第三章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

1、第三章第三章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)3-1 連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)3-2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化3-3 平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性3-4 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)【教學(xué)目標(biāo)】【教學(xué)目標(biāo)】u了解平面連桿機(jī)構(gòu)的組成及其特點(diǎn)；了解平面連桿機(jī)構(gòu)的組成及其特點(diǎn)；u了解平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化和應(yīng)用；了解平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化和應(yīng)用；u掌握鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件，并能判斷鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型；掌握鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件，并能判斷鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型；u掌握平面四桿機(jī)構(gòu)壓力角、傳動(dòng)角

2、、急回特性、極位夾角、行程掌握平面四桿機(jī)構(gòu)壓力角、傳動(dòng)角、急回特性、極位夾角、行程 速比系數(shù)等基本概念；速比系數(shù)等基本概念；u掌握連桿機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角出現(xiàn)的位置及計(jì)算方法；掌握連桿機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角出現(xiàn)的位置及計(jì)算方法；u掌握死點(diǎn)在什么情況下出現(xiàn)及死點(diǎn)位置在機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用；掌握死點(diǎn)在什么情況下出現(xiàn)及死點(diǎn)位置在機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用；u了解平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題；了解平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題；u掌握根據(jù)具體設(shè)計(jì)條件和實(shí)際需要設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的方法。掌握根據(jù)具體設(shè)計(jì)條件和實(shí)際需要設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的方法。【重點(diǎn)難點(diǎn)】【重點(diǎn)難點(diǎn)】重點(diǎn)：重點(diǎn)：平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化，有關(guān)四桿機(jī)構(gòu)的一些基本平面四桿機(jī)構(gòu)的基本

3、型式及其演化，有關(guān)四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)，以及平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本設(shè)計(jì)方法。知識(shí)，以及平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本設(shè)計(jì)方法。難點(diǎn)難點(diǎn)：按兩連架桿多對(duì)對(duì)應(yīng)位置、或連桿的多個(gè)精確位置、或軌跡的：按兩連架桿多對(duì)對(duì)應(yīng)位置、或連桿的多個(gè)精確位置、或軌跡的多個(gè)精確點(diǎn)的設(shè)計(jì)多個(gè)精確點(diǎn)的設(shè)計(jì) 。3一、定義與分類一、定義與分類3-1 連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)1. 定義：定義：若干剛性構(gòu)件通過若干剛性構(gòu)件通過低副低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，稱為聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，稱為連桿連桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)(Linkage Mechanisms) ，又稱，又稱低副機(jī)構(gòu)低副機(jī)構(gòu)。42. 分類分類 連桿機(jī)構(gòu)可分為連桿機(jī)構(gòu)可分為空間連桿機(jī)構(gòu)空

4、間連桿機(jī)構(gòu)和和平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)以上三圖為平面連桿機(jī)構(gòu)以上三圖為平面連桿機(jī)構(gòu) 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) 空間連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最廣的平面連桿機(jī)構(gòu)是最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最廣的平面連桿機(jī)構(gòu)是平面四桿機(jī)構(gòu)平面四桿機(jī)構(gòu)。5ADM2BMM1M3連桿曲線連桿曲線連桿連桿二、傳動(dòng)特點(diǎn)二、傳動(dòng)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）承力大：面接觸，壓強(qiáng)小，磨損）承力大：面接觸，壓強(qiáng)小，磨損少，承載能力強(qiáng)，用于重型機(jī)械；少，承載能力強(qiáng)，用于重型機(jī)械；2）易加工：低副形狀簡(jiǎn)單；）易加工：低副形狀簡(jiǎn)單；3）易遠(yuǎn)傳：構(gòu)件長(zhǎng)度可以很長(zhǎng)，用）易遠(yuǎn)傳：構(gòu)件長(zhǎng)度可以很長(zhǎng)，用于操縱機(jī)構(gòu)；于操縱機(jī)構(gòu)；4）易封閉

