機(jī)械原理-第八章平面連桿機(jī)構(gòu)修訂1

1、第八章第八章 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)81 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)82 平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用83 有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)84 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)81 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)應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)用實(shí)例：內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)、鶴式吊鶴式吊、火車輪火車輪、急回沖床急回沖床、牛頭刨床牛頭刨床、翻箱機(jī)翻箱機(jī)、橢圓儀橢圓儀、機(jī)械手爪機(jī)械手爪、開窗、車門、折疊傘、床、牙膏筒拔管開窗、車門、折疊傘、床、牙膏筒拔管機(jī)、單車等機(jī)、單車等特點(diǎn)：特點(diǎn)： 采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損采

2、用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損 形狀簡單、易加工。形狀簡單、易加工。改變桿的相對(duì)長度，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同。改變桿的相對(duì)長度，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同。連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。構(gòu)件呈構(gòu)件呈“桿桿”狀、傳遞路線長。狀、傳遞路線長。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副多，累積誤差大、運(yùn)動(dòng)精度低、效率低構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副多，累積誤差大、運(yùn)動(dòng)精度低、效率低。產(chǎn)生動(dòng)載荷（慣性力），不適合高速。產(chǎn)生動(dòng)載荷（慣性力），不適合高速。難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡。難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡。分類分類: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)常以構(gòu)件數(shù)命名：常以構(gòu)件數(shù)命名：四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)、多桿機(jī)構(gòu)多

3、桿機(jī)構(gòu)。本章重點(diǎn)內(nèi)容是介紹四桿機(jī)構(gòu)。本章重點(diǎn)內(nèi)容是介紹四桿機(jī)構(gòu)。82 平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用1.平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式基本型式基本型式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，其它四桿機(jī)構(gòu)都是由它演變得到的，其它四桿機(jī)構(gòu)都是由它演變得到的名詞解釋：名詞解釋：曲柄曲柄作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；三種基本型式：三種基本型式：（1 1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)特征：特征：曲柄搖桿曲柄搖桿作用：作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)。如雷達(dá)天線。將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)。如雷達(dá)天線。連桿連桿作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件；作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件；連架桿連架桿

4、與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件；與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件；搖桿搖桿作定軸擺動(dòng)的構(gòu)件；作定軸擺動(dòng)的構(gòu)件；周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副能作能作360 360 相對(duì)回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)副；相對(duì)回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)副；擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副只能作有限角度擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。只能作有限角度擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。曲柄曲柄連桿連桿搖桿搖桿（2 2）雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)特征特征：兩個(gè)曲柄：兩個(gè)曲柄作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樽饔茫簩⒌人倩剞D(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人俚人倩蚧蜃兯僮兯倩剞D(zhuǎn)。如回轉(zhuǎn)。如慣性篩慣性篩等。等。雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)曲柄主動(dòng)曲柄主動(dòng)ABDC1243ABDC12432143縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)搖桿主動(dòng)搖桿主動(dòng)3124ABDC1234E6耕地耕地料斗料斗DCAB實(shí)例：實(shí)例：火

5、車輪火車輪慣性篩機(jī)構(gòu)慣性篩機(jī)構(gòu)特例：特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)AB = CD特征：特征：兩連架桿等長且平行，連桿作平動(dòng)兩連架桿等長且平行，連桿作平動(dòng)香皂成型機(jī)。香皂成型機(jī)。BC = ADABCD31BCABDC耕地耕地料斗料斗DCAB、攝影平臺(tái)攝影平臺(tái)ADBC、天平天平、播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)為避免在共線位置出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定，為避免在共線位置出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定，采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列。采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列。反平行四邊形機(jī)構(gòu)反平行四邊形機(jī)構(gòu)-車門開閉機(jī)構(gòu)車門開閉機(jī)構(gòu)反向反向AEDGBFCABEFDCGABDCE（3 3）雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)特征：特征：兩個(gè)搖桿兩個(gè)搖桿應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：鑄

6、造翻箱機(jī)構(gòu)鑄造翻箱機(jī)構(gòu)特例：特例：等腰梯形機(jī)構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等腰梯形機(jī)構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)ABDCBCABDC風(fēng)扇座風(fēng)扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機(jī)電機(jī)電機(jī)電機(jī)ABDC風(fēng)扇座風(fēng)扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機(jī)電機(jī)ABDC風(fēng)扇座風(fēng)扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿ABDCEABDCE2.2.平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式(1) (1) 改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu) 正弦機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)ss=l sin (2)(2)改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸

