機(jī)械原理第二章

1、第二章第二章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)二、連桿機(jī)構(gòu)的分類二、連桿機(jī)構(gòu)的分類1 1、根據(jù)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分為：、根據(jù)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分為：平面連桿機(jī)構(gòu)，空間連桿機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)，空間連桿機(jī)構(gòu)。2 2、根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目分為：、根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目分為：四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)等四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)等。 若干個(gè)構(gòu)件全用低副若干個(gè)構(gòu)件全用低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，也聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，也稱之為低副機(jī)構(gòu)。稱之為低副機(jī)構(gòu)。一、一、 連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)待定構(gòu)待定三、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)三、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)1）適用于傳遞較大的動(dòng)力，常用于動(dòng)力機(jī)械。）適用于傳遞較大的

2、動(dòng)力，常用于動(dòng)力機(jī)械。2 2）依靠運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形面保持構(gòu)件間的相互）依靠運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形面保持構(gòu)件間的相互接觸，且易于制造，易于保證所要求的制造精度接觸，且易于制造，易于保證所要求的制造精度3 3）能夠?qū)崿F(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)軌跡曲線和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，工程）能夠?qū)崿F(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)軌跡曲線和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，工程上常用來作為直接完成某種軌跡要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu)上常用來作為直接完成某種軌跡要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 不足之處：不足之處：1）不宜于傳遞高速運(yùn)動(dòng)。不宜于傳遞高速運(yùn)動(dòng)。2 2）可能產(chǎn)生較大的運(yùn)動(dòng)累積誤差?？赡墚a(chǎn)生較大的運(yùn)動(dòng)累積誤差。2-1 2-1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式、演變平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式、演變及其應(yīng)用及其應(yīng)用 在連架桿中

3、，能在連架桿中，能繞其軸線回轉(zhuǎn)繞其軸線回轉(zhuǎn)360360者稱為曲柄；僅能者稱為曲柄；僅能繞其軸線往復(fù)擺動(dòng)繞其軸線往復(fù)擺動(dòng)者稱為搖桿。者稱為搖桿。一、一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式1 1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu): :兩連架桿中，一個(gè)為曲柄，兩連架桿中，一個(gè)為曲柄，而另一個(gè)為搖桿。而另一個(gè)為搖桿。2 2）雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu) 兩連架桿均為曲柄。兩連架桿均為曲柄。3 3）雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu) 兩連架桿均為搖桿。兩連架桿均為搖桿。機(jī)架機(jī)架連架桿連架桿連架桿連架桿連桿連桿4 41 12 23 3321DCBA二二 平面四桿機(jī)構(gòu)的演變平面四桿機(jī)構(gòu)的演變1 1 轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化

4、為移動(dòng)副321DCBAB BA AC C321 ABCe321B BA AC C21 3A A3sB BC C21sinABls 2 取不同構(gòu)件為機(jī)架（機(jī)構(gòu)倒置）取不同構(gòu)件為機(jī)架（機(jī)構(gòu)倒置）直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)3 擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副CBAC1C2ABC2-2 2-2 平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的共性問題平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的共性問題一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件二、二、平面四桿機(jī)構(gòu)輸出件的急回特性平面四桿機(jī)構(gòu)輸出件的急回特性三、三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角、死點(diǎn)平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角、死點(diǎn)四、運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性四

5、、運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件BDAC1 12 23 34 4a ab bc cd dB2ACB1DEFGFEGd+ad+a|d-a|d-a|b-c|b-c|b+cb+c欲使連架桿欲使連架桿ABAB成為曲柄，則必須使成為曲柄，則必須使ABAB通過通過與與機(jī)架共線的兩個(gè)位置，即必須滿足機(jī)架共線的兩個(gè)位置，即必須滿足 a+db+c (4-1)a+db+c (4-1) |d-a|b-c| (4-2) |d-a|b-c| (4-2)(1) (1) 若若dada，則可得，則可得 a+bc+d (a+bc+d (若若bc)bc) a+cb+d ( a+cb+d (若