5、：依靠自身的幾何形狀，）易封閉：依靠自身的幾何形狀，容易保證接觸，以形成低副。容易保證接觸，以形成低副。6CaaBBCrrllBCDA4213m2m3S2S3S1m1mmcm2Bm2C缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1）運(yùn)動(dòng)精確性較低：構(gòu)件較多，）運(yùn)動(dòng)精確性較低：構(gòu)件較多，運(yùn)動(dòng)副中間隙的累積誤差大；運(yùn)動(dòng)副中間隙的累積誤差大；2）機(jī)械效率較低；）機(jī)械效率較低；3）設(shè)計(jì)困難；）設(shè)計(jì)困難；4）產(chǎn)生動(dòng)態(tài)不平衡。）產(chǎn)生動(dòng)態(tài)不平衡。7一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)。的平面四桿機(jī)構(gòu)。 它是平面四桿機(jī)構(gòu)的它

6、是平面四桿機(jī)構(gòu)的最基本的型式最基本的型式，其它型式的平面四桿，其它型式的平面四桿機(jī)構(gòu)都可看作是在它的基礎(chǔ)上通過演化而成的。機(jī)構(gòu)都可看作是在它的基礎(chǔ)上通過演化而成的。3-2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化8幾個(gè)概念：幾個(gè)概念：u整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副能使兩構(gòu)件作整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副。能使兩構(gòu)件作整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副。u擺動(dòng)副擺動(dòng)副不能作整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副。不能作整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副。u曲柄曲柄與機(jī)架組成整轉(zhuǎn)副的與機(jī)架組成整轉(zhuǎn)副的連架桿，如桿連架桿，如桿1。u搖桿搖桿與機(jī)架組成擺動(dòng)副的與機(jī)架組成擺動(dòng)副的連架桿，如桿連架桿，如桿3。u組成：組成：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)由機(jī)架

7、機(jī)架4、連架桿連架桿(與機(jī)架與機(jī)架相連的相連的1、3兩桿兩桿)和和連桿連桿(與機(jī)架不相聯(lián)的中間桿與機(jī)架不相聯(lián)的中間桿2)組成。組成。連架桿連架桿機(jī)架機(jī)架BADC1234連桿連桿整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副擺動(dòng)副擺動(dòng)副91. 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本形式基本形式曲曲柄柄搖搖桿桿機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)雙雙曲曲柄柄機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)雙雙搖搖桿桿機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)根據(jù)根據(jù)兩連架桿運(yùn)動(dòng)形式的兩連架桿運(yùn)動(dòng)形式的不同不同，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可分，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可分為三種基本型式：為三種基本型式：(avi)(avi)(avi)10(avi)(avi)(avi)(avi)2. 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用曲曲柄柄搖搖桿桿機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)11(avi)

8、慣性篩慣性篩(avi)(avi)雙雙曲曲柄柄機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)12(avi)夾夾具具雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)13轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副e改變搖桿改變搖桿相對(duì)尺寸相對(duì)尺寸改變構(gòu)件相對(duì)尺寸改變構(gòu)件相對(duì)尺寸e01、改變構(gòu)件的形狀及運(yùn)動(dòng)尺寸、改變構(gòu)件的形狀及運(yùn)動(dòng)尺寸對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化14改變運(yùn)動(dòng)副類型改變運(yùn)動(dòng)副類型改變構(gòu)件改變構(gòu)件相對(duì)尺寸相對(duì)尺寸ABC 正弦機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)s = l sin slC15ACDB2、改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸、改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸(擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副)ABCD偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)BAACDB如

9、圖所示，當(dāng)將回轉(zhuǎn)副如圖所示，當(dāng)將回轉(zhuǎn)副B的軸頸的半徑的軸頸的半徑不斷擴(kuò)大，直到超過曲柄長(zhǎng)度不斷擴(kuò)大，直到超過曲柄長(zhǎng)度lAB時(shí)，時(shí)，曲柄可做成一偏心輪。曲柄可做成一偏心輪。163、取不同構(gòu)件為機(jī)架、取不同構(gòu)件為機(jī)架(機(jī)構(gòu)倒置機(jī)構(gòu)倒置)(avi)曲柄滑塊曲柄滑塊(avi)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿(avi)曲柄搖塊曲柄搖塊(avi)移動(dòng)導(dǎo)桿移動(dòng)導(dǎo)桿173-3 平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性一、某一轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副的充分必要條件一、某一轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副的充分必要條件 不失一般性，不失一般性， 現(xiàn)以現(xiàn)以轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副A為例證明。要使為例證明。要使A成為整轉(zhuǎn)副，成為整轉(zhuǎn)副，則則AB桿應(yīng)能占據(jù)與桿應(yīng)