7、(3)(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架選不同的構(gòu)件為機(jī)架偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)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)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)小型刨床小型刨床牛頭刨床牛頭刨床應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例ABDCE123456ABDC1243C2C1(3)(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架選不同的構(gòu)件為機(jī)架搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)314A2BC導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)ACB1234應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例B234C1A自卸卡車舉升機(jī)構(gòu)自卸卡車舉升機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例B34C1A2應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例4A1B23C應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例13C4AB2應(yīng)用實(shí)例應(yīng)

8、用實(shí)例A1C234B(3)(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架選不同的構(gòu)件為機(jī)架搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)314A2BC導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)手搖唧筒手搖唧筒這種通過選擇不同構(gòu)件作為機(jī)架以獲得不同機(jī)構(gòu)的方法稱為：這種通過選擇不同構(gòu)件作為機(jī)架以獲得不同機(jī)構(gòu)的方法稱為：-機(jī)構(gòu)的倒置機(jī)構(gòu)的倒置BC3214AABC3214(4)(4)運(yùn)動(dòng)副元素的逆換運(yùn)動(dòng)副元素的逆換將低副兩運(yùn)動(dòng)副元素的包容關(guān)系進(jìn)行逆換，不影響兩將低副兩運(yùn)動(dòng)副元素的包容關(guān)系進(jìn)行逆換，不影響兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。橢圓儀機(jī)構(gòu)橢圓儀機(jī)構(gòu)例：選擇雙滑塊機(jī)構(gòu)中的不同

9、構(gòu)件例：選擇雙滑塊機(jī)構(gòu)中的不同構(gòu)件 作為機(jī)架可得不同的機(jī)構(gòu)作為機(jī)架可得不同的機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)321412344321321483 有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)1.1.平面平面四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件有曲柄的條件設(shè)設(shè)adadad，同理有：，同理有： da, db, dcabdcCBADB”C”則由則由BCD可得：可得：三角形任意兩邊之和大于第三邊則由則由B”C”D可得：可得：a+db+cc(d-a)+ b即即: a+bd+c即即: a+cd+bAB為最短桿為最短桿AD為最短桿為最短桿ad中必有一個(gè)是機(jī)架最長桿與最短桿的長最長

10、桿與最短桿的長度之和度之和其他兩桿長其他兩桿長度之和度之和cbd-a2.連架桿或機(jī)架之一為最短桿。連架桿或機(jī)架之一為最短桿。可知：當(dāng)滿足桿長條件時(shí)，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)可知：當(dāng)滿足桿長條件時(shí)，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是周轉(zhuǎn)副副都是周轉(zhuǎn)副。曲柄存在的條件：曲柄存在的條件：1. 最長桿與最短桿的長度之和應(yīng)最長桿與最短桿的長度之和應(yīng)其他兩桿長度之和其他兩桿長度之和此時(shí)，鉸鏈此時(shí)，鉸鏈A為周轉(zhuǎn)副。為周轉(zhuǎn)副。若取若取BC為機(jī)架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈為機(jī)架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈B也是周轉(zhuǎn)副。也是周轉(zhuǎn)副。ABCDabcd 稱為稱為桿長條件桿長條件。 當(dāng)滿足桿長條件時(shí)，說明存在周轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的當(dāng)滿足桿

11、長條件時(shí)，說明存在周轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的構(gòu)件作為機(jī)架時(shí)，可得不同的機(jī)構(gòu)。如：構(gòu)件作為機(jī)架時(shí)，可得不同的機(jī)構(gòu)。如：曲柄搖桿曲柄搖桿、 雙曲柄雙曲柄、 雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)。ABCD2.2.急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)在在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時(shí)，搖桿中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時(shí)，搖桿位于兩個(gè)極限位置，簡稱極位。位于兩個(gè)極限位置，簡稱極位。當(dāng)曲柄以當(dāng)曲柄以逆時(shí)針轉(zhuǎn)過逆時(shí)針轉(zhuǎn)過180180+ +時(shí)，搖桿從時(shí)，搖桿從C1D位置擺到位置擺到C2D。所花時(shí)間為所花時(shí)間為t1 , , 平均速度為平均速度為V1, ,那么有：那么有：/ )180(1t1211tCCV )1

