機械設(shè)計平面連桿機構(gòu)

小結(jié)〔復(fù)習(xí)〕一、根本概念：1、運動副及其分類：兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定的相對運動的連接。2、平面機構(gòu)的自由度計算公式：F=3n-2PL-PH3、復(fù)合鉸鏈及其運動副數(shù)目的計算公式：兩個以上構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副連接便構(gòu)成復(fù)合鉸鏈，此處的運動副數(shù)目為K-1。小結(jié)〔復(fù)習(xí)〕4、局部自由度〔多余自由度〕：機構(gòu)中與輸出構(gòu)件運動無關(guān)的自由度。5、虛約束〔消極約束〕：對機構(gòu)起重復(fù)約束作用的約束稱為虛約束或消極約束。6、自由度計算本卷須知：標(biāo)出復(fù)局虛，注意要加減，數(shù)清可動件，弄清上下副，列出計算式。7、機構(gòu)具有確定運動的條件：機構(gòu)的自由度F>0且等于原動件數(shù)。第五章平面連桿機構(gòu)§5-1概述§5-2鉸鏈四桿機構(gòu)的根本形式及其演化

§5-3鉸鏈四桿機構(gòu)的幾個特性2、特點：用它可以實現(xiàn)多種運動規(guī)律和運動軌跡。平面連桿機構(gòu)具有承載能力大、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便等優(yōu)點。但只能近似地實現(xiàn)所要求的運動。一般不宜用于高速傳動?！?-1概述1、定義:由假設(shè)干個構(gòu)件通過平面低副(轉(zhuǎn)動副和移動副)聯(lián)接而構(gòu)成的平面機構(gòu)，叫平面連桿機構(gòu)，也叫平面低副機構(gòu)。它是一種應(yīng)用極為廣泛的機構(gòu)，在各行各業(yè)的機械設(shè)備中，以及在人們?nèi)粘Ｉ钏玫脑S多器械中也處處可見。3、舉例：曲柄壓力機機構(gòu)雷達天線俯仰機構(gòu)揉面機機構(gòu)汽車擋風(fēng)玻璃的刮水器機構(gòu)§5-2鉸鏈四桿機構(gòu)的根本形式

及其演化一、鉸鏈四桿機構(gòu)的根本形式鉸鏈四桿機構(gòu)——全部由回轉(zhuǎn)副組成的平面四桿機構(gòu)，它是平面四桿機構(gòu)最根本的形態(tài)。如右圖所示，鉸鏈四桿機構(gòu)由機架4、連架桿(與機架相連的1、3兩桿)和連桿(與機架不相聯(lián)的中間桿2)組成。連架桿分為：曲柄——能繞機架上的轉(zhuǎn)動副作整周回轉(zhuǎn)的連架桿。搖桿——只能在某一角度范圍(小于360°)內(nèi)擺動的連架桿。

1、曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)——兩連架桿中一個是曲柄，一個是搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)。鉸鏈四桿機構(gòu)按照連架桿是曲柄還是搖桿分為曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)三種根本型式。當(dāng)曲柄為原動件時，可將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動。以下圖所示的顎式破碎機機構(gòu)和雷達天線俯仰機構(gòu)即為曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)用?！部匆幌聞赢嫛钞?dāng)搖桿作為原動件時，可將搖桿的往復(fù)擺動轉(zhuǎn)變?yōu)榍倪B續(xù)轉(zhuǎn)動?？p紉機踏板機構(gòu)便屬于此情況?！部磩赢嫛?、雙曲柄機構(gòu)兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。當(dāng)兩曲柄長度不等，為不等雙曲柄機構(gòu)。當(dāng)主動曲柄以等角速度連續(xù)旋轉(zhuǎn)時,從動曲柄那么以變角速度連續(xù)轉(zhuǎn)動。慣性篩的四桿機構(gòu)ABCD便是不等雙曲柄機構(gòu)的應(yīng)用。慣性篩機構(gòu)車輪聯(lián)動機構(gòu)是平行四邊形機構(gòu)的應(yīng)用，它利用了其兩曲柄等速同向轉(zhuǎn)動的特性?！部匆幌聞赢嫛场策\動不確定的現(xiàn)象〕車輪聯(lián)動機構(gòu)在雙曲柄機構(gòu)中，若其相對兩桿相互平行且相等如右圖所示，則成為平行雙曲柄機構(gòu)(或平行四邊形機構(gòu))。在雙曲柄機構(gòu)中，如果相對兩桿長度相等，但彼此不平行，如右圖所示，那么成為反向雙曲柄機構(gòu)。該機構(gòu)的特點是兩曲柄的轉(zhuǎn)向相反，且角速度不等。車門啟閉機構(gòu)是反向雙曲柄機構(gòu)的應(yīng)用。車門啟閉機構(gòu)3、雙搖桿機構(gòu)兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)(如以下圖)。右以下圖所示為雙搖桿機構(gòu)在鶴式起重機中的應(yīng)用。在雙搖桿機構(gòu)中，假設(shè)兩搖桿長度相等，那么形成等腰梯形機構(gòu)。以下圖所示的汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)，即為其應(yīng)用實例。

