第5章平面連桿機構及其設計

第5章平面連桿機構設計§5-1平面連接機構的特點與基本型式§5-2平面連桿機構的工作特性§5-3平面連桿機構的設計

主要內容

各構件的運動平面重合或相互平行的連桿機構四桿機構1.平面連桿機構的定義結構最簡單應用最廣泛五桿機構六桿機構2.連桿機構的特點1)結構簡單、易于制造、成本低廉。2)是低副連接的機構，故承載能力大。3)連桿機構可實現(xiàn)運動規(guī)律與運動軌跡的多樣化。4)可進行遠距離的傳動。5)連桿機構不宜應用在高速運轉場合。用于受力較大的場合挖掘機連桿機構應用十分廣泛，但不適用于高速傳動。用于受力較大的場合挖掘機破碎機連桿機構應用十分廣泛，但不適用于高速傳動。用于實現(xiàn)各種不同的運動規(guī)律要求慣性篩用以實現(xiàn)給定軌跡要求攪拌機抓片機3.平面四桿機構的基本型式基本型式－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；連桿—不與機架相連的構件；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—可360度相對回轉的運動副；擺轉副—只能作有限角度擺動的運動副。連桿機架曲柄搖桿湘潭大學專用三種基本型式：（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。ABDC12432143124雷達天線俯仰機構縫紉機踏板機構(1)曲柄搖桿機構的應用抓片機抽油機(1)曲柄搖桿機構的應用攪拌機送料機構(1)曲柄搖桿機構的應用玩具烏龜刮雨刷(1)曲柄搖桿機構的應用湘潭大學專用（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。如慣性篩等。湘潭大學專用ABDC1234E6耕地料斗DCAB實例：火車輪慣性篩機構特例：平行四邊形機構AB=CD特征：兩連架桿等長且平行，連桿作平動香皂成型機。BC=ADABCD31B’C’ABDC耕地料斗DCAB、攝影平臺ADBC、天平、播種機料斗機構反平行四邊形機構--車門開閉機構反向(2)雙曲柄機構的應用慣性篩插床機構

平行四邊形機構的應用攝影機升降臺天平機構汽車車門開閉機構

反平行四邊形機構的應用汽車車門開閉機構

反平行四邊形機構的應用湘潭大學專用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ABDCB’C’ABDC風扇座蝸輪蝸桿電機電機ABDC風扇座蝸輪蝸桿電機ABDC風扇座蝸輪蝸桿ABDCEABDCE鶴式起重機(3)雙搖桿機構的應用爐門啟閉機構大型翻型機

雙搖桿機構的特例若兩搖桿長度相等等腰梯形機構汽車前輪轉向機構4.平面四桿機構的演化型式(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φss=lsin

φ曲柄滑塊機構的應用汽車車門開閉機構內燃機機構(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314A2BC314A2BC曲柄滑塊機構擺動導桿機構轉動導桿機構小型刨床牛頭刨床應用實例ABDCE123456ABDC1243C2C1(3)選不同的構件為機架搖塊機構314A2BC導桿機構314A2BC314A2BC曲柄滑塊機構ACB1234應用實例B234C1A自卸卡車舉升機構應用實例B34C1A2應用實例4A1B23C應用實例13C4AB2φ應用實例A1C234Bφ(3)選不同的構件為機架搖塊機構314A2BC導桿機構314A2BC314A2BC曲柄滑塊機構ACB1234應用實例B234C1A自卸卡車舉升機構應用實例B34C1A2應用實例4A1B23C應用實例13C4AB2φ應用實例A1C234Bφ(3)選不同的構件為機架搖塊機構314A2BC導桿機構314A2BC314A2BC曲柄滑塊機構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BC3214AABC3214(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。橢圓儀機構例：選擇雙滑塊機構中的不同構件作為機架可得不同的機構導桿機構搖塊機構正弦機構3214123443213214轉動導桿機構導桿機構的分類擺動導桿機構機架長>曲柄長機架長<曲柄長擺動導桿機構的應用擺動導桿機構的應用牛頭刨床主運動機構小型刨床轉動導桿機構的應用搖塊機構的應用卸料定塊機構/移動導桿機構的應用(3)轉動副的銷釘擴大平面四桿機構鉸鏈四桿機構曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙搖桿機構單滑塊機構曲柄滑塊機構導桿機構曲柄搖塊機構移動導桿機構對心曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構擺動導桿機構轉動導桿機構雙滑塊機構雙滑塊機構正弦機構雙轉塊機構正切機構橢圓儀十字滑塊聯(lián)軸器平行四邊形機構反平行四邊形機構等腰梯形機構5.2平面四桿機構的工作特性鉸鏈四桿機構1.曲柄存在條件周轉副擺轉副aabcbcd藍色三角形成立紅色三角形成立◆最短桿與最長桿之和小于等于其它兩桿長度之和周轉副存在的條件:GrashofCriterion◆構成周轉副的構件之一必為最短桿Grashoflinkagemechanism1）最短桿與最長桿之和小于等于其余兩桿長度之和曲柄存在條件:2）最短桿作連架桿或機架桿長條件滿足桿長條件最短桿作連架桿曲柄搖桿機構最短桿作機架雙曲柄機構最短桿作連桿雙搖桿機構不滿足桿長條件雙搖桿機構（最短桿的鄰邊作機架）（最短桿的對邊作機架）滿足周轉副存在條件的雙搖桿機構不滿足周轉副存在條件的雙搖桿機構例1：若要以AD為機架得到雙搖桿機構，試求CD桿長的范圍。解：1.機構存在周轉副,即Lmin+Lmax≤Li+Lj,

