第6章 平面連桿機構(gòu)

1、第第6 6章章 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)本章重點：本章重點： 四桿機構(gòu)的主要工作特性四桿機構(gòu)的主要工作特性 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計（圖解法）平面四桿機構(gòu)的設(shè)計（圖解法） 6-1 平面四桿機構(gòu)的基本類型及應(yīng)用 6-2 平面四桿機構(gòu)的演化形式 6-3 平面四桿機構(gòu)的基本特性 6-4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)運動副全為平面低副的機構(gòu)運動副全為平面低副的機構(gòu)特點特點面接觸，利于潤滑，磨損小面接觸，利于潤滑，磨損小,故承載能力大，壽命長；故承載能力大，壽命長；幾何形狀簡單，便于加工，成本低。幾何形狀簡單，便于加工，成本低。但只能近似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律，且設(shè)計較復雜。當構(gòu)但只能近似實現(xiàn)給定的

2、運動規(guī)律，且設(shè)計較復雜。當構(gòu)件數(shù)和運動副較多時，效率較低。件數(shù)和運動副較多時，效率較低。應(yīng)用應(yīng)用實現(xiàn)給定點的運動軌跡；實現(xiàn)給定點的運動軌跡；實現(xiàn)給定的運動規(guī)律。實現(xiàn)給定的運動規(guī)律。1 基本型式 平面連桿機構(gòu)的基本型式是平面連桿機構(gòu)的基本型式是鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu) 其余四桿機構(gòu)均是由鉸鏈四桿機構(gòu)演化而成的其余四桿機構(gòu)均是由鉸鏈四桿機構(gòu)演化而成的二桿二桿三桿三桿, 不可能不可能.鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)6-1 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用一、鉸鏈四桿機構(gòu)一、鉸鏈四桿機構(gòu) 結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：四個運動副均為轉(zhuǎn)動副四個運動副均為轉(zhuǎn)動副 組成：組成：機架、連桿、連架桿

3、機架、連桿、連架桿 機架：機架：固定不動的構(gòu)件固定不動的構(gòu)件AD連架桿：連架桿：直接與機架相連的構(gòu)件直接與機架相連的構(gòu)件 AB、CD連桿：連桿：不與機架相連的構(gòu)件不與機架相連的構(gòu)件BC曲柄：曲柄：能作整周轉(zhuǎn)動的連架桿能作整周轉(zhuǎn)動的連架桿搖桿：搖桿：不能作整周轉(zhuǎn)動的連架桿不能作整周轉(zhuǎn)動的連架桿1B2C31B2C34AD連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿機架機架1234ABCD曲柄曲柄搖桿搖桿( (擺桿擺桿) )( (周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副) )( (擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副) )1 基本型式（續(xù)）4AD23作機架曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)14AD23作機架雙搖桿機構(gòu)4AD1231作機架雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)2 鉸鏈四桿機構(gòu)

4、劃分按連架桿不同運動形式分：按連架桿不同運動形式分：(1) 曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)(2) 雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)(3) 雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿1234ABCD曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)4AD123(1) 曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu) 結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：連架桿連架桿1為曲柄，為曲柄，3為搖桿為搖桿 運動變換：運動變換：轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動搖動搖動 舉例：舉例：1234縫紉機踏板縫紉機踏板刮雨器刮雨器翻片機構(gòu)翻片機構(gòu)攪拌器機構(gòu)攪拌器機構(gòu)雷達天線機構(gòu)雷達天線機構(gòu) 步進式工件傳送裝置步進式工件傳送裝置(2) 雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu) 結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：二連架桿均為曲柄二連架桿均為曲柄 運動

