機械原理英文版 葉仲和 藍兆輝 Lecture4-3(平面連桿機構)

4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages4.3.1格拉曉夫準則GrashofCriterion

(鉸鏈四桿機構具有曲柄的條件)

假設：現(xiàn)需要設計一曲柄搖桿機構ABCD,希望連架桿AB是曲柄，而CD是搖桿。要使此瞬時阿蘇爾桿組BC、CD能夠組裝在其外副B、D上，必須要使△BCD的三邊長滿足條件?1整理ppt---(4-1)4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages當機構運動時，距離f是變量。2整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages需要找到f的極值。3整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages4整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages5整理ppt最短桿長度+任一桿長度<其余兩桿長度之和

曲柄必是曲柄滑塊機構中的最短桿。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages鉸鏈四桿機構具有曲柄的條件（格拉曉夫準則）6整理ppt格拉曉夫準則也可表示成:最短桿長度+最長桿長度<其余兩桿長度之和，即：lmax+lmin<lb+lc.

滿足格拉曉夫準則的連桿機構也稱為格拉曉夫連桿機構.

4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages7整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages若將曲柄滑塊機構進行倒置，將最短桿作為機架，則該機構演變成雙曲柄機構

若將與最短桿AB相對的桿件CD作為機架，則該機構演變?yōu)殡p搖桿機構

若以毗鄰最短桿AB的構件AD或BC為機架，則該機構為曲柄搖桿機構8整理ppt若lmax+lmin

>lb+lc,則機構不滿足格拉曉夫準則，該機構稱為非格拉曉夫連桿機構,即該機構中沒有連架桿能夠作相對整周旋轉，而且該機構所有倒置的型式均為雙搖桿機構。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages9整理ppt非格拉曉夫連桿機構4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages10整理ppt

但是，在某些雙搖桿機構中，連桿可以相對其他構件作整周運動，該機構稱為格拉曉夫雙搖桿機構。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages風扇搖頭機構11整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages

若

lmax+lmin

=lb+lc,則四個桿件的中心線可共線.當四個桿件的中心線共線時，輸出桿件的運動則不唯一。

該點稱為轉折點

change-points.具有轉折點的機構稱為轉折點機構change-pointmechanisms.12整理ppt機構AB2C2D

稱為平行曲柄機構

parallel-crankmechanism；

機構AB2C2D

稱為反平行曲柄機構

antiparallel-crankmechanism.4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages13整理ppt如何解決轉折點的存在所引起的運動不確定性？4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages

可在曲柄的軸上裝飛輪，增加慣性14整理ppt表4-1鉸鏈四桿機構的類型準則

長度

機架lmax+lmin<lb+lclmax+lmin>lb+lclmax+lmin=lb+lcGrashofNon-GrashofChange-point最短桿雙曲柄機構最短桿相對的桿件雙搖桿機構 雙搖桿機構最短桿毗鄰的桿件曲柄搖桿機構4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages15整理ppt格拉曉夫準則lmax+lmin

<lb+lc只是連桿機構具有曲柄的必要條件necessarycondition,而不是充分條件

sufficientcondition.為了確定鉸鏈四桿機構的類型，不僅要檢驗是否滿足格拉曉夫準則，而且要根據(jù)哪個桿件是機架來判定。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages由表可知：16整理ppt在偏置曲柄滑塊機構中，若要桿件AB能夠相對機架作整周回轉，必須滿足：

曲柄AB的長度a

+偏距e

<連桿BC的長度b4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages17整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages4.3.2壓力角PressureAngle()和傳動角TransmissionAngle()1、壓力角若不考慮各運動副中的摩擦力及構件重力和慣性力的影響，則由主動件AB經(jīng)連桿BC傳遞到輸出構件CD上C點的力F的方向？18整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages4.3.2壓力角PressureAngle()和傳動角TransmissionAngle()1、壓力角19整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages4.3.2壓力角PressureAngle()和傳動角TransmissionAngle()1、壓力角20整理ppt力F與速度vC方向所成的銳角

acuteangle稱為機構在該點處的壓力角pressureangle

。用字母表示。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages21整理ppt將壓力角的余角complement稱為傳動角，用字母

表示.4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages2、傳動角TransmissionAngle

22整理ppt

若

BCD<90o,則=BCD.4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages∵壓力角

<90o，傳動角=90o-

∴

<90o.