10、能占據(jù)與AD桿拉直和重疊共線的兩個(gè)特殊位置桿拉直和重疊共線的兩個(gè)特殊位置。B C ABCDdabcC B 則有：則有：B C D成立成立 a+d b+c （1）B C D成立成立 |b - c| |d - a|或或 -|d -a| b-c |d - a| （2）18由此式易知：由此式易知：a=min。由上式又知：由上式又知：d =min。若若a d，則，則|da|=ad，由式（，由式（2）及式（）及式（1）可得：）可得：（3）abdcacacbdadadbcab（4）dcabdabdacdcdabcdb-|d -a| b-c |d - a| （2） a+d b+c （1），），19結(jié)論：結(jié)論：

11、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，某一轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副的充要條件：某一轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副的充要條件：（1）最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件長(zhǎng)度之和最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件長(zhǎng)度之和小于或等于小于或等于其他兩構(gòu)件其他兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和長(zhǎng)度之和（桿長(zhǎng)之和條件桿長(zhǎng)之和條件）；）；（2）組成該轉(zhuǎn)動(dòng)副的組成該轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩構(gòu)件中必有一個(gè)為最短構(gòu)件兩構(gòu)件中必有一個(gè)為最短構(gòu)件。推論推論1：如果如果四個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度不滿足桿長(zhǎng)之和條件四個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度不滿足桿長(zhǎng)之和條件，則四個(gè)，則四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副均為擺動(dòng)副擺動(dòng)副，則無論取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，則無論取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，均得均得雙搖雙搖桿機(jī)構(gòu)桿機(jī)構(gòu)。推論推論2：如果鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中如果鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中四個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)

12、度四個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度滿足桿長(zhǎng)之和滿足桿長(zhǎng)之和條件條件，且其中，且其中一個(gè)構(gòu)件為最短構(gòu)件一個(gè)構(gòu)件為最短構(gòu)件，則該，則該最短構(gòu)件所聯(lián)接的最短構(gòu)件所聯(lián)接的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為整轉(zhuǎn)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為整轉(zhuǎn)副，另，另兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為擺動(dòng)副兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為擺動(dòng)副。201）若以最短構(gòu)件的鄰邊為機(jī)架）若以最短構(gòu)件的鄰邊為機(jī)架ABCD3214曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2）若以最短構(gòu)件為機(jī)架）若以最短構(gòu)件為機(jī)架雙曲柄機(jī)構(gòu)（含雙曲柄機(jī)構(gòu)（含平行四邊形機(jī)構(gòu)）平行四邊形機(jī)構(gòu)）ABCD32143）若以最短構(gòu)件的對(duì)邊為機(jī)架）若以最短構(gòu)件的對(duì)邊為機(jī)架雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)ABCD3214假設(shè)桿假設(shè)桿1為最短構(gòu)件，且滿足桿長(zhǎng)之和條件。為最短構(gòu)件，且

13、滿足桿長(zhǎng)之和條件。21C注意：注意：在一個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，在一個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，任一桿的長(zhǎng)度必須小于任一桿的長(zhǎng)度必須小于其余三桿的長(zhǎng)度之和其余三桿的長(zhǎng)度之和。（2）連架桿連架桿和和機(jī)架機(jī)架中必有一個(gè)為中必有一個(gè)為最短桿最短桿。（1）滿足滿足桿長(zhǎng)之和條件桿長(zhǎng)之和條件；推論推論3：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：22 例例1：判斷圖示兩個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型：判斷圖示兩個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型解：對(duì)圖解：對(duì)圖(a)，有：，有： 30 + 70 40 + 55 該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 對(duì)圖對(duì)圖(b)，有：，有： 20 + 80 40 + 70， 且機(jī)架為最短桿的相鄰桿

