機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-平面連桿機(jī)構(gòu)

1、第一節(jié)第一節(jié) 平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型第三章第三章 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)第三節(jié)第三節(jié) 平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第二節(jié)第二節(jié) 平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性第一節(jié)第一節(jié) 平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型 平面連桿機(jī)構(gòu)的特征1）構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)；2）所有的運(yùn)動(dòng)副均為低副；3）包含連桿構(gòu)件。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)連桿連桿平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)副為平面或圓柱面接觸，承載能力大，制造容易；運(yùn)動(dòng)形式多樣，能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡。缺點(diǎn)缺點(diǎn)構(gòu)件數(shù)較多，低副中存在間隙，運(yùn)動(dòng)累積誤差大；慣性力不易平衡；設(shè)計(jì)較難，不易精確實(shí)現(xiàn)

2、復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。應(yīng)用應(yīng)用平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械和儀器中。 平面四桿機(jī)構(gòu) 由四個(gè)構(gòu)件組成的平面連桿機(jī)構(gòu)。是最簡(jiǎn)單的連桿機(jī)構(gòu)。構(gòu)件名稱構(gòu)件名稱機(jī)架構(gòu)件4連架桿與機(jī)架相連的構(gòu)件1、3。連桿與機(jī)架間接相連的構(gòu)件2。曲柄可回轉(zhuǎn)360的連架桿。搖桿轉(zhuǎn)角小于360的連架桿。連桿連桿連架桿連架桿連架桿連架桿機(jī)架機(jī)架平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型定義定義運(yùn)動(dòng)副全為轉(zhuǎn)動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)。一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型3 31 12 24 4A AB BC CD D鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(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)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)一曲一搖二曲二搖按兩連架桿的運(yùn)動(dòng)情況鉸鏈四桿

3、機(jī)構(gòu)可分為平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型 （一）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型定義定義兩個(gè)連架桿中，一個(gè)為曲柄，一個(gè)為搖桿。特性特性可實(shí)現(xiàn)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)與搖桿擺動(dòng)的相互轉(zhuǎn)換。曲柄常為主動(dòng)件，作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿為從動(dòng)件，作變速擺動(dòng)。應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)BC1243AD雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)腳踏縫紉機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) （二） 雙曲柄機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型定義定義兩個(gè)連架桿均為曲柄。特性特性當(dāng)主動(dòng)曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)曲柄可作同向或反向、等速或變速轉(zhuǎn)動(dòng)。一般雙曲柄機(jī)構(gòu)一般雙曲柄機(jī)構(gòu)BCADAD平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)ADBCAD反平行

4、四邊形機(jī)構(gòu)反平行四邊形機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)車(chē)門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)車(chē)門(mén)啟閉機(jī)構(gòu) （三）雙搖桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型定義定義兩連架桿均為搖桿。特性特性可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)搖桿擺動(dòng)的相互轉(zhuǎn)換。應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)BCAD等腰梯形機(jī)構(gòu)等腰梯形機(jī)構(gòu)汽車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)汽車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)搖頭扇機(jī)構(gòu)搖頭扇機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化方法轉(zhuǎn)化方法改變構(gòu)件的形狀和尺寸(搖桿長(zhǎng)度 l3 增至無(wú)窮大)。二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu) （一）轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化成移動(dòng)副平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑

5、塊機(jī)構(gòu)圓弧導(dǎo)軌曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圓弧導(dǎo)軌曲柄滑塊機(jī)構(gòu)特性特性可實(shí)現(xiàn)曲柄（搖桿）轉(zhuǎn)動(dòng)與滑塊移動(dòng)的相互轉(zhuǎn)換平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型 （二）取不同的構(gòu)件為機(jī)架曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)牛頭刨床牛頭刨床擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)牛頭刨床牛頭刨床定塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu) 擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副B的半徑，使其大于曲柄AB的長(zhǎng)度，成為偏心輪機(jī)構(gòu)，偏心距=曲柄長(zhǎng)。ABCA AB BC Ce e平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型 （三）擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)副擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副擴(kuò)大移動(dòng)副擴(kuò)大移動(dòng)副 應(yīng)用應(yīng)用當(dāng)曲柄長(zhǎng)度較小，一般的聯(lián)接結(jié)構(gòu)難于實(shí)現(xiàn)；或因裝配及需傳遞較大載荷時(shí)，常采取擴(kuò)大