能使兩構(gòu)件作整周相對運動的轉(zhuǎn)動副稱為整(周)轉(zhuǎn)副。不能使兩構(gòu)件作整周相對運動的轉(zhuǎn)動副稱為擺轉(zhuǎn)副。顯然，具有整轉(zhuǎn)副的鉸鏈四桿機構(gòu)才有可能存在曲柄。而鉸鏈四桿機構(gòu)是否具有整轉(zhuǎn)副，取決于各桿的相對長度。二、鉸鏈四桿機構(gòu)中曲柄存在的條件結(jié)論：鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件〔曲柄存在的必要條件〕是：1、最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；2、整轉(zhuǎn)副是由最短桿與其鄰邊組成的。曲柄是連架桿，只有整轉(zhuǎn)副處于機架上才能形成曲柄。當(dāng)鉸鏈四桿機構(gòu)滿足整轉(zhuǎn)副條件時，機構(gòu)中最短桿的兩端轉(zhuǎn)動副一定為整轉(zhuǎn)副。鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄的條件：⑴、最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；⑵、連架桿和機架中，必有一個是最短桿。因此：假設(shè)不滿足上述曲柄存在的必要條件，那么不管以何桿作為機架，都為雙搖桿機構(gòu)。特別指出：在曲柄搖桿機構(gòu)中最短桿是曲柄，而不能誤認(rèn)為鉸鏈四桿機構(gòu)中最短桿是曲柄。鉸鏈四桿機構(gòu)滿足上述整轉(zhuǎn)副條件時，以不同構(gòu)件為機架可得到如下不同類型的四桿機構(gòu)：曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)以最短桿的鄰邊為機架以最短桿為機架以最短桿的對邊為機架例1:L1＝30mm，L2=40mm，L3＝45mm，L4=50mm，構(gòu)件1為原動件。構(gòu)件1能否作整周回轉(zhuǎn)？為什么？因為L1+L4=30+50<L2+L3=40+45，滿足鉸鏈四桿機構(gòu)整轉(zhuǎn)副存在條件，且構(gòu)件1為最短桿，轉(zhuǎn)動副A為周轉(zhuǎn)副，所以，構(gòu)件1能作整周回轉(zhuǎn)。例2鉸鏈四桿機構(gòu)ABCD，其中AB=20mm，BC=50mm，CD=40mm,AD為機架。改變AD桿長，分析機構(gòu)的類型變化。解：假設(shè)0<AD≤20:假設(shè)存在曲柄，那么有AD+BC≤AB+CD，即AD+50≤40+20，得0<AD≤10，可見AD最短，且為機架，所以為雙曲柄。假設(shè)不存在曲柄，那么有AD+BC＞AB+CD，即AD+50＞40+20，得AD＞10，即10<AD≤20，時為雙搖桿機構(gòu)。假設(shè)20<AD<50:假設(shè)存在曲柄，那么有AB+BC≤AD+CD，即20+50≤40+AD，得30≤AD<50，AB最短，為連架桿，為曲柄搖桿機構(gòu)。假設(shè)不存在曲柄，那么有AB+BC＞AD+CD，即20+50＞40+AD，得20＜AD＜30，為雙搖桿機構(gòu)。假設(shè)50≤AD<110:假設(shè)存在曲柄，那么有AB+AD≤BC+CD，即20+AD≤50+40，得50≤AD≤70，AB最短，為連架桿，為曲柄搖桿機構(gòu)。假設(shè)不存在曲柄，那么有AB+AD＞BC+CD，即20+AD＞50+40，得70＜AD＜110，為雙搖桿機構(gòu)。