杆。 双曲柄机构：两个连架杆均为曲柄。 双摇杆机构：两个连架杆均为摇杆。 知识点三 滑块四杆机构 1.定义 滑块四杆机构含有移动副，分为单滑块和双滑块机构。 2.概念解释 曲柄滑块机构：可将回转运动转变为往复移动，广泛应用于自动送料、夹核桃器等。 导杆机构：包括转动导杆和摆动导杆机构。 摇块机构：用于摆动液压泵。 定块机构：如手动压水机。 4.4 平面四杆机构的基本特性 知识点一 急回特性 1.定义 曲柄摇杆机构在运动过程中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆分别处于两个极限位置，返回行程比工作行程速度快的特性称为急回特性。 2.概念解释 极位夹角：曲柄与连杆两共线位置间所夹的锐角 。 工作行程：摇杆从一个极限位置摆动到另一个极限位置的过程，转过的角度为。 返回行程：摇杆从另一个极限位置摆回到原来极限位置的过程，转过的角度为。 速度差异：由于，返回行程的速度快于工作行程。 应用：在往复工作的机械中（如插床、插齿机、刨床等），利用急回特性可以缩短空行程时间，提高生产效率。 知识点二 压力角 1.定义 铰链四杆机构传动时，作用于从动件上的力F的方向线与力的作用点的速度方向线之间所夹的锐角称为压力角，用表示。 2.概念解释 压力角：表示力的方向与速度方向之间的夹角，是衡量机构传力性能的重要指标。 传动角：压力角的余角，即。传动角越大，机构的传力性能越好；反之，传力性能越差。 传力性能：当压力角 较小时，传动角 较大，机构的传力性能好；当压力角 较大时，传动角 较小，机构的传力性能差，甚至可能导致机构自锁。 知识点三 死点位置 1.定义 当曲柄与连杆共线时，不论连杆上的力多大，曲柄都不能转动，机构的这种位置称为死点位置。 2.概念解释 死点位置：曲柄与连杆共线时，机构无法继续运动的位置。 应用：工程上常利用死点位置来实现一定的工作要求，如夹紧机构和起落架机构。 运动阻碍：死点位置有时会成为机构运动的阻碍，影响设备的正常工作。 解决方法：利用构件的惯性或采用相同机构作倒排，使机构通过死点位置。 4.5 多杆机构简介 知识点一 多杆机构的构成与自由度 1.定义 多杆机构是在四杆机构的基础上添加杆组的方法来实现，添加杆组后一般要求不改变原机构的自由度数，因此所添加杆组的自由度数应为零。 2.概念解释 多杆机构：由多个构件通过运动副连接而成的复杂机构。 自由度：指机构能够独立运动的参数数目。为了保证机构的正常工作，添加的杆组不应改变原有机构的自由度。 杆组的自由度：添加的杆组必须是自由度为零的简单杆组，例如两个构件和两个低副组成的杆组。 机构的扩展：通过添加杆组，可以实现更复杂的运动形式，如将摇杆的摆动转变为滑块的移动。 知识点二 多杆机构的应用实例 1.定义 多杆机构广泛应用于各种机械设备中，通过合理的杆组添加，可以实现复杂的运动形式和功能。 2.概念解释 应用实例：多杆机构在实际应用中，通过不同的杆组组合，可以实现不同的运动形式和功能，如插销机、手动压力机、热轧钢料运输机、自重式训练器和划船器等。 插销机：通过添加杆组，将摇杆的摆动转换为滑块的移动，实现插销的动作。 手动压力机：通过双摇杆机构和径夹机构的串联，实现力的放大，提高工作效率。 热轧钢料运输机：通过六杆机构，将摇杆的摆动转换为滑块的移动，增大行程，实现钢料的运输和冷却。 自重式训练器：通过偏摆摇杆机构和双曲柄机构的组合，实现健身锻炼功能。 划船器：通过六杆机构，模拟划船动作，提供健身锻炼。 4.6 弯曲与扭转的组合变形 知识点一 开式机构 1.定义 开式机构是指通过外部力的作用，使机构中的某些构件产生运动，从而实现特定功能的机械结构。 2.概念解释 外部力：指由操作者施加的力，如手动环保夹子的手柄握紧力。 构件运动：指在外部力作用下，机构内部构件（如连杆、轴等）产生的相应运动。 功能实现：指通过构件的运动，完成特定任务，如夹起物品或剪断钢筋。 知识点二 机械手 1.定义 机械手是一种能够自动或半自动执行空间运动任务的机械装置，广泛应用于现代工业生产中。 2.概念解释 空间运动：指机械手各部分可以在三维空间内自由移动，完成复杂的装配任务。 运动副：指机械手各连接部分之间的相对运动关系，多为空间运动副。 应用领域：主要应用于装配流水生产线，提高劳动生产率和装配精度。 知识点三 工业机器人 1.定义 工业机器人是由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成的，能够自动执行复杂任务的机械装置。 2.概念解释 主体：指工业机器人的机械结构部分，包括手臂、关节等。 驱动系统：指使主体运动的动力源，如电机、液压系统等。 控制系统：指控制工业机器人动作的计算机芯片和控制电路，实现精确的操作。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！17 学科网（北京）股份有限公司 $$