鉸鏈四桿機構和應用實例課件(PPT 57頁)

1、學習情境二 平面連桿機構分析與設計 第1頁，共57頁。任務導入設計汽車刮雨器或單缸內(nèi)燃機中的曲柄滑塊機構 新知識點簡介熟悉鉸鏈四桿機構的類型及應用掌握鉸鏈四桿機構有曲柄存在的條件了解鉸鏈四桿機構的演化形式掌握機構壓力角、傳動角的概念及物理意義掌握急回特性、死點位置的特性和應用 動手操制作： 四桿機構的制作 第2頁，共57頁。一、相關知識（一）幾個基本概念平面連桿機構：由幾個構件通過低副聯(lián)接，且所有構件在相互平行平面內(nèi)運動的機構。平面四桿機構：由四個構件通過低副連接而成的平面連桿機構。它是平面連桿機構中最常見的形式，也是組成多桿機構的基礎。鉸鏈四桿機構：由轉動副聯(lián)接四個構件而形成的機構。鉸鏈四桿

2、機構三種基本形式及其演化：第3頁，共57頁。第4頁，共57頁。1.曲柄搖桿機構在兩連架桿中，一個為曲柄，另一個為搖桿。應用舉例：牛頭刨床橫向進給機構、攪面機、衛(wèi)星天線、飛剪縫紉機腳踏板機構、自行車、走步機、送料機構 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。運動特點：根據(jù)連架桿運動形式的不同，可分為三種基本形式第5頁，共57頁。曲柄搖桿機構應用實例攪面機第6頁，共57頁。曲柄搖桿機構應用實例衛(wèi)星接收裝置第7頁，共57頁。曲柄搖桿機構應用實例第8頁，共57頁。曲柄搖桿機構應用實例縫紉機腳踏板機構第9頁，共57頁。曲柄搖桿機構應用實例自行車第10頁，共57頁。曲柄搖桿機構應

3、用實例跑步機第11頁，共57頁。曲柄搖桿機構應用實例自動送料機構第12頁，共57頁。2.雙曲柄機構兩連桿架均為曲柄的四桿機構應用舉例：慣性篩、插床機構運動特點：從動曲柄變速回轉第13頁，共57頁。慣性篩雙曲柄機構應用實例第14頁，共57頁。插床機構雙曲柄機構應用實例第15頁，共57頁。若兩曲柄的長度相等，連桿與機架的長度也相等，則該機構稱為平行雙曲柄機構。 第16頁，共57頁。還有反平行四邊形機構，例：公共汽車車門啟閉機構第17頁，共57頁。3.雙搖桿機構兩連桿架均為搖桿的四桿機構港口起重機、飛機起落架、車輛的前輪轉向機構應用舉例：第18頁，共57頁。雙搖桿機構應用實例港口起重機選擇連桿上合適

4、的點，軌跡為近似的水平直線第19頁，共57頁。雙搖桿機構應用實例飛機起落架第20頁，共57頁。車輛的前輪轉向機構雙搖桿機構應用實例第21頁，共57頁。風扇搖頭雙搖桿機構應用實例第22頁，共57頁。平面四桿機構的演化1.擴大轉動副，使轉動副變成移動副第23頁，共57頁。曲柄滑快機構演化第24頁，共57頁。2.取不同的構件為機架第25頁，共57頁。當構件2和構件4均能作整周轉動，小型刨床就是應用實例第26頁，共57頁。3、導桿機構第27頁，共57頁。擺動導桿機構（牛頭刨床）當桿2的長度小于機架長度時，導稈4只能作來回擺動，又稱為擺動導稈機構，牛頭刨中的主運動機構是他的應用實例第28頁，共57頁。當

5、以構件3為機架時，可演化成移動導桿機構，圖示壓水機就是實例第29頁，共57頁。4、搖塊機構第30頁，共57頁。 如果兩個移動副代替鉸鏈四桿機構中的兩個轉動副，便可得到三種不同形式的四桿機構曲柄移動導桿機構第31頁，共57頁。正弦機構應用實例縫紉機針運動機構第32頁，共57頁。雙轉塊機構第33頁，共57頁。 雙滑塊機構第34頁，共57頁。相關知識（二）平面連桿機構的特點及應用平面四桿機構的基本特性 鉸鏈四桿機構存在曲柄條件 急回特性 壓力角和傳動角 死點位置第35頁，共57頁。 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

6、， a c 在BCD中b (d-a)+c在BCD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1、鉸鏈四桿機構有曲柄的條件第36頁，共57頁。鉸鏈四桿機構有一個曲柄的條件：(1) 最短桿與最長桿之和小于或等于其余兩桿長度之和；(2) 最短桿為連架桿。選任一桿為機架，都能實現(xiàn)完全相同的相對運動關系，這稱為運動的可逆性。在一個四桿機構中，選取不同的構件作機架，以獲得輸出構件與輸入構件間不同的運動特性。這一方法稱為連桿機構的倒置。第37頁，共57頁。可用以下方法來判別鉸鏈四桿機構的基本類型：2.若機構滿足桿長之和條件，則(