5、變換：運動變換：轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動，通常二轉(zhuǎn)速不相等轉(zhuǎn)動，通常二轉(zhuǎn)速不相等 舉例：舉例：振動篩機構(gòu)振動篩機構(gòu)特殊雙曲柄機構(gòu)特殊雙曲柄機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)特點：特點：兩曲柄同速同向轉(zhuǎn)動，兩曲柄同速同向轉(zhuǎn)動，連桿平動連桿平動 運動不確定問題運動不確定問題 火車驅(qū)動輪聯(lián)運機構(gòu)火車驅(qū)動輪聯(lián)運機構(gòu)、天平天平反平行四邊形機構(gòu)反平行四邊形機構(gòu)特點：特點：二曲柄轉(zhuǎn)向相反二曲柄轉(zhuǎn)向相反(3) 雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu) 結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：二連架桿均為搖桿二連架桿均為搖桿 運動變換：運動變換：擺動擺動擺動擺動 舉例舉例: : 鶴式起重機鶴式起重機 、飛機起落架飛機起落架、造型機翻箱機構(gòu)造型機翻箱機構(gòu)、 爐門爐門

6、特殊雙搖桿機構(gòu)特殊雙搖桿機構(gòu) 等腰梯形機構(gòu)等腰梯形機構(gòu) 實例實例: : 汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)1B2C34AD曲線導軌曲柄滑塊機構(gòu)曲線導軌曲柄滑塊機構(gòu)lCD e 01B24AC3偏置式曲柄滑塊機構(gòu)偏置式曲柄滑塊機構(gòu)對心式曲柄滑塊機構(gòu)對心式曲柄滑塊機構(gòu)1B24AC3e3D1B2C4A對對CD桿等效轉(zhuǎn)化桿等效轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)動副變成移動副轉(zhuǎn)動副變成移動副一、改變構(gòu)件的形狀和運動尺寸一、改變構(gòu)件的形狀和運動尺寸6-2 平面四桿機構(gòu)的演化形式平面四桿機構(gòu)的演化形式二、取不同的構(gòu)件為機架二、取不同的構(gòu)件為機架機構(gòu)倒置機構(gòu)倒置 曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu) 導桿機構(gòu)導桿機構(gòu)變更機架變更

7、機架曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)導桿機構(gòu)導桿機構(gòu) 曲柄搖塊機構(gòu)曲柄搖塊機構(gòu) 定塊機構(gòu)定塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)定塊機構(gòu)定塊機構(gòu)應(yīng)用應(yīng)用實例實例一一C234A41B2C3曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)作機架 A41B2C3導桿機構(gòu)導桿機構(gòu)C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)lBC lAB，導桿導桿AC整周轉(zhuǎn)動整周轉(zhuǎn)動C234C234C234C234AB123C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C423C4lBC t2 , v2 v1 行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)K K K=1, 無急回

8、特性無急回特性 K急回特征越顯著急回特征越顯著1jB2C212v2v1 00212112122112180180tttCCtCCvvK/11180 KK 慢快v急回特性的應(yīng)用例：急回特性的應(yīng)用例：牛頭刨牛頭刨工作要求工作要求B1C114ABCD231二、急回特性二、急回特性描述傳力性能描述傳力性能1 定義定義壓力角壓力角-作用在從動件作用在從動件CD上的驅(qū)動力上的驅(qū)動力F與該力作用點絕對速與該力作用點絕對速度度Vc之間所夾的銳角之間所夾的銳角。傳動角傳動角連桿與搖桿連桿與搖桿CD之間所夾的銳角之間所夾的銳角(它是它是的余角的余角)。min位置的確定：曲柄與機架兩次共線的位置位置的確定：曲柄與機

9、架兩次共線的位置min值：對于一般機械，通常取值：對于一般機械，通常取min40。 三、壓力角和傳動角三、壓力角和傳動角衡量機構(gòu)傳動性能好壞的重要參數(shù)衡量機構(gòu)傳動性能好壞的重要參數(shù)CBADd作用在從動件CD上的力FFCBADdVcFFtFnF沿C點速度Vc方向的投影Ft有效分力F沿從動件DC方向的投影Fn無效分力CBADdVcFFtFnCBADdVcFFtFnFt=FCos ; , Ft Fn=FSin ; , Fn 的值可衡量機構(gòu)傳力性能的好壞。壓力角從動件受力方向與受力點速度方向所夾的銳角。CBADdVcFFtFn壓力角從動件受力方向與受力點速度方向所夾的銳角。與壓力角互余的角稱為傳動角。

