平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

1、第第2 2章章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)21 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式和特性 22 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件23 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化24 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)本章教學(xué)內(nèi)容本章教學(xué)內(nèi)容第第2 2章章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)了解平面連桿機(jī)構(gòu)的組成及其主要優(yōu)缺點(diǎn);了解鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化；明確四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件和機(jī)構(gòu)急回運(yùn)動(dòng)及行程速比系數(shù)等概念；對(duì)傳動(dòng)角、死點(diǎn)等有明確的概念；了解平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題，掌握根據(jù)具體設(shè)計(jì)條件和實(shí)際需要設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的方法。本章教學(xué)目的本章教學(xué)目的2 21 1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式和特性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式和特性 由

2、若干個(gè)構(gòu)件通過(guò)低副連接而組成。優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)副為面接觸，壓強(qiáng)小，承載能力大，耐沖擊 運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形狀為平面或圓柱面，便于加 工制造. 原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變情況下，通過(guò)改變各構(gòu)件相 對(duì)長(zhǎng)度可使從動(dòng)件得到不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 連桿曲線可以滿足不同運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)要求缺點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)積累誤差較大，影響傳動(dòng)精度 慣性力不好平衡而不適于高速傳動(dòng) 設(shè)計(jì)方法比較復(fù)雜連桿機(jī)構(gòu)定義連桿機(jī)構(gòu)定義連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)2 21 1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式和特性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式和特性平面四桿機(jī)構(gòu)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式的基本型式基本型式基本型式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿曲柄：能作整周回轉(zhuǎn)的連

3、架桿。搖桿：只能在一定范圍內(nèi)搖動(dòng)的連架桿；整轉(zhuǎn)副：組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩構(gòu)件能整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；擺轉(zhuǎn)副：不能作整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副。全部用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的平面四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若其兩個(gè)連架桿一為曲柄，一為搖桿，則此四桿機(jī)構(gòu)稱(chēng)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。應(yīng)用：雷達(dá)調(diào)整機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若其兩個(gè)連架桿都是曲柄，則稱(chēng)為雙曲柄機(jī)構(gòu)。平行四邊形機(jī)構(gòu)：平行四邊形機(jī)構(gòu)：指相對(duì)兩桿平行且相等的雙曲柄機(jī)構(gòu)。慣性篩機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)特性：兩曲柄同速同向轉(zhuǎn)動(dòng)連桿作平動(dòng)平行四邊形機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例平行四邊形機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例攝影平臺(tái)升降機(jī)構(gòu)逆平行（反平行）逆平行（反平行）四邊形機(jī)構(gòu)：四

4、邊形機(jī)構(gòu)：指兩相對(duì)桿長(zhǎng)相等但不平行的雙曲柄機(jī)構(gòu)車(chē)門(mén)開(kāi)閉機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)若兩連架桿都是搖桿，則稱(chēng)其為雙搖桿機(jī)構(gòu)。應(yīng)用實(shí)例等腰梯形機(jī)構(gòu)：指兩搖桿長(zhǎng)相等的雙搖桿機(jī)構(gòu)。應(yīng)用實(shí)例造型機(jī)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)急回運(yùn)動(dòng)急回運(yùn)動(dòng)急回運(yùn)動(dòng)急回運(yùn)動(dòng)1.機(jī)構(gòu)極位：曲柄回轉(zhuǎn)一周，與連桿兩次共線，此時(shí)搖桿分別處于兩極限位置。2.極位夾角：機(jī)構(gòu)在兩個(gè)極位時(shí)，原動(dòng)件所處兩個(gè)位置之間所夾的銳角 3.急回運(yùn)動(dòng)：180121DCDC180212DCDC121t2t2v1v曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)情況下，搖桿往復(fù)擺動(dòng)的平均速度一快一慢，機(jī)構(gòu)的這種運(yùn)動(dòng)性質(zhì)稱(chēng)為急回運(yùn)動(dòng)。4.4.行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)K K為表明急回運(yùn)動(dòng)程度，用反

