機械設計的基本與實踐項目三設計平面連桿機構

1、任務引入：任務引入：沖壓加工設備-曲柄壓力機的總體傳動方案已確定，機構運動示意圖如圖所示，工作要求為滑塊導路的中心線通過曲軸的回轉中心，滑塊的下止點距離曲軸回轉中心700mm，滑塊工作行程為300mm，試設計此曲柄壓力機的平面連桿機構。 項目三 設計平面連桿機構說明：平面連桿機構的設計的重點是確定各個運動副之間的距離。三個子任務：1.認識平面連桿機構的基本類型及其演化2.分析平面連桿機構的基本特性3.設計典型的平面連桿機構運動路線：運動路線：動力裝置：動力裝置：傳動裝置：傳動裝置：執(zhí)行機構：執(zhí)行機構：曲柄滑塊機構電動機軸、帶傳動機構、齒輪傳動機構平面連桿機構滑塊12電動機軸帶傳動軸齒輪機構軸（

2、曲軸） 桿11任務分析：任務分析：雷達天線仰俯機構任務1 認識平面連桿機構的基本類型及其演化自卸卡車翻斗機構一、結構特點：全部以低副連接。原動件：油缸原動件：小圓盤平面連桿機構：注意：桿-構件平面四桿機構平面五桿機構平面四桿機構：鉸鏈四桿機構： 二、基本類型：鉸鏈四桿機構1.各桿名稱:機架連架桿連桿曲柄搖桿兩個連架桿的三種可能的運動組合形式： 兩個都轉動； 兩個都擺動； 一個轉動，一個擺動。連架桿的運動形式：轉動和擺動。分析：運動形式：兩個連架桿一個轉動，一個擺動。運動特點：一般曲柄主動，將連續(xù)轉動轉換為搖桿的擺動，也可搖桿主動，曲柄從動。（1）曲柄搖桿機構雷達天線仰俯機構縫紉機腳踏板機構2.

3、鉸鏈四桿機構的三種形式（2）雙曲柄機構運動形式：兩個連架桿都轉動。運動特點：主動曲柄勻速轉，從動曲柄變速轉。 港口起重機(3)雙搖桿機構運動形式：兩個連架桿都擺動。運動特點：選擇連桿上合適的點，軌跡為近似的水平直線。掃描透過現(xiàn)象看本質。轉動？擺動？桿長（其實是運動副之間的距離） 雙曲柄機構：最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和且最短桿為機架。曲柄搖桿機構：最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和且最短桿的相鄰桿為機架。 雙搖桿機構：兩種情況：最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和?；蜃疃虠U與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和且最短桿的相對桿為機架。3.不同類型的桿

4、長條件：注意：且 或判定圖中鉸鏈四桿機構分別為何種形式？提示：兩個條件。任務實施任務實施1：曲柄搖桿機構，選取不同構件作為機架，會得到多種形式。 已知圖示機構中的三個桿的長度已定，試分已知圖示機構中的三個桿的長度已定，試分析未知桿的桿長滿足什么條件，圖中機構分別得析未知桿的桿長滿足什么條件，圖中機構分別得到雙曲柄機構、雙搖桿機構、曲柄搖桿機構。到雙曲柄機構、雙搖桿機構、曲柄搖桿機構。任務實施任務實施2：提示：兩個條件。四、鉸鏈四桿機構的演化型式1.曲柄滑塊機構把曲柄搖桿機構的搖桿長度增加為無窮大，C點的軌跡不再是圓弧，而成為直線。就演化為曲柄滑塊機構。根據(jù)導路中心線是否通過曲柄回轉中心，分為兩

5、類：曲柄壓力機的曲柄滑塊機構兩種類型：對心曲柄滑塊機構 偏置曲柄滑塊機構曲柄壓力機的對心曲柄滑塊機構工作特點：滑塊工作行程=2曲柄半徑對心曲柄滑塊機構： 在曲柄滑塊機構中，若曲柄AB很短，可將轉動副B的尺寸擴大到超過曲柄長度，則曲柄AB就演化成幾何中心B與轉動中心A不重合的圓盤，該圓盤稱為偏心輪，含有偏心輪的機構稱為偏心輪機構。 2.偏心輪機構偏心輪機構剪床的偏心輪機構運動簡圖和運動特性：同曲柄滑塊機構。工作特點：提高了曲柄的強度和剛度，使得曲柄能承受大的載荷。平面連桿機構的最基本的形式總結：鉸鏈四桿機構曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙搖桿機構曲柄滑塊機構偏心輪機構 已知圖示機構中的三個桿的長度已定，

