鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)和應(yīng)用實(shí)例課件(PPT 57頁)

1、學(xué)習(xí)情境二 平面連桿機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 第1頁，共57頁。任務(wù)導(dǎo)入設(shè)計(jì)汽車刮雨器或單缸內(nèi)燃機(jī)中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 新知識(shí)點(diǎn)簡(jiǎn)介熟悉鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用掌握鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄存在的條件了解鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式掌握機(jī)構(gòu)壓力角、傳動(dòng)角的概念及物理意義掌握急回特性、死點(diǎn)位置的特性和應(yīng)用 動(dòng)手操制作： 四桿機(jī)構(gòu)的制作 第2頁，共57頁。一、相關(guān)知識(shí)（一）幾個(gè)基本概念平面連桿機(jī)構(gòu)：由幾個(gè)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(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。平面四桿機(jī)構(gòu)：由四個(gè)構(gòu)件通過低副連接而成的平面連桿機(jī)構(gòu)。它是平面連桿機(jī)構(gòu)中最常見的形式，也是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：由轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接四個(gè)構(gòu)件而形成的機(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿

2、機(jī)構(gòu)三種基本形式及其演化：第3頁，共57頁。第4頁，共57頁。1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在兩連架桿中，一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿。應(yīng)用舉例：牛頭刨床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、攪面機(jī)、衛(wèi)星天線、飛剪縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu)、自行車、走步機(jī)、送料機(jī)構(gòu) 一般曲柄主動(dòng)，將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為搖桿的擺動(dòng)，也可搖桿主動(dòng)，曲柄從動(dòng)。運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：根據(jù)連架桿運(yùn)動(dòng)形式的不同，可分為三種基本形式第5頁，共57頁。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例攪面機(jī)第6頁，共57頁。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例衛(wèi)星接收裝置第7頁，共57頁。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例第8頁，共57頁。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu)第9頁，共57頁。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例自行車第10頁，共57頁。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)

3、用實(shí)例跑步機(jī)第11頁，共57頁。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)第12頁，共57頁。2.雙曲柄機(jī)構(gòu)兩連桿架均為曲柄的四桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例：慣性篩、插床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：從動(dòng)曲柄變速回轉(zhuǎn)第13頁，共57頁。慣性篩雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例第14頁，共57頁。插床機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例第15頁，共57頁。若兩曲柄的長(zhǎng)度相等，連桿與機(jī)架的長(zhǎng)度也相等，則該機(jī)構(gòu)稱為平行雙曲柄機(jī)構(gòu)。 第16頁，共57頁。還有反平行四邊形機(jī)構(gòu)，例：公共汽車車門啟閉機(jī)構(gòu)第17頁，共57頁。3.雙搖桿機(jī)構(gòu)兩連桿架均為搖桿的四桿機(jī)構(gòu)港口起重機(jī)、飛機(jī)起落架、車輛的前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例：第18頁，共57頁。雙搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例港口起重機(jī)選擇連桿上合適

4、的點(diǎn)，軌跡為近似的水平直線第19頁，共57頁。雙搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例飛機(jī)起落架第20頁，共57頁。車輛的前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例第21頁，共57頁。風(fēng)扇搖頭雙搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例第22頁，共57頁。平面四桿機(jī)構(gòu)的演化1.擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副，使轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副第23頁，共57頁。曲柄滑快機(jī)構(gòu)演化第24頁，共57頁。2.取不同的構(gòu)件為機(jī)架第25頁，共57頁。當(dāng)構(gòu)件2和構(gòu)件4均能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，小型刨床就是應(yīng)用實(shí)例第26頁，共57頁。3、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)第27頁，共57頁。擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（牛頭刨床）當(dāng)桿2的長(zhǎng)度小于機(jī)架長(zhǎng)度時(shí)，導(dǎo)稈4只能作來回?cái)[動(dòng)，又稱為擺動(dòng)導(dǎo)稈機(jī)構(gòu)，牛頭刨中的主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是他的應(yīng)用實(shí)例第28頁，共57頁。當(dāng)

