機(jī)械原理第8章-平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

§8-1連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)

1.連桿機(jī)構(gòu)

連桿機(jī)構(gòu)共同的特點(diǎn)是，原動(dòng)件都要通過不與機(jī)架相連的中間構(gòu)件才能傳動(dòng)從動(dòng)件，這個(gè)不與機(jī)架相連的中間構(gòu)件稱為連桿，而把具有連桿的這些機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機(jī)構(gòu)。2．傳動(dòng)特點(diǎn)

(1)主要優(yōu)點(diǎn)：

1)連桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副一般均為低副(也稱低副機(jī)構(gòu)),可承受較大的載荷，幾何形狀簡(jiǎn)單，便于加工制造。2)從動(dòng)件可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；3)在連桿機(jī)構(gòu)中，連桿上不同點(diǎn)的軌跡稱為連桿曲線。當(dāng)改變連桿相對(duì)長(zhǎng)度時(shí)，可得到不同形狀的曲線。(2)主要缺點(diǎn)：1)一般具有較長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)鏈，所以累積誤差較大；2)連桿及滑塊的質(zhì)心作變速運(yùn)動(dòng)，它們所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，增加了機(jī)構(gòu)的動(dòng)載荷，因此不宜用于高速。3．連桿機(jī)構(gòu)的分類

(1)根據(jù)連桿機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍分：平面連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)(2)根據(jù)連桿機(jī)構(gòu)所含構(gòu)件數(shù)分：四桿機(jī)構(gòu)六桿機(jī)構(gòu)多桿機(jī)構(gòu)§8-2平面連桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用

1.平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型——鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成：機(jī)架4

連架桿1、3

連桿2曲柄：連架桿中，能作整周回轉(zhuǎn)者。搖桿：連架桿中，只能在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)者。所有的運(yùn)動(dòng)副都是轉(zhuǎn)動(dòng)副(周轉(zhuǎn)副和擺動(dòng)副)1.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)1.2雙曲柄機(jī)構(gòu)

當(dāng)兩曲柄相互平行且長(zhǎng)度相等時(shí)，雙曲柄機(jī)構(gòu)成為平行四邊形機(jī)構(gòu)。平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象：運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象的消除：錯(cuò)開一定角度再安裝一組平行四邊形機(jī)構(gòu)。逆平行(或反平行)四邊形機(jī)構(gòu)車門開閉機(jī)構(gòu)1.3雙搖桿機(jī)構(gòu)

兩搖桿長(zhǎng)度相等的雙搖桿機(jī)構(gòu)，稱為等腰梯形機(jī)構(gòu)。2．鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式

2.1改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸1、曲柄滑塊機(jī)構(gòu):對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2、雙滑塊機(jī)構(gòu)十字滑塊聯(lián)軸器橢圓儀2.2改變運(yùn)動(dòng)副尺寸——偏心輪機(jī)構(gòu)2.3選不同構(gòu)件為機(jī)架(稱為機(jī)構(gòu)的倒置)

2.4運(yùn)動(dòng)副元素的逆換(包容關(guān)系逆換)§8-3有關(guān)平面連桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)

1．平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件在△B′C′D中a+d≤b+c在△B″C″D中b≤(d－a)+c

即a+b≤d+c

c≤(d－a)+b

即a+c≤d+b

將上三式兩兩相加，得a≤b、a≤c、a≤d

所以，AB為最短桿，且

a與任意一桿長(zhǎng)度之和都小于其他兩桿長(zhǎng)度之和。設(shè)a、b、c、d

為各桿長(zhǎng)度。且設(shè)a<d

，A為周轉(zhuǎn)副。轉(zhuǎn)動(dòng)副A為周轉(zhuǎn)副的條件是：1、最短桿+最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度≤其余兩桿長(zhǎng)度之和，此條件為桿長(zhǎng)條件；2、組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿。四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件為：1、各桿的長(zhǎng)度應(yīng)滿足桿長(zhǎng)條件；2、最短桿為連架桿或機(jī)架。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本形式的判別依據(jù)：

(1)當(dāng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，若1)最短桿為連架桿時(shí)——曲柄搖桿機(jī)構(gòu);2)最短桿為機(jī)架時(shí)——雙曲柄機(jī)構(gòu);3)最短桿為連桿時(shí)——雙搖桿機(jī)構(gòu)。(2)當(dāng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)不滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)——雙搖桿機(jī)構(gòu)2．平面四桿機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)

