機械設(shè)計基礎(chǔ)平面連桿機構(gòu)課件

1、信息管理與信息系統(tǒng)信息管理與信息系統(tǒng)- -工業(yè)工程工業(yè)工程Fundamentals of Machine Design預熱預熱： 什么是平面連桿機構(gòu)？特點及研究內(nèi)容是什么？什么是平面連桿機構(gòu)？特點及研究內(nèi)容是什么？ 定義定義: : 全由低副（轉(zhuǎn)動副、移動副）構(gòu)成的平面機構(gòu)稱為全由低副（轉(zhuǎn)動副、移動副）構(gòu)成的平面機構(gòu)稱為平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu) 特點：特點：面接觸，承載能力強，耐磨損；面接觸，承載能力強，耐磨損； 易于制造和獲得較高的制造精度；易于制造和獲得較高的制造精度； 能實現(xiàn)多種運動規(guī)律。能實現(xiàn)多種運動規(guī)律。 缺點缺點：效率低；效率低； 累計運動誤差較大；累計運動誤差較大； 高速運轉(zhuǎn)時不平

2、衡動載荷較大，且難于消除。高速運轉(zhuǎn)時不平衡動載荷較大，且難于消除。 內(nèi)容：內(nèi)容：類型、應(yīng)用及其特性，平面四桿機構(gòu)的設(shè)計類型、應(yīng)用及其特性，平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 平面四桿機構(gòu)的類型及其應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的類型及其應(yīng)用3.1鉸鏈四桿機構(gòu)的傳動特性鉸鏈四桿機構(gòu)的傳動特性3.3鉸鏈四桿機構(gòu)的演化鉸鏈四桿機構(gòu)的演化3.4鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在條件鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在條件3.2內(nèi)內(nèi) 容容平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計3.53.1 平面四桿機構(gòu)的類型及其應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的類型及其應(yīng)用一、一、基本概念基本概念1 1、鉸鏈四桿機構(gòu)：、鉸鏈四桿機構(gòu)： 全部用轉(zhuǎn)動副相連的平面四桿機構(gòu)。它是平面四桿全部用轉(zhuǎn)動副相連的

3、平面四桿機構(gòu)。它是平面四桿機構(gòu)的基本型式，其它型式的四桿機構(gòu)可看作是在它機構(gòu)的基本型式，其它型式的四桿機構(gòu)可看作是在它的基礎(chǔ)上通過演化而成的。的基礎(chǔ)上通過演化而成的。2 2、機架：、機架：機構(gòu)的固定構(gòu)件，如桿機構(gòu)的固定構(gòu)件，如桿4 4 。3 3、連桿：、連桿：不直接與機架連接的構(gòu)件，如桿不直接與機架連接的構(gòu)件，如桿2 2。4 4、連架桿：、連架桿：與機架用轉(zhuǎn)動副相連接的構(gòu)件，如桿與機架用轉(zhuǎn)動副相連接的構(gòu)件，如桿1 1、3 3 。連架桿可分為：連架桿可分為：5 5、曲柄：、曲柄：能繞機架作整周轉(zhuǎn)動的連架桿，如桿能繞機架作整周轉(zhuǎn)動的連架桿，如桿1 1；6 6、搖桿：、搖桿：只能繞機架作小于只能繞機

4、架作小于360360的某一角度擺動的的某一角度擺動的 連架桿，如連架桿，如3 3。2314二、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式二、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式 在鉸鏈四桿機構(gòu)中，按在鉸鏈四桿機構(gòu)中，按連架桿能否作整周轉(zhuǎn)動連架桿能否作整周轉(zhuǎn)動，可將，可將鉸鏈四桿機構(gòu)分為：鉸鏈四桿機構(gòu)分為：鉸鏈四鉸鏈四桿機構(gòu)桿機構(gòu)雙曲柄雙曲柄機構(gòu)機構(gòu)曲柄搖桿曲柄搖桿機構(gòu)機構(gòu)雙搖桿雙搖桿機構(gòu)機構(gòu)1.1.曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu) 兩連架桿中一個為曲柄，兩連架桿中一個為曲柄， 另一個為搖桿。另一個為搖桿。u 曲柄曲柄1 1為主動件時，為主動件時，可以實現(xiàn)由曲柄可以實現(xiàn)由曲柄1 1的整周回轉(zhuǎn)運的整周回轉(zhuǎn)運動到搖桿動到搖桿3 3往復擺動的

