第3章-連桿機(jī)構(gòu)分析PPT課件

1、 了解平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及演化形式。 掌握平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性及在工程實(shí)際中的應(yīng)用。 掌握平面四桿機(jī)構(gòu)的實(shí)際方法。 知識(shí)目標(biāo) 第1頁(yè)/共72頁(yè) 掌握曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)的概念及應(yīng)用。 會(huì)分析鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式及應(yīng)用。 會(huì)根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)。 能力目標(biāo) 第2頁(yè)/共72頁(yè)連桿機(jī)構(gòu) 是剛性構(gòu)件通過低副連接而形成的機(jī)構(gòu)，又稱為低副機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu) 活動(dòng)構(gòu)件均在同一平面或在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)稱為平面連桿機(jī)構(gòu)。第3頁(yè)/共72頁(yè) 學(xué)會(huì)判斷平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式。 掌握鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式及應(yīng)用。 學(xué)習(xí)要點(diǎn) 3.1 平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化第4頁(yè)/共7

2、2頁(yè)3.1 平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化 工程中常用的平面連桿機(jī)構(gòu)是平面四桿機(jī)構(gòu)。第5頁(yè)/共72頁(yè)平面四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) (全轉(zhuǎn)動(dòng)副)含有移動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu) 3.1 平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化第6頁(yè)/共72頁(yè)機(jī)架：固定不動(dòng)的構(gòu)件為機(jī)架。 如圖所示的AD桿。第7頁(yè)/共72頁(yè)連架桿：與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件為連架桿； 如圖所示的AB桿和CD桿。第8頁(yè)/共72頁(yè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)副都是轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。3.1.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式第9頁(yè)/共72頁(yè)曲柄：連架桿中，能繞機(jī)架的固定鉸鏈作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的稱為曲柄。如圖所示的AB桿。第10頁(yè)/共72頁(yè)搖桿：連架桿中，僅能在一定角度范圍內(nèi)

3、往復(fù)擺動(dòng)的稱為搖桿。如圖所示的CD桿。第11頁(yè)/共72頁(yè)連桿：不與機(jī)架相連的構(gòu)件稱為連桿。 如圖所示的BC桿。第12頁(yè)/共72頁(yè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) (全轉(zhuǎn)動(dòng)副)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 雙曲柄機(jī)構(gòu) 雙搖桿機(jī)構(gòu) 3.1.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式第13頁(yè)/共72頁(yè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本形式： 1.1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 兩連架桿分別為曲柄和搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 曲柄 搖桿 連桿 機(jī)架第14頁(yè)/共72頁(yè)應(yīng)用雷達(dá)天線俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)第15頁(yè)/共72頁(yè)應(yīng)用腳踏砂輪機(jī)機(jī)構(gòu) 第16頁(yè)/共72頁(yè)2.2.雙曲柄機(jī)構(gòu)兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，稱雙曲柄機(jī)構(gòu)。 曲柄曲柄第17頁(yè)/共72頁(yè)應(yīng)用插床六桿機(jī)構(gòu)第18頁(yè)/共72

4、頁(yè) 平行四邊形機(jī)構(gòu)有以下三個(gè)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn):（1）兩曲柄轉(zhuǎn)速相等 機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu) 第19頁(yè)/共72頁(yè)（2）連桿始終與機(jī)架平行 天平機(jī)構(gòu)第20頁(yè)/共72頁(yè)（2）連桿始終與機(jī)架平行攝影車升降機(jī)構(gòu) 第21頁(yè)/共72頁(yè) （3）運(yùn)動(dòng)的不確定性 平行四邊形機(jī)構(gòu)第22頁(yè)/共72頁(yè) 為了克服運(yùn)動(dòng)的不確定性，可以對(duì)從動(dòng)曲柄施加外力，或利用飛輪及構(gòu)件本身的慣性作用。也可以采用輔助曲柄等措施解決. 帶有輔助構(gòu)件的平行四邊形機(jī)構(gòu) 第23頁(yè)/共72頁(yè)反平行四邊形機(jī)構(gòu) 即連桿與機(jī)架的長(zhǎng)度相等，兩個(gè)曲柄長(zhǎng)度相等所組成的轉(zhuǎn)向相反的雙曲柄機(jī)構(gòu).反平行四邊形機(jī)構(gòu)第24頁(yè)/共72頁(yè)反平行四邊形機(jī)構(gòu) 車門啟閉機(jī)構(gòu)第25頁(yè)/共72頁(yè)3.3

5、.雙搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 起重機(jī)機(jī)構(gòu)第26頁(yè)/共72頁(yè)應(yīng)用車輛前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)第27頁(yè)/共72頁(yè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) (全轉(zhuǎn)動(dòng)副)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 雙曲柄機(jī)構(gòu) 雙搖桿機(jī)構(gòu) 3.1.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式第28頁(yè)/共72頁(yè)3.1.2 3.1.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化含 有一個(gè)移動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化 第29頁(yè)/共72頁(yè)3.1.2 3.1.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化含 有一個(gè)移動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化 第30頁(yè)/共72頁(yè)3.1.2 3.1.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化含 有一個(gè)移動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化 第

