機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)

機械設(shè)計原理-連桿機構(gòu)2024/10/30機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)連桿機構(gòu)：由若干個構(gòu)件通過低副連接而組成，又稱為低副機構(gòu)。平面連桿機構(gòu)：所有構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運動的連桿機構(gòu)?？臻g連桿機構(gòu)：所有構(gòu)件不全在相互平行的平面內(nèi)運動的連桿機構(gòu)。由于平面連桿機構(gòu)不僅應(yīng)用廣泛，而且還往往是多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)；所以這里重點介紹平面連桿機構(gòu).機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)4.1平面連桿機構(gòu)的類型

4.1.1平面四桿機構(gòu)的基本型式全部運動副為轉(zhuǎn)動副的四桿機構(gòu)稱為鉸鏈四桿機構(gòu)連桿連架桿機架視頻:2機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)平面四桿機構(gòu)的基本型式曲柄——作整周運動的構(gòu)件搖桿——作擺動的構(gòu)件。鉸鏈四桿機構(gòu)根據(jù)連架桿的運動形式不同分為：○曲柄搖桿機構(gòu)（視頻1）○雙曲柄機構(gòu)（視頻2）○雙搖桿機構(gòu)（視頻3）機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)的三種基本型式

曲柄搖桿機構(gòu)：指兩連架桿一為曲柄，一為搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)。機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)慣性篩雙曲柄機構(gòu)：指兩個連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)。若機構(gòu)中相對兩桿平行且相等，則成為平面四邊形機構(gòu)。機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)：指兩個連架桿都是搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)。

機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)4.1.2平面四桿機構(gòu)的演化

由四桿機構(gòu)的基本型式通過演化可以得到其它多種結(jié)構(gòu)型式。

常用的演化方法有

1、轉(zhuǎn)動副變移動副

曲柄搖桿機構(gòu)→曲柄滑塊機構(gòu)→雙滑塊機構(gòu)機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)視頻11機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)①曲柄滑塊機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)搖塊機構(gòu)定塊機構(gòu)(直動滑桿機構(gòu))②機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)3.變換構(gòu)件形態(tài)

兩個移動副的四桿機構(gòu)

①若選擇構(gòu)件2或4為機架時，就是正弦機構(gòu)；

②若改取構(gòu)件3為機架,則為雙滑塊機構(gòu);

③當(dāng)取構(gòu)件1為機架時，便演化為雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)。視頻13機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)4擴大移動副的尺寸

曲柄搖桿機構(gòu)偏心盤機構(gòu)（視頻8）機械原理視頻連桿（1-2）.avi機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)4.2平面連桿機構(gòu)的工作特性平面連桿機構(gòu)具有傳遞和變換運動，實現(xiàn)力的傳遞和變換功能，前者稱為平面連桿機構(gòu)的運動特性，后者稱為平面連桿機構(gòu)的傳力特性。了解了這些特征，對于正確選擇連桿機構(gòu)的類型，進(jìn)而進(jìn)行機構(gòu)設(shè)計具有重要指導(dǎo)意義。機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)4.2.1運動特性

1.轉(zhuǎn)動副為整轉(zhuǎn)副的條件-----鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件AB2BB1DC2CC1l1l2l4l3機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)在ΔB1C1D中，根據(jù)三角形任意兩邊之差必小于等于第三邊，可得：移項可得：機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)在ΔB2C2D中，根據(jù)三角形任意兩邊之和必大于等于第三邊，可得：以上三式兩兩相加并化簡可得：鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在條件：1、曲柄為最短桿；2、最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)

滿足上述條件時，取不同的構(gòu)件為機架時，可得三種不同性質(zhì)的鉸鏈四桿機構(gòu)取最短桿的鄰桿為機架－－－曲柄搖桿機構(gòu)取最短桿的對桿為機架－－－雙搖桿機構(gòu)

取最短桿為機架－－－雙曲柄機構(gòu)圖10機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)

