機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件第2章平面連桿機(jī)構(gòu)

1、第第2章章 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu) 21 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式 22 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性 23 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 24 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)用實(shí)例： 手動(dòng)沖床手動(dòng)沖床、內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī) 、牛頭刨床牛頭刨床、鶴式吊鶴式吊車車、火車輪火車輪、橢橢 圓儀圓儀、機(jī)械手爪機(jī)械手爪、開窗戶支撐、公共汽車開關(guān)門、折疊、開窗戶支撐、公共汽車開關(guān)門、折疊 傘、折疊床、傘、折疊床、 牙膏筒拔管機(jī)、單車制動(dòng)操作機(jī)構(gòu)等。牙膏筒拔管機(jī)、單車制動(dòng)操作機(jī)構(gòu)等。 特征：特征：有一作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，稱為有一作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，稱為連

2、桿連桿。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損 形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精度。形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精度。 改變桿的相對(duì)長度，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同。改變桿的相對(duì)長度，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同。 連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。 定義定義：由低副（轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)）連接組成的平面機(jī)構(gòu)。由低副（轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)）連接組成的平面機(jī)構(gòu)。 21 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副多，累積誤差大、運(yùn)動(dòng)精度低、效率低構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副多，累積誤差大、運(yùn)動(dòng)精度低、效率低。 產(chǎn)生動(dòng)

3、載荷（慣性力），不適合高速。產(chǎn)生動(dòng)載荷（慣性力），不適合高速。 設(shè)計(jì)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡。設(shè)計(jì)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡。 分類分類: 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu) 空間連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu) 常以構(gòu)件數(shù)命名：常以構(gòu)件數(shù)命名： 四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)、多桿機(jī)構(gòu)多桿機(jī)構(gòu)。 本章重點(diǎn)內(nèi)容是介紹本章重點(diǎn)內(nèi)容是介紹四桿機(jī)構(gòu)。四桿機(jī)構(gòu)。 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式: : 基本型式基本型式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，其它四桿機(jī)構(gòu)都是由它，其它四桿機(jī)構(gòu)都是由它 演變得到的。演變得到的。 名詞解釋：名詞解釋： 曲柄曲柄作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件； 三種基本型式：三種基本型式： （1 1）

4、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 特征：特征：曲柄搖桿曲柄搖桿 作用：作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)。將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)。 如雷達(dá)天線。如雷達(dá)天線。 連桿連桿作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件；作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件； 連架桿連架桿與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件；與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件； 搖桿搖桿作定軸擺動(dòng)的構(gòu)件；作定軸擺動(dòng)的構(gòu)件； 周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副能作能作360 360 度度相對(duì)回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)副；相對(duì)回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)副； 擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副只能作有限角度擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。只能作有限角度擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。 曲柄曲柄 連桿連桿 搖桿搖桿 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云 A B C 1 2 4 3 D A B D C 1 2 4 3 （2 2）雙曲柄

5、機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu) 特征特征：兩個(gè)曲柄：兩個(gè)曲柄 作用：作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閷⒌人倩剞D(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人俚人倩蚧蜃兯僮兯倩剞D(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)。 雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu) 曲柄主動(dòng)曲柄主動(dòng) 縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu) 應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)用實(shí)例：如如慣性篩慣性篩等。等。 2 1 4 3 搖桿主動(dòng)搖桿主動(dòng) 3 1 2 4 （動(dòng)畫） （動(dòng)畫） 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云 A B D C 1 2 3 4 E 6 慣性篩機(jī)構(gòu)慣性篩機(jī)構(gòu) 3 1 （動(dòng)畫） 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云 A BC D 耕地耕地 料斗料斗 D C A B 耕地耕地 料斗料斗 D C A B 實(shí)例：實(shí)例： 特例：特例：平

6、行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu) AB = CD 特征：特征：兩連架桿等長且平行，兩連架桿等長且平行， 連桿作平動(dòng)連桿作平動(dòng) BC = AD A B D C 攝影平臺(tái)攝影平臺(tái) A D B C BC 天平天平 播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云 反平行四邊形機(jī)構(gòu)反平行四邊形機(jī)構(gòu) -車門開閉機(jī)構(gòu)車門開閉機(jī)構(gòu) 反向反向 F AE D G B C A B E F D C G 平行四邊形機(jī)構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運(yùn)平行四邊形機(jī)構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運(yùn) 動(dòng)不確定。動(dòng)不確定。采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列。采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列。 火車輪火車輪 （動(dòng)畫） 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘

