機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)四桿機(jī)構(gòu)資料

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)四桿機(jī)構(gòu)資料第1頁/共39頁平面連桿機(jī)構(gòu)：由若干個(gè)構(gòu)件以低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副）連接而成，且所有構(gòu)件在相互平行平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，也稱平面低副機(jī)構(gòu)。平面四桿機(jī)構(gòu)：最簡(jiǎn)單的平面四桿機(jī)構(gòu)是由四個(gè)構(gòu)件組成的，簡(jiǎn)稱平面四桿機(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：構(gòu)件間用四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的平面四桿機(jī)構(gòu)。第2頁/共39頁2.1概述平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：（1）運(yùn)動(dòng)副都是低副，壽命長(zhǎng)，耐磨損，傳遞動(dòng)力大。（2）幾何形狀簡(jiǎn)單，易于加工，成本低。（3）在主動(dòng)件等速連續(xù)運(yùn)動(dòng)的條件下，當(dāng)各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度不同時(shí),從動(dòng)件可滿足多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求。（4）連桿上各點(diǎn)軌跡形狀各異，可利用這些曲線來滿足不同的軌跡要求。（5）能方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)和移動(dòng)等基本運(yùn)動(dòng)形式及相互轉(zhuǎn)換第3頁/共39頁平面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)：當(dāng)構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副較多時(shí)，傳動(dòng)的精度和效率較低。

低副中存在間隙，容易產(chǎn)生累積誤差，當(dāng)構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)不易精確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。第4頁/共39頁2.2.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成（1）機(jī)架——固定件，如圖2-1所示構(gòu)件4；（2）連架桿——與機(jī)架用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接的構(gòu)件，如圖圖2-1所示構(gòu)件1和構(gòu)件3；（3）連桿——不與機(jī)架直接相連的構(gòu)件，如圖2-1所示構(gòu)件2。2.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)圖2-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)第5頁/共39頁2.2.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式根據(jù)連架桿運(yùn)動(dòng)形式的不同，相對(duì)機(jī)架能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)的稱為曲柄，只能在一定角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)的稱為搖桿。這樣，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可分為三種基本形式：第6頁/共39頁1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩連架桿中，若一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿，則此四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)是：可實(shí)現(xiàn)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)與搖桿擺動(dòng)的相互轉(zhuǎn)換。第7頁/共39頁圖2-3雷達(dá)天線俯仰角的調(diào)整機(jī)構(gòu)圖2-4縫紉機(jī)腳踏機(jī)構(gòu)第8頁/共39頁第9頁/共39頁第10頁/共39頁2．雙曲柄機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為曲柄，則此四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)是：當(dāng)主動(dòng)曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，

從動(dòng)曲柄一般作變速轉(zhuǎn)動(dòng)。第11頁/共39頁圖2-5慣性篩機(jī)構(gòu)第12頁/共39頁圖2-6平行四邊形機(jī)構(gòu)和反平行四邊形機(jī)構(gòu)在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若相對(duì)的兩桿平行且長(zhǎng)度相等，則稱為平行四邊形機(jī)構(gòu)，在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若兩相對(duì)桿的長(zhǎng)度分別相等，但不平行，則稱為反平行四邊形機(jī)構(gòu)。第13頁/共39頁e）車門啟閉機(jī)構(gòu)圖2-6雙平行曲柄機(jī)構(gòu)反平行四邊形機(jī)構(gòu)和平行四邊形機(jī)構(gòu)的應(yīng)用第14頁/共39頁3．雙搖桿機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為搖桿，則此四桿機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)是：可將一種擺動(dòng)轉(zhuǎn)換成另一種擺動(dòng)。第15頁/共39頁飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)

第16頁/共39頁圖2-7輪式車輛的前輪轉(zhuǎn)向機(jī)第17頁/共39頁二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化1.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可通過變更構(gòu)件長(zhǎng)度和形狀、變更機(jī)架和擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副等途徑演化成其他平面連桿機(jī)構(gòu)。第18頁/共39頁2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)取構(gòu)件1為固定構(gòu)件演化而來。

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)3.搖塊機(jī)構(gòu)

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)取構(gòu)件2為固定構(gòu)件演化而來。

4.定塊機(jī)構(gòu)

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)取構(gòu)件3為固定構(gòu)件演化而來。

導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

搖塊機(jī)構(gòu)

定塊機(jī)構(gòu)

第19頁/共39頁汽車自動(dòng)卸料機(jī)構(gòu)第20頁/共39頁5.偏心輪機(jī)構(gòu)

偏心輪機(jī)構(gòu)第21頁/共39頁一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件

1.整轉(zhuǎn)副的存在條件

即

在中在中

最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和；

整轉(zhuǎn)副是由最短桿與其鄰邊組成的。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副存在的條件

第二節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性第22頁/共39頁第二節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性

曲柄存在的條件為：（1）連架桿和機(jī)架中必有一桿是最短桿。（2）最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和。上述兩個(gè)條件必須同時(shí)滿足否則機(jī)構(gòu)不存在曲柄。第23頁/共39頁