14、，且機(jī)架為最短桿的相鄰桿， 該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。3070405520804070(a)(b)23例例2：若要求該機(jī)構(gòu)為曲柄：若要求該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，問搖桿機(jī)構(gòu)，問AB桿尺寸應(yīng)桿尺寸應(yīng)為多少？為多少？ B1107060ACD解：解：1.設(shè)設(shè)AB為最短桿為最短桿即即 LAB+11060+70LAB20 2.設(shè)設(shè)AB為最長(zhǎng)桿為最長(zhǎng)桿即即 LAB+60110+70LAB120 3.設(shè)設(shè)AB為中間桿為中間桿即即 110+60LAB+70100LAB所以所以AB桿的取值范圍為：桿的取值范圍為：0 b時(shí)，時(shí)，擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。BACabD D 2）當(dāng)）當(dāng)a t2 3 3工

15、作行程工作行程t2 2/ 1B1C1B2C2AD 180 180 工作行程工作行程空回行程空回行程ABCD 1空回行程空回行程28常用常用行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)K 來表示機(jī)構(gòu)急回特性的相對(duì)程度來表示機(jī)構(gòu)急回特性的相對(duì)程度。3. 行程速度變化系數(shù)（行程速比系數(shù)）行程速度變化系數(shù)（行程速比系數(shù)）33K從動(dòng)件快行程(空回行程)平均速度從動(dòng)件慢行程(工作行程)平均速度321111312212/180K/180tttt設(shè)計(jì)時(shí)往往先給定設(shè)計(jì)時(shí)往往先給定 K 值，再計(jì)算值，再計(jì)算 ，即，即 可見：可見： K 急回特性急回特性 ； =0 K=1 無急回特性無急回特性29擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)思考：思考：對(duì)

16、心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是否具有急回特性？是否具有急回特性？4. 推廣到其他機(jī)構(gòu)推廣到其他機(jī)構(gòu) 偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)ABCB1C1C2B2 0結(jié)論：偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)結(jié)論：偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有急回特性有急回特性。C1C2ABC 結(jié)論：結(jié)論：有急回特性有急回特性，且極位夾角，且極位夾角等于擺桿擺角，即等于擺桿擺角，即 = 。 30四、四、 壓力角和傳動(dòng)角壓力角和傳動(dòng)角傳動(dòng)角傳動(dòng)角 壓力角壓力角 的的余角余角。壓力角壓力角 ：當(dāng)不考慮運(yùn)動(dòng)副當(dāng)不考慮運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力、構(gòu)件的重力和中的摩擦力、構(gòu)件的重力和慣性力等時(shí)，慣性力等時(shí)，作用于作用于輸出從輸出從動(dòng)件動(dòng)件上的上的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)

17、動(dòng)力F與該力作與該力作用點(diǎn)用點(diǎn)絕對(duì)速度方向絕對(duì)速度方向之間之間所夾所夾的的銳角銳角。有效分力有效分力： Ft F cos F sin 徑向壓力徑向壓力：Fn F sin =F cos 角越大，角越大，F(xiàn)t越大，越大，F(xiàn)n越小，對(duì)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)越有利。越小，對(duì)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)越有利。 F Fn FtvcABDC123連桿機(jī)構(gòu)中，連桿機(jī)構(gòu)中，常用常用 的大小來衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞。的大小來衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞。31vcABC121F F0vB3B1231AC例：標(biāo)出機(jī)構(gòu)在圖示位置的壓力角與傳動(dòng)角例：標(biāo)出機(jī)構(gòu)在圖示位置的壓力角與傳動(dòng)角 FBVB1C234ABDabcd = 90 FBVBC1234ABDF