7、存云 A B D C E （3 3）雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu) 特征：特征：兩個(gè)搖桿兩個(gè)搖桿 應(yīng)用舉例：鑄造翻箱機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例：鑄造翻箱機(jī)構(gòu) 特例：特例：等腰梯形機(jī)構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等腰梯形機(jī)構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 、風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)、風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu) B C A B D C 風(fēng)扇座風(fēng)扇座 蝸輪蝸輪 蝸桿蝸桿 電機(jī)電機(jī) A B D C E A B D C E 電機(jī)電機(jī) A B D C 風(fēng)扇座風(fēng)扇座 蝸輪蝸輪 蝸桿蝸桿 電機(jī)電機(jī) A B D C 風(fēng)扇座風(fēng)扇座 蝸輪蝸輪 蝸桿蝸桿 A B D C （動(dòng)畫） 設(shè)計(jì)：潘存云 l1 l2 l4 l3 C B AD 平面平面四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)具有具有整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副可能存在可能存在曲柄。曲

8、柄。 桿桿1 1為曲柄，作整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機(jī)架共線為曲柄，作整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機(jī)架共線 l2(l4 l1)+ l3 則由則由BCD可得：可得： 則由則由B”C”D可得：可得： l1+ l4 l2 + l3 l3(l4 l1)+ l2 AB為最短桿為最短桿 最長桿與最短桿 的長度之和其 他兩桿長度之和 22 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性 l1+ l2 l3 + l4 C” l1 l2 l4 l3 AD l4- - l1 將以上三式兩兩相加得：將以上三式兩兩相加得： l1 l2, l1 l3, l1 l4 l1+ l3 l2 + l4 B” 1.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件鉸鏈

9、四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件 結(jié)論：結(jié)論： 轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副A A成為周轉(zhuǎn)副的條件：成為周轉(zhuǎn)副的條件： 1)1)最短桿長度最短桿長度+ +最長桿長度最長桿長度其余兩桿長度之和其余兩桿長度之和 桿長條件桿長條件 2)2)當(dāng)機(jī)構(gòu)尺寸滿足桿長條件時(shí)，最短桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)機(jī)構(gòu)尺寸滿足桿長條件時(shí)，最短桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng) 副均為周轉(zhuǎn)副；其余轉(zhuǎn)動(dòng)副為擺轉(zhuǎn)副。副均為周轉(zhuǎn)副；其余轉(zhuǎn)動(dòng)副為擺轉(zhuǎn)副。 鉸鏈鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件 機(jī)構(gòu)尺寸滿足桿長條件，且最短桿為機(jī)架或連架桿。機(jī)構(gòu)尺寸滿足桿長條件，且最短桿為機(jī)架或連架桿。 1)1)取最短桿為機(jī)架時(shí)，機(jī)架上有兩個(gè)整轉(zhuǎn)副，故得取最短桿為機(jī)架時(shí)，機(jī)架上有兩個(gè)整轉(zhuǎn)副，故得

10、雙曲雙曲 柄機(jī)構(gòu)；柄機(jī)構(gòu)； 2)取最短桿的鄰邊為機(jī)架時(shí)，機(jī)架上只有一個(gè)整轉(zhuǎn)副，取最短桿的鄰邊為機(jī)架時(shí)，機(jī)架上只有一個(gè)整轉(zhuǎn)副， 故得故得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；曲柄搖桿機(jī)構(gòu)； 3)取最短桿的對(duì)邊為機(jī)架時(shí)，機(jī)架上沒有整轉(zhuǎn)副，故得取最短桿的對(duì)邊為機(jī)架時(shí)，機(jī)架上沒有整轉(zhuǎn)副，故得 雙搖桿機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)。 作者：潘存云教授 當(dāng)滿足桿長條件時(shí)，說明存在整轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的構(gòu)當(dāng)滿足桿長條件時(shí)，說明存在整轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的構(gòu) 件作為機(jī)架時(shí)，可得不同的機(jī)構(gòu)。如：件作為機(jī)架時(shí)，可得不同的機(jī)構(gòu)。如： 曲柄搖桿曲柄搖桿1 1 、曲柄搖桿曲柄搖桿2 2 、雙曲柄雙曲柄、 雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)。 如果四桿機(jī)構(gòu)不滿足桿長條件，則不論