12、80/(21CC曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)3DB1C1AD此兩處曲柄之間的夾角此兩處曲柄之間的夾角 稱為稱為極位夾角極位夾角。C2B2180180當(dāng)曲柄以當(dāng)曲柄以繼續(xù)轉(zhuǎn)過繼續(xù)轉(zhuǎn)過180180- -時(shí)，搖桿從時(shí)，搖桿從C2D,置擺到置擺到C1D，180180- -B1C1ADC2B2180180所花時(shí)間為所花時(shí)間為t2 , ,平均速度為平均速度為V2 , ,那么有：那么有： 12VVK 180180/ )180(2t因曲柄轉(zhuǎn)角不同，故搖桿來回因曲柄轉(zhuǎn)角不同，故搖桿來回?cái)[動(dòng)的時(shí)間不一樣，平均速度擺動(dòng)的時(shí)間不一樣，平均速度也不等。也不等。并且：并且：t t1 1 tt2 2 V V2 2 V V1 1

13、搖桿的這種特性稱為搖桿的這種特性稱為急回運(yùn)動(dòng)急回運(yùn)動(dòng)。用以下比值表示急回程度：。用以下比值表示急回程度：21tt稱稱K為為行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)。2212tCCV )180/(21CC122121tCCtCC且且越大，越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。值越大，急回性質(zhì)越明顯。只要只要 0 ， 就有就有 KK1所以可通過分析機(jī)構(gòu)中是否存在以及的大小來判斷機(jī)構(gòu)是否有急回運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的程度。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性的急回特性應(yīng)用：應(yīng)用：空行程節(jié)省運(yùn)動(dòng)時(shí)間，如空行程節(jié)省運(yùn)動(dòng)時(shí)間，如牛頭刨牛頭刨、往復(fù)式輸送機(jī)等。、往復(fù)式輸送機(jī)等。180180180180- -導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的急回特性的急回特性

14、180180180180- -思考題：思考題： 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性如何？對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性如何？11180KK:180180可得由K對(duì)于需要有急回運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，常常是根據(jù)需要的行程速比系數(shù)K, 先求出 ，然后在設(shè)計(jì)各構(gòu)件的尺寸。PPt PnABCDminmin出現(xiàn)的位置：出現(xiàn)的位置：3. .四桿機(jī)構(gòu)的壓力角與傳動(dòng)角四桿機(jī)構(gòu)的壓力角與傳動(dòng)角切向分力切向分力: : P Pt t= Pcos= Pcos法向分力法向分力: : P Pn n= Pcos= Pcos P Pt t可用可用的大小來表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞的大小來表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞, ,對(duì)傳動(dòng)有利對(duì)傳動(dòng)有利。為了保證機(jī)構(gòu)

15、良好的傳力性能，設(shè)計(jì)時(shí)要求為了保證機(jī)構(gòu)良好的傳力性能，設(shè)計(jì)時(shí)要求: :當(dāng)當(dāng)BCD90BCD90時(shí)，時(shí)，BCDBCD當(dāng)當(dāng)BCD90BCD90時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)BCDBCD最小或最大時(shí)，最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)都有可能出現(xiàn)minmin此位置一定是：此位置一定是：= = PsinPsin稱稱為為傳動(dòng)角傳動(dòng)角minmin5050 180180- BCD- BCDCDBAP主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一。主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一。由余弦定律有：由余弦定律有： B B1 1C C1 1D Darccosarccosbb2 2+c+c2 2-(d-a)-(d-a)2 2/2bc/2bc B B2 2C C2 2D D

16、arccosarccosbb2 2+c+c2 2-(d+a)-(d+a)2 2/2bc/2bc若若B B1 1C C1 1D90D90, ,則則若若B B2 2C C2 2D90D90, , 則則1 1BB1 1C C1 1D D2 2180180-B-B2 2C C2 2D D機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角一般在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角一般在運(yùn)動(dòng)鏈最終一個(gè)從動(dòng)件上度量。鏈最終一個(gè)從動(dòng)件上度量。車門車門vC2B21 1C1B1abcdminminBB1 1C C1 1D, 180D, 180-B-B2 2C C2 2DDminmin2 2P4. .四桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)四桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)搖桿為主動(dòng)件，搖桿為主動(dòng)件，且連桿與且連桿與