6、若cb)cb) 從而可得從而可得 abab ac ac ad ad平面連桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：平面連桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：1 1）連架桿與機(jī)架中必有一桿為四桿機(jī)構(gòu)中的最）連架桿與機(jī)架中必有一桿為四桿機(jī)構(gòu)中的最短桿；短桿；2 2）最短桿與最長桿之和應(yīng)小于或等于其余兩桿）最短桿與最長桿之和應(yīng)小于或等于其余兩桿的桿長之和。（桿長和條件）的桿長之和。（桿長和條件） )bc (bacd) cb(cabdcbad(2) (2) 若若da da 則可得則可得 cdbdad鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判斷條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判斷條件：2 2）注意：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)必須滿足四構(gòu)件組成的封閉多邊形注意：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)必須滿足四構(gòu)件

7、組成的封閉多邊形條件：條件：最長桿的桿長最長桿的桿長 2 2 , : t, : t1 1tt2 2 , , v v1 1v00。B BA AC CB B1 1B B2 2C C2 2C C1 1C2BB1AC1B2CA AB B1 1D DC CB B2 2 = = 三、三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角、死點(diǎn)和傳動(dòng)角、死點(diǎn)F F1 1 = Fcos = FcosF F2 2 = Fsin = Fsin1 1、機(jī)構(gòu)壓力角、機(jī)構(gòu)壓力角: :在不計(jì)摩擦力、慣性力和重在不計(jì)摩擦力、慣性力和重力的條件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使輸出件運(yùn)動(dòng)的力的力的條件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使輸出件運(yùn)動(dòng)的力的方向線與輸出件上受力點(diǎn)的

8、速度方向間所夾方向線與輸出件上受力點(diǎn)的速度方向間所夾的銳角，稱為機(jī)構(gòu)壓力角，通常用的銳角，稱為機(jī)構(gòu)壓力角，通常用表示。表示。A AB BC CD DF Fv vc cF F1 1F F2 2傳動(dòng)角：壓力角的余角。傳動(dòng)角：壓力角的余角。機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和壓力角作出如下規(guī)定：機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和壓力角作出如下規(guī)定：minmin ；= 30= 30 6060；maxmax。、分別為許用傳動(dòng)角和許用壓力角。分別為許用傳動(dòng)角和許用壓力角。v vc cA AB BC CD DF FF F1 1F F2 2通常用通常用表示表示. .F FA AB BC C1 12 23 3v vB3B3F Fv vB B3 3A A

9、B BC C1 12 23 3= 0= 0 = 90= 90nv vF F v vB3B3F FA AB BC C2 23 31 1v vF F= arccosb2+c2-d2-a2+2adcos /2bc. = 0 , min= arccosb2+c2-(d-a)2/2bc2 2、最小傳動(dòng)角的確定、最小傳動(dòng)角的確定B BC CminminF F2 2A AB BC CD D F Fv vc cF F1 1 a ab bc cd d F FVcVc = = 或或 = = 180 - B BC Cmaxmax = 180 , max= arccosb2+c2-(d+a)2/2bc min=min

10、 ,180 -maxminB BA AC CB BB BC CC C minmin minmin= = =arccos=arccos（a+e)/ba+e)/b 為提高機(jī)械傳動(dòng)效率，應(yīng)使其最小傳動(dòng)角處于工作為提高機(jī)械傳動(dòng)效率，應(yīng)使其最小傳動(dòng)角處于工作阻力較小的空回行程中。阻力較小的空回行程中。B BC CA ACCB BB BC C e ea ab b3 3 機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置 在不計(jì)構(gòu)件的重力、慣性力和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦阻力在不計(jì)構(gòu)件的重力、慣性力和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦阻力的條件下，當(dāng)機(jī)構(gòu)處于傳動(dòng)角的條件下，當(dāng)機(jī)構(gòu)處于傳動(dòng)角=0=0（或（或=90=90）的位）的位置下，無論給機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力

11、或驅(qū)動(dòng)力矩有多大，置下，無論給機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩有多大，均不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)位置稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。均不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)位置稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。F F1 1 = Fcos = FcosF F2 2 = Fsin = FsinD DA AB BC CF Fv vB BF FD DA AC Cv v四、運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性四、運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性：指該機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中能夠連續(xù)連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性：指該機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中能夠連續(xù)實(shí)現(xiàn)給定的各個(gè)位置。實(shí)現(xiàn)給定的各個(gè)位置。 連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不連續(xù)的問題：錯(cuò)位不連續(xù)；錯(cuò)連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不連續(xù)的問題：錯(cuò)位不連續(xù)；錯(cuò)序不連續(xù)。序不連續(xù)。A(B)BCC1C2