11、取哪個(gè)構(gòu)件如果四桿機(jī)構(gòu)不滿足桿長條件，則不論取哪個(gè)構(gòu)件 為機(jī)架，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。為機(jī)架，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 設(shè)計(jì)：潘存云 A B C DB1 C1 A D 2.2.急回特性急回特性 在在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄與連桿中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線兩次共線時(shí)，搖桿時(shí)，搖桿 位于兩個(gè)極限位置，簡稱極位。位于兩個(gè)極限位置，簡稱極位。 當(dāng)曲柄以當(dāng)曲柄以逆時(shí)針轉(zhuǎn)過逆時(shí)針轉(zhuǎn)過180180+時(shí)，搖桿從時(shí)，搖桿從C1D位置位置 擺到擺到C2D。 所花時(shí)間為所花時(shí)間為t1 , , 平均速度為平均速度為V1, ,那么有：那么有： / )180( 1 t 1211 tCCV 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 此兩處此兩處

12、曲柄曲柄之間的夾角之間的夾角 稱為稱為極位夾角極位夾角。 180180 C2 B2 )180/( 21 CC 3D 設(shè)計(jì)：潘存云 B1 C1 A D C2 當(dāng)曲柄以當(dāng)曲柄以繼續(xù)轉(zhuǎn)過繼續(xù)轉(zhuǎn)過180180-時(shí)，搖桿從時(shí)，搖桿從C2D位位置擺置擺 到到C1D，所花時(shí)間為所花時(shí)間為t2 , ,平均速度為平均速度為V2 , ,那么有：那么有： 180180- /)180( 2 t 因曲柄轉(zhuǎn)角不同，故搖桿來回?cái)[動(dòng)的時(shí)間不一 樣，平均速度也不等。 顯然：顯然：t t1 1 t t2 2 V V2 2 V V1 1 搖桿的這種特性稱為搖桿的這種特性稱為急回運(yùn)動(dòng)急回運(yùn)動(dòng)。用以下比值表示急回程度 稱稱K為為行程速

13、比系數(shù)行程速比系數(shù)。 1 2 V V K 180 180 2 1 t t 且且越大，越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。值越大，急回性質(zhì)越明顯。 只要只要 0 ， 就有就有 KK1 所以可通過分析機(jī)構(gòu)中是否存在 以及的大小來判斷機(jī)構(gòu)是否有急 回運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的程度。 1 1 180 K K 設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí)，往往先給定設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí)，往往先給定K值，于是值，于是: 2212 tCCV )180/( 21 CC 121 221 tCC tCC 設(shè)計(jì)：潘存云 F F F” 當(dāng)當(dāng)BCD90BCD90時(shí)，時(shí)， BCDBCD 3. .壓力角和傳動(dòng)角壓力角和傳動(dòng)角 壓力角壓力角： 從動(dòng)件驅(qū)動(dòng)力從動(dòng)件驅(qū)動(dòng)力F與力作用點(diǎn)絕

14、對(duì)速度之間所夾與力作用點(diǎn)絕對(duì)速度之間所夾銳角銳角。 A B C D 設(shè)計(jì)時(shí)要求設(shè)計(jì)時(shí)要求: : min min50 50 min min出現(xiàn)的位置： 出現(xiàn)的位置： 當(dāng)當(dāng)BCD90BCD90時(shí)，時(shí)， 180180- BCD- BCD 切向分力切向分力: : F= FcosF= Fcos 法向分力法向分力: : F”= FcosF”= Fcos FF 對(duì)傳動(dòng)有利對(duì)傳動(dòng)有利。 =Fsin=Fsin 稱稱為為傳動(dòng)角傳動(dòng)角。 此位置一定是：此位置一定是：主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一。主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一。 C D B A F 可用可用的大小來表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞的大小來表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞, ,

15、 F” F 當(dāng)當(dāng)BCDBCD最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)min min 為了保證機(jī)構(gòu)良好的傳力性能 設(shè)計(jì)：潘存云 C1 B1 l1 l2 l3 l4 D A 由余弦定律有：由余弦定律有： BB1 1C C1 1D Darccosarccosl22 2 + + l32 2-(-(l4 - - l1) )2 2/2/2l2 l3 BB2 2C C2 2D Darccosarccosl22 2 + + l32 2-(-(l4 + + l1) )2 2/2/2l2 l3 若若BB1 1C C1 1D90D90, ,則則 若若BB2 2C C2 2D90D90, , 則則 1 1