17、曲柄兩次共線曲柄兩次共線時(shí)時(shí)，有：，有：此時(shí)此時(shí)機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng). .避免措施：避免措施： 兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列，如兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列，如火車輪機(jī)構(gòu)火車輪機(jī)構(gòu); ;P稱此位置為：稱此位置為：“死點(diǎn)死點(diǎn)”0 0靠靠飛輪的慣性飛輪的慣性（如內(nèi)然機(jī)、縫紉機(jī)等）。（如內(nèi)然機(jī)、縫紉機(jī)等）。AEDGBFCABEFDCGABCD1234P鉆孔夾具鉆孔夾具也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作： 起落架、鉆夾具等起落架、鉆夾具等。工件工件ABCD1234工件工件P=0=0TABDC飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架ABCDF=0=05. .鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性指連桿機(jī)構(gòu)能否連續(xù)實(shí)現(xiàn)給定的

18、各個(gè)位置。指連桿機(jī)構(gòu)能否連續(xù)實(shí)現(xiàn)給定的各個(gè)位置?？尚杏颍嚎尚杏颍簱u桿的運(yùn)動(dòng)范圍。搖桿的運(yùn)動(dòng)范圍。不可行域：不可行域：搖桿不能達(dá)到的區(qū)域。搖桿不能達(dá)到的區(qū)域。設(shè)計(jì)時(shí)不能要求從一個(gè)可行域跳過不可行域進(jìn)入另一個(gè)可行域。設(shè)計(jì)時(shí)不能要求從一個(gè)可行域跳過不可行域進(jìn)入另一個(gè)可行域。稱此為稱此為錯(cuò)位不連續(xù)錯(cuò)位不連續(xù)。錯(cuò)序不連續(xù)錯(cuò)序不連續(xù)設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)滿足運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件。設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)滿足運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件。DAB1C1B2C2B3C3DAB1C1B3C3B2C2CC1C2C1C2CADB84 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) 1.連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題2. 用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)用

19、解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)3.用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)3.2按兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)3.1按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)3.3按連桿上任意標(biāo)志線的三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按連桿上任意標(biāo)志線的三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)3.4按給定的行程速比系數(shù)按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)84 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) 1.連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題 機(jī)構(gòu)選型機(jī)構(gòu)選型根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇機(jī)構(gòu)的類型；根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇機(jī)構(gòu)的類型；尺度綜合尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)(長度

20、尺寸長度尺寸)。 同時(shí)要滿足其他輔助條件：同時(shí)要滿足其他輔助條件：a)結(jié)構(gòu)條件結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長比恰當(dāng)、運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)合理等）（如要求有曲柄、桿長比恰當(dāng)、運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)合理等）;b)動(dòng)力條件（如動(dòng)力條件（如minmin）;c)運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件等。運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件等。三類設(shè)計(jì)要求：三類設(shè)計(jì)要求：1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如起落架起落架、牛頭刨牛頭刨。2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機(jī)構(gòu)鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。3)滿足預(yù)定的軌跡要求，如滿足預(yù)定的軌跡要求，如鶴式起重機(jī)鶴式起重機(jī)、攪拌機(jī)攪拌機(jī)等。等。飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架函數(shù)

21、機(jī)構(gòu)函數(shù)機(jī)構(gòu)ADCBBC要求兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)要求兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足函數(shù)滿足函數(shù) y=logxxy=logxABCD鶴式起重機(jī)鶴式起重機(jī)攪拌機(jī)構(gòu)攪拌機(jī)構(gòu)要求連桿上要求連桿上E點(diǎn)的軌點(diǎn)的軌跡為一條卵形曲線跡為一條卵形曲線要求連桿上要求連桿上E點(diǎn)的軌點(diǎn)的軌跡為一條水平直線跡為一條水平直線QABCDEQCBADE給定的設(shè)計(jì)條件：給定的設(shè)計(jì)條件：1)幾何條件幾何條件（給定連架桿或連桿的位置）（給定連架桿或連桿的位置）2)運(yùn)動(dòng)條件運(yùn)動(dòng)條件（給定（給定K）3)動(dòng)力條件動(dòng)力條件（給定（給定minmin）設(shè)計(jì)方法：設(shè)計(jì)方法：解析法、圖解法解析法、圖解法2. 用解析法設(shè)計(jì)四桿