7、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.若機構不滿足桿長之和條件則只能成為雙搖桿機構第38頁，共57頁。2、壓力角和傳動角1.壓力角a壓力角：從動件所受的力F與受力點速度Vc所夾的銳角a。有效分力：Ft=Fcosa有害分力：Fr=Fsinaa愈小，機構傳動性能愈好。2.傳動角g傳動角： 連桿與從動件所夾的銳角g。 g=900-ag越大，機構的傳動性能越好，設計時一般應使gmin40，對于高速大功率機械應使gmin50。3.最小傳動角的位置鉸鏈四桿機構在曲柄與機架共線的兩位置出現(xiàn)最小傳動角。第39頁，共57頁。對

8、于曲柄滑塊機構，當主動件為曲柄時，最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機架垂直的位置。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，所以傳動角等于90度。第40頁，共57頁。3、急回特性曲柄AB以等角速度順時針從AB2轉到AB1，轉過的角度為：2180-， 由于曲柄AB等角速度轉動, 所以 12，t1t2, 因此， v2v1 在曲柄搖桿機構，AB為曲柄是原動件等角速度轉動,當CD桿處于C1D位置為初始位置，C2D終止位置，搖桿在兩極限位置之間所夾角度稱為搖桿的擺角，用表示。曲柄AB以等角速度順時針從AB1, 轉到AB2，轉過角度為：1180+，當搖

9、桿CD由C2D擺回到C1D位置時，所需時間為t2， 當搖桿CD由C1D擺動到C2D位置時，所需時間為t1 ,第41頁，共57頁。急回特性機構工作件返回行程速度大于工作行程的特性。工作行程時：V1=C1C2/t1 返回行程時：V2=C1C2/t2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。行程速比系數(shù)K為了表示工作件往復運動時的急回程度，用V2和V1的比值K來描述。由上式可得：第42頁，共57頁。4、死點死點的位置在從動曲柄與連桿共線的連個位置之一時，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里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

10、位置。死點的利弊利：工程上利用死點進行工作。 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(zhì)量、利用慣性度過死點位置。采用機構錯位排列的方法第43頁，共57頁。相關知識（三）平面四桿機構的設計1. 按給定連桿位置設計四桿機構2. 按給定行程速度變化系數(shù)K設計四桿機構第44頁，共57頁。一個設計過程：已知條件構件尺寸 兩類基本問題：實現(xiàn)給定運動規(guī)律； 實現(xiàn)給定運動軌跡； 三種設計方法： 圖解法 解析法 實驗法 已知條件：運動條件、幾何條件、動力條件。簡明易懂，精確性差。精確度好，計算繁雜。形象直觀，過程復雜。第45頁，共57頁。1 圖解法設計平

11、面四桿機構 1.按給定連桿位置設計四桿機構 已知：連桿BC長度及三個位置（B1C1,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。第46頁，共57頁。2.按給定兩連架桿的對應位置設計四桿機構 剛化反轉法第47頁，共57頁。設計步驟： 第48頁，共57頁。3.按給定行程速度變化系數(shù)K設計四桿機構 第49頁，共57頁。4.按給定速度變化系數(shù)K設計導桿機構 第50頁，共57頁。5.按給定行程速度變化系數(shù)K設計

12、四桿機構 按行程速度變化系數(shù)K設計曲柄搖桿機構往往是已知曲柄機構搖桿L3的長度及搖桿擺角和速度變化系數(shù)K。怎樣用作圖法設計曲柄搖桿機構設計的實質(zhì)是確定鉸鏈中心A點的位置，定出其他三桿的尺寸L1、L2和L4。其設計步驟如下：(1)由給定的行程速比系數(shù)K，按式:求出極位夾角,(2)任選固定鉸鏈中心D的位置，由搖桿長度L3和擺角，作出搖桿兩個極限位置C1D和C2D。(3) 連接C1和C2，并作C1M垂直于C1C2(4)作C1C2O = 90，C2C1O = 90，C2O與C1O相交于O點，由圖可見，C1OC2=2。第51頁，共57頁。(5) 作C10C2的外接圓，此圓上任取一點A作為曲柄的固定鉸鏈中

13、心。連AC1和AC2，因同一圓弧的圓周角相等，故C1AC2C1OC2/2。 (6) 因極限位置處曲柄與連桿共線。故AC1L2L1，從而得曲柄長度L1（AC2AC1）/2。再以A為圓心和以L1為半徑作圓，交C1A的延線于B1，交C2A于B2，即得B1C1B2C2L2及ADL4。由于A點是C1PC2外接圓上任選的點，所以若僅按行程速比系數(shù)K設計，可得無窮多的解。A點位置不同，機構傳動角的大小也不同。如欲獲得良好的傳動質(zhì)量，可按照最小傳動角最優(yōu)或其他輔助條件來確定A點的位置。第52頁，共57頁。已知：連桿AB和CD的三組對應位置 要求：確定各構件的長度a、b、c、d 步驟：建立坐標系xAy，和分別為AB和CD的初始角。將各向量坐標投影得 ，將三組已知位置代入以上公式，確定出選定曲柄長度a，則b、c、d。設計出所需四桿機構設計方法：建立方程式，根據(jù)以知參數(shù)對方程求解。 2 解析法設計平面四桿機構、第53頁，共57頁。二、操作與實踐1.學生根據(jù)所學的知識，進行平面四桿機構的設計2.制做曲柄搖桿機構并寫出實驗報告第54頁，共57頁。三、決策 在老師的指