18、 vB1322. 最小傳動(dòng)角出現(xiàn)的位置最小傳動(dòng)角出現(xiàn)的位置在三角形在三角形ABD中：中：BD=a+d-2adcos (1)在三角形在三角形BCD中：中：BD=b+c-2bccos (2)當(dāng)當(dāng) 為銳角為銳角時(shí)，傳動(dòng)角時(shí)，傳動(dòng)角 = 當(dāng)當(dāng) 為鈍角為鈍角時(shí)，傳動(dòng)角時(shí)，傳動(dòng)角 = 180 - ABCDcb dFVC aABCDcb dFVC a33由（由（1）=（2）得：）得：22222coscos2bcadadbc1）當(dāng)）當(dāng) = 0時(shí)，即時(shí)，即曲柄與機(jī)架重疊共線曲柄與機(jī)架重疊共線，cos =+1， 取最小值。取最小值。 2）當(dāng)）當(dāng) =180時(shí)，即時(shí)，即曲柄與機(jī)架拉直共線曲柄與機(jī)架拉直共線，cos =

19、-1， 取最大值。取最大值。222min()arccos2bcdabc222max()arccos2bcdabc34即：即： =0時(shí)，時(shí)， 1min = min min=min180 max， minC1B1abcdDA min 2minB2C2 =180 時(shí)，時(shí)， 2min =180 max max為了保證機(jī)構(gòu)傳動(dòng)良好，設(shè)計(jì)時(shí)通常要求為了保證機(jī)構(gòu)傳動(dòng)良好，設(shè)計(jì)時(shí)通常要求 min 40；對(duì)于高速；對(duì)于高速和大功率傳動(dòng)機(jī)械，和大功率傳動(dòng)機(jī)械， min 50。 1min結(jié)論：結(jié)論：對(duì)于對(duì)于以曲柄為原動(dòng)件以曲柄為原動(dòng)件的平面四桿機(jī)構(gòu)，的平面四桿機(jī)構(gòu)，最小傳動(dòng)角最小傳動(dòng)角 min一定發(fā)生在一定發(fā)生在曲

20、柄與機(jī)架共線的兩位置之一曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一。35曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) min何時(shí)出現(xiàn)？何時(shí)出現(xiàn)？C 1A23B4 max36導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) min?結(jié)論結(jié)論：導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)：導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)壓力角壓力角 0，即，即傳動(dòng)角傳動(dòng)角 90。37 = 0三、死點(diǎn)三、死點(diǎn)(Dead point)位置位置注意：注意：機(jī)構(gòu)有無死點(diǎn)與機(jī)構(gòu)有無死點(diǎn)與原動(dòng)件的選取有關(guān)原動(dòng)件的選取有關(guān)，常出現(xiàn)在，常出現(xiàn)在以往復(fù)以往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件為原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件為原動(dòng)件的情形下。的情形下。 四桿機(jī)構(gòu)中若以四桿機(jī)構(gòu)中若以搖桿或滑塊為主動(dòng)件搖桿或滑塊為主動(dòng)件、曲柄為從動(dòng)件曲柄為從動(dòng)件時(shí)，時(shí)，機(jī)構(gòu)在某些位置的傳動(dòng)角機(jī)構(gòu)在某些位置的傳動(dòng)角

21、=0，而使，而使機(jī)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)機(jī)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)，機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為的這種位置稱為死點(diǎn)死點(diǎn)。DCBAFF = 0381. 死點(diǎn)位置的判斷死點(diǎn)位置的判斷 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置：39導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（曲柄為主動(dòng)件）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（曲柄為主動(dòng)件）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（導(dǎo)桿為主動(dòng)件）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（導(dǎo)桿為主動(dòng)件）VB3FB3A BD1234 B3 0， 90 B1 = 90， =0FB1A BD1234VB1無死點(diǎn)存在無死點(diǎn)存在有死點(diǎn)存在有死點(diǎn)存在402. 避免死點(diǎn)的措施避免死點(diǎn)的措施 B2C2踏板踏板腳腳AB1C1D縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu)措施一：措施一：加裝加裝飛輪飛輪利用慣性使機(jī)構(gòu)通過死