16、BB1 1C C1 1D D 2 2180180-B-B2 2C C2 2D D 機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角一般在運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角一般在運(yùn)動(dòng)鏈 最終一個(gè)從動(dòng)件上度量。最終一個(gè)從動(dòng)件上度量。 1 1 min min BB1 1C C1 1D, 180D, 180-B-B2 2C C2 2DDmin min 2 2 C2 B2 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云 F 4. .機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置 搖桿為主動(dòng)件搖桿為主動(dòng)件，且連桿，且連桿 與曲柄與曲柄兩次共線兩次共線時(shí)，有：時(shí)，有： 此時(shí)機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)此時(shí)機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng). . 避免措施：避免措施： 兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列，如火車輪機(jī)構(gòu)兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列，如火車輪機(jī)構(gòu); ;

17、 稱此位置為：稱此位置為： “死點(diǎn)死點(diǎn)” 0 0 靠飛輪的慣性（如內(nèi)燃機(jī)、縫紉機(jī)等）?？匡w輪的慣性（如內(nèi)燃機(jī)、縫紉機(jī)等）。 F AE D G B C A B E F D C G 0 0 F 0 0 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云 工件工件 A B C D 1 2 3 4 P A B C D 1 2 3 4 工件工件 P 鉆孔夾具鉆孔夾具 =0=0 T A B D C 飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架 A B C D =0=0 F 也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作：飛機(jī)起落架、鉆夾具起落架、鉆夾具等。等。 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云 (1)(1

18、) 改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸 23 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 雙滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu) 正弦機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu) s =l sin l 設(shè)計(jì)：潘存云 (2)(2)改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸 (3)(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架選不同的構(gòu)件為機(jī)架 偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 3 1 4 A 2 B C 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 3 1 4 A 2 B C 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云 牛頭刨床牛

19、頭刨床 應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例: A B D C 1 2 4 3 C2 C1 小型刨床小型刨床 A B D C E 1 2 3 4 5 6 設(shè)計(jì)：潘存云 應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例 B 2 3 4 C 1 A 自卸卡車舉升機(jī)構(gòu)自卸卡車舉升機(jī)構(gòu) (3)(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架選不同的構(gòu)件為機(jī)架 A C B 1 2 3 4 應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例 B 3 4 C 1 A 2 應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例 4A 1 B 2 3 C 應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例 1 3 C 4 A B 2 應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例 A 1 C 2 3 4 B 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 3 1 4 A 2 B C 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 3 1 4 A 2 B C 搖塊機(jī)構(gòu)搖塊

20、機(jī)構(gòu) 3 1 4 A 2 B C 設(shè)計(jì)：潘存云 (3)(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架選不同的構(gòu)件為機(jī)架 3 1 4 A 2 B C 直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)手搖唧筒手搖唧筒 這種通過選擇不同構(gòu)件作為機(jī)架以獲得不同機(jī)構(gòu)的這種通過選擇不同構(gòu)件作為機(jī)架以獲得不同機(jī)構(gòu)的 方法稱為：方法稱為：機(jī)構(gòu)的倒置機(jī)構(gòu)的倒置 B C 3 2 1 4 A 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 3 1 4 A 2 B C 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 3 1 4 A 2 B C 搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu) 3 1 4 A 2 B C A B C 3 2 1 4 例：選擇雙滑塊機(jī)構(gòu)中的不同構(gòu)件例：選擇雙滑塊機(jī)構(gòu)中的不同構(gòu)件 作為機(jī)架可得不同的機(jī)構(gòu)作為機(jī)架可得不

21、同的機(jī)構(gòu) 橢圓儀機(jī)構(gòu)橢圓儀機(jī)構(gòu) 1 2 3 4 正弦機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu) 3 2 1 4 （動(dòng)畫） （動(dòng)畫） 24 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題 機(jī)構(gòu)選型機(jī)構(gòu)選型根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇機(jī)根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇機(jī) 構(gòu)的類型；構(gòu)的類型； 尺度綜合尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)(長度長度 尺寸尺寸)。 同時(shí)要滿足其他輔助條件：同時(shí)要滿足其他輔助條件： a)結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長比恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長比恰當(dāng)、 運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)合理等）運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)合理等）; b)動(dòng)力條件（如動(dòng)力條件（如min min） ）; c)運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件