6、回轉(zhuǎn)副或移動(dòng)副的方法。 一、運(yùn)動(dòng)特性一、運(yùn)動(dòng)特性第二節(jié)第二節(jié) 平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性 （一）整轉(zhuǎn)副存在條件整轉(zhuǎn)副若組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩構(gòu)件能相對(duì)整周轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為整轉(zhuǎn)副，否則，稱為擺轉(zhuǎn)副。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是否存在整轉(zhuǎn)副，取決于各構(gòu)件長(zhǎng)度間的關(guān)系。經(jīng)理論分析有如下結(jié)論 整轉(zhuǎn)副存在條件最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其他兩桿長(zhǎng)度之和，最短桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副。 整轉(zhuǎn)副判別方法若最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其他兩桿長(zhǎng)度之和，則最短桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副同為整轉(zhuǎn)副，其它的轉(zhuǎn)動(dòng)副為擺轉(zhuǎn)副。若最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)

7、度之和大于其他兩桿長(zhǎng)度之和，則該機(jī)構(gòu)不存在整轉(zhuǎn)副，全部為擺轉(zhuǎn)副。平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型的判別根據(jù)周轉(zhuǎn)副存在條件、曲柄與搖桿的定義及相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理:1）如果最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其他兩桿長(zhǎng)度之和，則 取最短桿為機(jī)架 (含兩個(gè)整轉(zhuǎn)副)時(shí)，為雙曲柄機(jī)構(gòu)； 取最短桿的臨桿為機(jī)架 (含一個(gè)整轉(zhuǎn)副)時(shí)，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 取最短桿的對(duì)桿為機(jī)架 (不含整轉(zhuǎn)副)時(shí)，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。2）如果最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和大于其他兩桿長(zhǎng)度之和，則不論取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架(不含整轉(zhuǎn)副)，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性平面連桿機(jī)構(gòu)

8、的工作特性 曲柄存在條件1）桿長(zhǎng)條件（必要條件）最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其他兩桿長(zhǎng)度之和。2）機(jī)架條件（充分條件）最短桿或其臨桿為機(jī)架 。雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu) 急回特性構(gòu)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)（擺動(dòng)或移動(dòng)），一快一慢 。意義：工作行程慢，空回行程快，以提高生產(chǎn)率。當(dāng)曲柄B1B2 (1180+，t1) 搖桿C1DC2D ( ，t1) （二）急回特性及行程速比系數(shù)平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性 ( 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) ) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)分析極限位置：曲柄與連桿共

9、線搖桿擺角極位夾角：搖桿處于兩極限位置時(shí)，曲柄兩對(duì)應(yīng)位置所夾銳角。 1 2 ， t1t2，不變， 搖桿往復(fù)擺動(dòng)的速度不同。當(dāng)曲柄B2B1 (2180- ，t2) 搖桿C2DC1D ( ，t2)1B1B2212慢速慢速快速快速擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 行程速比系數(shù)k =0， k=1，無(wú)急回特性； ，k ，急回特性越顯著，k=1.11.4。11180kk 18018012112112mmttttk平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性表示構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的急回程度，定義為快程平均角速度 與慢程平均角速度 之比m m對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 壓力角作用在從動(dòng)件3

10、上的驅(qū)動(dòng)力F與該力作用點(diǎn)絕對(duì)速度vC之間所夾的銳角。驅(qū)動(dòng)力F 沿二力桿BC的方向；點(diǎn)的速度vC CD。傳動(dòng)角壓力角的余角。二、傳力特性二、傳力特性 （一）壓力角和傳動(dòng)角 平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性有用分力sincosFF有害分力cossin FF意義壓力角越小，或傳動(dòng)角越大 ，有用分力越大，有害分力越小，機(jī)構(gòu)的傳力性能越好。壓力角或傳動(dòng)角的大小，表征了機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞。FF CvF平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性最小傳動(dòng)角min機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)角一般是變化的?？梢宰C明，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角，出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線的兩個(gè)位置之一。ADCBFvCvCAB C FD

11、傳動(dòng)角太小，或壓力角過(guò)大，可能導(dǎo)致機(jī)構(gòu)自鎖，為了保證傳力性能良好，規(guī)定一般機(jī)械min4050。B22vB1vB1 （二）止點(diǎn)（死點(diǎn)）位置平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性 定義傳動(dòng)角=0（壓力角=90）時(shí)的機(jī)構(gòu)位置。1B1vB1vB2090090 后果機(jī)構(gòu)卡死不能動(dòng)；機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向不確定?？p紉機(jī)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，搖桿主動(dòng)時(shí)的死點(diǎn)位置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，搖桿主動(dòng)時(shí)的死點(diǎn)位置夾緊機(jī)構(gòu)夾緊機(jī)構(gòu)D曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滑塊主動(dòng)時(shí)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)滑塊主動(dòng)時(shí)的死點(diǎn)位置死點(diǎn)位置擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿主動(dòng)時(shí)的擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿主動(dòng)時(shí)的死點(diǎn)位置死點(diǎn)位置 止點(diǎn)的克服1）利用自身或飛輪的慣性2）多組機(jī)構(gòu)，止點(diǎn)錯(cuò)開(kāi)平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性平