6、試分已知圖示機構中的三個桿的長度已定，試分析未知桿的桿長滿足什么條件，圖中機構分別得析未知桿的桿長滿足什么條件，圖中機構分別得到雙曲柄機構、雙搖桿機構、曲柄搖桿機構。到雙曲柄機構、雙搖桿機構、曲柄搖桿機構。任務實施任務實施2：提示：兩個條件。 已知圖示機構中的三個桿的長度已定，試分已知圖示機構中的三個桿的長度已定，試分析未知桿的桿長滿足什么條件，圖中機構分別得析未知桿的桿長滿足什么條件，圖中機構分別得到雙曲柄機構、雙搖桿機構、曲柄搖桿機構。到雙曲柄機構、雙搖桿機構、曲柄搖桿機構。任務實施任務實施2：提示：兩個條件。分析： 要使圖中機構為雙曲柄機構，需滿足兩個條件：最短桿與最長桿長度之和小于或等

7、于其余兩桿長度之和，最短桿為機架。 1.要滿足最短桿為機架的條件，則需未知桿長度x40。 2.要滿足最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和的條件，又由于最長桿不確定，可分析如下兩種情況：最長桿長度為70，最長桿為未知桿。 若最長桿長度為70，即假設x 70，則40+7060+x，得x 50，聯(lián)立x40，最終得50 x 70。 若最長桿長度為x，即假設x 70，則40+x60+70，得x 90，最終得聯(lián)立x40，最終得70 x 90。 設ad，則當AB 桿能繞軸A 相對于AD 桿作整周轉動時，AB 桿必須占據(jù)與AD 桿共線的兩個位置a d ， a b ， a c 在圖c中b (d-a)

8、+c在圖b中即 a+bd+c c(d-a)+b即 a+cd+b a+db+c 將式3-1、3-2、3-3兩兩相加，可得即AB桿為最短桿一.鉸鏈四桿機構有曲柄的條件3.2 平面四桿機構的基本特性鉸鏈四桿機構有曲柄的條件：(1) 最短桿與最長桿之和小于或等于其余兩桿長度之和；（構件長度和條件）(2) 最短桿或者最短桿的相鄰桿為機架。（最短構件條件）可用以下方法來判別鉸鏈四桿機構的基本類型：2.若機構滿足桿長度和條件，則(1) 以最短桿的鄰邊為機架時為曲柄搖桿機構(2) 以最短桿為機架時為雙曲柄機構(3) 以最短桿的對邊為機架時為雙搖桿機構1.若機構不滿足桿長度和條件則只能成為雙搖桿機構在鉸鏈四桿機

9、構中，以不同的構件為機架，可得到不同的機構類型。結論： 1、鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件是：(1)、最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。(2)、最短桿或其相鄰桿為機架。 2、鉸鏈四桿機構存在一個曲柄的條件是：(1)、最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。(2)、最短桿的相鄰桿為機架。 3、 鉸鏈四桿機構存在兩個曲柄的條件是：(1)、最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。(2)、最短桿為機架。2、鉸鏈四桿機構不存在曲柄的條件是：(1)、最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和。(2)、最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。 且最短桿的相對桿為機架

10、。1.何謂平面連桿機構，鉸鏈四桿機構？2.鉸鏈四桿機構中各桿的特定名稱是怎樣的？3.曲柄搖桿機構的情況分析（分別以曲柄 搖桿 連桿為機架，并舉例）。4.曲柄滑塊機構的情況分析（分別以曲柄 滑塊 連桿為機架）。5.曲柄滑塊機構的分類。6.雙曲柄機構的特例。7.鉸鏈四桿機構曲柄存在的條件8.鉸鏈四桿機構的情況分析（類型判別）（何時無曲柄 1個曲柄 2個曲柄）回顧：二. 壓力角和傳動角（以曲柄搖桿機構為例，曲柄為原動件。）1.壓力角a(忽略各桿重量和運動副的摩擦）則原動曲柄通過連桿施加給搖桿的力F必然沿著連桿方向，力F的作用點C點的速度方向必然是垂直于CD桿的。壓力角a ：力F與受力點速度Vc方向所