若

BCD>90o,則

=180o-BCD.23整理ppt將力F分解為相互垂直的兩個分力：4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages切向力Ft——推動從動件CD運動的有效力

徑向力Fr——鉸鏈附加壓力，加速鉸鏈的摩擦磨損，有害力壓力角

↓，傳動角↑,有效力↑24整理ppt在機構運動過程中，壓力角

和傳動角

隨著機構位置的改變而變化.為了保證機構具有良好的傳力性能，需要限制：壓力角max≤40o，min≥50o.4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages所以需要找到

和

的極值.25整理ppt當原動件曲柄與機架構件共線時，BCD達到極值extreme，如下圖所示，傳動角min出現(xiàn)在兩極值位置之一處。比較兩極限位置時傳動角的大小，令：4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkagesmin=min{min,min}26整理ppt壓力角和傳動角必須畫在從動件上；

對于同一運動鏈，選擇不同的構件作機架，則壓力角和傳動角會發(fā)生改變。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages27整理ppt對于曲柄滑塊機構，若曲柄是原動件，滑塊是輸出件，則連桿BC與滑塊的導路所成的銳角為壓力角，其余角為傳動角

。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages28整理ppt和的極值,出現(xiàn)在曲柄AB垂直于滑塊導路的位置。max=90o-min=sin-1[(a+e)/b]4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages29整理ppt4.3.3Toggle(肘節(jié))PositionsandDead-points圖示曲柄搖桿機構，當曲柄AB和連桿BC共線時，搖桿DC到達其運動極限位置DC1

和DC2。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages30整理ppt注意:搖桿DC的運動極限位置不同于

min出現(xiàn)的位置.4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages31整理ppt

偏置曲柄滑塊機構中，滑塊的運動極限位置也與其min出現(xiàn)的位置不同.4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages32整理ppt曲柄搖桿機構中，若曲柄AB為原動件，當搖桿DC達到極限運動位置附近時，從動件DC的速度接近于零，即使在AB上施加很小的轉矩torque，也會使搖桿產(chǎn)生很大的轉矩，因此，將該運動極限位置稱為肘節(jié)位置toggleposition。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages33整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages曲柄搖桿機構中，若搖桿DC為原動件，當搖桿DC擺動到極限運動位置時，曲柄AB與連桿BC共線，搖桿DC通過連桿BC施加在曲柄AB上的力正好通過曲柄的轉動中心A，該力對A點不產(chǎn)生轉矩。因此，機構在此位置時，不論驅動力有多大，都不能使曲柄AB轉動，機構的這種位置稱為死點deadpoint

。34整理ppt對于任何四桿機構（除了轉折點機構）：肘節(jié)位置（極位）4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages當搖桿（或滑塊）作為原動件時，會出現(xiàn)死點。死點出現(xiàn)在原動件的極限位置。當曲柄作為原動件時，不會出現(xiàn)死點。死點35整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages肘節(jié)位置（極位）死點36整理ppt為使機構順利通過死點，可采取以下措施：

(1)安裝飛輪，以加大慣性

4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages37整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages為使機構順利通過死點，可采取以下措施：

(1)安裝飛輪，以加大慣性(2)將兩組以上的相同機構組合使用，錯開死點38整理ppt某些機構工作時利用死點實現(xiàn)自鎖

self-locking功能。工件夾緊機構4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages飛機起落架機構39整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages飛機起落架機構40整理ppt4.3.4QuickReturnCharacteristics急回特性搖桿DC兩極限位置間的夾角C1DC2稱為搖桿的角行程

angularstroke,記為max.4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages從動件搖桿DC處于兩位置極限時，曲柄AB在兩對應位置所夾的銳角C1AB2稱為極位夾角，記為41整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages當曲柄沿逆時針方向以等角速度ω1由位置AB1旋轉到AB2時，其轉角為180o-，所用時間為t1；與此同時，搖桿由位置DC1擺動到DC2，其擺角為ψmax；當曲柄繼續(xù)由位置AB2旋轉到AB1時，其轉角為180o+，所用時間為t2，這時搖桿由位置DC2擺動到DC1，擺角仍然為ψmax。搖桿往復擺動的平均速度不同t1<t2搖桿具有急回特性42整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages由于搖桿由位置DC1擺動到DC2用時短，故該行程稱為快行程，用時記為tf，平均速度記為ωf；搖桿由位置DC2擺動到DC1用時長，故該行程稱為慢行程，用時記為ts，平均速度記為ωs。為了表示急回運動特性的相對程度，通常把從動件往復擺動平均速度的比值(>1)稱為行程速度變化系數(shù)，用K表示，即：θ≠0，機構具有急回特性；K值越大，機構急回特性越顯著。43整理ppt通常，讓慢行程作為工作行程

workingstroke；快行程作為回程

returnstroke。

下圖所示，曲柄AB逆時針旋轉時，搖桿逆時針行程為工作行程；搖桿順時針行程為回程。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages44整理ppt一些具有特殊尺寸的曲柄滑塊機構不具有急回特性。AB=C1C2/2=0

K=1.4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages45整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages曲柄滑塊機構的急回特性與曲