“最短構(gòu)件與最長構(gòu)件的長度之和小于或等于其余兩構(gòu)件長度之和”是必要條件，如果不滿足此條件，無論取那個構(gòu)件作為機架，都不存在曲柄。機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)2.急回運動特性在曲柄等速回轉(zhuǎn)情況下，由于α1=180°+θ，α2=180°-θ，所以t1>t2,搖桿往復(fù)擺動的平均速度為V2>V1.把搖桿的這種往復(fù)擺動快慢不同的運動稱為急回運動。急回運動的程度可以用行程速比系數(shù)K來衡量：機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)行程速比系數(shù)結(jié)論：當(dāng)θ≠0時，機構(gòu)具有急回運動特性，θ角愈大，K值愈大，急回運動特性愈顯著。機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)3.運動連續(xù)性

1、運動連續(xù)性：當(dāng)主動件連續(xù)運動時，從動件也能連續(xù)占據(jù)預(yù)定的各個位置，稱為機構(gòu)具有運動的連續(xù)性。機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)在不計重力、摩擦力、慣性力的條件下，機構(gòu)中輸出件所受主動力的方向線與該受力點的絕對速度方向線所夾的銳角。壓力角的余角，γ=900-α。

1、壓力角α2、傳動角γFF1F21ABCD234V

α越小，γ越大，則機構(gòu)傳力性能越好。4.2.2傳力特性

機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)常用傳動角的大小和變化來衡量機構(gòu)傳力性能的好壞。設(shè)計時通常要求γmin≥40°，對于高速和大功率的傳動機械，γmin≥50°。

機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)最小傳動角的確定F1vcDFCABF21234abcd則圖示鉸鏈四桿機構(gòu)中，原動件為AB。各桿長度為：a、b、c、d。由圖可見，γ與機構(gòu)的∠BCD有關(guān)。在ΔABD和ΔBCD中，由余弦定理得：機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)1）當(dāng)∠BCD<900時，γ=∠BCD，則γmin=∠BCDmin

，由公式可知，當(dāng)φ=00時，有∠BCDmin。即曲柄與機架重合共線時，機構(gòu)將出現(xiàn)最小值。

F1vcDFCABF21234abcdfC1DA視頻1機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)2）當(dāng)∠BCD>900時，γ=1800-∠BCD，則γmin=1800-∠BCDmax

，由公式可知，當(dāng)φ=1800時，有∠BCDmax。即曲柄與機架拉值共線時，機構(gòu)將出現(xiàn)最大值。

4vcABCDF123DAC2B2視頻1機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)機構(gòu)的死點位置1．死點圖示曲柄搖桿機構(gòu)，搖桿CD為主動件，當(dāng)機構(gòu)處于連桿與從動曲柄共線的兩個位置時，出現(xiàn)了傳動角γ＝o。的情況。這時主動件CD通過連桿作用于從動件AB上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，所以不能使構(gòu)件AB轉(zhuǎn)動而出現(xiàn)“頂死”現(xiàn)象。機構(gòu)的此種位置稱為死點。

機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)

在下圖所示曲柄搖桿機構(gòu)中，若以搖桿為主動件，則當(dāng)連桿與曲柄共線，機構(gòu)的傳動角為零，機構(gòu)此位置就稱為死點。而對于圖示的曲柄滑塊機構(gòu)，當(dāng)以滑塊為主動件，機構(gòu)也處于死點位置。機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)機構(gòu)中從動件與連桿共線的位置稱為機構(gòu)的死點位置。

2.死點的利用：B2AB1C1DC2地面飛機起落架機構(gòu)若以夾緊、增力等為目的，則機構(gòu)的死點位置可以加以利用。機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)圖6－1機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)對傳動機構(gòu)來說，有死點是不利的，應(yīng)采取措施使其順利通過。3.死點的克服

