第8章平面連桿機構及其設計

第7章連桿機構設計§7－1

連桿機構及其傳動特點§7－2

平面四桿機構的類型和應用§7－3

有關平面四桿機構的一些基本知識§7－4

平面四桿機構的設計安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授應用實例：特征：有一作平面運動的構件，稱為連桿。特點：▲采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精度?！淖儣U的相對長度，從動件運動規(guī)律不同?！B桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。定義：由低副（轉動、移動）連接組成的平面機構?！?－1

連桿機構及其傳動特點內燃機、鶴式吊、火車輪、手動沖床、牛頭刨床、橢圓儀、機械手爪、開窗戶支撐、公共汽車開關門、折疊傘、折疊床、單車制動操作機構等。安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授缺點：▲構件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、效率低?！a生動載荷（慣性力），不適合高速?！O計復雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。分類:本章重點內容是介紹四桿機構。平面連桿機構空間連桿機構常以構件數(shù)命名：四桿機構、多桿機構。安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授基本型式－鉸鏈四桿機構，其它四桿機構都是由它演變得到的。名詞解釋：曲柄—作整周定軸回轉的構件；（1）曲柄搖桿機構特征：曲柄＋搖桿作用：將曲柄的整周回轉轉變?yōu)閾u桿的往復擺動。如雷達天線。連桿—作平面運動的構件；連架桿—與機架相聯(lián)的構件；搖桿—作定軸擺動的構件；周轉副—能作360?相對回轉的運動副；擺轉副—只能作有限角度擺動的運動副。曲柄連桿搖桿§7－2平面四桿機構的類型和應用1.平面四桿機構的基本型式安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABC1243DABDC1243（2）雙曲柄機構特征：兩個曲柄作用：將等速回轉轉變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D。雷達天線俯仰機構曲柄主動縫紉機踏板機構應用實例：如葉片泵、慣性篩等。2143搖桿主動3124安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授ADCB1234旋轉式葉片泵作者：潘存云教授ADCB123ABDC1234E6慣性篩機構31安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABCD耕地料斗DCAB作者：潘存云教授耕地料斗DCAB實例：火車輪特例：平行四邊形機構AB=CD特征：兩連架桿等長且平行，連桿作平動BC=ADABDC攝影平臺作者：潘存云教授ADBC作者：潘存云教授B’C’天平播種機料斗機構安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授反平行四邊形機構--車門開閉機構反向F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCG平行四邊形機構在共線位置出現(xiàn)運動不確定。采用兩組機構錯開排列。火車輪安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABDCE（3）雙搖桿機構特征：兩個搖桿應用舉例：鑄造翻箱機構特例：等腰梯形機構－汽車轉向機構、風扇搖頭機構B’C’ABDC風扇座蝸輪蝸桿電機ABDCEABDCE電機ABDC風扇座蝸輪蝸桿電機ABDC風扇座蝸輪蝸桿ABDC安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授(1)

改變構件的形狀和運動尺寸偏心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構曲柄搖桿機構曲柄滑塊機構雙滑塊機構