22、等。運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件等。 設(shè)計(jì)：潘存云 A D C B 飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架 B C 三類設(shè)計(jì)要求：三類設(shè)計(jì)要求： 1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如: 飛機(jī)起落架。飛機(jī)起落架。 （動(dòng)畫） 設(shè)計(jì)：潘存云 三類設(shè)計(jì)要求：三類設(shè)計(jì)要求： 1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如: 飛機(jī)起落架。飛機(jī)起落架。要求兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng) 2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。 要求連桿在兩個(gè)位置要求連桿在兩個(gè)位置 垂直地面且相差垂直地面且相差180 C B A B D C

23、設(shè)計(jì)：潘存云 Q A B C D E 設(shè)計(jì)：潘存云 鶴式起重機(jī)鶴式起重機(jī) 攪拌機(jī)構(gòu)攪拌機(jī)構(gòu) 要求連桿上要求連桿上E點(diǎn)的軌點(diǎn)的軌 跡為一條卵形曲線跡為一條卵形曲線 要求連桿上要求連桿上E點(diǎn)的軌點(diǎn)的軌 跡為一條水平直線跡為一條水平直線 Q C BA D E 三類設(shè)計(jì)要求：三類設(shè)計(jì)要求： 1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如: 飛機(jī)起落架。飛機(jī)起落架。 2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。 3)滿足預(yù)定的軌跡要求，如滿足預(yù)定的軌跡要求，如: 鶴式起重機(jī)鶴式起重機(jī)、攪拌機(jī)攪拌機(jī)等。等。 （動(dòng)畫） （動(dòng)畫）

24、給定的設(shè)計(jì)條件：給定的設(shè)計(jì)條件： 1)幾何條件幾何條件（給定連架桿或連桿的位置）（給定連架桿或連桿的位置） 2)運(yùn)動(dòng)條件運(yùn)動(dòng)條件（給定（給定K） 3)動(dòng)力條件動(dòng)力條件（給定（給定min min） ） 設(shè)計(jì)方法：設(shè)計(jì)方法：圖解法、解析法、實(shí)驗(yàn)法圖解法、解析法、實(shí)驗(yàn)法 設(shè)計(jì)：潘存云 E 一、按給定的行程速比系數(shù)一、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 1) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 計(jì)算計(jì)算180(K-1)/(K+1); 已知：已知：CD桿長，擺角桿長，擺角及及K， 設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。步驟如下：設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。步驟如下： 任取一點(diǎn)任取一點(diǎn)D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰長為腰長為CDCD，夾

25、角為，夾角為; 作作C2PC1C2，作，作C1P使使 作作P P C1C2的外接圓，則的外接圓，則A A點(diǎn)必在此圓上。點(diǎn)必在此圓上。 選定選定A A，設(shè)曲柄為，設(shè)曲柄為l1 ，連桿為，連桿為l2 ，則，則: : 以以A A為圓心，為圓心，A A C2為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得： l1 =EC1/ 2 l2 = A = A C1EC1/ 2 , A, A C2= =l2- - l1= = l1 =( A A C1A A C2)/ 2 C2C1P=90, ,交于交于P;P; 90- P A A C1= = l1+ +l2 C1C2 DA B2 B1 設(shè)計(jì)：潘存云 設(shè)計(jì)：潘存云 A

26、D mn = D 2) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 分析：分析： 由于由于與與導(dǎo)桿擺角導(dǎo)桿擺角相等，設(shè)計(jì)此相等，設(shè)計(jì)此 機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄 a。 計(jì)算計(jì)算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1); 任選任選D D作作mDnmDn， 取取A A點(diǎn)，使得點(diǎn)，使得AD=d, AD=d, 則則: : a=dsin(a=dsin(/2)/2)。 = A d 作角分線作角分線; ; 已知：已知：機(jī)架長度機(jī)架長度d，K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。 a 設(shè)計(jì)：潘存云 E 22 2a e 3) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) H 已知已知K K，滑塊行程，滑塊行程H H，偏，偏 距距

