第5章平面連桿機構

1、第五第五章章 平面連桿機構及其設計平面連桿機構及其設計一、基本要求一、基本要求二、基本概念和基礎知識二、基本概念和基礎知識三、學習重點及難點三、學習重點及難點四、例題精選四、例題精選五、試題自測及答案五、試題自測及答案 一、基本要求一、基本要求 1 . 了解連桿機構的定義、特點和用途。了解連桿機構的定義、特點和用途。3 . 深刻理解平面連桿機構的基本性質深刻理解平面連桿機構的基本性質曲柄存曲柄存在條件、急回運動、死點和壓力角等。在條件、急回運動、死點和壓力角等。4 . 掌握設計平面四桿機構的一些基本方法。掌握設計平面四桿機構的一些基本方法。2 . 了解平面四桿機構的基本型式、演化型式及了解平面

2、四桿機構的基本型式、演化型式及其在工程實際中的應用。其在工程實際中的應用。二、基本概念和基礎知識二、基本概念和基礎知識 1. 平面連桿機構的型式平面連桿機構的型式3. 平面連桿機構設計的的基本問題平面連桿機構設計的的基本問題2. 平面連桿機構的基本性質平面連桿機構的基本性質F 平面四桿機構的型式平面四桿機構的型式F 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構F 雙曲柄機構雙曲柄機構F 雙搖桿機構雙搖桿機構u 基本型式基本型式u 演化型式演化型式F 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構F 曲柄導桿機構曲柄導桿機構F 曲柄搖塊機構曲柄搖塊機構F 移動導桿機構移動導桿機構F 雙滑塊機構雙滑塊機構F 雙轉塊機構雙轉塊機構F 正弦機

3、構正弦機構F 正切機構正切機構含有一個移動副的四桿機構含有一個移動副的四桿機構含有兩個移動副的四桿機構含有兩個移動副的四桿機構雙滑塊機構雙滑塊機構雙轉塊機構雙轉塊機構正弦機構正弦機構正切機構正切機構F 平面連桿機構的基本性質平面連桿機構的基本性質u曲柄存在條件曲柄存在條件u 極位夾角與擺角極位夾角與擺角u 急回特性與行程速比系數(shù)急回特性與行程速比系數(shù)u 壓力角與傳動角壓力角與傳動角 u 死點位置死點位置 F 曲柄存在條件曲柄存在條件 若連架桿為若連架桿為lmin，則機構存在一個曲柄；，則機構存在一個曲柄； 若機架為若機架為lmin ，則機構存在兩個曲柄。，則機構存在兩個曲柄。l 滿足滿足桿長條

4、件桿長條件：最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩：最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；桿長度之和；l 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。 兩個推論兩個推論前提：滿足桿長條件前提：滿足桿長條件雙搖桿機構雙搖桿機構曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構雙搖桿機構雙搖桿機構雙曲柄機構雙曲柄機構cbda 以最短桿的相鄰桿為機架以最短桿的相鄰桿為機架以與最短桿相對的桿為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的類型判斷由不同桿作機架時四桿機構的類型 F 極位夾角與擺角極位夾角與擺角極位夾角極位夾角 當從動搖桿處當從

5、動搖桿處于左、右兩極限位置時，主動于左、右兩極限位置時，主動曲柄兩位置所夾的銳角曲柄兩位置所夾的銳角搖桿的擺角搖桿的擺角 從動搖桿從動搖桿兩極限位置間的夾角兩極限位置間的夾角F 急回特性與行程速比系數(shù)急回特性與行程速比系數(shù)急回特性急回特性 當曲柄等速轉動時，搖桿當曲柄等速轉動時，搖桿往復擺動的平均速度不同的運往復擺動的平均速度不同的運動特性。動特性。行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)表示表示急回運動的相對程度急回運動的相對程度oo180180KF 壓力角與傳動角壓力角與傳動角壓力角壓力角從動件受力點（從動件受力點（C點）的受力方向與受力點的速點）的受力方向與受力點的速度方向之間所夾的銳角。度方向之間所夾