5、以構(gòu)件3為機(jī)架時(shí)，可演化成移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，圖示壓水機(jī)就是實(shí)例第29頁，共57頁。4、搖塊機(jī)構(gòu)第30頁，共57頁。 如果兩個(gè)移動(dòng)副代替鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，便可得到三種不同形式的四桿機(jī)構(gòu)曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)第31頁，共57頁。正弦機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例縫紉機(jī)針運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)第32頁，共57頁。雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)第33頁，共57頁。 雙滑塊機(jī)構(gòu)第34頁，共57頁。相關(guān)知識(shí)（二）平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄條件 急回特性 壓力角和傳動(dòng)角 死點(diǎn)位置第35頁，共57頁。 設(shè)ad，則當(dāng)AB 桿能繞軸A 相對(duì)于AD 桿作整周轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，AB 桿必須占據(jù)與AD 桿共線的兩個(gè)位置a d ， a b

6、， 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(jī)構(gòu)有曲柄的條件第36頁，共57頁。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有一個(gè)曲柄的條件：(1) 最短桿與最長(zhǎng)桿之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和；(2) 最短桿為連架桿。選任一桿為機(jī)架，都能實(shí)現(xiàn)完全相同的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，這稱為運(yùn)動(dòng)的可逆性。在一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)中，選取不同的構(gòu)件作機(jī)架，以獲得輸出構(gòu)件與輸入構(gòu)件間不同的運(yùn)動(dòng)特性。這一方法稱為連桿機(jī)構(gòu)的倒置。第37頁，共57頁。可用以下方法來判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型：2.若機(jī)構(gòu)滿足桿長(zhǎng)之和條件，則(

7、1) 以最短桿的鄰邊為機(jī)架時(shí)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(2) 以最短桿為機(jī)架時(shí)為雙曲柄機(jī)構(gòu)(3) 以最短桿的對(duì)邊為機(jī)架時(shí)為雙搖桿機(jī)構(gòu)1.若機(jī)構(gòu)不滿足桿長(zhǎng)之和條件則只能成為雙搖桿機(jī)構(gòu)第38頁，共57頁。2、壓力角和傳動(dòng)角1.壓力角a壓力角：從動(dòng)件所受的力F與受力點(diǎn)速度Vc所夾的銳角a。有效分力：Ft=Fcosa有害分力：Fr=Fsinaa愈小，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能愈好。2.傳動(dòng)角g傳動(dòng)角： 連桿與從動(dòng)件所夾的銳角g。 g=900-ag越大，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能越好，設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)使gmin40，對(duì)于高速大功率機(jī)械應(yīng)使gmin50。3.最小傳動(dòng)角的位置鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在曲柄與機(jī)架共線的兩位置出現(xiàn)最小傳動(dòng)角。第39頁，共57頁。對(duì)

8、于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動(dòng)件為曲柄時(shí)，最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架垂直的位置。對(duì)于擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)由于在任何位置時(shí)主動(dòng)曲柄通過滑塊傳給從動(dòng)桿的力的方向，與從動(dòng)桿上受力點(diǎn)的速度方向始終一致，所以傳動(dòng)角等于90度。第40頁，共57頁。3、急回特性曲柄AB以等角速度順時(shí)針從AB2轉(zhuǎn)到AB1，轉(zhuǎn)過的角度為：2180-， 由于曲柄AB等角速度轉(zhuǎn)動(dòng), 所以 12，t1t2, 因此， v2v1 在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，AB為曲柄是原動(dòng)件等角速度轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)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AB以等角速度順時(shí)針從AB1, 轉(zhuǎn)到AB2，轉(zhuǎn)過角度為：1180+，當(dāng)搖

9、桿CD由C2D擺回到C1D位置時(shí)，所需時(shí)間為t2， 當(dāng)搖桿CD由C1D擺動(dòng)到C2D位置時(shí)，所需時(shí)間為t1 ,第41頁，共57頁。急回特性機(jī)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(shí)：V1=C1C2/t1 返回行程時(shí)：V2=C1C2/t2急回特性的作用四桿機(jī)構(gòu)的急回特性可以節(jié)省時(shí)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(yùn)動(dòng)時(shí)的急回程度，用V2和V1的比值K來描述。由上式可得：第42頁，共57頁。4、死點(diǎn)死點(diǎn)的位置在從動(dòng)曲柄與連桿共線的連個(gè)位置之一時(shí)，出現(xiàn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角g=0，壓力角a=90的情況，這時(shí)連桿對(duì)從動(dòng)曲柄的作用里恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，不能推動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點(diǎn)