綜上所述得：（]（）[（]）雙曲柄機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)0103070110mm曲柄滑塊機構(gòu)存在曲柄的條件：對心曲柄滑塊機構(gòu)：L1≤L2〔L1-曲柄長度，L2-連桿長度〕偏置曲柄滑塊機構(gòu)：L1+e≤L2〔e-偏距〕動畫三、平面四桿機構(gòu)的演化通過用移動副取代轉(zhuǎn)動副、變更桿件長度、變更機架和擴大轉(zhuǎn)動副等途徑，可以得到鉸鏈四桿機構(gòu)的其他演化型式。1、曲柄滑塊機構(gòu)通過將搖桿改變?yōu)榛瑝K，搖桿長度增至無窮大，可得到曲柄滑塊機構(gòu)，進而還可演化出雙滑塊機構(gòu)和正弦機構(gòu)等。以下圖所示為曲柄搖桿機構(gòu)(圖a)，演化為曲線導(dǎo)軌的曲柄滑塊機構(gòu)(圖b、c)、偏置曲柄滑塊機構(gòu)(圖d)和對心曲柄滑塊機構(gòu)(圖e)的過程。曲柄滑塊機構(gòu)廣泛應(yīng)用于壓力機、往復(fù)泵、壓縮機等裝置中。有對心曲柄滑塊機構(gòu)和偏置曲柄滑塊機構(gòu)之分簡易刨床曲柄滑塊機構(gòu)應(yīng)用例如：如圖(a)所示的曲柄滑塊機構(gòu)，假設(shè)改取桿1為固定構(gòu)件，即得圖(b)所示導(dǎo)桿機構(gòu)。桿4稱為導(dǎo)桿，滑塊3相對導(dǎo)桿滑動并一起繞A點轉(zhuǎn)動。通常取桿2為原動件。當(dāng)l1<l2時〔圖2-15b〕，桿2和桿4均可整周回轉(zhuǎn)，稱為曲柄轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)，或轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)2、導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)可看成是改變曲柄滑塊機構(gòu)中的固定構(gòu)件而演化來的。當(dāng)ll＞l2時，桿4只能往復(fù)擺動，稱為曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，或擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。假設(shè)將曲柄滑塊機構(gòu)中的滑塊3作為機架，該機構(gòu)稱為移動導(dǎo)桿機構(gòu)，如下圖。右圖為其應(yīng)用。手搖唧筒機構(gòu)當(dāng)以構(gòu)件2為機架時，桿1仍為曲柄，而滑塊3變?yōu)閾u塊，即得曲柄搖塊機構(gòu)。3、搖塊機構(gòu)自卸卡車翻斗機構(gòu)含有兩個移動副的四桿機構(gòu)可以認(rèn)為是由鉸鏈四桿機構(gòu)中的兩桿長度趨于無窮大而演化成的。按照兩個移動副所處位置的不同，可分成三種型式。兩個移動副不相鄰，如右圖所示。從動件3的位移與原動件轉(zhuǎn)角的正切成正比，故稱為正切機構(gòu)。4、含有兩個移動副的四桿機構(gòu)兩個移動副相鄰，且其中一個移動副與機架相關(guān)聯(lián)，如右圖所示。從動件3的位移與原動件轉(zhuǎn)角的正弦成正比，故稱為正弦機構(gòu)。兩個移動副都與機架相關(guān)聯(lián)。右圖所示橢圓儀就用到這種機構(gòu)。當(dāng)滑塊1和3沿機架的十字槽滑動時，連桿2上的各點便描繪出長、短軸不同的橢圓。長半軸、短半軸為多少？5、偏心輪機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)或曲柄滑塊機構(gòu)通過擴大轉(zhuǎn)動副尺寸，可得到偏心輪機構(gòu)?！?-3鉸鏈四桿機構(gòu)的幾個特性一、急回運動和行程速比系數(shù)