6、的銳角。傳動角傳動角壓力角的余角壓力角的余角F 死點位置死點位置死點位置死點位置在搖桿在搖桿CD為為主動件的曲柄搖桿機構中主動件的曲柄搖桿機構中，連桿，連桿BC與從動曲柄與從動曲柄AB出現(xiàn)兩次共線的位置。出現(xiàn)兩次共線的位置。特征特征=0（=90）F 平面連桿機構設計的基本問題平面連桿機構設計的基本問題u 按照給定的運動軌跡設計四桿機構按照給定的運動軌跡設計四桿機構F 按照給定的連桿一系列位置設計四桿機構按照給定的連桿一系列位置設計四桿機構 F 按照連架桿的一系列位置設計四桿機構按照連架桿的一系列位置設計四桿機構 F 按照行程速比系數(shù)設計四桿機構按照行程速比系數(shù)設計四桿機構 u 按照給定的運動規(guī)

7、律設計四桿機構按照給定的運動規(guī)律設計四桿機構 按照給定連桿一系列位置設計四桿機構按照給定連桿一系列位置設計四桿機構剛體導引機構的設計剛體導引機構的設計鑄造車間翻轉臺鑄造車間翻轉臺 按照連架桿的一系列位置設計四桿機構按照連架桿的一系列位置設計四桿機構 實現(xiàn)函數(shù)關系實現(xiàn)函數(shù)關系的機構設計的機構設計 按照行程速比系數(shù)設計四桿機構按照行程速比系數(shù)設計四桿機構 按照連架桿的兩個極限位置和機構的急回特性設計四桿機構按照連架桿的兩個極限位置和機構的急回特性設計四桿機構 按照給定的運動軌跡設計四桿機構按照給定的運動軌跡設計四桿機構 三、學習重點及難點三、學習重點及難點曲柄存在條件分析過程曲柄存在條件分析過程最

8、小傳動角的確定最小傳動角的確定給定兩連架桿多組對應位置的連桿機構設計給定兩連架桿多組對應位置的連桿機構設計平面四桿機構的基本型式及其演化平面四桿機構的基本型式及其演化鉸鏈四桿機構的基本性質鉸鏈四桿機構的基本性質平面四桿機構的常用設計方法平面四桿機構的常用設計方法學習難點學習難點學習學習重點重點四、例題精選（四、例題精選（例題例題1 1、例題例題2 2） 解解 由圖中的幾何關系可知，該機由圖中的幾何關系可知，該機構的極位夾角構的極位夾角 303060 4 . 1180180 K 由圖中幾何關系還可得到由圖中幾何關系還可得到 60sin10060sin60sin30sinACABBCBCABlee

9、llell350) 13(50) 13(50BCABell 當滑塊在行程范圍內任意位置當滑塊在行程范圍內任意位置時，其壓力角可通過下式計算：時，其壓力角可通過下式計算： BCABsinsinlle顯然，除了曲柄轉角顯然，除了曲柄轉角 之外，其它之外，其它參數(shù)均為常數(shù)，所以，當參數(shù)均為常數(shù)，所以，當 90時，時，壓力角最大，且最大壓力角為：壓力角最大，且最大壓力角為： 4 .64max 40min（1）由于雷達天線俯仰傳動時不應有急回作用，故有：）由于雷達天線俯仰傳動時不應有急回作用，故有： 解解1K0 （2）選取比例尺）選取比例尺l1mm/mm，并利用已知條件作圖如下：，并利用已知條件作圖如下

10、： （3）從圖上量得：）從圖上量得：mm7552ACmm4831AC（4）因此有：）因此有：mm136212ABACAClmm619212BCACACl（5）作出可能為最小傳動角的兩個位置（即曲柄與機架共線的）作出可能為最小傳動角的兩個位置（即曲柄與機架共線的位置），經(jīng)判斷，在曲柄與機架重疊共線時，傳動角為最小，且位置），經(jīng)判斷，在曲柄與機架重疊共線時，傳動角為最小，且量得：量得：4070min 結論：傳動角結論：傳動角滿足要求滿足要求五、試題自測及答案（五、試題自測及答案（1 1、2 2、3 3、4 4）1. 已知四桿機構的極位夾角為零度，連架桿已知四桿機構的極位夾角為零度，連架桿 AB長長

