機(jī)械原理連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計和分析5

1、內(nèi)部講義，請勿流傳第五講 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計連桿機(jī)構(gòu)的傳動特點：1因為其運動副一般為低副，為面接觸，故相同載荷下，兩元素壓強(qiáng)小，故可承受較大載荷；低副元素便于潤滑，不易磨損；低副元素幾何形狀簡單，便于制造。2當(dāng)原動件以同樣的運動規(guī)律運動時，若改變各構(gòu)件的相對長度，可使從動件得到不同的運動規(guī)律。3利用連桿曲線滿足不同的規(guī)矩要求。4增力、擴(kuò)大行程、實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳動（主要指多桿機(jī)構(gòu)）。缺點：1較長的運動鏈，使各構(gòu)件的尺寸誤差和運動副中的間隙產(chǎn)生較大的積累誤差，同時機(jī)械效率也降低。2會產(chǎn)生系統(tǒng)慣性力，一般的平衡方法難以消除，會增加機(jī)構(gòu)動載荷，不適于高速傳動。平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用一、平面四桿機(jī)構(gòu)的

2、基本型式1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2雙曲柄機(jī)構(gòu) 3雙搖桿機(jī)構(gòu)二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式1改變構(gòu)件的形狀和運動尺寸 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) -曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 2改變運動副的尺寸偏心輪機(jī)構(gòu)可認(rèn)為是將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動副的半徑擴(kuò)大，使之超過曲柄的長度演化而成的。3選用不同的構(gòu)件為機(jī)架（a） 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) （b）AB<BC為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（AB>BC為擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）（c）曲柄搖塊機(jī)構(gòu)（d）直動滑桿機(jī)構(gòu)（定塊機(jī)構(gòu)）平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件（1）存在周轉(zhuǎn)副的條件是：，此條件稱為桿長條件。組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿。（意即：連架桿和機(jī)架中必有一桿是最短桿

3、）2滿足桿長條件下，不同構(gòu)件為機(jī)架時形成不同的機(jī)構(gòu)以最短構(gòu)件的相鄰兩構(gòu)件中任一構(gòu)件為機(jī)架時，則最短桿為曲柄，而與機(jī)架相連的另一構(gòu)件為搖桿，即該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。以最短構(gòu)件為機(jī)架，則其相鄰兩構(gòu)件為曲柄，即該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)。以最短構(gòu)件的對邊為機(jī)架，則無曲柄存在，即該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。3.不滿足桿長條件的機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。注：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：a + e b導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)：a < b時，轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)； a > b時，擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。例題：（中礦）（山科）6. 圖示導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，已知LAB=40mm，偏距e=10mm，試問：1）欲使其為曲柄擺導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，LAC的最小值為多少；2）若LAB不

4、變，而e=0，欲使其為曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，LAC的最小值為多少；3）若LAB為原動件，試比較在e > 0和e=0兩種情況下，曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的傳動角，哪個是常數(shù)，哪個是變數(shù)，哪種傳力效果好？解答：1），即LAC的最小值為50mm。2）當(dāng)e=0時，該機(jī)構(gòu)成為曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，必有LAC<LAB=40mm，即LAC的最大值為40mm。3）對于e=0時的擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，傳動角=90º、壓力角均為一常數(shù)，對于e>0時的擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，其導(dǎo)桿上任何點的速度方向不垂直于導(dǎo)桿，且隨曲柄的轉(zhuǎn)動而變化，而滑塊作用于導(dǎo)桿的力總是垂直于導(dǎo)桿，故壓力角不為零，而傳動角且是變化的。從傳力效果看，e

5、=0的方案好。二、急回運動和行程速比系數(shù)1極位與極位夾角（1）極位：機(jī)構(gòu)的極限位置（即搖桿兩極限位置，曲柄與連桿兩次共線位置）。（2）極位夾角：搖桿處于兩極限位置時，曲柄與連桿兩次共線位置之間的夾角。（會作圖求極位夾角）（3）擺角：搖桿兩極限位置之間的夾角。2急回運動在一周中，曲柄等速轉(zhuǎn)動，但搖桿是不等速的：，搖桿的這種運動性質(zhì)稱為急回運動。3行程速比系數(shù)K：衡量急回運動的程度。 4結(jié)論：（1），即，即機(jī)構(gòu)有急回特性?？赏ㄟ^此判定曲柄的轉(zhuǎn)向。（2）當(dāng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在運動過程中出現(xiàn)極位夾角時，機(jī)構(gòu)便具有急回運動特性。（注：對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：無急回特性； b：偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：有急回特性。）（3），

6、機(jī)構(gòu)急回運動也越顯著。所以可通過分析及的大小，判斷機(jī)構(gòu)是否有急回運動及急回運動的程度。雷達(dá)天線的俯仰傳動的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)無急回特性。（4）急回運動的作用：在一些機(jī)械中可以用來節(jié)省動力和提高勞動生產(chǎn)率。三、四桿機(jī)構(gòu)的傳動角與死點1壓力角和傳動角(會作圖)（1）壓力角：從動桿件受力方向和受力作用點速度方向之間所夾的銳角。（2）傳動角：壓力角的余角，。實際就是連桿與從動桿件之間所夾的銳角。（3）結(jié)論：越小，機(jī)構(gòu)的傳力性能越好。可見是判斷機(jī)構(gòu)傳力性能是否良好的標(biāo)志。相應(yīng)有越大，機(jī)構(gòu)的傳力性能越好。最小傳動角出現(xiàn)的位置或：或：。和中小者為即出現(xiàn)在主動曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一。注：導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的傳動角： 傳動