曲柄搖桿機構(gòu)的急回特性1.急回特性在曲柄搖桿機構(gòu)中，當(dāng)曲柄為原動件并作等速轉(zhuǎn)動時，從動搖桿空回行程的平均角速度大于其工作行程的平均角速度，搖桿的這種運動特性稱為急回特性。

擺角：搖桿在兩極限位置間的夾角。極位夾角：搖桿處于兩極限位置時，主動件曲柄所夾的銳角。行程速比系數(shù)K：急回特性相對程度用〔即從動件空回行程的平均速度v2與工作行程的平均速度v1的比值〕來表示。上式說明：機構(gòu)要具有急回特性那么必有k>1，即>0;k值愈大，機構(gòu)急回特性愈明顯，k值的大小取決于極位夾角的大小。愈大，k值愈大；反之，愈小，k值愈小。假設(shè)=00，那么k=1，機構(gòu)沒有急回特性。曲柄滑塊機構(gòu)的急回特性θ180°＋θ180°-θθ180°＋θ180°-θ導(dǎo)桿機構(gòu)的急回特性二、壓力角與傳動角壓力角：在不計運動副中摩擦和構(gòu)件質(zhì)量的情況下，機構(gòu)中從動件受力F的方向和受力點絕對速度VC的方向間所夾的銳角稱為機構(gòu)在該位置時的壓力角。傳動角：機構(gòu)壓力角的余角稱為機構(gòu)在此位置的傳動角。F’=Fcos=Fcos(900-)＝FsinF〞=Fsin=Fsin(900-)=Fcos壓力角愈小，愈大，有效分力愈大，對機構(gòu)的傳動愈為有利。因此壓力角或者傳動角可作為機構(gòu)傳力性能好壞的一個標(biāo)志。由壓力角、傳動角的定義可以看出，機構(gòu)在運動過程中，兩者是隨時間變化的，為了保證機構(gòu)正常工作，必須規(guī)定最大傳動角max的上限或最小傳動角min的下限。最小壓力角出現(xiàn)在曲柄和機架共線的位置。求出兩個，其中較小的一個即為該機構(gòu)的min。C1B1abcdDA由余弦定律有：∠B1C1D＝arccos[b2+c2-(d-a)2]/2bc

∠B2C2D＝arccos[b2+c2-(d+a)2]/2bc假設(shè)∠B1C1D≤90°,那么假設(shè)∠B2C2D>90°,那么γ1＝∠B1C1Dγ2＝180°-∠B2C2Dγ1γmin＝[∠B1C1D,180°-∠B2C2D]minC2B2γ2三、死點位置機構(gòu)中傳動角為零的位置，稱為死點位置。在此位置從動件會出現(xiàn)“頂死〞現(xiàn)象，還可能出現(xiàn)運動不確定現(xiàn)象。機構(gòu)是否有死點取決于從動件與連桿是否有共線的位置。Fγ＝0Fγ＝0飛機起落架夾具已知圖示曲柄滑塊機構(gòu)中，mm，mm，偏距mm。如果該圖是按（1）滑塊的行程長度H；（2）極位夾角〔3〕機構(gòu)出現(xiàn)最小傳動角時的位置及最小傳動角（4）如果該機構(gòu)用作曲柄壓力機，滑塊朝右運動是沖壓工件的工作過程,請確定曲柄的合理轉(zhuǎn)向和傳力效果最好的機構(gòu)瞬時位置，并說明最大傳動角m/mm的比例繪制而成的，試用作圖法確定：其一，為使機構(gòu)在工作行程中有更好的傳力效果應(yīng)使機構(gòu)具有的瞬時位置處于輸出構(gòu)件的非工作行程（返回行程）中。其二，為提高機器的生產(chǎn)效率應(yīng)利用機構(gòu)輸出構(gòu)件的急回特性。為此，曲柄應(yīng)該逆時針轉(zhuǎn)動方為合理。當(dāng)曲柄由AB1轉(zhuǎn)過到達AB2時，伴隨著滑塊朝右運動作為工作行程，，對應(yīng)的滑塊向左運動的瞬時位置AB'C