6、31頁(yè)/共72頁(yè)3.1.2 3.1.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化含 有一個(gè)移動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化 第32頁(yè)/共72頁(yè)3.1.2 3.1.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化含 有一個(gè)移動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu) 1.曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 由曲柄、連桿、滑塊和機(jī)架組成的機(jī)構(gòu)，稱為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 第33頁(yè)/共72頁(yè)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 滑塊軌道中心線偏離曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心A對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 滑塊軌道中心線通過曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心A曲柄滑塊機(jī)構(gòu)分類第34頁(yè)/共72頁(yè) 2.2.偏心輪機(jī)構(gòu) 由偏心輪、連桿、滑塊和機(jī)架組成的機(jī)構(gòu)稱為偏心輪機(jī)構(gòu)。偏心輪機(jī)構(gòu) 第35頁(yè)/共72頁(yè)3.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 由曲

7、柄、導(dǎo)桿、滑塊和機(jī)架組成的機(jī)構(gòu)，稱為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。第36頁(yè)/共72頁(yè)3.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 若機(jī)架長(zhǎng)度AB小于曲柄長(zhǎng)度BC，即ABBC，則導(dǎo)桿4能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，因此稱為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。(1)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)第37頁(yè)/共72頁(yè) 若取機(jī)架長(zhǎng)度大于曲柄長(zhǎng)度，即ABBC，則導(dǎo)桿4只能做往復(fù)擺動(dòng)，形成擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。3.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) (2)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)第38頁(yè)/共72頁(yè)應(yīng)用簡(jiǎn)易刨床的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 牛頭刨床的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 第39頁(yè)/共72頁(yè)4.搖塊機(jī)構(gòu) 若將對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的連桿BC作為機(jī)架，滑塊只能繞C點(diǎn)擺動(dòng)，就得到曲柄搖塊機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)稱搖塊機(jī)構(gòu)。 搖塊機(jī)構(gòu)第40頁(yè)/共72頁(yè)應(yīng)用吊車 第41頁(yè)/共72頁(yè) 5.定塊機(jī)構(gòu) 若將偏置曲柄滑塊中的滑

8、塊3作為機(jī)架，BC桿成為繞轉(zhuǎn)動(dòng)副C擺動(dòng)的搖桿，AC桿成為滑塊做往復(fù)移動(dòng)，就得到搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，又稱為定塊機(jī)構(gòu)。 定塊機(jī)構(gòu) 第42頁(yè)/共72頁(yè)應(yīng)用手搖唧筒 第43頁(yè)/共72頁(yè)含有移動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 偏心輪機(jī)構(gòu) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 搖塊機(jī)構(gòu) 定塊機(jī)構(gòu)第44頁(yè)/共72頁(yè)平面連桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) (全轉(zhuǎn)動(dòng)副)含有移動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 雙曲柄機(jī)構(gòu) 雙搖桿機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 偏心輪機(jī)構(gòu) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 搖塊機(jī)構(gòu) 定塊機(jī)構(gòu)第45頁(yè)/共72頁(yè) 能夠運(yùn)用平面四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件判斷機(jī)構(gòu)的類型。 掌握機(jī)構(gòu)的急回特性、壓力角、傳動(dòng)角及死點(diǎn)的概念，并能夠在運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖上進(jìn)行標(biāo)注。 學(xué)習(xí)要點(diǎn) 3.2 3.2

9、平面四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄 的條件及基本特性 第46頁(yè)/共72頁(yè)3.2 3.2 平面四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄 的條件及基本特性 3.2.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件（1）連架桿和機(jī)架中必有一桿為最短桿（簡(jiǎn)稱最短桿條件）（2）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（簡(jiǎn)稱長(zhǎng)度和條件） 此條件亦稱桿長(zhǎng)條件。第47頁(yè)/共72頁(yè) a+cb+d a+db+c a+bc+d 將上述三式中每?jī)墒较嗉硬⒑?jiǎn)化，可得 ab ac ad 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件第48頁(yè)/共72頁(yè) 通過分析可得如下結(jié)論: （1）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，如果最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則根據(jù)機(jī)架選取的不同，可有下列三種情況

10、第49頁(yè)/共72頁(yè) 取與最短桿相鄰的桿為機(jī)架，則最短桿為曲柄，另一連架桿為搖桿，組成曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 第50頁(yè)/共72頁(yè) 取最短桿為機(jī)架，則兩連架桿均為曲柄，組成雙曲柄機(jī)構(gòu) 第51頁(yè)/共72頁(yè) 取最短桿對(duì)面的桿為機(jī)架，則兩連架桿均為搖桿，組成雙搖桿機(jī)構(gòu)第52頁(yè)/共72頁(yè) 通過分析可得如下結(jié)論:（2）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，如果最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和大于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則不論取哪一桿為機(jī)架，都沒有曲柄存在，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。第53頁(yè)/共72頁(yè)3.2.2.急回特性 急回特性 當(dāng)主動(dòng)件等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的從動(dòng)件在返回行程中的平均速度大于工作行程的平均速度的特性 。第54頁(yè)/共72頁(yè)3.2.2.急回特性 擺