11、夾的銳角。（然后將力F按照平行四邊形法則分解。沿著CD桿Fn和垂直于CD桿Ft)2.傳動角g傳動角： 連桿與從動件所夾的銳角g g。 g g=900-a ag越大，機構的傳動性能越好.(而是變化的）設計時,為了保證傳動性能，一般應使gmin400。3.最小傳動角的位置（連桿和搖桿夾角為圖中虛線所示兩個時，可能出現(xiàn)min）曲柄搖桿機構在曲柄與機架共線的兩位置出現(xiàn)最小傳動角。有效分力：Ft=Fcosa有害分力：Fn=Fsinaa愈小，機構傳動性能愈好。對于曲柄滑塊機構， （無論對心還是偏置）當主動件為曲柄時，最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與導路垂直的位置。對于擺動導桿機構由于在任何位置時主動曲柄通過滑塊傳給

12、從動桿的力的方向，與從動桿上受力點的速度方向始終一致，所以傳動角恒等于90度。3急回特性(圖示曲柄搖桿機構,曲柄為原動件,搖桿為從動件.)工作行程時:1=/t1 返回行程時：2=/t2(t1t2 12)4.急回特性的作用四桿機構的急回特性可以節(jié)省時間，提高生產(chǎn)率。（工作行程 空回行程）生產(chǎn)中使用的牛頭刨床及往復式運輸機等機械，就是利用急回特性縮短了非生產(chǎn)時間，提高了生產(chǎn)效率。 AD1B2B1C1B22CC1.急回特性機構工作件返回行程速度大于工作行程的特性。為了研究機構有無急回特性，引入兩個參數(shù)。2.極位夾角：搖桿處于兩極限位置時，曲柄所夾的銳角。(搖桿處于極限位置時，恰曲柄與連桿共線。）3.

13、行程速比系數(shù)K：001211801802ttk由于 0，故K 1， = 0，故K =1時無急回特性； 0，故K1時有急回特性。(注:只要 0就有急回特性。）擺動導桿機構的急回特性(=)滑塊右行快 左行慢擺桿左行快 右行慢偏置曲柄滑塊機構的急回特性(討論對心曲柄滑塊機構有無急回特性)滑塊右行快 左行慢四. 死點( 圖示曲柄搖桿機構, 搖桿CD為原動件,曲柄AB為從動件.)1.死點的位置在從動曲柄與連桿共線的兩個位置之一時，出現(xiàn)機構的傳動角g=0，壓力角a=90的情況，這時連桿對從動曲柄的作用力恰好通過其回轉中心，不能推動曲柄轉動，機構的這種位置稱為死點位置。注：曲柄搖桿機構, 搖桿CD為原動件,

14、曲柄AB為從動件存在死點位置。 1BAB2PDC1C232142.死點位置的利弊弊：機構有死點，從動件將出現(xiàn)卡死或運動方向不確定現(xiàn)象，對傳動機構不利度過死點的方法增大從動件的質量、利用慣性度過死點位置。采用機構錯位排列的方法利：工程上利用死點進行工作。3.3 平面四桿機構的設計三種設計方法： 圖解法 解析法 實驗法 簡明易懂，精確性差。(直觀)精確度好，計算繁雜。(精確)形象直觀，過程復雜。(試湊)平面四桿機構的設計是根據(jù)已知條件來確定機構各構件的尺寸 一. 圖解法設計平面四桿機構 1.按給定連桿位置設計四桿機構 A1B2B3B1C2C3CD12b12c23b已知：連桿BC長度及三個位置（B1

15、C1,B2C2,B3C3）要求：設計鉸鏈四桿機構設計步驟：連接B1B2、B2B3，作線B1B2、B2B3的垂直平分線b12、b23，交于A點；連接C1C2、C2C3，作線C1C2、C2C3的垂直平分線c12、c23，交于D點；連接AB1、C1D。23c2.按給定行程速度變化系數(shù)K設計四桿機構 （1）選取適當?shù)谋壤週，按c 和 作出搖桿的兩個極限位置C1D和C2D。（2）按式 算出極位夾角 。 11801KK設計曲柄搖桿機構已知搖桿CD長度c及其擺角和行程速比系數(shù)K,要求設計此曲柄搖桿機構. （3）連接C1C2,作 C1C2O= C2C1O=90- 以O為圓心、OC為半徑作圓，弦C1C2所對的圓心角為2所對的圓周角為（4）在圓上適當選取一點A，則C1AC2= （根據(jù)曲柄搖桿機構極位夾角的特性，搖桿處于兩極限位置，恰曲柄與連桿共線時的兩位置曲柄所夾的銳角。則AC1=b-a,AC2=b+a.)（5）連接AC1和AC2,則a=(AC2-AC1)/2 b =(AC2+AC1)/2以A為圓心，AB為半徑作圓，AB1C1D即為所求。連桿曲線（定義）：四桿機構運動時