鉸鏈四桿機構(gòu)和應(yīng)用實例課件

1、學(xué)習情境二學(xué)習情境二 平面連桿機構(gòu)分析與設(shè)計平面連桿機構(gòu)分析與設(shè)計 任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)導(dǎo)入 設(shè)計汽車刮雨器或單缸內(nèi)燃機中的曲柄滑塊機構(gòu) 新知識點簡介 熟悉鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用 掌握鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄存在的條件 了解鉸鏈四桿機構(gòu)的演化形式 掌握機構(gòu)壓力角、傳動角的概念及物理意義 掌握急回特性、死點位置的特性和應(yīng)用 動手操制作： 四桿機構(gòu)的制作 一、相關(guān)知識一、相關(guān)知識（一）幾個基本概念幾個基本概念平面連桿機構(gòu)：平面連桿機構(gòu)：由幾個構(gòu)件通過低副聯(lián)接，且所有構(gòu)件在相互平行平面內(nèi)運動的機構(gòu)。平面四桿機構(gòu)：平面四桿機構(gòu)：由四個構(gòu)件通過低副連接而成的平面連桿機構(gòu)。它是平面連桿機構(gòu)中最常見的形式，也是組成多桿

2、機構(gòu)的基礎(chǔ)。鉸鏈四桿機構(gòu)：鉸鏈四桿機構(gòu)：由轉(zhuǎn)動副聯(lián)接四個構(gòu)件而形成的機構(gòu)。鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本形式及其演化：鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本形式及其演化：1.曲柄搖桿機構(gòu)在兩連架桿中，一個為曲柄，另一個為搖桿。應(yīng)用舉例：牛頭刨床橫向進給機構(gòu)、攪面機、衛(wèi)星天線、飛剪縫紉機腳踏板機構(gòu)、自行車、走步機、送料機構(gòu) 一般曲柄主動，將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為搖桿的擺動，也可搖桿主動，曲柄從動。運動特點：根據(jù)連架桿運動形式的不同，可分為三種基本形式曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例攪面機曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例衛(wèi)星接收裝置曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例縫紉機腳踏板機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例自行車曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例跑步機曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實

3、例自動送料機構(gòu)2.雙曲柄機構(gòu)兩連桿架均為曲柄的四桿機構(gòu)應(yīng)用舉例：慣性篩、插床機構(gòu)運動特點：從動曲柄變速回轉(zhuǎn)慣性篩雙曲柄機構(gòu)應(yīng)用實例插床機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)應(yīng)用實例若兩曲柄的長度相等，連桿與機架的長度也相等，則該若兩曲柄的長度相等，連桿與機架的長度也相等，則該機構(gòu)稱為平行雙曲柄機構(gòu)。機構(gòu)稱為平行雙曲柄機構(gòu)。 還有反平行四邊形機構(gòu)，例：公共汽車車門啟閉機構(gòu)還有反平行四邊形機構(gòu)，例：公共汽車車門啟閉機構(gòu)3.雙搖桿機構(gòu)兩連桿架均為搖桿的四桿機構(gòu)港口起重機、飛機起落架、車輛的前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)應(yīng)用舉例：雙搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例港口起重機選擇連桿上合適的點，軌跡為近似的水平直線雙搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例飛機起落架車輛的前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)

4、雙搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例風扇搖頭雙搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例平面四桿機構(gòu)的演化1.擴大轉(zhuǎn)動副，使轉(zhuǎn)動副變成移動副曲柄滑快機構(gòu)演化2.取不同的構(gòu)件為機架當構(gòu)件2和構(gòu)件4均能作整周轉(zhuǎn)動，小型刨床就是應(yīng)用實例3、導(dǎo)桿機構(gòu)、導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)（牛頭刨床）擺動導(dǎo)桿機構(gòu)（牛頭刨床）當桿2的長度小于機架長度時，導(dǎo)稈4只能作來回擺動，又稱為擺動導(dǎo)稈機構(gòu)，牛頭刨中的主運動機構(gòu)是他的應(yīng)用實例當以構(gòu)件3為機架時，可演化成移動導(dǎo)桿機構(gòu)，圖示壓水機就是實例4、搖塊機構(gòu)、搖塊機構(gòu) 如果兩個移動副代替鉸鏈四桿機構(gòu)中的兩個轉(zhuǎn)動副，便可得到三種不同形式的四桿機構(gòu)曲柄移動導(dǎo)桿機構(gòu)正弦機構(gòu)應(yīng)用實例縫紉機針運動機構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu) 雙滑塊機構(gòu)相關(guān)知識相