措施：加裝飛輪，增大慣性；安裝輔助連桿；幾組機構(gòu)錯位安裝。vBB2C2踏板縫紉機主運動機構(gòu)腳AB1C1DFB

機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)蒸汽機車車輪聯(lián)動機構(gòu)，由兩組曲柄滑塊機構(gòu)組成，曲柄位置錯開90度，使死點位置錯開（圖9）。機械原理視頻連桿（3-5）.avi機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)4.3平面連桿機構(gòu)的特點及功能連桿機構(gòu)中的運動副一般均為低副（正因為如此，所以又把連桿機構(gòu)稱為低副機構(gòu)），低副兩元素為面接觸，故在傳遞同樣載荷的條件下，兩元素間的壓強較小，可以承受較大的載荷。低副兩元素間便于潤滑，故兩元素不易產(chǎn)生大的磨損。這些條件都能較好的滿足重型機械的要求。此外，低副兩元素的幾何形狀也比較簡單，便于加工制造。2）構(gòu)件運動形式具有多樣性；3)在連桿機構(gòu)中，當(dāng)原動件以同樣的運動規(guī)律運動時，如果改變各構(gòu)件的相對長度關(guān)系，便可是從動件得到不同的運動規(guī)律4.3.1平面連桿機構(gòu)的特點機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)4)在連桿機構(gòu)中，連桿上個不同點的軌跡是各種不同形狀的曲線（特稱為連桿曲線），而且隨著各構(gòu)件相對長度關(guān)系的改變，這些連桿曲線的形狀也將改變，從而可以得到各種不同形狀的曲線，我們可以利用這些曲線來滿足不同軌跡的要求。此外，連桿機構(gòu)還可以很方便地用來達(dá)到增力，擴大行程和實現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的傳動的目的。由于連桿機構(gòu)由上述優(yōu)點，所實在各種機械和儀表中得到了廣泛的應(yīng)用。機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)連桿機構(gòu)缺點1)由于在連桿機構(gòu)中運動必須經(jīng)過中間構(gòu)件進(jìn)行傳遞，因而連桿機構(gòu)一般具有較長的運動鏈（即較多的構(gòu)件和較多的運動副），所以各構(gòu)件的尺寸誤差和運動副中的間隙將使連桿機構(gòu)產(chǎn)生較大的積累誤差，同時也會使機械效率降低。2)在連桿機構(gòu)的運動過程中，連桿及滑塊的質(zhì)心都在作變速運動，他們所產(chǎn)生的慣性力難于用一般的平衡方法加以消除，因而會增加機構(gòu)的動載荷，所以連桿機構(gòu)一般不易于高速傳動。機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)4.3.2平面連桿機構(gòu)的功能1.實現(xiàn)有軌跡位置或運動規(guī)律要求的運動2.實現(xiàn)從動件運動形式及運動特性的改變3.實現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的傳動4.調(diào)節(jié)、擴大從動件的行程5.獲得較大的機械增益機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)4.4平面連桿機構(gòu)的運動分析機構(gòu)的運動分析:機構(gòu)的運動分析就是根據(jù)原動件的已知運動規(guī)律,來確定其它構(gòu)件或構(gòu)件上某些點的軌跡、位移、速度和加速度等運動參數(shù)。機構(gòu)運動分析的目的：1、通過機構(gòu)的位移分析，可以確定機構(gòu)運動所需的空間或某些構(gòu)件及構(gòu)件上某些點能否實現(xiàn)預(yù)定的位置或軌跡，并可判斷它們在運動中是否發(fā)生干涉；2、通過速度和加速度分析，了解從動件的運動變化規(guī)律能否滿足工作要求，并可據(jù)此對機構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析。