22、機(jī)構(gòu)用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)思路：思路：首先建立包含機(jī)構(gòu)的各尺度參數(shù)和運(yùn)動(dòng)變量在內(nèi)的解析首先建立包含機(jī)構(gòu)的各尺度參數(shù)和運(yùn)動(dòng)變量在內(nèi)的解析關(guān)系式，然后根據(jù)已知的運(yùn)動(dòng)變量求解所需的機(jī)構(gòu)尺度參數(shù)。關(guān)系式，然后根據(jù)已知的運(yùn)動(dòng)變量求解所需的機(jī)構(gòu)尺度參數(shù)。1 )按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)xyABCD12342. 用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1 )按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)給定連架桿對(duì)應(yīng)位置：給定連架桿對(duì)應(yīng)位置：即即構(gòu)件構(gòu)件3和和構(gòu)件構(gòu)件1滿足以下位置關(guān)系：滿足以下位置關(guān)系：2i 1i 3i 00abcd建立坐標(biāo)系建立坐標(biāo)系, ,設(shè)構(gòu)件長度

23、為設(shè)構(gòu)件長度為a b c d,1 13,3,的起始角為的起始角為0 0、0 0 在在x,yx,y軸上投影可得：軸上投影可得： a+b=c+d機(jī)構(gòu)尺寸比例放大時(shí)，不影響各構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)尺寸比例放大時(shí)，不影響各構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)角 acoc(1i+0 )+bcos2i = d+ccos(3i+0 ) asin(1i+0 )+bsin2i = csin(3i+0 )令：令： a/a=1 b/a=m c/a=n d/a=l 3i3if (1i 1i ) i=1,2,3n設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)( (求各構(gòu)件長度求各構(gòu)件長度) )。帶入移項(xiàng)得：帶入移項(xiàng)得： mcos2 i= l+ncos(3i+0 )co

24、s(1i+0 )消去消去2i2i整理得：整理得：coscos( (1i1i+0 0) )ncos(3i+0 )-(n/l) cos(3i+0-1i -0 ) +(l2+n2+1-m2)/(2l)令 p0=n, p1= -n/l, p2=(l2+n2+1-m2)/(2l)則上式簡化為：則上式簡化為：coccoc( (1i1i+0 0 ) )P0cos(3i+0 ) p1 cos(3i+0 -1i -0 )+ p2式中包含有式中包含有p0，p1，p2，0，0五個(gè)待定參數(shù)五個(gè)待定參數(shù), ,故四桿機(jī)構(gòu)最多故四桿機(jī)構(gòu)最多可按兩連架桿的五組對(duì)應(yīng)未知精確求解?？砂磧蛇B架桿的五組對(duì)應(yīng)未知精確求解。當(dāng)當(dāng)i5i5

25、時(shí)，一般不能求得精確解，只能用最小二乘法近似求解。時(shí)，一般不能求得精確解，只能用最小二乘法近似求解。當(dāng)當(dāng)i5i5時(shí)，可預(yù)定部分參數(shù)，有無窮多組解。時(shí)，可預(yù)定部分參數(shù)，有無窮多組解。msin2 i= nsin(3i+0 )sin(1i+0 )舉例：舉例：設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)滿足連架桿三組對(duì)應(yīng)位置：設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)滿足連架桿三組對(duì)應(yīng)位置：11 11 3131 12 12 3232 13 13 33334545 50 50 90 90 80 80 135 135 110 110B3C3B2C2111131311212323213133333設(shè)預(yù)選參數(shù)設(shè)預(yù)選參數(shù)0、00，帶入方程得：帶入方程得： cos90c