10、位置。死點(diǎn)的利弊利：工程上利用死點(diǎn)進(jìn)行工作。 弊：機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)，從動(dòng)件將出現(xiàn)卡死或運(yùn)動(dòng)方向不確定現(xiàn)象，對(duì)傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)不利度過死點(diǎn)的方法增大從動(dòng)件的質(zhì)量、利用慣性度過死點(diǎn)位置。采用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列的方法第43頁，共57頁。相關(guān)知識(shí)（三）平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1. 按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)2. 按給定行程速度變化系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)第44頁，共57頁。一個(gè)設(shè)計(jì)過程：已知條件構(gòu)件尺寸 兩類基本問題：實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律； 實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)軌跡； 三種設(shè)計(jì)方法： 圖解法 解析法 實(shí)驗(yàn)法 已知條件：運(yùn)動(dòng)條件、幾何條件、動(dòng)力條件。簡(jiǎn)明易懂，精確性差。精確度好，計(jì)算繁雜。形象直觀，過程復(fù)雜。第45頁，共57頁。1 圖解法設(shè)計(jì)平

11、面四桿機(jī)構(gòu) 1.按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 已知：連桿BC長(zhǎng)度及三個(gè)位置（B1C1,B2C2,B3C3）要求：設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟：連接B1B2、B2B3，作線B1B2、B2B3的垂直平分線b12、b23，交于A點(diǎn)；連接C1C2、C2C3，作線C1C2、C2C3的垂直平分線c12、c23，交于D點(diǎn)；連接AB1、C1D。第46頁，共57頁。2.按給定兩連架桿的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 剛化反轉(zhuǎn)法第47頁，共57頁。設(shè)計(jì)步驟： 第48頁，共57頁。3.按給定行程速度變化系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 第49頁，共57頁。4.按給定速度變化系數(shù)K設(shè)計(jì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 第50頁，共57頁。5.按給定行程速度變化系數(shù)K設(shè)計(jì)

12、四桿機(jī)構(gòu) 按行程速度變化系數(shù)K設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)往往是已知曲柄機(jī)構(gòu)搖桿L3的長(zhǎng)度及搖桿擺角和速度變化系數(shù)K。怎樣用作圖法設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是確定鉸鏈中心A點(diǎn)的位置，定出其他三桿的尺寸L1、L2和L4。其設(shè)計(jì)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(zhǎng)度L3和擺角，作出搖桿兩個(gè)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(diǎn)，由圖可見，C1OC2=2。第51頁，共57頁。(5) 作C10C2的外接圓，此圓上任取一點(diǎn)A作為曲柄的固定鉸鏈中

13、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(zhǎng)度L1（AC2AC1）/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(diǎn)是C1PC2外接圓上任選的點(diǎn)，所以若僅按行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)，可得無窮多的解。A點(diǎn)位置不同，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角的大小也不同。如欲獲得良好的傳動(dòng)質(zhì)量，可按照最小傳動(dòng)角最優(yōu)或其他輔助條件來確定A點(diǎn)的位置。第52頁，共57頁。已知：連桿AB和CD的三組對(duì)應(yīng)位置 要求：確定各構(gòu)件的長(zhǎng)度a、b、c、d 步驟：建立坐標(biāo)系xAy，和分別為AB和CD的初始角。將各向量坐標(biāo)投影得 ，將三組已知位置代入以上公式，確定出選定曲柄長(zhǎng)度a，則b、c、d。設(shè)計(jì)出所需四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法：建立方程式，根據(jù)以知參數(shù)對(duì)方程求解。 2 解析法設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)、第53頁，共57頁。二、操作與實(shí)踐1.學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，進(jìn)行平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.制做曲柄搖桿機(jī)構(gòu)并寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告第54頁，共57頁。三、決策 在老師的指