5、關(guān)知識（二）平面連桿機構(gòu)的特點及應(yīng)用（二）平面連桿機構(gòu)的特點及應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的基本特性 鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄條件 急回特性 壓力角和傳動角 死點位置 設(shè)ad，則當AB 桿能繞軸A 相對于AD 桿作整周轉(zhuǎn)動時，AB 桿必須占據(jù)與AD 桿共線的兩個位置a d ， a b ， a c 在BCD中b (d-a)+c在BCD中即 a+bd+c c(d-a)+b即 a+cd+b a+db+c 將式3-1、3-2、3-3兩兩相加，可得即AB桿為最短桿1、鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件鉸鏈四桿機構(gòu)有一個曲柄的條件：(1) 最短桿與最長桿之和小于或等于其余兩桿長度之和；(2) 最短桿為連架桿。選任一桿為機架，都能實

6、現(xiàn)完全相同的相對運動關(guān)系，這稱為運動的可逆性。在一個四桿機構(gòu)中，選取不同的構(gòu)件作機架，以獲得輸出構(gòu)件與輸入構(gòu)件間不同的運動特性。這一方法稱為連桿機構(gòu)的倒置?？捎靡韵路椒▉砼袆e鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型：2.若機構(gòu)滿足桿長之和條件，則(1) 以最短桿的鄰邊為機架時為曲柄搖桿機構(gòu)(2) 以最短桿為機架時為雙曲柄機構(gòu)(3) 以最短桿的對邊為機架時為雙搖桿機構(gòu)1.若機構(gòu)不滿足桿長之和條件則只能成為雙搖桿機構(gòu)2、壓力角和傳動角1.壓力角a壓力角：從動件所受的力F與受力點速度Vc所夾的銳角a。有效分力：Ft=Fcosa有害分力：Fr=Fsinaa愈小，機構(gòu)傳動性能愈好。2.傳動角g傳動角： 連桿與從動件所夾的

7、銳角g g。 g g=900-a ag越大，機構(gòu)的傳動性能越好，設(shè)計時一般應(yīng)使gmin40，對于高速大功率機械應(yīng)使gmin50。3.最小傳動角的位置鉸鏈四桿機構(gòu)在曲柄與機架共線的兩位置出現(xiàn)最小傳動角。對于曲柄滑塊機構(gòu)，當主動件為曲柄時，最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機架垂直的位置。對于擺動導(dǎo)桿機構(gòu)由于在任何位置時主動曲柄通過滑塊傳給從動桿的力的方向，與從動桿上受力點的速度方向始終一致，所以傳動角等于90度。3、急回特性 曲柄曲柄ABAB以等角速度順時針從以等角速度順時針從ABAB2 2轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到ABAB1 1，轉(zhuǎn)過的角度為：，轉(zhuǎn)過的角度為： 2 2180180-， 由于曲柄由于曲柄ABAB等角速度轉(zhuǎn)動等

8、角速度轉(zhuǎn)動, , 所以所以 1 1 2 2，t t1 1tt2 2, , 因此，因此， v v2 2vv1 1 在曲柄搖桿機構(gòu)，AB為曲柄是原動件等角速度轉(zhuǎn)動,當CD桿處于C1D位置為初始位置，C2D終止位置，搖桿在兩極限位置之間所夾角度稱為搖桿的擺角，用表示。曲柄曲柄ABAB以等角速度順時針從以等角速度順時針從ABAB1 1, , 轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到ABAB2 2，轉(zhuǎn)過角度為：，轉(zhuǎn)過角度為： 1 1180180+，當搖桿當搖桿CDCD由由C C2 2D D擺回到擺回到C C1 1D D位置時，所需時間為位置時，所需時間為t t2 2， 當搖桿CD由C1D擺動到C2D位置時，所需時間為t1 ,急回特性機

9、構(gòu)工作件返回行程速度大于工作行程的特性。工作行程時：V1=C1C2/t1 返回行程時：V2=C1C2/t2急回特性的作用四桿機構(gòu)的急回特性可以節(jié)省時間，提高生產(chǎn)率。行程速比系數(shù)K為了表示工作件往復(fù)運動時的急回程度，用V2和V1的比值K來描述。由上式可得：00212112122112180180/tttCCtCCvvK111800KK4、死點死點的位置在從動曲柄與連桿共線的連個位置之一時，出現(xiàn)機構(gòu)的傳動角g=0，壓力角a=90的情況，這時連桿對從動曲柄的作用里恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，不能推動曲柄轉(zhuǎn)動，機構(gòu)的這種位置稱為死點位置。死點的利弊利：工程上利用死點進行工作。 弊：機構(gòu)有死點，從動件將出現(xiàn)卡死