5、運動轉(zhuǎn)換。往復擺動的運動轉(zhuǎn)換。 u 搖桿搖桿3 3為主動件時，為主動件時，則可以將搖桿則可以將搖桿3 3的擺動轉(zhuǎn)換為曲的擺動轉(zhuǎn)換為曲柄柄1 1的整周回轉(zhuǎn)運動。的整周回轉(zhuǎn)運動。雷達天線俯仰機構(gòu)雷達天線俯仰機構(gòu) 縫紉機的踏板機構(gòu)縫紉機的踏板機構(gòu)攪拌器中攪拌機構(gòu)攪拌器中攪拌機構(gòu) 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例雷達天線俯仰機構(gòu)雷達天線俯仰機構(gòu)( (回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動擺動擺動) )縫紉機踏板機構(gòu)縫紉機踏板機構(gòu)(擺動擺動回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動)攪拌器中攪拌機構(gòu)攪拌器中攪拌機構(gòu)(實現(xiàn)所需運動軌跡實現(xiàn)所需運動軌跡)2.2.雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu) 2.2.雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)u 當主動曲柄作勻速轉(zhuǎn)動時當主動曲柄作勻速轉(zhuǎn)動時, ,從動曲

6、柄作周期性的變速運動從動曲柄作周期性的變速運動, ,以滿足機器的工作要求。以滿足機器的工作要求。慣性篩慣性篩 機車驅(qū)動輪聯(lián)動機構(gòu)機車驅(qū)動輪聯(lián)動機構(gòu)攝影車座斗升降機構(gòu)攝影車座斗升降機構(gòu) 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例DABC3412 兩個連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。兩個連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。慣性篩慣性篩慣性篩慣性篩特例特例平行雙曲柄機構(gòu)：平行雙曲柄機構(gòu)：雙曲柄機構(gòu)中，組成四邊形的對邊長雙曲柄機構(gòu)中，組成四邊形的對邊長度分別相等，度分別相等， 。當兩曲柄轉(zhuǎn)向相同時，它們的角速度時時相等，連桿始當兩曲柄轉(zhuǎn)向相同時，它們的角速度時時相等，連桿始終與機架平行，四根桿形成一平行四邊

7、形，可得到終與機架平行，四根桿形成一平行四邊形，可得到正平正平行四邊形機構(gòu)行四邊形機構(gòu)。另：另：反平行四邊形機構(gòu)。反平行四邊形機構(gòu)。ADBCCDAB,正平行四邊形機構(gòu)正平行四邊形機構(gòu)蒸汽機車的車輪聯(lián)動機構(gòu)蒸汽機車的車輪聯(lián)動機構(gòu)反平行四邊形機構(gòu)反平行四邊形機構(gòu)車門啟閉機構(gòu)車門啟閉機構(gòu)機車驅(qū)動輪聯(lián)動機構(gòu)機車驅(qū)動輪聯(lián)動機構(gòu)攝影車座斗升降機構(gòu)攝影車座斗升降機構(gòu)3.3.雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu) 3.3.雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)港口起重機港口起重機 飛機起落架飛機起落架可逆式座椅可逆式座椅電風扇搖頭機構(gòu)電風扇搖頭機構(gòu)輪式車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)輪式車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 兩個連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。

8、兩個連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。DABC3412港口起重機港口起重機港口起重機港口起重機港口起重機港口起重機飛機起落架飛機起落架飛機起落架飛機起落架飛機起落架飛機起落架可逆式座椅可逆式座椅輪式車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)輪式車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)（等腰梯形機構(gòu)）（等腰梯形機構(gòu)）三、鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判別三、鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判別 若最短構(gòu)件為連架桿，則該機構(gòu)一定是曲柄搖桿機構(gòu)。若最短構(gòu)件為連架桿，則該機構(gòu)一定是曲柄搖桿機構(gòu)。 若最短構(gòu)件為機架，則該機構(gòu)一定是雙曲柄機構(gòu)。若最短構(gòu)件為機架，則該機構(gòu)一定是雙曲柄機構(gòu)。 若最短構(gòu)件為連桿，則該機構(gòu)一定是雙搖桿機構(gòu)。若最短構(gòu)件為連桿，則該機構(gòu)一定是雙搖桿機構(gòu)。

9、在在 中中 在在 中中整理得整理得 dacaba將式將式、中的三個不等中的三個不等式兩兩相加，化簡后得式兩兩相加，化簡后得 DCB11DCB22bdcadcbabadccadbcbda)()(3.2 鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在條件鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在條件？曲柄存在條件：曲柄存在條件： 最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和； 連架桿與機架中必有一桿為最短桿。連架桿與機架中必有一桿為最短桿。雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)cbda 以最短桿相鄰桿為機架以最短桿相鄰桿為機架以與最短桿相對的桿為