2.1名詞解釋極位夾角——當(dāng)機(jī)構(gòu)在兩極限位置時(shí)，原動(dòng)件AB所處兩

個(gè)位置之間所夾的銳角，用θ表示。極限位置——C1D和C2D

擺角——兩極限位置所

夾的銳角，用

φ表示。2.2急回運(yùn)動(dòng)當(dāng)曲柄以等角速度ω1順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)搖桿的這種運(yùn)動(dòng)性質(zhì)稱為急回運(yùn)動(dòng)。c）設(shè)兩過程的平均速度分別為v1、v2，則

∴v2＞v1

2.3行程速比系數(shù)——用來(lái)表明急回運(yùn)動(dòng)的急回程度，用K表示。例題分析1、對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)∴K=1(滑塊在正反行程中平均速度相等)故，沒有急回運(yùn)動(dòng)例題分析2、偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)故，有急回運(yùn)動(dòng)例題分析3、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)所以，有急回運(yùn)動(dòng)3．四桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角與死點(diǎn)3.1壓力角與傳動(dòng)角1、壓力角——作用于C點(diǎn)的力與C點(diǎn)的速度方向之間所夾的銳角，用α表示。2、傳動(dòng)角——壓力角的余角，用γ表示。γ=90°－α

通常取γmin≥40°，力矩較大時(shí)，要求γmin≥50°。

Pt=Pcosα

Pn=Psinα

連接BD，得3、最小傳動(dòng)角的位置3.2死點(diǎn)

注意：機(jī)構(gòu)有無(wú)死點(diǎn)與原動(dòng)件選取有關(guān)。

若α=90o、γ=0°，則機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置。例題分析通過死點(diǎn)的措施：1)使各組機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)相互錯(cuò)開排列；

2)采用安裝飛輪，借慣性作用闖過死點(diǎn)。利用死點(diǎn)的機(jī)構(gòu)，如：飛機(jī)起落架；工件夾緊機(jī)構(gòu)等。4．鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性包括：錯(cuò)位不連續(xù)錯(cuò)序不連續(xù)——連桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中能否連續(xù)實(shí)現(xiàn)給定的各個(gè)位置的問題。§8-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1.連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題按給定運(yùn)動(dòng)要求選定機(jī)構(gòu)，并確定其各構(gòu)件的尺度參數(shù)。

1.1設(shè)計(jì)要求(1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求(2)滿足預(yù)定的連桿位置要求1.2設(shè)計(jì)方法：解析法圖解法實(shí)驗(yàn)法(3)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡2.用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

(1)按連桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知：連桿上兩活動(dòng)鉸鏈的中心B、C及其在運(yùn)動(dòng)過程中的兩個(gè)位置B1C1、B2C2

。求：設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)。1)已知活動(dòng)鉸鏈中心的位置B1C1B2C2b12c12AD

l無(wú)窮多解已知：連桿上兩活動(dòng)鉸鏈的中心B、C及其在運(yùn)動(dòng)過程中的三個(gè)位置B1C1、B2C2、B3C3。求：設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)。B1C1B2B3C2C3ADb12b23c23c12唯一解AD2)已知固定鉸鏈中心的位置(即已知LAD)AB1C1DB2C2

12

12A′D′E2F2E1F1E1F1E2E3F2F3A′D′A"D"AB1C1D已知：兩固定鉸鏈的中心A、D，及在運(yùn)動(dòng)過程中連桿上的標(biāo)線EF分別占據(jù)的三個(gè)位置E1F1、E2F2、E3F3。求：設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)。唯一解(2)按兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿三個(gè)對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知：機(jī)架長(zhǎng)度LAD=d、兩連架桿對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角

12、

12，

13、

13

。求：設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)ADB1B2′-12

12B3′C1

13-13d

12

13123

12

13123B2B3無(wú)窮多解ADB1B221B2′-12

12

12B3′C13

13

13-13B3已知：機(jī)架長(zhǎng)度LAD、一連架桿長(zhǎng)度LAB及其起始位置、兩連架桿對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角

12、

12

，

13、

13

。1、2、3為

CD桿上標(biāo)線占據(jù)的三個(gè)位置。求：設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)唯一解(3)按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)已知：K、LCD、φ、輔助條件。求：設(shè)計(jì)此曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

設(shè)曲柄長(zhǎng)度為a，連桿長(zhǎng)度為b，則:C1C2DAB1B2O

2

GF注意：A點(diǎn)可取在圓上除了