且以最短桿的對邊為機架）：2）40≤LCD≤

80

：70≤LCD≤902.機構不存在周轉副（即Lmin+Lmax>Li+Lj），且能形成封閉形：1）0<LCD<

40

：2）40≤LCD≤

80

：3)80<LCD<170：10<LCD<7090<LCD<170綜合：當10<LCD<170時，得到雙搖桿機構。不可能∵不滿足題意40+80≤50+LCD40+LCD≤80+50LCD+80>40+5040+80>50+LCD40+LCD>80+50∴70≤

LCD≤

80∴80<LCD≤90∴10<LCD<40∴40≤LCD<70∴90<LCD<1703)80<LCD<170：1）0<LCD<

40

：2.急回特性(Quick-returnMotion)ABCDB2C2B1C1AD極限位置1連桿與曲柄拉伸共線極限位置2連桿與曲柄重疊共線極位夾角(Crankanglebetweentwolimitpositions)

—從動件處于兩極限位置時，原動件在對應位置所夾的銳角。

工作行程(慢行程)曲柄轉過180o，搖桿擺角，耗時t1180o180o返回行程(快行程)曲柄轉過180o，搖桿擺角，耗時t2

設計具有急回要求的機構時，應先確定K值，再計算。B2C2B1C1AD180o-180o+行程速度變化系數(shù)(Coefficientoftravelspeedvariation)對心曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構的極位夾角

有急回

無急回擺動導桿機構的極位夾角

注意：具有特定尺寸的曲柄搖桿機構可能無急回運動，即：θ=0°、K=1，C1C2=2AB。曲柄搖桿機構一定有急回嗎?

壓力角越小，傳動角越大，對機構的傳動越有利。

連桿機構中，常用傳動角的大小及變化情況來衡量機構傳力性能的優(yōu)劣。FF

F3.壓力角和傳動角ABDC傳動角

—壓力角的余角。壓力角—作用在從動件上的力的方向與著力點速度方向所夾銳角。通常min40o對于高速和大功率傳動機械min50ov

IfBCD<90o

then=BCD

IfBCD>90othen=180o-BCD

機構中，最小傳動角在哪里?

最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機架兩次共線位置之一。傳動角出現(xiàn)極小值的計算C1B1abcdDA12

min=min{1,2}B2C2曲柄滑塊機構的最小傳動角在何處？如何計算？abem曲柄滑塊機構的最小傳動角在何處？如何計算？4.死點位置F

=0

連桿與曲柄在兩個共線位置時，主動件搖桿通過連桿作用于從動件曲柄上的力F

通過其回轉中心，

0，曲柄不能轉動。

F

=0

不管在主動件上作用多大的驅動力，都不能在從動件上產(chǎn)生有效分力的機構位置，稱為機構的死點位置。(Deadpoint)主動件的兩個極限位置1）曲柄搖桿機構：出現(xiàn)在以搖桿為原動件，連桿與從動曲柄共線的兩位置；2）曲柄滑塊機構：出現(xiàn)在以滑塊為原動件，連桿與從動曲柄共線的兩位置；3）擺動導桿機構：出現(xiàn)在以導桿為原動件，導桿與從動曲柄垂直的兩位置。死點出現(xiàn)的位置：死點可能出現(xiàn)的現(xiàn)象運動卡死機構運動不確定死點可能出現(xiàn)的現(xiàn)象運動卡死機構運動不確定1)加虛約束克服反轉克服死點的措施2)加飛輪依靠習慣性順利通過死點3)相同機構錯位排列火車聯(lián)動機構ABDC死點位置的利用自鎖夾具ABCDFF

0飛機起落架死點位置的利用之三5.3平面連桿機構的設計

到目前為止，平面連桿機構設計只考慮了機構的運動尺寸，還未考慮構件的材料、結構、強度等一系列因素。因此這種設計通常叫做綜合。

綜合的要求可歸納為二大類2）實現(xiàn)給定的運動曲線1）實現(xiàn)給定的運動規(guī)律1.概述SynthesisDesign

方法2）解析法1）圖解法簡單易懂、精度低、費時精度高，需借助計算機MotiongenerationPathgeneration1)已知連桿的預定位置設計鉸鏈四桿機構2.圖解法設計四桿機構Graph