12、C1CC2 1 1 2 2DB1B3B2C1C3C2AD23、平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)1、基本問題、基本問題 根據(jù)機(jī)構(gòu)所提出的運(yùn)動(dòng)條件，確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸，根據(jù)機(jī)構(gòu)所提出的運(yùn)動(dòng)條件，確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸，畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。1）根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（位移、速度和加速度）設(shè)）根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（位移、速度和加速度）設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)；計(jì)四桿機(jī)構(gòu)；a a 實(shí)現(xiàn)連桿的幾個(gè)位置實(shí)現(xiàn)連桿的幾個(gè)位置c c 實(shí)現(xiàn)兩連架桿的對(duì)應(yīng)角位移、角速度和角加速度實(shí)現(xiàn)兩連架桿的對(duì)應(yīng)角位移、角速度和角加速度（顎式碎礦機(jī)、慣性篩）（顎式碎礦機(jī)、慣性篩）b b 實(shí)現(xiàn)輸出構(gòu)件的急回特性實(shí)現(xiàn)輸出構(gòu)件

13、的急回特性2）根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)；）根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)；A A0 0A A1 1B B3 3A A3 3A A2 2B B2 2B B1 1B B0 0E E2 2E E1 1E E3 3 2 2 1 13) 3) 綜合功能綜合功能1）實(shí)驗(yàn)法）實(shí)驗(yàn)法3）解析法）解析法2）幾何法）幾何法2、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)連桿位置；實(shí)現(xiàn)連桿位置；實(shí)現(xiàn)軌跡；實(shí)現(xiàn)軌跡；實(shí)現(xiàn)速度要求實(shí)現(xiàn)速度要求一一 根據(jù)給定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)根據(jù)給定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)B B1 1B B2 2B B3 3C C2 2C C3 3C C1 1A AD Dc c2323c c1212b b2323b

14、b1212二二 按給定行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按給定行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知：已知：KlCD,求：求：A A的位置，的位置，并定出并定出BCADABlll,C C1 1D DB B1 1C C2 2B B2 2 A A O O9090 - - 9090 - - (1)(1)二二 按給定行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按給定行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)AB=(ACAB=(AC2 2-AC-AC1 1)/2)/2BC=(ACBC=(AC1 1+AC+AC2 2)/2)/2ACAC1 1=BC-AB=BC-ABACAC2 2=BC+AB=BC+AB180180（K-1K-1） （K+1K+1

15、）=確定比例尺確定比例尺llADlBClABADlBClABl,C C1 1D DB B1 1C C2 2B B2 2 A A O O9090 - - 9090 - - 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)已知：已知：C C1 1 、C C2 2位位 置（行程置（行程H H），），K K導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)已知：已知：KlAD,2cos2cos2sin2sinADADBDADADABllllllB1C2AC1BB2Co o90900 0- - e e90900 0- - A AB B1 1D DC CB B2 2 = = 三三 根據(jù)給定兩連架桿的位置根據(jù)給定兩連架桿的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1、 剛化反轉(zhuǎn)

16、法剛化反轉(zhuǎn)法 如果把機(jī)構(gòu)的第如果把機(jī)構(gòu)的第i i個(gè)位置個(gè)位置ABABi iC Ci iD D看成一剛看成一剛體體( (即剛化即剛化) )，并繞點(diǎn)，并繞點(diǎn)D D轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過(-(- 1 1i i) )角度角度( (即反即反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)) )，使輸出連架桿，使輸出連架桿C Ci iD D與與C C1 1D D重合，稱之為重合，稱之為“剛剛化反轉(zhuǎn)法化反轉(zhuǎn)法”。D DA AC Ci iB B1 1B Bi iC C1 11i111iB Bi iA A1iB B1 1D DB B2 2B B3 3E E1 1E E3 3A A A AD DB B3 3E E3 3A A3 3D DB B3 3E E3 3，C C1 1給定兩連架桿上三對(duì)對(duì)應(yīng)位置的設(shè)計(jì)問題給定兩連架桿上三對(duì)對(duì)應(yīng)位置的設(shè)計(jì)問題E E2 2 1 1 1 1 2 2 3 3 2 2 3 3B B1 1D DE E1 1A AB B2 2E E2 2A A2 22 2 封閉矢量四邊形法封閉矢量四邊形法dcbasinsinsincoscoscoscbacdbaadRcdRacbdcaRRRR3222221321,2)cos(coscos332211,;,;,把三組對(duì)應(yīng)角位置把三組對(duì)應(yīng)角位置帶入