22、點(diǎn)位置利用慣性使機(jī)構(gòu)通過死點(diǎn)位置 對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來講，死點(diǎn)是不利的，應(yīng)采取措施使機(jī)構(gòu)對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來講，死點(diǎn)是不利的，應(yīng)采取措施使機(jī)構(gòu)能順利通過死點(diǎn)位置。能順利通過死點(diǎn)位置。 41措施二：使各組機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)相互錯(cuò)開排列措施二：使各組機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)相互錯(cuò)開排列機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)42ABDC飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架工件工件PABCD1234工件工件ABCD1234工件工件P T 0ABCDF 03. 死點(diǎn)的利用死點(diǎn)的利用工程實(shí)踐中，常利用死點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)某些特定的工作要求工程實(shí)踐中，常利用死點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)某些特定的工作要求。 工件夾緊機(jī)構(gòu)工件夾緊機(jī)構(gòu)F43一、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題一、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題3

23、-4 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)的設(shè)計(jì)有二個(gè)任務(wù)：連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有二個(gè)任務(wù)：機(jī)構(gòu)選型機(jī)構(gòu)選型和和確定機(jī)構(gòu)的尺寸確定機(jī)構(gòu)的尺寸。連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要解決三類問題：連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要解決三類問題：1）按）按連桿給定位置連桿給定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。2）按）按兩連架桿對(duì)應(yīng)位置或行程速比系數(shù)兩連架桿對(duì)應(yīng)位置或行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。3）按）按已知運(yùn)動(dòng)軌跡已知運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)尺度綜合的方法有：解析法、作圖法。連桿機(jī)構(gòu)尺度綜合的方法有：解析法、作圖法。441. 按按連桿給定位置連桿給定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（1）連桿位置用動(dòng)鉸鏈中心）

24、連桿位置用動(dòng)鉸鏈中心B、C兩點(diǎn)表示。即：兩點(diǎn)表示。即： 已知活動(dòng)鉸鏈中心已知活動(dòng)鉸鏈中心B、C A、D（找圓心法找圓心法）ABCDdabc二、用圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)二、用圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)45c12設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟：b12DAB1C1C2B2a）連）連B1B2，作垂直平分線，作垂直平分線b12鉸 鏈鉸 鏈 Ab）連）連C1C2 ，作垂直平分線，作垂直平分線c12鉸 鏈鉸 鏈 D有無窮多解有無窮多解11lllABCDADlABlC DlAD.已知連桿在運(yùn)動(dòng)過程中的已知連桿在運(yùn)動(dòng)過程中的兩個(gè)位置兩個(gè)位置B1C1、B2C2。46c23b23.已知連桿在運(yùn)動(dòng)過程中的已知連桿在運(yùn)動(dòng)過程中的三個(gè)位置三個(gè)位

25、置B1C1、B2C2 、B3C3。b12c12AB1C1C2B2B3C3D唯一唯一解解11lllABCDADlABlC DlAD47C2B2B2C2 12 12AB1C1DAB1C1D 12 12A D 設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)換機(jī)架法轉(zhuǎn)換機(jī)架法轉(zhuǎn)換機(jī)架法轉(zhuǎn)換機(jī)架法其原理其原理與取不同構(gòu)件為機(jī)架的與取不同構(gòu)件為機(jī)架的演化方法，即演化方法，即機(jī)構(gòu)倒置機(jī)構(gòu)倒置原理是一樣的。通過取原理是一樣的。通過取不同構(gòu)件為機(jī)架，將不同構(gòu)件為機(jī)架，將活活動(dòng)鉸鏈位置的求解問題動(dòng)鉸鏈位置的求解問題轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為固定鉸鏈的求解固定鉸鏈的求解來來設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的方法。設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的方法。（2）連桿位置用連桿平面上任意兩點(diǎn)表示。）連

26、桿位置用連桿平面上任意兩點(diǎn)表示。 即：已知固定鉸鏈中心即：已知固定鉸鏈中心A、D B、C以連桿為相對(duì)機(jī)架的情況以連桿為相對(duì)機(jī)架的情況48B2C2E2F2以連桿上任一線為相對(duì)機(jī)架的情況以連桿上任一線為相對(duì)機(jī)架的情況所得結(jié)果與以連桿為相對(duì)機(jī)架時(shí)相同，故所得結(jié)果與以連桿為相對(duì)機(jī)架時(shí)相同，故設(shè)計(jì)時(shí)可以連桿上設(shè)計(jì)時(shí)可以連桿上任一線為相對(duì)機(jī)架進(jìn)行，結(jié)果相同任一線為相對(duì)機(jī)架進(jìn)行，結(jié)果相同。AB1C1DE1F1A D 49 12 12C1B1ADE1F1E2F2A D 有無窮多解有無窮多解1111lllABCDBClABlC DlBC.已知連桿平面上已知連桿平面上EF的的兩個(gè)位置兩個(gè)位置E1F1 、 E2F2