7、角，且恒等于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的 2死點在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，搖桿CD為主動件，連桿與從動曲柄共線時，曲柄AB不能轉(zhuǎn)動而出現(xiàn)頂死的現(xiàn)象。這個位置稱為死點。（1）原因：連桿作用曲柄的力通過回轉(zhuǎn)中心A，對A點無矩，不能驅(qū)使其轉(zhuǎn)動。傳動角（2）改善方法：目的：使機(jī)構(gòu)能夠順利通過死點而正常運轉(zhuǎn)。1.錯列2.裝飛輪加大慣性已知圖示六桿機(jī)構(gòu)，原動件AB作等速回轉(zhuǎn)。試用作圖法確定：（1）滑塊5的沖程 H；（2）滑塊5往返行程的平均速度是否相同？行程速度變化系數(shù)K值；（3）滑塊處的最小傳動角（保留作圖線）。（北交2008年）解：（1）m（2）不相等。（3）題8-5圖解用作圖法設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)1按連桿預(yù)定的位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)（

8、1）已知活動鉸鏈中心的位置當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)的四個鉸鏈中心確定后，其各桿長度也就相應(yīng)確定了，所以根據(jù)設(shè)計要求確定各桿的長度，可以通過確定四個鉸鏈中心的位置來確定。例：要求連桿占據(jù)三個位置，求所對應(yīng)的四桿機(jī)構(gòu)。分析：該機(jī)構(gòu)設(shè)計的主要問題是確定兩固定鉸鏈A，D點的位置。由于B，C兩點的運動軌跡是圓，該圓的中心就是固定鉸鏈的位置。解：連中垂線 連中垂線 - A 連中垂線 連中垂線 - D就可得四桿機(jī)構(gòu)。（2）已知固定鉸鏈中心位置（河北工業(yè)）2.按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機(jī)構(gòu):原理：，已知K，則等于已知，那么，利用機(jī)構(gòu)在極位時的幾何關(guān)系，再結(jié)合其它輔助條件即可進(jìn)行設(shè)計。（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：(中礦2011)

9、例題：圖示為一用于雷達(dá)天線俯仰傳動的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。已知天線俯仰的范圍為30°，lCD=525mm，lAD=800mm。試求： （1）曲柄和連桿的長度lAB和lBC ； （2）校驗傳動角是否大于等于40度 （北交2007） 解：（1）由于雷達(dá)天線俯仰傳動時不應(yīng)有急回作用，故有： （2）選取比例尺l1mm/mm，并利用已知條件作圖如下： 四、（20分）圖4所示，現(xiàn)欲設(shè)計一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，設(shè)已知搖桿的長度為，行程速度變化系數(shù)，機(jī)架的長度為，搖桿的一個極限位置與機(jī)架間的夾角為。試求曲柄的長度和連桿的長度。（2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)已知： ，要求：設(shè)計一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。分析：關(guān)鍵求；認(rèn)識到相當(dāng)于曲柄搖桿機(jī)

10、構(gòu)中的。設(shè)計一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，已知曲柄長度mm，偏距mm，要求最小傳動角。（1）確定連桿的長度;（2）畫出滑塊的極限位置；（3）標(biāo)出極位夾角及行程H;（4）確定行程速比系數(shù)K。題8-10圖三、（20分）在圖示插床機(jī)構(gòu)中，滑塊5的移動導(dǎo)路ee通過鉸鏈中心C，且垂直于AC。B、C、D三點共線。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)ABC的兩連架桿可作整周轉(zhuǎn)動，AB為原動件，以等速轉(zhuǎn)動。（1）在機(jī)構(gòu)簡圖上繪出滑塊上E點的二極限位置E1、E2，并作出曲柄的對應(yīng)轉(zhuǎn)角、；（2）若要求滑塊的行程，行程速比系數(shù)，B點軌跡與導(dǎo)路ee的交點、之間距。試計算AB，AC的長度；（3）若壓力角，試計算連桿DE的長度。（1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)CDE中，當(dāng)C、

11、D、E共線時，滑塊處在極限位置，即AB轉(zhuǎn)至AB1時，則CD轉(zhuǎn)至CD1，此時滑塊處于右邊極限位置E1。當(dāng)AB繼續(xù)轉(zhuǎn)至AB2時，則CD逆時針轉(zhuǎn)至CD2，此時滑塊處于左邊極限E2。曲柄AB對應(yīng)轉(zhuǎn)角、如圖所示。（6分）（2）對心曲柄滑塊CDE中：極位夾角（7分）（3）在對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)CDE中，當(dāng)曲柄與導(dǎo)路ee垂直時，出現(xiàn)，（7分）（3）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)已知：d，。練習(xí)題：答：汽車前輪轉(zhuǎn)向使用了雙搖桿機(jī)構(gòu)，兩前輪分別和AB和CD相連。直線運行時兩輪軸線平行，轉(zhuǎn)向后兩輪軸線不平行，其交點P理論上應(yīng)落在后輪軸軸的延長線上。汽車后輪驅(qū)動橋采用采用汽車差速器，它的作用就是在向兩邊半軸傳遞動力的同時，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)