《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》 課件第三章-平面連桿機(jī)構(gòu)

第三章平面連桿機(jī)構(gòu)§3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及性質(zhì)§3.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)具有曲柄的條件§3.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化§3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)§3.5

連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及性質(zhì)連桿機(jī)構(gòu)由若干個(gè)構(gòu)件通過(guò)低副連接而組成，又稱為低副機(jī)構(gòu)。在平面機(jī)構(gòu)中，應(yīng)用最多的是平面四桿機(jī)構(gòu)，尤其是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)平面四桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。4－機(jī)架，1、3－連架桿，2－連桿在兩個(gè)連架桿中能作整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件稱為曲柄，若只能繞其回轉(zhuǎn)軸線作往復(fù)擺動(dòng)的構(gòu)件稱為搖桿。3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及性質(zhì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)根據(jù)兩連架桿運(yùn)動(dòng)形式不同可分為三種基本形式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。一、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)連架桿，若一個(gè)是曲柄，另一個(gè)是搖桿時(shí)，稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及性質(zhì)雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu)3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及性質(zhì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的主要特性：1.急回運(yùn)動(dòng)特性極限位置，擺角，極位夾角急回運(yùn)動(dòng)特性通常用行程速比系數(shù)K表示：或機(jī)構(gòu)有無(wú)急回運(yùn)動(dòng)取決于極位夾角。當(dāng)，急回運(yùn)動(dòng)消失，此時(shí)K=1；角越大，急回運(yùn)動(dòng)越明顯。3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及性質(zhì)2.傳力特性傳力的好壞可用壓力角來(lái)衡量。有效分力Ft越大，F(xiàn)t越小傳動(dòng)角曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角必然出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架兩次共線的位置AB1或AB2處。3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及性質(zhì)3.止點(diǎn)特性當(dāng)從動(dòng)件上的傳動(dòng)角為零或壓力角為90°時(shí)，驅(qū)動(dòng)力對(duì)從動(dòng)件的有效分力為零，這個(gè)位置稱為機(jī)構(gòu)的止點(diǎn)（死點(diǎn)）位置。止點(diǎn)位置對(duì)傳動(dòng)是不利的，通常采用構(gòu)件自身的慣性或加裝飛輪等措施使機(jī)構(gòu)順利地通過(guò)止點(diǎn)位置。3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及性質(zhì)止點(diǎn)特性的利用夾具機(jī)構(gòu)3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及性質(zhì)二、雙曲柄機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的兩連桿架均為曲柄時(shí)，稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及性質(zhì)當(dāng)雙曲柄機(jī)構(gòu)中組成四邊形的兩對(duì)稱邊構(gòu)件的長(zhǎng)度分別相等且平行時(shí)，稱為正平行四邊形機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性是，兩曲柄以相同的角速度沿相同的方向回轉(zhuǎn)，這時(shí)連桿作平移運(yùn)動(dòng)。3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及性質(zhì)當(dāng)雙曲柄機(jī)構(gòu)中對(duì)邊的長(zhǎng)度相等但不平行時(shí)，稱為反平行四邊形機(jī)構(gòu)。3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及性質(zhì)三、雙搖桿機(jī)構(gòu)若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中兩連架桿均為搖桿時(shí)，則稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及性質(zhì)等腰梯形機(jī)構(gòu)3.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)具有曲柄的條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，能否具有作整周回轉(zhuǎn)的曲柄是與機(jī)構(gòu)中各桿的相對(duì)長(zhǎng)度有關(guān)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)具有曲柄的條件為：⑴曲柄是最短桿。⑵最短桿長(zhǎng)度與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和應(yīng)小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和。3.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)具有曲柄的條件結(jié)論：1.若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)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，最短桿為連架桿時(shí)，得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)取最短桿為機(jī)架時(shí)，得到雙曲柄機(jī)構(gòu)；而當(dāng)取最短桿為連桿時(shí)，得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。2.若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和大于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則不可能有曲柄存在，這時(shí)無(wú)論將哪一個(gè)桿作為機(jī)架都將得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。3.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化常用的演化機(jī)構(gòu)有：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、偏心輪機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等。一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化方式通過(guò)改變鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中各桿的長(zhǎng)度，或改變回轉(zhuǎn)副尺寸，或選取不同桿件作為機(jī)架等途徑，還可得到四桿機(jī)構(gòu)的各種不同演化型式。1.改變構(gòu)件長(zhǎng)度3.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化2.改變銷軸半徑（偏心盤）3.改變機(jī)架偏心盤搖桿機(jī)構(gòu)偏心盤滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿雙曲柄曲柄搖桿雙搖桿3.