若滿足最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和時(shí)，可得到以下三種結(jié)構(gòu)；（1）連架桿是最短桿為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（2）機(jī)架是最短桿為雙曲柄機(jī)構(gòu)；（3）若最短桿是連桿，此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。若滿足最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和大于其余兩桿長(zhǎng)度之和時(shí),為雙搖桿機(jī)構(gòu)。第24頁/共39頁二、學(xué)習(xí)指導(dǎo)lmax+lmin≤l余1+l余2不存在曲柄雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)可能有曲柄固定件是否最短構(gòu)件最短構(gòu)件的鄰邊最短構(gòu)件的對(duì)邊圖3-9第25頁/共39頁二、急回特性與行程速比系數(shù)

1.搖桿擺角

搖桿在兩極限位置的夾角2.極位夾角

對(duì)應(yīng)搖桿兩極限位置，曲柄兩位置所夾的銳角。3.行程速比系數(shù)

或第26頁/共39頁三、壓力角和傳動(dòng)角

1.壓力角：作用在從動(dòng)件上點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)力與該點(diǎn)絕對(duì)速度之間所夾的銳角。2.傳動(dòng)角：壓力角的余角（即連桿和從動(dòng)搖桿所夾的銳角）第27頁/共39頁四、死點(diǎn)位置

如圖所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如果以搖桿3為原動(dòng)件，曲柄1為從動(dòng)件，在搖桿擺到極限位置，連桿2與曲柄1兩次共線，從動(dòng)件的傳動(dòng)角，即連桿傳給曲柄的力通過鉸鏈中心，不論此力多大，均不能使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)的這種傳動(dòng)角為零的位置稱為死點(diǎn)位置。第28頁/共39頁

當(dāng)機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置時(shí)，機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件將出現(xiàn)卡死或運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象。

如圖所示的縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)，實(shí)際使用時(shí)常會(huì)出現(xiàn)踏不動(dòng)或倒車現(xiàn)象，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，借助帶輪的慣性作用，可以使曲柄順利通過死點(diǎn)位置。

如圖所示的鉆床夾具，當(dāng)工件5被夾緊時(shí)，處于死點(diǎn)位置可夾緊工件。

縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)

鉆床夾具的夾緊機(jī)構(gòu)

第29頁/共39頁第30頁/共39頁第三節(jié)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)主要是根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)條件，選擇機(jī)構(gòu)的類型和確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中各構(gòu)件的尺寸。在設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)條件(如合適的桿長(zhǎng)比和運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)與尺寸)，動(dòng)力條件(最小傳動(dòng)角限制)等。

按照給定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，即位置設(shè)計(jì)。如要求從動(dòng)件具有一定的急回特性，要求滿足某構(gòu)件占據(jù)幾個(gè)預(yù)定位置等。

按照給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，即軌跡設(shè)計(jì)。如要求起重機(jī)吊鉤的軌跡為一直線，和面機(jī)的和面桿端按預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)等。第31頁/共39頁1.按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

一、圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

已知條件：行程速比系數(shù)，搖桿長(zhǎng)度及擺角。解：第32頁/共39頁2.按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)造型機(jī)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)已知連桿兩個(gè)位置的設(shè)計(jì)

第33頁/共39頁已知連桿三個(gè)位置的設(shè)計(jì)

給定連桿3個(gè)位置的設(shè)計(jì)

第34頁/共39頁

1.填空題(1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中行程速比系數(shù)K的大小取決于

，K值越大，機(jī)構(gòu)的

越顯著。(2)在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)

與

共線時(shí)，機(jī)構(gòu)可能出現(xiàn)最小傳動(dòng)角γmin

。(3)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，與機(jī)架用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接的桿稱為

。

(4)在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若滑塊作為主動(dòng)件，當(dāng)

時(shí)，機(jī)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)位置。(5)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件是①

；②

。四、復(fù)習(xí)題第35頁/共39頁

⒉選擇題(1)平面連桿機(jī)構(gòu)是由

組成的機(jī)構(gòu)。(A)高副；(B)高副和低副；(C)轉(zhuǎn)動(dòng)副；(D)低副。(2)平面連桿機(jī)構(gòu)，構(gòu)件的最少數(shù)量是

。(A)二件；(B)三件；(C)四件；(D)五件。(3)有急回運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的四桿機(jī)構(gòu)是

。(A)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；(B)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；(C)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。(4)壓力角可作為判斷機(jī)構(gòu)傳力性能的標(biāo)志，在平面連桿機(jī)構(gòu)中，壓力角越大，機(jī)構(gòu)傳力性能

。(A)越差；(B)不受影響；(C)越好。(5)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置在

。(A)原動(dòng)桿與連桿共線；(B)原動(dòng)桿與機(jī)架共線；(C)從動(dòng)桿與連桿共線；(D)從動(dòng)桿與機(jī)架共線。四、復(fù)習(xí)題第36頁/共39頁⒊問答題（1）何謂平面連桿機(jī)構(gòu)？其基本型式有哪幾種？（2）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式哪有幾種？（3）何謂曲柄搖桿機(jī)構(gòu)急回運(yùn)動(dòng)性質(zhì)？何參數(shù)反映了機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)程度？（4）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)具有死點(diǎn)位置的條件是什么？（5）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件是什么？（6）在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，作圖標(biāo)出極位夾角、擺角、壓力角和傳動(dòng)角、機(jī)構(gòu)的極限位置、死點(diǎn)位置及最小傳動(dòng)角min；并能敘述上述概念的含義。（7）何謂平面連桿機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角？壓力角的大小對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)的工作有何影響？（8）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有幾種演化方式？演化后的機(jī)構(gòu)有何特點(diǎn)？四、復(fù)習(xí)題第37頁/共3