27、e e，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu) 。 計(jì)算計(jì)算: 180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1); 作作C1 C2 H H 作射線作射線C1O O 使使C2C1O=90, , 以以O(shè) O為圓心，為圓心，C1O O為半徑作圓。為半徑作圓。 以以A A為圓心，為圓心，A A C1為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得： 作射線作射線C2O O使使C1C2 O=90。 作偏距線作偏距線e e，交圓弧于，交圓弧于A A，即為所求。，即為所求。 C1 C2 9090- o 9090- A l1 =EC2/ 2l2 = A = A C2EC2/ 2 l1 + l2 =AC2 l2 l1 =A

28、C1 設(shè)計(jì)：潘存云 二、按預(yù)定二、按預(yù)定連桿位置連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) a)給定連桿兩組位置給定連桿兩組位置 有唯一解。有唯一解。 B2 C2 A D 將鉸鏈將鉸鏈A、D分別選在分別選在B1B2， C1C2連線的垂直平分線上任意連線的垂直平分線上任意 位置都能滿足設(shè)計(jì)要求。位置都能滿足設(shè)計(jì)要求。 b)給定連桿上鉸鏈給定連桿上鉸鏈BC的三組位置的三組位置 有無窮多組解。有無窮多組解。 A D B2 C2 B3 C3 A D B1 C1 B1 C1 設(shè)計(jì)：潘存云 x y A B C D 1 2 3 4 三、給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)三、給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 給定連架桿對(duì)

29、應(yīng)位置：給定連架桿對(duì)應(yīng)位置： 構(gòu)件構(gòu)件3和和構(gòu)件構(gòu)件1滿足以下位置關(guān)系：滿足以下位置關(guān)系： l1 l2 l3 l4 建立坐標(biāo)系建立坐標(biāo)系, ,設(shè)構(gòu)件長度為：設(shè)構(gòu)件長度為：l1 、l2、l3、l4 在在x,yx,y軸上投影可得：軸上投影可得： l1+l2=l3+l4 機(jī)構(gòu)尺寸比例放大時(shí)，不影響各構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)尺寸比例放大時(shí)，不影響各構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)角. . l1 coc + l2 cos = l3 cos + l4 l1 sin + l2 sin = l3 sin i if (i i ) i =1, 2, 3n 設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)( (求各構(gòu)件長度求各構(gòu)件長度) )。 令：令： l1 =1

30、 消去消去整理得：整理得： coscos l3 cos cos(- -) l3 l4 l42+ l32+1- l22 2l4 P2 代入移項(xiàng)得：代入移項(xiàng)得： l2 cos = l4 l3 cos cos 則化簡為：則化簡為：coccocP0 cos P1 cos( ) P2 代入兩連架桿的三組對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角參數(shù)，得方程組：代入兩連架桿的三組對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角參數(shù)，得方程組： l2 sin = l3 sin sin 令: P0 P1 coccoc1P0 cos1 P1 cos(1 1 ) P2 coccoc2P0 cos2 P1 cos(2 2 ) P2 coccoc3P0 cos3 P1 cos(3 3 )

31、P2 可求系數(shù)可求系數(shù): :P0 、P1、P2以及以及: : l2 、 l3、 l4 將相對(duì)桿長乘以任意比例系數(shù)， 所得機(jī)構(gòu)都能滿足轉(zhuǎn)角要求。若 給定兩組對(duì)應(yīng)位置，則有無窮多 組解。 舉例：舉例：設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)滿足連架桿三組對(duì)應(yīng)位置：設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)滿足連架桿三組對(duì)應(yīng)位置： 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4545 50 50 90 90 80 80 135 135 110 110 1 1 1 1 3 3 3 3 代入方程得：代入方程得： cos90cos90 =P =P0 0cos80cos80 +P +P1 1cos(80cos(80-90-90) +P) +P2 2 cos

32、135 cos135=P=P0 0cos110cos110+P+P1 1cos(110cos(110-135-135)+P)+P2 2 解得相對(duì)長度解得相對(duì)長度: : P P0 0 =1.533, P =1.533, P1 1=-1.0628, P=-1.0628, P2 2=0.7805=0.7805 各桿相對(duì)長度為：各桿相對(duì)長度為： 選定構(gòu)件選定構(gòu)件l1的長度之后，可求得其余桿的絕對(duì)長度。的長度之后，可求得其余桿的絕對(duì)長度。 cos45 cos45 =P =P0 0cos50cos50 +P +P1 1cos(50cos(50-45-45) +P) +P2 2 B1 C1 AD B2 C2 B3 C3 2 22 2 l1= =1 1 l4 =- - l3 / P1 =1.442 l2