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化4.復(fù)合演化3.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化二、常用演化機(jī)構(gòu)1.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏心距e≠0時(shí)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)稱為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，其K＞1。偏心距e＝0時(shí)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)稱為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，其K＝1。內(nèi)燃機(jī)3.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)當(dāng)l1≤l2時(shí)，稱為回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)當(dāng)l1＞l2時(shí)，稱為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)具有急回特性，傳力性能最好?；剞D(zhuǎn)式油泵、牛頭刨床3.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化3.定塊機(jī)構(gòu)抽水機(jī)、抽油泵3.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化4.曲柄搖塊機(jī)構(gòu)各種擺動(dòng)式原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)3.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化5.偏心盤機(jī)構(gòu)沖床、壓力機(jī)等3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)條件，確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的尺寸參數(shù)。常遇到下面兩類問題：⑴按照給定從動(dòng)件的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，稱為位置設(shè)計(jì)。⑵按照給定點(diǎn)的軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，稱為軌跡設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的方法有圖解法、解析法、實(shí)驗(yàn)法和圖譜法等。3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)一、圖解法設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)1.按連桿預(yù)定的兩個(gè)或三個(gè)位置設(shè)計(jì)3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2.按兩連架桿預(yù)定對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)若已知桿AB、AD的長(zhǎng)度及連架桿三組對(duì)應(yīng)的位置，設(shè)計(jì)此鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。實(shí)質(zhì)：求出連桿BC之尺寸及搖桿與連桿鉸鏈點(diǎn)C的位置。反轉(zhuǎn)法將問題轉(zhuǎn)化成按連桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)問題。標(biāo)線：構(gòu)件上標(biāo)志其位置的線段。3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)反轉(zhuǎn)法：指根據(jù)機(jī)構(gòu)的倒置理論，通過(guò)取不同構(gòu)件為機(jī)架，將按連架桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為按連桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的方法。機(jī)構(gòu)倒置：3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)取待求的活動(dòng)鉸鏈所在桿為“新機(jī)架”3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)3.按行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)具有急回特性的四桿機(jī)構(gòu)時(shí)，一般是按工作要求先給出K值，然后由機(jī)構(gòu)在極限位置處的幾何尺寸關(guān)系，結(jié)合其他輔助條件，最后確定出機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的尺寸參數(shù)。⑴曲柄搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)：求出曲柄的固定鉸鏈中心A的位置，進(jìn)而可求出其他各桿尺寸。已知：搖桿長(zhǎng)度、擺角及行程速比系數(shù)K值3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟1.按求出2.選擇適當(dāng)比例尺，取轉(zhuǎn)動(dòng)副D的位置，并按搖桿CD之長(zhǎng)度與擺角作兩個(gè)位置C1D,C2D。3.連接C1C2，并作得到交點(diǎn)P。4.作外接圓，按最小傳動(dòng)角或其他輔助條件確定點(diǎn)A的位置。按共線關(guān)系求各桿長(zhǎng)度。AC1=l2-l1AC2=l2+l1l1=KC2l2=B2C23.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)⑵偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)一般已知滑塊的行程H，偏距e及行程速比系數(shù)K，這時(shí)完全可參照曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。⑶擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)求曲柄長(zhǎng)度的步驟：1.由已知K值求，且；2.任選一點(diǎn)作為固定鉸鏈中心，作出導(dǎo)桿兩個(gè)極限位置Dm、Dn，使其夾角3.作擺角的角平分線DC，并在其上按截取長(zhǎng)AD等于機(jī)架長(zhǎng)度即得曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心A。4.過(guò)點(diǎn)A作極限位置的垂線AB1、AB2，則AB1(或AB2)即為曲柄長(zhǎng)度。3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)二、用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1.按給定的傳動(dòng)角設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角的兩個(gè)極限值：3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2.按給定兩連架桿的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)令3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)三、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題1.防止軌跡干涉檢查構(gòu)件若干個(gè)極限位置的情況2.桿的行程及位置調(diào)節(jié)問題3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)行程大?。焊淖儣U長(zhǎng)。調(diào)節(jié)行程的起始位置：將連桿長(zhǎng)度做成可調(diào)的。3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)3.桿件外形結(jié)構(gòu)的變化由于受力及制造安裝等因素的影響，機(jī)構(gòu)中有些桿的外形結(jié)構(gòu)需要改變。曲柄→偏心盤滑塊C的尺寸增加到大于連桿的長(zhǎng)度3.5連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用一、平面四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例1.縫紉機(jī)針桿機(jī)構(gòu)及挑線機(jī)構(gòu)3.5連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用2.皮革機(jī)