平面連桿機構(gòu)設(shè)計-第19講

1、第八章平面連桿機構(gòu)設(shè)計 本章學(xué)習(xí)任務(wù)：平面多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)知識，平面四桿機構(gòu)設(shè)計方法。 驅(qū)動項目的任務(wù)安排：完善項目中平面機構(gòu)的詳細設(shè)計。 8.1平面四桿機構(gòu)的基本知識 8.1.1 平面四桿機構(gòu)的基本型式 如圖8-1所示，所有運動副均為轉(zhuǎn)動副的平面四桿機構(gòu)稱為鉸鏈四桿機構(gòu)，它是平面四桿 機構(gòu)的基本型式，其他型式的四桿機構(gòu)都可看成是在它的基礎(chǔ)上演變而成的。在此機構(gòu)中，構(gòu)件4 為機架，與機架相連的構(gòu)件1和3稱為連架桿。在連架桿中，能繞其軸線回轉(zhuǎn)360 者稱為曲柄；僅能繞其軸線往復(fù)擺動的，稱為搖桿。不與機架相連的構(gòu)件(圖 8-1中構(gòu)件 2)作平面復(fù)雜運動，稱之為 連桿。按照兩連架桿運動形式的不同，可將

2、鉸鏈四桿機構(gòu)分為 三種型式： (1)曲柄搖桿機構(gòu)兩連架桿中，其一為曲柄，而另一個是搖桿。如圖8-2所示的雷 達天線機構(gòu)就是曲柄搖桿機構(gòu)。 圖8-1 平面四桿機構(gòu)的基本型式 圖8-2雷達天線機構(gòu) (2) 雙曲柄機構(gòu) (3) 雙搖桿機構(gòu) 兩連架桿均為曲柄，如圖 兩連架桿均為搖桿，如圖 8-3所示的慣性篩機構(gòu)。 8-4所示的汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)。 圖8-3慣性篩機構(gòu) 8-4 汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu) 8.1.2平面四桿機構(gòu)的演變 除上述鉸鏈四桿機構(gòu)以外，還有其他型式的四桿機構(gòu)，且這些四桿機構(gòu)可由上述基本型 式演變而成。 1.轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化成移動副 (b) C 3 2 B 圖8-5轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化成移動副 B (e) 在圖8-5（

3、a）所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，搖桿3上的點C的運動軌跡是以 D為圓心，以 搖桿長Icd為半徑所作的圓弧，若將它改為圖 8-5（b）所示形式，則機構(gòu)運動的特性完全一 樣。實際上，由于構(gòu)件 3僅在部分環(huán)形槽內(nèi)運動，因此若將環(huán)形槽的多余部分除去，則得圖 8-5（c）所示的弧形滑道的連桿機構(gòu)。若此弧形槽的半徑增至無窮大，則弧形槽變成直槽， 轉(zhuǎn)動副也就轉(zhuǎn)化為移動副，構(gòu)件3也就由搖桿變成了 滑塊，這樣，鉸鏈四桿機構(gòu)就演變成如 圖8-5（ d）所示的滑塊機構(gòu)。該機構(gòu)中的滑塊3上的轉(zhuǎn)動副中心在定參考系中的移動方位 線不通過連架桿1的回轉(zhuǎn)中心，稱為 偏置滑塊機構(gòu)。圖中e為連架桿轉(zhuǎn)動中心至滑塊上轉(zhuǎn)動 副中心的移動方位

4、線的垂直距離，稱之為 偏距；在圖8-5(e)所示的機構(gòu)中，滑塊上的轉(zhuǎn)動 副中心移動方位線通過曲柄回轉(zhuǎn)中心，稱為對心滑塊機構(gòu)。 進行類似演變，可在滑塊機構(gòu)的基礎(chǔ)上，將轉(zhuǎn)動副A演變成移動副，得到如圖8-6( a) 所示的雙滑塊機構(gòu)；也可將構(gòu)件2與3之間的轉(zhuǎn)動副變成移動副，得到如圖 ;若將轉(zhuǎn)動副 的曲柄移動導(dǎo)桿機構(gòu)(又稱正弦機構(gòu)) 示的正切機構(gòu)。 B變成移動副，則可得到圖 8-6( b)所示 8-6( c)所 (a) (b) (c) 圖8-6具有兩個移動副的平面連桿機構(gòu) 2.取不同構(gòu)件為機架 低副機構(gòu)具有運動可逆性，即無論哪一個構(gòu)件為機架，機構(gòu)各構(gòu)件間的相對運動不變。 但選取不同構(gòu)件為機架時，卻可得

