精密機(jī)械基礎(chǔ)-第6章平面連桿機(jī)構(gòu)

1、6 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu) 6-1 概述概述 6-2 平面四桿機(jī)構(gòu)的分類平面四桿機(jī)構(gòu)的分類 6-3 曲柄存在的條件和幾個基本概念曲柄存在的條件和幾個基本概念 6-4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 6-1 概述概述 n 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu): : 由若干剛性構(gòu)件用由若干剛性構(gòu)件用低副低副聯(lián)接而成的一種平面機(jī)構(gòu)。聯(lián)接而成的一種平面機(jī)構(gòu)。 n 作用：作用： 傳遞運動、放大位移、改變位移的性質(zhì)。傳遞運動、放大位移、改變位移的性質(zhì)。 平面連桿機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件因為是低副聯(lián)接，存平面連桿機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件因為是低副聯(lián)接，存 在間隙，傳動精度低，但結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，在間隙，傳動精度低，但結(jié)構(gòu)簡單，易于制

2、造， 在精密機(jī)械中獲得廣泛的應(yīng)用。在精密機(jī)械中獲得廣泛的應(yīng)用。四連桿機(jī)構(gòu)四連桿機(jī)構(gòu)是最是最 基本的平面連桿機(jī)構(gòu)?；镜钠矫孢B桿機(jī)構(gòu)。 6-2 平面四桿機(jī)構(gòu)的分類平面四桿機(jī)構(gòu)的分類 所有運動副為轉(zhuǎn)動副的平面四桿機(jī)構(gòu)為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)所有運動副為轉(zhuǎn)動副的平面四桿機(jī)構(gòu)為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 機(jī)架機(jī)架4 連桿連桿2 連連 架架 桿桿 1 和和 3 連架桿連架桿:與機(jī)架組成與機(jī)架組成 運動副的構(gòu)件運動副的構(gòu)件. 連桿連桿:不與機(jī)架組成不與機(jī)架組成 運動副的構(gòu)件運動副的構(gòu)件. 根據(jù)兩連架桿運動形式的不同進(jìn)行分類根據(jù)兩連架桿運動形式的不同進(jìn)行分類 五種基本類型五種基本類型 一、一、 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) ( (示例

3、示例) ) 一個連架桿能作整周回轉(zhuǎn)運動一個連架桿能作整周回轉(zhuǎn)運動- -曲柄曲柄。 另一連架桿僅在一定角度范圍內(nèi)擺動另一連架桿僅在一定角度范圍內(nèi)擺動- -搖桿搖桿。 曲柄原動件，搖桿從動件曲柄原動件，搖桿從動件 曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動 搖桿的往復(fù)擺動搖桿的往復(fù)擺動 搖桿原動件，曲柄從動件搖桿原動件，曲柄從動件 搖桿的往復(fù)擺動搖桿的往復(fù)擺動 曲柄的整周轉(zhuǎn)動曲柄的整周轉(zhuǎn)動 雷達(dá)天線的俯仰機(jī)構(gòu)雷達(dá)天線的俯仰機(jī)構(gòu) 縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu) 二、雙曲柄機(jī)構(gòu)二、雙曲柄機(jī)構(gòu) ( (示例示例) ) 兩連架桿均為曲柄，可作整周回轉(zhuǎn)運動。兩連架桿均為曲柄，可作整周回轉(zhuǎn)運動。 平行四邊形機(jī)構(gòu)：相對兩桿平行且

4、相等平行四邊形機(jī)構(gòu)：相對兩桿平行且相等 兩曲柄以相同的角速度同向轉(zhuǎn)動，連桿兩曲柄以相同的角速度同向轉(zhuǎn)動，連桿 作平移運動。作平移運動。 一個曲柄作勻速轉(zhuǎn)動, 另一曲柄作變速轉(zhuǎn)動 慣性篩慣性篩 機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu) 三、雙搖桿機(jī)構(gòu)三、雙搖桿機(jī)構(gòu) ( (示例示例) ) 兩連架桿均為搖桿兩連架桿均為搖桿, 只能在有限范圍內(nèi)徑往復(fù)擺動只能在有限范圍內(nèi)徑往復(fù)擺動. 飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu) 鶴式起重機(jī)鶴式起重機(jī) E E點走出一近似直線軌跡點走出一近似直線軌跡 四、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)四、曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化而成。由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化而成。 將曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿與機(jī)架的轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化成移動副