12、面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性 止點(diǎn)的利用第三節(jié)第三節(jié) 平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的兩類問(wèn)題1）按照給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（位置、速度、加速度）確定四桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的長(zhǎng)度。2）按照給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡確定四桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的長(zhǎng)度。設(shè)計(jì)方法圖解法形象，直觀，概念清楚。解析法利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行，精確，效率高。實(shí)驗(yàn)法可解決一些復(fù)雜的設(shè)計(jì)問(wèn)題，簡(jiǎn)便，實(shí)用。一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（圖解法）二、按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（作圖法）三、按給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（解析法）四、按給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（實(shí)驗(yàn)法）1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)一、按照給定的行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（圖解法）一、按照給定的行程速比系數(shù)設(shè)

13、計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（圖解法）平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)已知：搖桿長(zhǎng)度lCD，行程速比系數(shù)k， 擺角求曲柄長(zhǎng)度lAB 、連桿長(zhǎng)度lBC和機(jī)架長(zhǎng)度lAD。11180kk解解1）作圖分析根據(jù)k可求出極位夾角若按 確定了點(diǎn)因?yàn)锳C1=AB+BC AC2=BC-AB 所以AB=(AC1-AC2)/2 BC=(AC1+AC2)/2 AD可直接量出。關(guān)鍵是按 確定A點(diǎn)的位置平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)若作出AC1C2的外接圓 該圓C1C2弦所對(duì)的圓周角均為，其中心角為2。 外接圓作法一 作C2MC2C1 作C2C1N= 斜邊PC1中點(diǎn)即為外接圓的圓心O。90 外接圓作法二作C2C1N=作C1C2Q

14、=C1N與C2Q的交點(diǎn)即為外接圓的圓心O。9090P2Q90N90MO平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)PN90MO 2）任選D點(diǎn)，選取適當(dāng)?shù)谋壤?，作搖桿兩極限位置C1D和C2D。 3）作C2MC2C1 作C2C1N= C2M與C1N交于P點(diǎn)904）作PC1C2的外接圓，在圓上任選一點(diǎn)A 5）AB=(AC1-AC2)/2 BC=(AC1+AC2)/2 AD可直接量出有無(wú)數(shù)解C1C2 DA已知已知:機(jī)架長(zhǎng)L4 , K解解:(1)(1)任選固定鉸鏈中心C 作導(dǎo)桿兩極位Cm和Cn = = (2)(2)作擺角的平分線AC,取AC=L4 固定鉸中心A(3)(3)過(guò)A作導(dǎo)桿極位垂線 AB1(AB2)L1

15、=AB1唯一解唯一解11180KKCmnAB1B2CmnAB1B2 2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)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) DB1C1B2C2A ABCD步驟： 1、連接B1B2,C1C2 2、作B1B2, C1C2中垂線 3、在中垂線上取一點(diǎn)作A, D 4、連AB1C1D1.1.已知已知:連桿BC長(zhǎng)L2 及連桿兩個(gè)位置B1C1,B2C2固定鉸A必在B1B2垂直平分線上固定鉸D必在C1C2垂直平分線上分析解:無(wú)窮多解二、按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)二、按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)連桿給定的三個(gè)位置 鉸點(diǎn)已給定B1C1B2C2B3C3ADABCD步驟：1.連接 B1B2 ,B2B3 , C1C2,C2C3

16、2.作各連線中垂線3.B1B2, B2B3中垂線 之交點(diǎn)即為點(diǎn)A4.C1C2,C2C3中垂線 之交點(diǎn)即為點(diǎn)D5.連接AB1C1D即為 所求2.已知:連桿BC長(zhǎng)L2及連桿三個(gè)位置B1C1,B2C2,B3C3唯一解平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要使轉(zhuǎn)動(dòng)副成為整轉(zhuǎn)副，則機(jī)構(gòu)必須存在以下三個(gè)位置轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副的條件轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副的條件在圖aBCD中a+d b+c 在圖c BCD中cd+b-a即 a+bc+d bc+(d-a) 在圖bACD中即 a+cb+d 根據(jù)三角形存在條件有 因不等式進(jìn)行加減運(yùn)算后，解的范圍會(huì)變化，故與原不等式聯(lián)合有 a為最短桿，其余三桿b、c、d中必有一桿為最長(zhǎng)桿，只要最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其它兩桿長(zhǎng)度之和（不等式）成立，則其他兩個(gè)不等式一定成立。a+d b+c a+cb+d a+bc+d + 2a+c+d 2b+c+d ab+ 2a+b+d 2c+b+d ac+ 2a+b+c 2d+b+c adabacada+d b+ca+cb+da+bc+da為最短為最短桿桿整轉(zhuǎn)副存在條件整轉(zhuǎn)