5、到不同型式的機構(gòu)。這種采用不同構(gòu)件為機架的演變方式稱 為機構(gòu)的倒置。 圖8-7所示原先為曲柄搖桿機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)、曲柄移動導(dǎo)桿機構(gòu)，進行倒置變換, 分別得到雙曲柄機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)；曲柄轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)、曲柄搖塊機構(gòu)、定 塊機構(gòu)；雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)、雙滑塊機構(gòu)及擺動導(dǎo)桿滑塊機構(gòu)等。 I鉸鏈四桿機構(gòu) H含有一個移動副的四桿機構(gòu) 山含有兩個移動副的四桿機構(gòu) 2 B d i/F B /C / / A 3 M八丿D 4 4 (a)曲柄搖桿機構(gòu) (a)曲柄滑塊機構(gòu) (a)曲柄移動導(dǎo)桿機構(gòu) C J 1 -7 C 7 7 i |3 3 A彳4 A V A4 -A zC A *d 4 (b)雙曲柄機構(gòu) (b

6、)曲柄轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu) (b)雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu) 圖8-7取不同的構(gòu)件為機架 8.1.3平面連桿機構(gòu)的共性知識 1平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件 在工程實際中，用于驅(qū)動機構(gòu)運動的原動機（如電動機、內(nèi)燃機等），通常是做整周轉(zhuǎn) 動的，故要求機構(gòu)的主動件能作整周轉(zhuǎn)動，即要求機構(gòu)中存在曲柄。下面僅以鉸鏈四桿機構(gòu)為 例來分析曲柄存在條件。 如圖8-8所示，四桿機構(gòu)各桿的長度分別為 a、b、c、d。如果轉(zhuǎn)動副A為周轉(zhuǎn)副，則AB 桿應(yīng)能繞A正周轉(zhuǎn)動。當AB桿與BC桿兩次共線時，分別得到如圖 8-8（ a）所示和如圖8-8 （b）所示的 ADC，由這三角形的邊長關(guān)系可得： （a）（ b） 圖8-8平面四桿機構(gòu)有曲柄條件 a b

7、 c d （8-1） 以及 c b a d a c b d （8-2） d b a c a d b c （8-3） 將上述三式分別兩兩相加， 則得： a b, a c, a d(8-4) 即桿AB應(yīng)為最短桿之一。 分析以上不等式，可以得出平面鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件為： 1）連架桿與機架中必有一桿為四桿機構(gòu)中的最短桿； 2）最短桿與最長桿的桿長之和應(yīng)小于或等于其余兩桿的桿長之和（通常稱此條件為桿 長和條件）。 上述條件表明：當四桿機構(gòu)各桿的長度滿足桿長和條件時，其最短桿與相鄰二構(gòu)件分別組 成的兩轉(zhuǎn)動副都是能作整周轉(zhuǎn)動的周轉(zhuǎn)副”最短與相鄰二構(gòu)件互為曲柄，而四桿機構(gòu)的其 他二轉(zhuǎn)動副不是 周轉(zhuǎn)副”即

8、只能是 擺動副”。 在上節(jié)中，曾討論曲柄搖桿機構(gòu)選取不同構(gòu)件為機架，可得到不同型式的鉸鏈四桿機構(gòu)，現(xiàn) 根據(jù)上述討論，可更明確地將前節(jié)所得到的結(jié)論敘述如下： 1）在鉸鏈四桿機構(gòu)中，如果最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其他兩桿長度之和， 且其一，以最短桿的相鄰構(gòu)件為機架，則最短桿為曲柄，另一連架桿為搖桿，即該機構(gòu)為曲柄搖 桿機構(gòu)；其二，以最短桿為機架，則兩連架桿均為曲柄，該機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)；其三，以最短桿 的對邊構(gòu)件為機架，則無曲柄存在，該機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。 2在鉸鏈四桿機構(gòu)中，如果最短桿與最長桿的長度之和大于其他兩桿長度之和，則不 論選定哪一個構(gòu)件為機架，均無曲柄存在，該機構(gòu)只能是雙搖桿機構(gòu)。 應(yīng)當指出的是，在運用上述結(jié)論判斷鉸鏈四桿機構(gòu)的類型時，還應(yīng)注意四構(gòu)件組成封閉多 邊形的條件，即最長桿的桿長應(yīng)小于其他三桿長度之和。 對于圖8-9（a）中所示的滑塊機構(gòu)，同樣可得到桿AB成為曲柄的條件為: 1）a為最短桿； 2) a e d。 對于圖8-9（ b）所示的導(dǎo)桿機構(gòu)，一樣可得到桿 AB成為曲柄的條件為: (a) 圖8-9其他四桿機構(gòu)有曲柄的條件 1）a為最短桿； 2）a e d。 這種機構(gòu)稱為擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。如果d為最短桿，且滿足d e a，則成為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)。 例8-1在圖8-10示鉸鏈四桿機構(gòu)中，