5、將曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿與機(jī)架的轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化成移動副 演化條件演化條件: 當(dāng)搖桿無限長時，搖桿轉(zhuǎn)化為滑塊，搖當(dāng)搖桿無限長時，搖桿轉(zhuǎn)化為滑塊，搖 桿與機(jī)架的轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副。桿與機(jī)架的轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副。 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)型式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)型式: : 對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 滑塊移動的導(dǎo)路中心線過曲柄回轉(zhuǎn)中心滑塊移動的導(dǎo)路中心線過曲柄回轉(zhuǎn)中心 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 導(dǎo)路中心線不過曲柄回轉(zhuǎn)中心導(dǎo)路中心線不過曲柄回轉(zhuǎn)中心 應(yīng)用實例應(yīng)用實例 彈簧管壓力表彈簧管壓力表 五、五、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演變而來由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演變而來, ,令曲柄為機(jī)架令曲柄為機(jī)架, ,原機(jī)架轉(zhuǎn)化為原機(jī)架

6、轉(zhuǎn)化為 導(dǎo)桿導(dǎo)桿, ,滑塊在導(dǎo)桿上滑動滑塊在導(dǎo)桿上滑動 導(dǎo)桿導(dǎo)桿 類型類型 a. a. 轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（桿轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（桿1 1長度小于桿長度小于桿2 2） 連架桿連架桿2 2和導(dǎo)桿和導(dǎo)桿4 4均可做整周轉(zhuǎn)動均可做整周轉(zhuǎn)動 b. b. 擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（桿擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（桿1 1長度大于桿長度大于桿2 2） 導(dǎo)桿導(dǎo)桿4 4只能做擺動只能做擺動 應(yīng)用應(yīng)用 牛頭刨床傳動機(jī)構(gòu)牛頭刨床傳動機(jī)構(gòu) 6-3 曲柄存在條件和幾個基本概念曲柄存在條件和幾個基本概念 一、曲柄存在的條件曲柄存在的條件 n取決于機(jī)構(gòu)各桿件的相對長度及機(jī)架的選擇取決于機(jī)構(gòu)各桿件的相對長度及機(jī)架的選擇 設(shè)設(shè)a,b,c,d分別為四桿的分別為四桿的

7、 長度長度, 桿桿AB為曲柄為曲柄, 桿桿CD為為 搖桿搖桿, 則各桿長度應(yīng)保證曲則各桿長度應(yīng)保證曲 柄在轉(zhuǎn)動中能順利通過與機(jī)柄在轉(zhuǎn)動中能順利通過與機(jī) 架架AD共線的兩個位置共線的兩個位置AB1, AB2. 此時此時, 根據(jù)幾何關(guān)系有根據(jù)幾何關(guān)系有 每兩式相加每兩式相加, ,化簡后得化簡后得 l同理設(shè)同理設(shè) d 2, 則則t1t2, 故故導(dǎo)桿擺動平均速導(dǎo)桿擺動平均速 度度 10有急回特征有急回特征 0有急回特征有急回特征 c) 為了保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，從動件的慢行程為了保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，從動件的慢行程 常安排為工作行程，從動件的快行程常做空回行程常安排為工作行程，從動件的快行程常

8、做空回行程 6-4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計- -根據(jù)給定的運動條件，根據(jù)給定的運動條件， 確定機(jī)構(gòu)運動簡圖的尺寸參數(shù)。確定機(jī)構(gòu)運動簡圖的尺寸參數(shù)。 平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計，主要有兩類問題：平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計，主要有兩類問題： 實現(xiàn)給定從動件的運動規(guī)律（位置，實現(xiàn)給定從動件的運動規(guī)律（位置， 速度，加速度）速度，加速度） 實現(xiàn)給定的運動軌跡實現(xiàn)給定的運動軌跡 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法 圖解法、實驗法、解析法圖解法、實驗法、解析法 一、按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)一、按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿機(jī)構(gòu) 1.1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖

9、桿機(jī)構(gòu) l 已知：已知：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿CD長度長度LCD和和 擺動角擺動角 max max 、行程速度變化系數(shù) 、行程速度變化系數(shù)K.K. 設(shè)計：設(shè)計：四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu) l 分析分析 圖示為要求設(shè)計的四桿圖示為要求設(shè)計的四桿 機(jī)構(gòu)的兩個極限位置，機(jī)構(gòu)的兩個極限位置， 鉸鏈鉸鏈A的中心必在過的中心必在過C1、 C2 兩點且圓周角等于兩點且圓周角等于 的一個圓上。的一個圓上。 設(shè)計步驟設(shè)計步驟 計算極位夾角計算極位夾角180180 (K-1)/(k(K-1)/(k1)1) 按給定搖桿長度按給定搖桿長度LCD和擺角和擺角 max max選定比例尺畫出 選定比例尺畫出 極限位置極