5、正行程速比系數(shù)K來(lái)衡量：00212112122112180180/tttCCtCCvvKq角愈大，K值愈大，急回運(yùn)動(dòng)性質(zhì)愈顯著。對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)=0，沒(méi)有急回運(yùn)動(dòng)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)0，有急回運(yùn)動(dòng)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)急回的作用：節(jié)省空回時(shí)間，提高工作效率。注意：急回具有方向性注意：急回具有方向性四桿機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角四桿機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角機(jī)構(gòu)壓力角：從動(dòng)件上作用點(diǎn)的力與該點(diǎn)的速度方向之間所夾的銳角傳動(dòng)角：機(jī)構(gòu)壓力角的余角稱(chēng)為機(jī)構(gòu)在此位置的傳動(dòng)角 g 90常用傳動(dòng)角大小及變化來(lái)衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞。5040min最小傳動(dòng)角的位置：最小傳動(dòng)角的位置：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：gmin出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共

6、線的兩位置之一。bcadcb2)(arccos2221)90(2)(arccos222222DCBbcadcb)90(2)(arccos180222222DCBbcadcb或),min(21min死點(diǎn)位置死點(diǎn)位置 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：若以搖桿CD為主動(dòng)件，則當(dāng)連桿與曲柄共線時(shí)，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角為零，這時(shí)CD通過(guò)連桿作用于從動(dòng)件AB上的力恰好通過(guò)其回轉(zhuǎn)中心，出現(xiàn)不能使構(gòu)件AB轉(zhuǎn)動(dòng)而“頂死”的現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)的這種位置稱(chēng)為死點(diǎn)位置。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中使機(jī)構(gòu)通過(guò)死點(diǎn)的措施：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中使機(jī)構(gòu)通過(guò)死點(diǎn)的措施：措施一：將兩組以上組合而使各組機(jī)構(gòu)死點(diǎn)錯(cuò)位排列縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu)措施二：加裝飛輪利用慣性使機(jī)構(gòu)通過(guò)死點(diǎn)位置利用死點(diǎn)實(shí)現(xiàn)特定工

7、作要求的機(jī)構(gòu)示例：利用死點(diǎn)實(shí)現(xiàn)特定工作要求的機(jī)構(gòu)示例：工件夾緊機(jī)構(gòu)2 22 2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件平面四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副條件平面四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副條件分析：構(gòu)件AB為曲柄，則A應(yīng)為整轉(zhuǎn)副；為此AB桿應(yīng)能占據(jù)整周中的任何位置；因此AB桿能占據(jù)與AD共線的位置AB及AB。由 DBCcbda由DB Ccadb)(badc)(cdbabdca兩兩相加dabaca平面四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件平面四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件結(jié)論： 轉(zhuǎn)動(dòng)副A成為整轉(zhuǎn)副的條件： 1)最短桿長(zhǎng)度+最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度其余兩桿長(zhǎng)度之和 桿長(zhǎng)條件 2)整轉(zhuǎn)副是由最短桿與其鄰邊組成的。推論： 當(dāng)機(jī)構(gòu)尺寸滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，最

8、短桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副均 為整轉(zhuǎn)副；其余轉(zhuǎn)動(dòng)副為擺轉(zhuǎn)副。平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件 機(jī)構(gòu)尺寸滿足桿長(zhǎng)條件，且最短桿為機(jī)架或連架桿。平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件( (續(xù)續(xù)) )例：圖示機(jī)構(gòu)尺寸滿足桿長(zhǎng)條件，當(dāng)取不同構(gòu)件為機(jī)架時(shí)各得什么機(jī)構(gòu)？2 23 3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸變搖桿為滑塊搖桿尺寸為無(wú)窮大e=0曲柄存在條件：對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：L1L2 行程S=2L1偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：L1+eL2 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式( (續(xù)續(xù)) )變連桿為滑塊連桿尺寸為無(wú)窮大從動(dòng)件3的位移與原動(dòng)件1的轉(zhuǎn)角成正比：si

9、nABls 移動(dòng)副可認(rèn)為是回轉(zhuǎn)中心在無(wú)窮遠(yuǎn)處的轉(zhuǎn)動(dòng)副演化而來(lái)雙滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸曲柄AB尺寸較小時(shí)，由于結(jié)構(gòu)需要，將曲柄作成幾何中心與回轉(zhuǎn)中心不重合的圓盤(pán)，稱(chēng)為偏心輪。幾何中心與回轉(zhuǎn)中心間距離稱(chēng)為偏心距，等于曲柄長(zhǎng)。轉(zhuǎn)動(dòng)副B的半徑擴(kuò)大超過(guò)曲柄長(zhǎng)在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)）中，若曲柄很短，可將轉(zhuǎn)動(dòng)副B的尺寸擴(kuò)大到超過(guò)曲柄長(zhǎng)度，則曲柄AB就演化成幾何中心B不與轉(zhuǎn)動(dòng)中心A重合的圓盤(pán)，該圓盤(pán)稱(chēng)為偏心輪，含有偏心輪的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為偏心輪機(jī)構(gòu)。 偏心輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，偏心輪軸頸的強(qiáng)度和剛度大，且易于安裝整體式連桿，廣泛用于曲柄長(zhǎng)度要求較短、沖擊在和較大的機(jī)械中。 選不同的構(gòu)件為機(jī)