26、os90= = P P0 0cos80cos80+ +P P1 1cos(80cos(80-90-90)+ )+ P P2 2 cos135cos135= = P P0 0cos110cos110+ +P P1 1cos(110cos(110-135-135)+ )+ P P2 2解得相對(duì)長度解得相對(duì)長度: : P P0 0 =1.533, =1.533, P P1 1=-1.0628, =-1.0628, P P2 2=0.7805=0.7805各桿相對(duì)長度為：各桿相對(duì)長度為： n= P0 =1.553, l=-n/ P1 =1.442, m m =(=(l2+n2+1-2lP P2 2 )

27、1/2 =1.783 =1.783 選定構(gòu)件選定構(gòu)件a的長度之后，可求得其余桿的絕對(duì)長度。的長度之后，可求得其余桿的絕對(duì)長度。 cos45cos45= = P P0 0cos50cos50+ +P P1 1cos(50cos(50-45-45)+)+P P2 2B1C1AD3.用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)3.1按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)a)給定連桿兩組位置給定連桿兩組位置有唯一解。有唯一解。B1C1B2C2AD將鉸鏈將鉸鏈A、D分別選在分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意位置都能滿連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設(shè)計(jì)要求。足設(shè)計(jì)要求。b)給定

28、連桿上鉸鏈給定連桿上鉸鏈BC的三組位置的三組位置有無窮多組解。有無窮多組解。ADB1C1B2C2B3C3AD已知固定鉸鏈已知固定鉸鏈A、D和連架桿位置，確定活動(dòng)鉸鏈和連架桿位置，確定活動(dòng)鉸鏈B、C的位置。的位置。3.2按兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)AD機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)化原理機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)化原理BC22B2E2 11B1E13.2按兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知已知:機(jī)架長度機(jī)架長度d和兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置。和兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置。AdD1.任意選定構(gòu)件任意選定構(gòu)件AB的長度的長度B333E3B22.連接連接B2 E2、DB2的

29、得的得B2 E2D ，3. 繞繞D 將將B2 E2D旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)1 1 -2 2得得B2點(diǎn)；點(diǎn)； 321321AB3B2B1E3E2E1dDB2B33.2 按兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知已知:機(jī)架長度機(jī)架長度d和兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置。和兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置。1.任意選定構(gòu)件任意選定構(gòu)件AB的長度的長度2.連接連接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D ，4.連接連接B3 E3、DB3的得的得B3 E3D ，5.繞繞D將將B3E3D旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)1 1 -3 3得得B3點(diǎn)；點(diǎn)；3. 繞繞D 將將B2 E2D旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)1 1 -2 2得得B2點(diǎn)；點(diǎn)； 321321AB

30、1E3E2E1dDB3B2C1B2C2B3C33.2按兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知已知:機(jī)架長度機(jī)架長度d和兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置。和兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置。1.任意選定構(gòu)件任意選定構(gòu)件AB的長度的長度2.連接連接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D ，3.繞繞D點(diǎn)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)B2 E2D得得B2點(diǎn)；點(diǎn)；6. 由由B1 B2 B3 三三點(diǎn)求圓心點(diǎn)求圓心C3 。4.連接連接B3 E3、DB3的得的得B3 E3D ，5.繞繞D將將B3E3D旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)1 1 -3 3得得B3點(diǎn)；點(diǎn)； 321321AB1E3E2E1dDB3B2C1B2C2B3C33.2按兩連架桿三

31、組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知已知:機(jī)架長度機(jī)架長度d和兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置。和兩連架桿三組對(duì)應(yīng)位置。1.任意選定構(gòu)件任意選定構(gòu)件AB的長度的長度2.連接連接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D ，3.繞繞D點(diǎn)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)B2 E2D得得B2點(diǎn)；點(diǎn)；6. 由由B1 B2 B3 三三點(diǎn)求圓心點(diǎn)求圓心C3 。4.連接連接B3 E3、DB3的得的得B3 E3D ，5.繞繞D將將B3E3D旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)1 1 -3 3得得B3點(diǎn)；點(diǎn)；3.3按連桿上任意標(biāo)志線的三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按連桿上任意標(biāo)志線的三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈鉸鏈B相對(duì)于鉸鏈相對(duì)于鉸鏈A的運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓弧，