11、20mm，連桿，連桿BC長長60mm，搖桿的擺角，搖桿的擺角60。 （作圖比例作圖比例1：1） 試求：試求： （1）用作圖法求解此四桿機構；）用作圖法求解此四桿機構； （2）標明連架桿）標明連架桿DC和機架和機架AD的長度；的長度； （3）判斷此四桿機構為何種機構；）判斷此四桿機構為何種機構； （4）在圖中標出最小傳動角的度數(shù)。）在圖中標出最小傳動角的度數(shù)。 （1）、（）、（2）、（）、（4）解如圖所示。解如圖所示。解解（3）因為：）因為：最短桿最短桿+最長桿最長桿=AB+AD=20+70=90BC+DC=60+40=100又因為又因為AD為機架為機架故為曲柄搖桿機構故為曲柄搖桿機構2. 已知

12、曲柄搖桿機構搖桿已知曲柄搖桿機構搖桿CD的長度的長度lCD=75 mm，機架，機架AD的長度的長度lAD=100 mm，行程速比系數(shù)，行程速比系數(shù)K=1.25，搖桿的右極限位置與機架間，搖桿的右極限位置與機架間的夾角的夾角 。（。（ m/mm） 45 0025.0 l 試求曲柄和連桿的長度試求曲柄和連桿的長度lAB、lBC。（1）計算極位夾角）計算極位夾角解解（2）作圖，并計算）作圖，并計算lAB、lBC18018025. 1K 20m0375. 015ABllm10875. 05 .43BCll3. 如圖所示曲柄搖桿機構，已知如圖所示曲柄搖桿機構，已知試求：試求： （1）搖桿）搖桿3的最小長

13、度的最小長度 ； （2）曲柄）曲柄1等速轉動時機構的行程速度變化系數(shù)等速轉動時機構的行程速度變化系數(shù)K。 mm 100 mm, 80 mm, 50ADBCABlllminCD)(l注意：采用注意：采用 進行計算進行計算minCDCD)(ll（1）由于）由于lCD不可能是最短桿，根據(jù)桿長條件：不可能是最短桿，根據(jù)桿長條件：解解當當lCD不是最長桿時：不是最長桿時：CD8010050lmm 7080150CDl當當lCD是最長桿時：是最長桿時：1008050CDlmm130CDl所以：所以：mm 70)(minCDl（2）設擺桿的左、右極限位置分別）設擺桿的左、右極限位置分別為為DC1、DC2，則

14、根據(jù)圖中幾何關系，則根據(jù)圖中幾何關系，有：有： 2 .32)(2)(arccosADBCAB2CD2AD2BCAB1lllllllADC0)(2)(arccosADABBC2CD2AD2ABBC2lllllllADC2 .3221ADCADC4358. 1)180()180( K4. 已知一曲柄滑塊機構的曲柄長度已知一曲柄滑塊機構的曲柄長度lAB15 mm，偏距，偏距e10 mm，連桿的長度連桿的長度lBC =35mm。 試求：試求： （1）畫出滑塊的極限位置；）畫出滑塊的極限位置； （2）標出極位夾角及行程）標出極位夾角及行程H; （3）確定行程速比系數(shù)）確定行程速比系數(shù)K; （4） 畫出最小傳動角的位置畫出最小傳動角的位置 并給出角度值。并給出角度值。min（1）滑塊的極限位置）滑塊的極限位置C1、C2如圖所示。如圖所示。解解（2）標出極位夾角）標出極位夾角及行程及行程H如圖所示。如圖所示。（3）根據(jù)圖中的幾何條件，有：）根據(jù)圖中的幾何條件，有：302010arc