27、 50ADE1F1.已知連桿平面上已知連桿平面上EF的的三個(gè)位置三個(gè)位置E1F1、E2F2、E3F3 E2F2E3F3A2 D2 A3 D3 C1B1唯一唯一解解1111lllABCDBClABlC DlBC51已知連桿平面上已知連桿平面上EF的三個(gè)預(yù)訂位置及固定鉸鏈的三個(gè)預(yù)訂位置及固定鉸鏈A、D的位置。的位置。設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟：連接連接E2A、F2D和和E3A、F3D；剛化剛化AE2F2D和和AE3F3D，并將，并將E2F2和和E3F3分別重合于分別重合于E1F1，得到，得到A2、D2、A3和和D3點(diǎn)；點(diǎn)；連接連接AB1、DC1、B1C1、B1E1和和C1F1得所需機(jī)構(gòu)。得所需機(jī)構(gòu)。根據(jù)圖

28、中線長(zhǎng)，乘以比例尺得到各構(gòu)件尺寸。根據(jù)圖中線長(zhǎng)，乘以比例尺得到各構(gòu)件尺寸。連接連接AA2、A2A3、DD2和和D2D3，并分別作其垂直平，并分別作其垂直平分線，得交點(diǎn)分線，得交點(diǎn)B1和和C1；E1ADE2F1F2F3A2D2A3D3E3B1C1a23a12d12d2352v轉(zhuǎn)換機(jī)架法的具體作圖方法轉(zhuǎn)換機(jī)架法的具體作圖方法為了不改變反轉(zhuǎn)前后機(jī)構(gòu)的為了不改變反轉(zhuǎn)前后機(jī)構(gòu)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，作圖時(shí)：相對(duì)運(yùn)動(dòng)，作圖時(shí)：將原機(jī)構(gòu)每一位置的各構(gòu)件之間的相對(duì)位置將原機(jī)構(gòu)每一位置的各構(gòu)件之間的相對(duì)位置視為剛性體視為剛性體；用作用作全等四邊形或全等三角形全等四邊形或全等三角形的方法，求出轉(zhuǎn)化后機(jī)構(gòu)的的方法，求出轉(zhuǎn)化后機(jī)

29、構(gòu)的各構(gòu)件的相對(duì)位置。各構(gòu)件的相對(duì)位置。532. 按按兩連架桿對(duì)應(yīng)位置兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)換機(jī)架法轉(zhuǎn)換機(jī)架法(亦稱亦稱反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法)B2C2AB1C1D 12 12以連架桿為相對(duì)機(jī)架以連架桿為相對(duì)機(jī)架按兩連架桿兩個(gè)對(duì)應(yīng)按兩連架桿兩個(gè)對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿三個(gè)對(duì)應(yīng)按兩連架桿三個(gè)對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)問題：設(shè)計(jì)問題： 12B2 A2 541）按）按兩連架桿兩個(gè)對(duì)應(yīng)位置兩連架桿兩個(gè)對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知：已知：機(jī)架長(zhǎng)度機(jī)架長(zhǎng)度 lAD= d ，一連架桿長(zhǎng)度，一連架桿長(zhǎng)度lAB及兩連架桿對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)及兩連架桿對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)

30、角角 12、 12 。設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)：四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu) 12比例尺比例尺 ld 12 121221B1B2C1B2 12ADd有無窮多解有無窮多解1111lllABCDBClABlC DlBC552）按）按兩連架桿三個(gè)對(duì)應(yīng)位置兩連架桿三個(gè)對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)C1B3 13_B2 ADC1C2C312131213請(qǐng)求出請(qǐng)求出B1討論：討論：1 、哪個(gè)構(gòu)件應(yīng)成為相對(duì)機(jī)架？、哪個(gè)構(gòu)件應(yīng)成為相對(duì)機(jī)架？2 、反轉(zhuǎn)角為哪個(gè)？、反轉(zhuǎn)角為哪個(gè)？12_E3E212131213B1ADB2B3E1已知：已知：機(jī)架長(zhǎng)度機(jī)架長(zhǎng)度lAD、一連架桿長(zhǎng)度、一連架桿長(zhǎng)度lAB及其起始位置、兩連架桿及其起始位置、兩連架