10、機架以與最短桿相對的桿為機架以最短桿為機架以最短桿為機架NYdcba、判斷由不同桿作機架時四桿機構(gòu)屬于哪種機構(gòu)判斷由不同桿作機架時四桿機構(gòu)屬于哪種機構(gòu) 鉸鏈四桿機構(gòu)必須滿足四構(gòu)件組成的封閉多邊形條件：鉸鏈四桿機構(gòu)必須滿足四構(gòu)件組成的封閉多邊形條件：最長桿的桿長最長桿的桿長 2 2 , t, t1 1tt2 2 , , v v2 2 =C=C1 1C C2 2/t/t2 2 1 1=180=180+, +, v v1 1 =C=C1 1C C2 2/t/t1 1曲柄轉(zhuǎn)角曲柄轉(zhuǎn)角 2 2=180=180-C C1 1C C2 2C C2 2C C1 1鉸鏈鉸鏈C的的平均速度平均速度：v v1 1v

11、l2，桿桿2能作能作整周轉(zhuǎn)動整周轉(zhuǎn)動，桿，桿4只能往復擺動，稱為只能往復擺動，稱為擺動擺動導桿導桿機構(gòu)。機構(gòu)。選用不同的構(gòu)件為機架選用不同的構(gòu)件為機架運運動動特特性性運運動動特特性性運運動動特特性性運運動動特特性性運運動動特特性性實實例例實實例例三、搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu)三、搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu)擺動擺動滑塊機構(gòu)滑塊機構(gòu)自卸卡車車箱的舉升機構(gòu)自卸卡車車箱的舉升機構(gòu)選用不同的構(gòu)件為機架選用不同的構(gòu)件為機架運運動動特特性性實實例例實實例例固定固定滑塊機構(gòu)或滑塊機構(gòu)或定塊機構(gòu)定塊機構(gòu)ACB4321ACB4321手動抽水機手動抽水機實實例例四、雙滑塊機構(gòu)四、雙滑塊機構(gòu)4HACD321H4l1ABD321 雙滑

12、塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)是具有兩個移動副的四桿機構(gòu)。是具有兩個移動副的四桿機構(gòu)。正切機構(gòu)正切機構(gòu)正弦機構(gòu)正弦機構(gòu)改變構(gòu)件的形狀和運動副改變構(gòu)件的形狀和運動副4AD321實實例例五、偏心輪機構(gòu)五、偏心輪機構(gòu) 桿桿1變?yōu)閳A盤，其幾何變?yōu)閳A盤，其幾何中心為中心為B，運動時，圓盤，運動時，圓盤繞偏心繞偏心A轉(zhuǎn)動，故稱為轉(zhuǎn)動，故稱為偏偏心輪心輪。 A 、B之間的距離之間的距離稱為稱為偏心距偏心距e，即為曲柄的，即為曲柄的長度。長度。擴大擴大轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副B的半徑的半徑使之超過使之超過曲曲柄的長度柄的長度2 341e1234擴大轉(zhuǎn)動副擴大轉(zhuǎn)動副（a a）等效曲柄滑塊機構(gòu)）等效曲柄滑塊機構(gòu) （b b）曲柄滑塊機構(gòu)）曲

13、柄滑塊機構(gòu) （c c）等效曲柄搖桿機構(gòu)）等效曲柄搖桿機構(gòu) （d) d) 曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)(a)(a)曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu); (b); (b)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu); ; （c)c)擺動導桿滑塊機構(gòu)擺動導桿滑塊機構(gòu)( (搖塊機構(gòu)）搖塊機構(gòu)）; (d); (d)移動導桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）移動導桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）3.5 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計設(shè)計目標設(shè)計目標根據(jù)給定的幾何條件、運動條件，確定機構(gòu)的運動尺寸。根據(jù)給定的幾何條件、運動條件，確定機構(gòu)的運動尺寸。按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)；按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)；按給定的連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)。按給定的連桿位置設(shè)計四

14、桿機構(gòu)。設(shè)計方法設(shè)計方法 圖解法圖解法、實驗法和解析法等。、實驗法和解析法等。 曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)設(shè)計具有急回特性的四桿機構(gòu)，關(guān)鍵是要抓住機構(gòu)處于極限位置時的幾何關(guān)系，必要時還應(yīng)考慮其他輔助條件。 已知條件：已知條件：行程速比系數(shù)K、搖桿的 長度l lCD和搖桿的擺角一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)計算步驟計算步驟| 1）計算極位夾角 | 2）任選固定鉸D的位置，并作出搖桿兩極限位置C1D和C2D，夾角為。|3）連接C1C2，作C1C2O =C2C1O = 90- ，得交點O，以O(shè)為圓心，OC1為半徑作圓。|4）在圓上任取一點A為固定鉸。|5）連接