正弦機構s=lsinφ↓∞

→∞φl2.平面四桿機構的演化型式安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授(2)改變運動副的尺寸(3)選不同的構件為機架偏心輪機構導桿機構擺動導桿機構轉動導桿機構314A2BC曲柄滑塊機構314A2BC安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授牛頭刨床應用實例:作者：潘存云教授ABDC1243C2C1小型刨床作者：潘存云教授ABDCE123456安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授應用實例B234C1A自卸卡車舉升機構(3)選不同的構件為機架ACB1234應用實例B34C1A2應用實例4A1B23C應用實例13C4AB2應用實例A1C234Bφ導桿機構314A2BC曲柄滑塊機構314A2BC搖塊機構314A2BC安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授(3)選不同的構件為機架314A2BC直動滑桿機構手搖唧筒這種通過選擇不同構件作為機架以獲得不同機構的方法稱為：機構的倒置BC3214A導桿機構314A2BC曲柄滑塊機構314A2BC搖塊機構314A2BCABC3214安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授橢圓儀機構實例：選擇雙滑塊機構中的不同構件作為機架可得不同的機構作者：潘存云教授1234正弦機構3214(4)運動副元素的逆換將低副兩運動副元素的包容關系進行逆換，不影響兩構件之間的相對運動。導桿機構4321搖塊機構3214安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授abdcC’B’AD平面四桿機構具有整轉副→可能存在曲柄。b≤(d–a)+c則由△B’C’D可得：則由△B”C”D可得：a+d≤b+cc≤(d–a)+bAB為最短桿最長桿與最短桿的長度之和≤其他兩桿長度之和→a+b≤c+d§7－3有關平面四桿機構的一些基本知識1.平面四桿機構有曲柄的條件C”abdcADd-

a設a<d,連架桿若能整周回轉，必有兩次與機架共線→a+c≤b+d三角形任意兩邊之和大于第三邊若設a>d，同理有：

d≤a,d≤b,d≤cAD為最短桿ad中必有一個是機架將以上三式兩兩相加得：

a≤b,a≤c,a≤d安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授▲連架桿或機架之一為最短桿?？芍寒敐M足桿長條件時，其最短桿參與構成的轉動副都是整轉副。曲柄存在的條件：▲最長桿與最短桿的長度之和應≤其他兩桿長度之和此時，鉸鏈A為整轉副。若取BC為機架，則結論相同，可知鉸鏈B也是整轉副。稱為桿長條件。作者：潘存云教授ABCDabcd安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授當滿足桿長條件時，說明存在整轉副，當選擇不同的構件作為機架時，可得不同的機構。如：

曲柄搖桿1、曲柄搖桿2、雙曲柄、雙搖桿機構。安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABCD2.急回運動與行程速比系數(shù)在曲柄搖桿機構中，當曲柄與連桿兩次共線時，搖桿位于兩個極限位置，簡稱極位。當曲柄以ω逆時針轉過180°+θ時，搖桿從C1D位置擺到C2D。所花時間為t1,平均速度為V1,那么有：B1C1AD曲柄搖桿機構3Dθ180°＋θωC2B2此兩處曲柄之間的夾角θ

稱為極位夾角。安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授B1C1ADC2當曲柄以ω繼續(xù)轉過180°-θ時，搖桿從C2D,置擺到C1D，所花時間為t2,平均速度為V2,那么有：

180°-θ因曲柄轉角不同，故搖桿來回擺動的時間不一樣，平均速度也不等。顯然：t1>t2V2>V1搖桿的這種特性稱為急回運動。用以下比值表示急回程度稱K為行程速比系數(shù)。且θ越大，K值越大，急回性質越明顯。只要

θ

≠0，

就有

K>1所以可通過分析機構中是否存在θ以及θ的大小來判斷機構是否有急回運動或運動的程度。設計新機械時，往往先給定K值，于是:安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授曲柄滑塊機構的急回特性應用：節(jié)省返程時間，如牛頭刨、往復式輸送機等。θ180°＋θ180°-θ導桿機構的急回特性θ180°＋θ180°-θ思考題：

對心曲柄滑塊機構的急回特性如何？對于需要有急回運動的機構，常常是根據(jù)需要的行程速比系數(shù)K,先求出θ，然后在設計各構件的尺寸。安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授αFγF’F”當∠BCD≤90°時，γ＝∠BCD3.壓力角和傳動角壓力角：從動件驅動力F與力作用點絕對速度之間所夾銳角。設計時要求:

γmin≥50°γmin出現(xiàn)的位置：當∠BCD>90°時，

γ＝180°-∠BCD切向分力:

F’=Fcosα法向分力:

F”=Fcosγγ↑→F’↑→對傳動有利。=Fsinγ稱γ為傳動角。此位置一定是：主動件與機架共線兩處之一。為了保證機構良好的傳力性能ABCDCDBAFF”F’γ可用γ的大小來表示機構傳動力性能的好壞,當∠BCD最小或最大時，都有可能出現(xiàn)γmin安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授車門C1B1abcdDA由余弦定律有：∠B1C1D＝arccos[b2+c2-(d-a)2]/2bc

∠B2C2D＝arccos[b2+c2-(d+a)2]/2bc若∠B1C1D≤90°,則若∠B2C2D>90°,則γ1＝∠B1C1Dγ2＝180°-∠B2C2D機構的傳動角一般在運動鏈最終一個從動件上度量。vγγ1γmin＝[∠B1C1D,180°-∠B2C2D]minC2B2γ2αF安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授F4.機構的死點位置搖桿為主動件，且連桿與曲柄兩次共線時，有：此時機構不能運動.避免措施：兩組機構錯開排列，如火車輪機構;稱此位置為：“死點”γ＝0靠飛輪的慣性（如、縫紉機等）。F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCGγ＝0Fγ＝0安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授工件ABCD1234PABCD1234工件P鉆孔夾具γ=0TABDC飛機起落架ABCDγ=0F也可以利用死點進行工作：飛機起落架、鉆夾具等。安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授5.鉸鏈四桿機構的運動連續(xù)性指連桿機構能否連續(xù)實現(xiàn)給定的各個位置。可行域：搖桿的運動范圍。不可行域：搖桿不能達到的區(qū)域。設計時不能要求從一個可行域跳過不可行域進入另一個可行域。稱此為錯位不連續(xù)。錯序不連續(xù)設計連桿機構時，應滿足運動連續(xù)性條件。C1C2C’1C’2C’CADBDAB1C1B2C2B3C3DAB1C1B2C2B3C3安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授§7－4平面四桿機構的設計一、連桿機構設計的基本問題機構選型－根據(jù)給定的運動要求選擇機構的類型；尺度綜合－確定各構件的尺度參數(shù)(長度尺寸)。

同時要滿足其他輔助條件：a)結構條件（如要求有曲柄、桿長比恰當、運動副結構合理等）;b)動力條件（如γmin）;c)運動連續(xù)性條件等。γ安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授ADCB飛機起落架B’C’三類設計要求：1)滿足預定的運動規(guī)律，兩連架桿轉角對應，如:飛機起落架、函數(shù)機構。函數(shù)機構要求兩連架桿的轉角滿足函數(shù)y=logxxy=logxABCD安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授三類設計要求：1)滿足預定的運動規(guī)律，兩連架桿轉角對應，如:飛機起落架、函數(shù)機構。前者要求兩連架桿轉角對應，后者要求急回運動2)滿足預定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構。3)滿足預定的軌跡要求要求連桿在兩個位置垂直地面且相差180?B’C’ABDC安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授給定的設計條件：1)幾何條件（給定連架桿或連桿的位置）2)運動條件（給定K）3)動力條件（給定γmin）設計方法：圖解法、解析法安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授1)按預定連桿位置設計四桿機構a)給定連桿兩組位置有唯一解。B2C2AD將鉸鏈A、D分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設計要求。b)給定連桿上鉸鏈BC的三組位置有無窮多組解。A’D’B2C2B3C3DB1C1二、用作圖法設計四桿機構AB1C1安徽工程科技學院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授Eφθθ2)按給定的行程速比系數(shù)K設計四桿機構(1)曲柄搖桿機構①計算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD桿長，擺角φ及K，設計此機構。步驟如下：②任取一點D，作等腰三角形腰長為CD，夾角為φ;③作C2P⊥C1C2，作C1P使④作△PC1C2的外接圓，則A點必在此圓上。

∠C2C1P=90°－θ,交于P;90°-θPDAC1C2⑤選定A，設曲柄為a

，連桿為b

，則:b=（AC1+AC2）

/2,AC2=b-a=>a=(AC1－AC2)/2AC1=a+b安徽工程科技學院專用