31、桿對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角 12 、 12 、 13 、 13 。設(shè)計(jì)：四桿機(jī)構(gòu)（即求設(shè)計(jì)：四桿機(jī)構(gòu)（即求C點(diǎn)）。點(diǎn)）。（以（以DE1為機(jī)架）為機(jī)架）以所求點(diǎn)所在的構(gòu)件作為機(jī)架563. 按給定的按給定的行程速比系數(shù)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)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求：已知搖桿的長(zhǎng)度已知搖桿的長(zhǎng)度CD、擺角、擺角 及行程速比系數(shù)及行程速比系數(shù)K。設(shè)計(jì)過程：設(shè)計(jì)過程：1）計(jì)算極位夾角：）計(jì)算極位夾角：11180 KK 2）選定機(jī)構(gòu)比例尺，作出搖桿的兩極限位置；）選定機(jī)構(gòu)比例尺，作出搖桿的兩極限位置；57GF(除弧除弧FG以外以外)IM N90- C1C2D P B1B2A3）連接

32、）連接C1C2，過，過C2 作作C2M C1C2 ；另過；另過C1作作 C2C1N=90 - 的射線的射線C1N，交交C2M于于P點(diǎn)；點(diǎn)；4）以）以C1P 為直徑作圓為直徑作圓I，則該圓上任一點(diǎn)均可則該圓上任一點(diǎn)均可作為作為A鉸鏈，有無窮鉸鏈，有無窮多解。多解。abACabAC 21設(shè)曲柄長(zhǎng)度為設(shè)曲柄長(zhǎng)度為a，連桿長(zhǎng)度為，連桿長(zhǎng)度為b，則，則:222121ACACbACACa 58A A點(diǎn)所在圓點(diǎn)所在圓設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟 由由K計(jì)算出計(jì)算出 ； 連接連接C1 、C2，過，過C1 、C2兩點(diǎn)兩點(diǎn)作與作與C1C2 的夾角均為的夾角均為900- 的的兩兩射線射線 C1N、 C2M，交于，交于O點(diǎn)；點(diǎn)；

33、 以以O(shè)為圓心，為圓心，OC1為半徑作為半徑作圓，為鉸鏈中心圓，為鉸鏈中心A點(diǎn)所在圓點(diǎn)所在圓無窮解；無窮解； 利用另外條件獲取唯一解；利用另外條件獲取唯一解；B1B2M 用作圖法用作圖法( (或公式計(jì)算或公式計(jì)算) )得曲柄和連桿尺寸。得曲柄和連桿尺寸。方法二：方法二：90 - NOFG(除弧除弧FG以外以外)DC2C159C2 B2 C1 B1 IGFC1C2D B1B2A錯(cuò)位不連續(xù)問題錯(cuò)位不連續(xù)問題不連通域不連通域A點(diǎn)愈靠近點(diǎn)愈靠近FG點(diǎn)，最小傳動(dòng)角點(diǎn)，最小傳動(dòng)角將愈小。將愈小。A點(diǎn)不點(diǎn)不能選在能選在FG和和C1C2兩弧段內(nèi)兩弧段內(nèi)。否則。否則運(yùn)動(dòng)將不連續(xù)。運(yùn)動(dòng)將不連續(xù)。60 90- P AE2aIIXIC1C2D (1)給定機(jī)架長(zhǎng)度給定機(jī)架長(zhǎng)度d的解：的解：(2)給定曲柄長(zhǎng)度給定曲柄長(zhǎng)度a的解：的解：作圖步驟：作圖步驟：abACabAC 21證明：證明：aACAC221 22212221,2C XEXC XAC C AC XEAC XAEXAEAC