10、或運動方向不確定現(xiàn)象，對傳動機 構(gòu)不利度過死點的方法增大從動件的質(zhì)量、利用慣性度過死點位置。采用機構(gòu)錯位排列的方法相關(guān)知識相關(guān)知識（三）平面四桿機構(gòu)的設(shè)計（三）平面四桿機構(gòu)的設(shè)計1. 按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)2. 按給定行程速度變化系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu)一個設(shè)計過程：已知條件構(gòu)件尺寸 兩類基本問題：實現(xiàn)給定運動規(guī)律； 實現(xiàn)給定運動軌跡； 三種設(shè)計方法： 圖解法 解析法 實驗法 已知條件：運動條件、幾何條件、動力條件。簡明易懂，精確性差。精確度好，計算繁雜。形象直觀，過程復(fù)雜。1 圖解法設(shè)計平面四桿機構(gòu) 1.按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu) A1B2B3B1C2C3CD12b12c23b已知：連桿BC長

11、度及三個位置（B1C1,B2C2,B3C3）要求：設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu)設(shè)計步驟：連接B1B2、B2B3，作線B1B2、B2B3的垂直平分線b12、b23，交于A點；連接C1C2、C2C3，作線C1C2、C2C3的垂直平分線c12、c23，交于D點；連接AB1、C1D。23c2.按給定兩連架桿的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu) 剛化反轉(zhuǎn)法設(shè)計步驟： 3.按給定行程速度變化系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu) 4.按給定速度變化系數(shù)K設(shè)計導(dǎo)桿機構(gòu) 5.按給定行程速度變化系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu) 111800KK按行程速度變化系數(shù)K設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu)往往是已知曲柄機構(gòu)搖桿L3的長度及搖桿擺角和速度變化系數(shù)K。怎樣用作圖法設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu)設(shè)計

12、的實質(zhì)是確定鉸鏈中心A點的位置，定出其他三桿的尺寸L1、L2和L4-。其設(shè)計步驟如下：(1)由給定的行程速比系數(shù)K，按式:求出極位夾角,(2)任選固定鉸鏈中心D的位置，由搖桿長度L3和擺角，作出搖桿兩個極限位置C1D和C2D。(3) 連接C1和C2，并作C1M垂直于C1C2(4)作C1C2O = 90，C2C1O = 90，C2O與C1O相交于O點，由圖可見，C1OC2=2。(5) 作C10C2的外接圓，此圓上任取一點A作為曲柄的固定鉸鏈中心。連AC1和AC2，因同一圓弧的圓周角相等，故C1AC2C1OC2/2。 (6) 因極限位置處曲柄與連桿共線。故AC1L2L1，從而得曲柄長度L1（AC2

13、AC1）/2。再以A為圓心和以L1為半徑作圓，交C1A的延線于B1，交C2A于B2，即得B1C1B2C2L2及ADL4。由于A點是C1PC2外接圓上任選的點，所以若僅按行程速比系數(shù)K設(shè)計，可得無窮多的解。A點位置不同，機構(gòu)傳動角的大小也不同。如欲獲得良好的傳動質(zhì)量，可按照最小傳動角最優(yōu)或其他輔助條件來確定A點的位置。已知：連桿AB和CD的三組對應(yīng)位置 要求：確定各構(gòu)件的長度a、b、c、d 步驟：建立坐標系xAy，和分別為AB和CD的初始角。將各向量坐標投影得 ，將三組已知位置代入以上公式，確定出選定曲柄長度a，則b、c、d。設(shè)計出所需四桿機構(gòu)1100233d3AByCcxbaD)cos(cos

14、)cos(00cdba)sin(sin)sin(00cdbaRRR3002010)()cos()cos()cos(PmnPRRRpnn2/ )1(/222321RRR321)cos(coscos設(shè)計方法：建立方程式，根據(jù)以知參數(shù)對方程求解。 2 解析法設(shè)計平面四桿機構(gòu)、二、操作與實踐二、操作與實踐1.1.學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識，進行平面四桿機構(gòu)的設(shè)計學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識，進行平面四桿機構(gòu)的設(shè)計2.2.制做曲柄搖桿機構(gòu)并寫出實驗報告制做曲柄搖桿機構(gòu)并寫出實驗報告三、決策三、決策 在老師的指導(dǎo)下，對各小組的設(shè)計方案進行檢查，在老師的指導(dǎo)下，對各小組的設(shè)計方案進行檢查，（檢查內(nèi)容及步驟），進行討論，確定方案是否合理、可（檢查內(nèi)容及步驟），進行討論，確定方案是否合理、可行，不合理處需重新制定。然后依據(jù)已知條件進行設(shè)計。行，不合理處需重新制定。然后依據(jù)已知條件進行設(shè)計。四、實施四、