32、反之，的運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓弧，反之，鉸鏈鉸鏈A相對(duì)于鉸鏈相對(duì)于鉸鏈B的運(yùn)動(dòng)軌跡也是一個(gè)圓??；的運(yùn)動(dòng)軌跡也是一個(gè)圓??；B1C1M1N1ADB2C2M2N2C3M3N3B3同理：同理：鉸鏈鉸鏈C相對(duì)于鉸鏈相對(duì)于鉸鏈D的運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓弧的運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓弧,鉸鏈鉸鏈D相對(duì)于鉸鏈相對(duì)于鉸鏈C的運(yùn)動(dòng)軌跡也是一圓弧。的運(yùn)動(dòng)軌跡也是一圓弧。3.3按連桿上任意標(biāo)志線的三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按連桿上任意標(biāo)志線的三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知已知:機(jī)架長度機(jī)架長度d和連桿上某一標(biāo)志線的三組對(duì)應(yīng)位置：和連桿上某一標(biāo)志線的三組對(duì)應(yīng)位置：M1N1、 M2N2 、 M3N3 ，求鉸鏈，求鉸鏈B、C的位置。的位置。ADM1N1M

33、2M3N2N3分析分析:鉸鏈鉸鏈A、D相對(duì)于鉸鏈相對(duì)于鉸鏈B、C的運(yùn)動(dòng)軌跡各為一圓弧，依據(jù)的運(yùn)動(dòng)軌跡各為一圓弧，依據(jù)轉(zhuǎn)化原理，將連桿固定作為機(jī)架，得一轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)，在轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中，轉(zhuǎn)化原理，將連桿固定作為機(jī)架，得一轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)，在轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中，AD成為連桿。只要求出原機(jī)架成為連桿。只要求出原機(jī)架AD相對(duì)于標(biāo)志線的三組對(duì)應(yīng)位置，相對(duì)于標(biāo)志線的三組對(duì)應(yīng)位置，原問題就轉(zhuǎn)化為按連桿三組位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的問題。原問題就轉(zhuǎn)化為按連桿三組位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的問題。B1AA”B1ADM1N1M2M3N2AA”D”DN3分析分析:鉸鏈鉸鏈A、D相對(duì)于鉸鏈相對(duì)于鉸鏈B、C的運(yùn)動(dòng)軌跡各為一圓弧，依據(jù)的運(yùn)動(dòng)軌跡各為一圓弧，依據(jù)轉(zhuǎn)化

34、原理，將連桿固定作為機(jī)架，得一轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)，在轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中，轉(zhuǎn)化原理，將連桿固定作為機(jī)架，得一轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)，在轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)中，AD成為連桿。只要求出原機(jī)架成為連桿。只要求出原機(jī)架AD相對(duì)于標(biāo)志線的三組對(duì)應(yīng)位置，相對(duì)于標(biāo)志線的三組對(duì)應(yīng)位置，原問題就轉(zhuǎn)化為按連桿三組位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的問題。原問題就轉(zhuǎn)化為按連桿三組位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的問題。3.3按連桿上任意標(biāo)志線的三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按連桿上任意標(biāo)志線的三組對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知已知:機(jī)架長度機(jī)架長度d和連桿上某一標(biāo)志線的三組對(duì)應(yīng)位置：和連桿上某一標(biāo)志線的三組對(duì)應(yīng)位置：M1N1、 M2N2 、 M3N3 ，求鉸鏈，求鉸鏈B、C的位置。的位置。C13.4按給定

35、的行程速比系數(shù)按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)a) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)計(jì)算計(jì)算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);已知已知：CD桿長，擺角桿長，擺角及及K，設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。步驟如下：此機(jī)構(gòu)。步驟如下：任取一點(diǎn)任取一點(diǎn)D D，作等腰三角形腰長，作等腰三角形腰長 為為CDCD，夾角為，夾角為;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P P C1C2的外接圓，則的外接圓，則A A點(diǎn)必在此圓上。點(diǎn)必在此圓上。選定選定A A，設(shè)曲柄為，設(shè)曲柄為a a，連桿為，連桿為b b，則，則A A C1=a+b,=a+b,以以A A為圓心，為圓心，A A C2為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得： a=EC1/ 2 b= A b= A C1EC1/ 290-PAEC1C2A A C2=b-a=b-a，故有：，故有： a=( A A C1A A C2)/ 2D C2C1P=90, ,交于交于P;P;22aC1C2e(3)按給定的行程速比系數(shù)按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)b) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)H90-oAE已知已知K