10、限位置C1D和和C2D 作直角三角形求作直角三角形求C1,C2,P點的外接圓點的外接圓, 且且C1PC2 =.故曲柄故曲柄AB的回轉(zhuǎn)中心的回轉(zhuǎn)中心A應(yīng)在圓弧應(yīng)在圓弧C1PC2 上上. max 按其它條件在圓上確定鉸鏈按其它條件在圓上確定鉸鏈A的位置的位置. 如機(jī)架轉(zhuǎn)如機(jī)架轉(zhuǎn) 動副動副A,D間距離間距離, 或或C2處傳動角處傳動角等等. . 從圖中量取從圖中量取 =b=ba a， =b=ba a 曲柄長度曲柄長度 連桿長度連桿長度 1 AC 2 AC 21 2 ACAC a 21 bACaACa 2. 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 已知滑塊行程已知滑塊行程S，偏距，偏距e及行程速度變化系及行

11、程速度變化系 數(shù)數(shù)K，設(shè)計此偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。，設(shè)計此偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 圖示為要求設(shè)計的圖示為要求設(shè)計的 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 的兩個極限位置。的兩個極限位置。 同前述鉸鏈四桿同前述鉸鏈四桿 機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法，作機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法，作 出過出過C1, C2點且圓周點且圓周 角等于角等于的圓，并由的圓，并由 偏距偏距e確定鉸鏈確定鉸鏈A的的 位置即可位置即可 二、按給定連桿的兩個或三個位置設(shè)計四桿二、按給定連桿的兩個或三個位置設(shè)計四桿 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu) 已知：已知：連桿連桿BCBC的三個位置的三個位置 設(shè)計的實質(zhì)是確定固定鉸鏈設(shè)計的實質(zhì)是確定固定鉸鏈A A、D D的位置的位置 uB B1 1、B

12、 B2 2 、 、B B3 3所在圓的圓心即為鉸鏈所在圓的圓心即為鉸鏈A A位置。位置。 C C1 1、C C2 2 、C C3 3所在圓的圓心即為鉸鏈所在圓的圓心即為鉸鏈D D位置。位置。 若僅知道連桿若僅知道連桿BC的二個位置的二個位置,則點則點A和和D可分別在可分別在 中垂線中垂線b12, c12上任意取上任意取, 解無窮多解無窮多. 可通過再給定可通過再給定 其它輔助條件確定其它輔助條件確定A、D位置位置 三、按給定連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)三、按給定連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu) 已知已知: 曲柄曲柄AB及其三個位置，機(jī)架及其三個位置，機(jī)架AD的長的長 度，構(gòu)件度，構(gòu)件CD上某直線上某直

13、線DE的三個位置。即的三個位置。即 已知三組對應(yīng)擺角已知三組對應(yīng)擺角 1, 2, 3和和 1, 2, 3,要求要求 出連桿出連桿BC,搖桿搖桿CD的長度的長度. 分析分析 本設(shè)計的實質(zhì)是求活動鉸鏈本設(shè)計的實質(zhì)是求活動鉸鏈C的第一個位置的第一個位置C1 (注注:連桿連桿BC與構(gòu)件與構(gòu)件CD的鉸接中心是的鉸接中心是C不是不是E)。 可通過連架桿可通過連架桿AB對對CD的相對運動來確定鉸鏈的相對運動來確定鉸鏈 C的位置，即將連架桿的位置，即將連架桿CD上某直線上某直線DE的第一個位的第一個位 置置DE1當(dāng)作機(jī)架不動，連架桿當(dāng)作機(jī)架不動，連架桿AB看作連桿看作連桿,采用反采用反 轉(zhuǎn)法實現(xiàn)轉(zhuǎn)法實現(xiàn)AB對對CD的相對運動。的相對運動。 n 步驟：步驟： 1 1、將四邊形、將四邊形AB2E2D, AB3E3D分別剛性地繞分別剛性地繞D點反轉(zhuǎn)點反轉(zhuǎn), , 使使DE2, DE3分別與分別與DE1重重合，則得到構(gòu)件合，則得到構(gòu)件AB對機(jī)架對機(jī)架CD相對運動的相對運動的 三個位置三個位置B1A, B2A2, B3A3 ( (圖中圖中A2, A3未畫出未畫出) )。 作圖過程：連接作圖過程：連接DBDB2 2,DB,DB3 3及及B B2 2E E2 2,B,B3