10、傳力性能好。ADC練習練習標出壓力角和傳動角標出壓力角和傳動角ADBCCD為主動件!FVBADBCCD為主動件!FVB=0o當連桿BC與從動件曲柄AB共線時，壓力角=900，傳動角=0，機構(gòu)不能運動，此位置稱為死點位置。ADBCFVB機構(gòu)在死點位置時，如果發(fā)生運動，其從動件運動方向不定。ADCBADCBADCBADCBDCBADCBADCBADCBADCBAADCBADCBADCBACBDDCBADCBADCBADCBACBDDAABCDD連桿BC與從動件曲柄AB共線，壓力角=900，傳動角=0，機構(gòu)位于兩個死點位置?？枯喌膽T性或手動脫離死點位置。 死點死點: :傳動角為零傳動角為零 =0(=

11、0(連桿與從動件共線連桿與從動件共線),),機構(gòu)頂死機構(gòu)頂死 M=F*LB1C1B2C24ABCD231Fv=00Fv=00=00C2B2=00BACB1C四、死點四、死點 利用構(gòu)件慣性力利用構(gòu)件慣性力 實例實例: :家用縫紉機家用縫紉機 采用多套機構(gòu)錯位排列采用多套機構(gòu)錯位排列 實例實例: :蒸汽機車車輪聯(lián)動機構(gòu)蒸汽機車車輪聯(lián)動機構(gòu) 蒸汽機車兩側(cè)利用錯位排列的兩套曲柄滑塊機構(gòu)使車輪聯(lián)蒸汽機車兩側(cè)利用錯位排列的兩套曲柄滑塊機構(gòu)使車輪聯(lián)動機構(gòu)通過死點動機構(gòu)通過死點克服死點的措施克服死點的措施 GGEFEF 實例實例: :夾具夾具 飛機起落架機構(gòu)飛機起落架機構(gòu)死點的利用死點的利用 折疊家具機構(gòu)折疊

12、家具機構(gòu)=00分合閘機構(gòu)搬動手柄使觸頭接上。觸頭FACBD彈簧拉力死點位置的功能ABCD彈簧拉力FFQFB在力的作用下手柄不會自動松脫。工件被夾緊后，土黃色構(gòu)件與粉紅色從動構(gòu)件成一直線，即機構(gòu)在工件反力的作用下處于死點，可保證在加工時，工件不會松脫。 V VC C運動特性分析運動特性分析 例例1 1：C C滑塊主動滑塊主動 F F曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)滑塊滑塊主動主動有有死點位置死點位置e eVCFCmnAB1B2擺動導桿機構(gòu)擺動導桿機構(gòu)曲柄曲柄主動主動 急回急回擺動導桿機構(gòu)擺動導桿機構(gòu)擺桿主動擺桿主動有有死點位置死點位置運動特性分析運動特性分析 例例2 2：=90=90=0=0根據(jù)給定的運

13、動條件根據(jù)給定的運動條件運動簡圖的尺寸參數(shù)運動簡圖的尺寸參數(shù) 解析法解析法精確精確 作圖法作圖法直觀直觀 實驗法實驗法簡便簡便一、按照給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)一、按照給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)( (作圖法作圖法) )二、按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)二、按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)( (作圖法作圖法) )三、按給定兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)三、按給定兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)( (解析法解析法) )四、按給定點的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)四、按給定點的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)( (實驗法實驗法) )實現(xiàn)已知實現(xiàn)已知( (從動件從動件) )運動規(guī)律運動規(guī)律 ( (位置位置, ,速度速度, ,加速度