機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)4.4.1瞬心法及其應(yīng)用1、速度瞬心瞬時速度中心(瞬心):互相作平面相對運動的兩構(gòu)件,在任一瞬時都可以認(rèn)為它們是繞某點做相對轉(zhuǎn)動，稱該點為瞬心。2、瞬心表示方法：用P加下標(biāo)表示。圖示構(gòu)件1和2的瞬心為P12或P21機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)2.機構(gòu)中瞬心的數(shù)目N=n(n-1)/23.機構(gòu)中瞬心位置的確定1、通過運動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心(1)以轉(zhuǎn)動副聯(lián)接的兩構(gòu)件,其轉(zhuǎn)動中心即為瞬心機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)(2)以移動副聯(lián)接的兩構(gòu)件,其瞬心在垂直導(dǎo)路方向的無究遠(yuǎn)處,所示。(3)以平面高副聯(lián)接的兩構(gòu)件,若高副元素之間為純滾動時,則兩元素的接觸點即為兩構(gòu)件的瞬心所示；(4)若高副元素之間既滾動又滑動,則瞬心在高副接觸點處的公法線上，具體位置要由其它條件來確定所示。機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)三心定理:三個彼此作平面平行運動的構(gòu)件共有三個瞬心,而且必定位于同一直線上。機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)瞬心在速度分析中的應(yīng)用2/4=P14P24/P12P24機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)4.4.2桿組法及其應(yīng)用

結(jié)構(gòu)分析就是將已知機構(gòu)分解為原動件、機架和若干個基本桿組，進(jìn)而了解機構(gòu)的組成，并確定機構(gòu)的級別。機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的步驟是：(1)計算機構(gòu)的自由度并確定原動件。(2)拆桿組。機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)4.5.1平面連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題問題一：剛體導(dǎo)引機構(gòu)設(shè)計

引導(dǎo)一個剛體實現(xiàn)一系列給定位置4.5平面連桿機構(gòu)設(shè)計機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)滿足預(yù)定的連桿位置要求機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)問題二：函數(shù)生成機構(gòu)設(shè)計

主、從動連架桿運動規(guī)律具有給定的函數(shù)關(guān)系機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)滿足預(yù)定的運動規(guī)律要求機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)問題三：軌跡生成機構(gòu)設(shè)計

機構(gòu)中某點可以實現(xiàn)預(yù)期的運動軌跡機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)滿足預(yù)定的軌跡要求機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)圖解法解析法實驗法平面連桿機構(gòu)設(shè)計方法：機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)4.5.2剛體導(dǎo)引機構(gòu)的設(shè)計要求：設(shè)計四桿機構(gòu)，使得連桿通過I、II、III三個位置機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)第1步：選定B、C點位置第2步：找A、D點位置剛體導(dǎo)引機構(gòu)的設(shè)計第3步：聯(lián)接A、B1、C1、D，獲得四桿機構(gòu)三點唯一確定一個圓，B、C確定后，A、D是確定的；機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)

已知固定鉸鏈點A、D，設(shè)計四桿機構(gòu)，使得兩個連架桿可以實現(xiàn)三組對應(yīng)關(guān)系函數(shù)生成機構(gòu)剛體導(dǎo)引機構(gòu)？4.5.3函數(shù)生成機構(gòu)的設(shè)計機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)d機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)剛化反轉(zhuǎn)法以CD桿為機架時看到的四桿機構(gòu)ABCD的位置相當(dāng)于把以AD為機架時觀察到的ABCD的位置剛化，以D軸為中心轉(zhuǎn)過得到的。低副可逆性；機構(gòu)在某一瞬時，各構(gòu)件相對位置固定不變，相當(dāng)于一個剛體，其形狀不會隨著參考坐標(biāo)系不同而改變。機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)函數(shù)生成機構(gòu)的設(shè)計第1步：選B點，以I位置為參考位置，DF1為機架第2步：用剛化反轉(zhuǎn)法求出B2、B3的轉(zhuǎn)位點第3步：做中垂線，找C1點第4步：聯(lián)接AB1C1D機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)函數(shù)生成機構(gòu)設(shè)計——解析法機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)已知行程速比系數(shù)K，以及從動件兩個極限位置，設(shè)計四桿機構(gòu)4.5.4急回機構(gòu)的設(shè)計機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)機械設(shè)計原理連桿機構(gòu)4.5.5軌跡生成機構(gòu)的設(shè)計