15、AC1、AC2，則AC1、AC2分別為曲柄與連桿重迭拉直共線位置，即：AC1=BC-AB AC2=BC+AB 可分別求得AB與BC11180oKKDC2C190-AB1B2O90-計算步驟計算步驟計算實例計算實例已知搖桿長度已知搖桿長度L=100L=100，擺角，擺角=50=50和行程速比系數(shù)和行程速比系數(shù)k=1.4k=1.4，試設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu)。試設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu)。 解：解：由給定的行程速比系數(shù)求出極位夾角 :11180 KK= 30= 304lDC2C190-A 以以A A為圓心，為圓心，ACAC1 1為半徑作圓弧交為半徑作圓弧交ACAC2 2與與E E，平分，平分ECEC2 2得曲柄長得

16、曲柄長度度l lABAB。再以。再以A A為圓心，為圓心，l lA BA B為半徑作圓，交為半徑作圓，交C C1 1A A的延長線和的延長線和C C2 2A A于于B B1 1和和B B2 2，連桿長 度，連桿長 度l lBCBC= =l lB1C1B1C1= =l lB2C2B2C2EB1B2二、按給定的連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)二、按給定的連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu) 分析：根據(jù)設(shè)計要求，鉸鏈四桿機構(gòu)在運動過程中，其連桿必須分析：根據(jù)設(shè)計要求，鉸鏈四桿機構(gòu)在運動過程中，其連桿必須能依次通過預定位置能依次通過預定位置、，。顯然，此類機構(gòu)設(shè)計的實質(zhì)。顯然，此類機構(gòu)設(shè)計的實質(zhì)就是確定兩固定鉸鏈就是確定兩固定鉸

17、鏈A A、D D點的位置。由鉸鏈四桿機構(gòu)運動可知，連桿點的位置。由鉸鏈四桿機構(gòu)運動可知，連桿上上B B、C C兩點的運動軌跡分別是以兩點的運動軌跡分別是以A A、D D兩點為圓心的圓或圓弧，而連桿兩點為圓心的圓或圓弧，而連桿相鄰位置對應(yīng)點的連線相鄰位置對應(yīng)點的連線B B1 1B B2 2、B B2 2B B3 3、C C1 1C C2 2、C C2 2C C3 3分別為對應(yīng)圓或圓分別為對應(yīng)圓或圓弧上的弦長。所以，弧上的弦長。所以，A A、D D兩點必然分別位于上述對應(yīng)弦長的垂直平分兩點必然分別位于上述對應(yīng)弦長的垂直平分線上。這樣，此類連桿機構(gòu)的設(shè)計就變得比較簡單了。線上。這樣，此類連桿機構(gòu)的設(shè)

18、計就變得比較簡單了。給定連桿兩個位置設(shè)計四桿機構(gòu)給定連桿兩個位置設(shè)計四桿機構(gòu) 設(shè)計步驟：設(shè)計步驟： 根據(jù)已知條件，選取適當?shù)谋壤吒鶕?jù)已知條件，選取適當?shù)谋壤遧 l，繪出連桿的兩個位置，繪出連桿的兩個位置 ； 連接連接 ，并分別作它們的垂直平分線，并分別作它們的垂直平分線 ； 在在 和和 上分別任取兩點上分別任取兩點A A、D D（一般也可根據(jù)其它輔助條件（一般也可根據(jù)其它輔助條件選?。?；選?。?； 連接連接ABAB1 1C C1 1D D 即為所求四桿機構(gòu)的一個位置。即為所求四桿機構(gòu)的一個位置。 注意：注意：在給定連桿的兩個位置要求設(shè)計四桿機構(gòu)時，由于在給定連桿的兩個位置要求設(shè)計四桿機構(gòu)時，由于A A、D D兩點可兩點可 在在b b1212和和c c1212上任意選取，因此可得無窮多組解。一般還應(yīng)該考慮其他上任意選取，因此可得無窮多組解。一般還應(yīng)該考慮其他輔助條件，例如，滿足合理的結(jié)構(gòu)要求，使機械在運轉(zhuǎn)中的最小傳動輔助條件，例如，滿足合理的結(jié)構(gòu)要求，使機械在運轉(zhuǎn)中的最小傳動角最大，等等。角最大，等等。2211CBCB、2121CCBB、1212cb 、12b12c如果給定連桿三個、四個或五個位置呢？如果給定連桿三個