11、角 極位夾角第55頁(yè)/共72頁(yè)急回特性用行程速比系數(shù) K表示，即K =180 + 180 - K值的大小取決于極位夾角 ，角越大，K值越大，急回運(yùn)動(dòng)特性越明顯；反之，則愈不明顯。當(dāng)= 0時(shí)，K=1 ，機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性。 第56頁(yè)/共72頁(yè) 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)也具有急回特性。值得注意的是在擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中=。機(jī)構(gòu)急回特性的判定 第57頁(yè)/共72頁(yè)3.2.3 壓力角與傳動(dòng)角壓力角：作用在從動(dòng)件搖桿CD上的力F，與該力作用點(diǎn)C運(yùn)動(dòng)線速度vc 之間所夾的銳角CvtFnFFCvtFnFFCvtFnFFCvtFnFFCvtFnFF第58頁(yè)/共72頁(yè)3.2.3 壓力角與傳動(dòng)角傳動(dòng)角:壓力角的余角即連

12、桿與從動(dòng)件間所夾的銳角。 CvtFnFFCvtFnFF第59頁(yè)/共72頁(yè)3.2.3 壓力角與傳動(dòng)角 壓力角越小，傳動(dòng)角越大，機(jī)構(gòu)的傳力效果越好。 CvtFnFFCvtFnFF 由此可見，壓力角和傳動(dòng)角是反映機(jī)構(gòu)傳力性能的重要標(biāo)志。 第60頁(yè)/共72頁(yè)3.2.3 壓力角與傳動(dòng)角 規(guī)定工作行程中的最小傳動(dòng)角 min 4050。 CvtFnFFCvtFnFF第61頁(yè)/共72頁(yè) 分析表明，在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，min可能出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線的兩個(gè)位置時(shí)，一般可通過計(jì)算或作圖量取此二位置的傳動(dòng)角，其中的小值即為min。 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角第62頁(yè)/共72頁(yè) 在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若曲柄AB為主動(dòng)件時(shí)，

13、最小傳動(dòng)角min 出現(xiàn)在曲柄AB垂直于滑槽中心線位置時(shí)。 最小傳動(dòng)角min 計(jì)算公式為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu): min =arccosr/l 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu): min =arccosr+e/l 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角第63頁(yè)/共72頁(yè) 3.2.4 3.2.4 死點(diǎn)位置 在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若搖桿為主動(dòng)件，當(dāng)搖桿處于兩極限位置時(shí)，從動(dòng)曲柄與連桿共線，主動(dòng)搖桿通過連桿傳給從動(dòng)曲柄的作用力通過曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，此時(shí)曲柄的壓力角=90，傳動(dòng)角=0，因此無(wú)法推動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的這個(gè)位置稱為死點(diǎn)位置。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置 第64頁(yè)/共72頁(yè) 在工程上有時(shí)也需利用機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置來進(jìn)行工作。例如飛機(jī)的起落架、

14、折疊式家具和夾具等機(jī)構(gòu)。鉆床夾具 第65頁(yè)/共72頁(yè) 學(xué)會(huì)按給定三個(gè)或兩個(gè)連桿位置設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)。 學(xué)會(huì)按給定急回特性系數(shù)設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)。 學(xué)習(xí)要點(diǎn) 3.3 3.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第66頁(yè)/共72頁(yè)3.3 3.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題是 根據(jù)機(jī)構(gòu)工作要求，結(jié)合附加限定條件，確定繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖所必需的參數(shù)，包括各構(gòu)件的長(zhǎng)度尺寸及運(yùn)動(dòng)副之間相對(duì)位置。平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法 圖解法、實(shí)驗(yàn)法和解析法。本節(jié)介紹圖解法。第67頁(yè)/共72頁(yè)3.3.1 3.3.1 按給定的連桿位置設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu) 1.1.按給定的連桿三個(gè)位置設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu) 已知鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中連桿的長(zhǎng)度及三個(gè)預(yù)定位置，要求確定四桿機(jī)構(gòu)的其余構(gòu)件尺寸。 兩連架桿與機(jī)架組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心A、D，分別在BmBn和CmCn的中垂線上 分析 問題的關(guān)鍵是確定兩連架桿與機(jī)架組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心A、D。第68頁(yè)/共72頁(yè)按給定的連桿三個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 1.1.按給定的連桿三個(gè)位置設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu) 3.3.1 3.3.1 按給定的連桿位置設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)第69頁(yè)/共72頁(yè) 2.2.按給定的連桿二個(gè)位置設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu) 已知鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中連桿的長(zhǎng)度及二個(gè)預(yù)定位置，要求確定四桿機(jī)構(gòu)的其余構(gòu)件尺寸。