10、架選不同的構(gòu)件為機(jī)架導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)易刨床牛頭刨床機(jī)構(gòu)牛頭刨床機(jī)構(gòu) 應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例曲柄搖塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)選運(yùn)動(dòng)鏈中不同構(gòu)件為機(jī)架得不同機(jī)構(gòu)的方法稱(chēng)為機(jī)構(gòu)的倒置手搖唧筒曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)將連桿改為機(jī)架時(shí)，就演化成搖塊機(jī)構(gòu)。 應(yīng)用應(yīng)用2 24 4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面連桿設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題平面連桿設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題機(jī)構(gòu)選型根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇機(jī)構(gòu)的類(lèi)型；尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)(長(zhǎng)度尺寸)。同時(shí)要滿足其他輔助條件（結(jié)構(gòu)條件動(dòng)力條件等）平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的三大類(lèi)基本命題平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的三大類(lèi)基本命題1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。3)滿足預(yù)定的軌跡要求，

11、如鶴式起重機(jī)、攪拌機(jī)等。給定的設(shè)計(jì)條件：給定的設(shè)計(jì)條件：1)幾何條件（給定連架桿或連桿的位置）2)運(yùn)動(dòng)條件（給定K）3)動(dòng)力條件（給定min）設(shè)計(jì)方法：解析法、圖解法圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1.按預(yù)定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析：已知連桿長(zhǎng)度及兩預(yù)定位置B1C1、B2C2，設(shè)計(jì)該四桿機(jī)構(gòu)。鉸鏈和軌跡為圓弧，其圓心分別為點(diǎn)和。和分別在B1B和C1C的垂直平分線上。設(shè)計(jì)步驟：B1C1C2B2C12b12AD已知連桿長(zhǎng)度，要求機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中占據(jù)圖示B1C1、 B2C2、B3C3三個(gè)位置，試設(shè)計(jì)該四桿機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)步驟：2、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 例：偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，s=30mm,e=12mm

12、,K=1.5,設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（續(xù)）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 已知：機(jī)架長(zhǎng)度d，K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。按兩連架桿的預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)給定連架桿對(duì)應(yīng)位置：即構(gòu)件3和構(gòu)件1滿足以下位置關(guān)系：3if (1i ) i=1,2,3n設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)。建立坐標(biāo)系,設(shè)構(gòu)件長(zhǎng)度為a b c d,13,的起始角為0、0 a+b=c+d在x,y軸上投影可得：acoc(1i+0 )+bcos2i = d+ccos(3i+0 )asin(1i+0 )+bsin2i = csin(3i+0 )令： a/a=1 b/a=m c/a=n d/a=l消去2i整理得：cos(1i+0)ncos(3i+0 )-(n/l)

13、 cos(3i+0-1i -0 )+(l2+n2+1-m2)/(2l)按兩連架桿的預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿的預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)令 p0=n, p1= -n/l, p2=(l2+n2+1-m2)/(2l)則上式簡(jiǎn)化為：coc(1i+0 )P0cos(3i+0 ) p1 cos(3i+0 -1i -0 )+ p2式中包含有p0，p1，p2，0，0五個(gè)待定參數(shù),故四桿機(jī)構(gòu)最多可按兩連架桿的五組對(duì)應(yīng)未知精確求解。當(dāng)i5時(shí)，一般不能求得精確解。用實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)用實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1.1.按兩連架桿對(duì)應(yīng)角位移設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿對(duì)應(yīng)角位移設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求： 原動(dòng)件角位移（順時(shí)針）和從動(dòng)件角位移（逆時(shí)針）對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所示1-21-21-21-21-21-2位置ii1515151515152 .195 .178 .152 .145 .128 .10設(shè)計(jì)步驟：D1D2D3D4D5D6D7K7K6K1K2K3K5K4DCA49OA3A2B1B7B6B5B4B3B2A1A7A6AD按預(yù)定的運(yùn)