14、加速度) )實現(xiàn)給定點的運動軌跡實現(xiàn)給定點的運動軌跡6-4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計B2C21 曲柄搖桿機構(gòu) 給定 K、LCDABCDO2y 180K-1K+1 分析900 - B1ADC1一、按照給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)一、按照給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)C2DC1y900 - 2OAEBCAC1=BC- -ABAC2=BC+ +ABAB = AC2-AC12BC = AC2+AC12曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu) ABCDABCD 為所求為所求. .解.以 mL =作圖.LAB= mLAB = 、 LBC= mLBC = . 1800 =K-1K+1解解:(1):(1

15、)任選任選D D點點, ,作搖桿兩極位作搖桿兩極位C C1 1D D和和C C2 2D DOAB1B2C2DC1(2)(2)過過C C1 1作作C C1 1C C2 2垂線垂線C C1 1M M 作作C C1 1C C2 2N=90N=90, C C1 1M M與與C C2 2N N交于交于P P點點(3)(3)過過C C1 1、C C2 2、P P 作圓作圓 在圓上任選一點在圓上任選一點A A(4)(4)ACAC1 1=L=L2 2L L1 1, , AC AC2 2=L=L2 2+L+L1 1 L L1 1=1/2(AC=1/2(AC2 2ACAC1 1) )無數(shù)解無數(shù)解以以L L1 1為

16、半徑作圓為半徑作圓, ,交交B B1 1,B,B2 2點點 曲柄兩位置曲柄兩位置MNP已知已知: :機架長機架長L L4 4 , K, K解解: :(1)(1)任選固定鉸鏈中心任選固定鉸鏈中心CC 作導桿兩極位作導桿兩極位CmCm和和CnCn = = (2)(2)作擺角作擺角的平分的平分線線AC,AC,取取AC=LAC=L4 4 固定鉸中心固定鉸中心A A(3)(3)過過A A作導桿極位垂線作導桿極位垂線 ABAB1 1(AB(AB2 2)L)L1 1=AB=AB1 1唯一解唯一解11801KKmnAB1B22 擺動導桿機構(gòu) 給定 KCmnAB1B2CD DB B1 1C C1 1B B2 2

17、C C2 2A A A AB BC CD D步驟步驟： 1 1、連接、連接B B1 1B B2 2, C, C1 1C C2 2 2 2、作作B B1 1B B2 2, C, C1 1C C2 2中垂線中垂線 3 3、在中垂線上取一點作、在中垂線上取一點作A, DA, D 4 4、連連ABAB1 1C C1 1D D1 已知:連桿BC長L2 及連桿兩個位置B1C1,B2C2固定鉸固定鉸A A必在必在B B1 1B B2 2垂直平分線上垂直平分線上同定鉸同定鉸D D必在必在C C1 1C C2 2.分分析析(1)(1)連接連接B B1 1B B2 2,C,C1 1C C2 2并作其垂直平分線并作

18、其垂直平分線b b1212,c,c1212(2)(2)在在b b1212線上任取一點線上任取一點A, A, 在在C C1212.任取一點任取一點D D解解: :無窮解無窮解二、按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)二、按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)給定連桿的三個位置給定連桿的三個位置鉸點已給定鉸點已給定 B B1 1C C1 1B B2 2C C2 2B B3 3C C3 3A AD DA AB BC CD D步驟步驟：1.1.連接連接 B B1 1B B2 2,B,B2 2B B3 3,C,C1 1C C2 2,C,C2 2C C3 32.2.作各連線中垂線作各連線中垂線3.3.B B1 1B B2 2,B,B2 2B B3 3中垂線之交點中垂線之交點 即為點即為點A A4.C4.C1 1C C2 2,C,C2 2C C3 3中垂線之交點中垂線之交點 即為點即為點D D5.5.連接連接ABAB1 1C C1 1D D即為所求即為所求2 已知:連桿BC長L2及連桿三個位置B1C1,B2C2,B3C3唯一解唯一解整理后得整理后得:解析法解析法:當各桿長度按同一比例增減時當各桿長度按同一比例增減時, ,各桿轉(zhuǎn)角間的關(guān)系不變各桿轉(zhuǎn)角間的關(guān)系不變. .三、按給定兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)三、按給定兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)為簡化為簡化,令令:上式寫為上式寫