ch6平面連桿機(jī)構(gòu)

第六章平面連桿機(jī)構(gòu)§6－1平面連桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用§6－3平面連桿機(jī)構(gòu)的傳力特性§6－2平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性與運(yùn)動(dòng)分析§6－4平面四桿的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)稱為連桿機(jī)構(gòu)§6－1平面連桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用連桿機(jī)構(gòu)可分為

空間連桿機(jī)構(gòu)和平面連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式平面連桿機(jī)構(gòu)的基本型式是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)其余四桿機(jī)構(gòu)均是由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而成的二桿三桿,不可能運(yùn)動(dòng).鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：四個(gè)運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副組成：機(jī)架、連架桿、連桿、機(jī)架：固定不動(dòng)的構(gòu)件——AD連架桿：直接與機(jī)架相連的構(gòu)件——AB、CD連桿：不與機(jī)架相連的構(gòu)件—BC曲柄：能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿搖桿：不能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿1B2C31B2C34AD連桿連架桿連架桿機(jī)架1234ABCD曲柄搖桿(擺桿)(周轉(zhuǎn)副)(擺轉(zhuǎn)副)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：連架桿1為曲柄，3為搖桿運(yùn)動(dòng)變換：轉(zhuǎn)動(dòng)搖動(dòng)舉例：攪拌器機(jī)構(gòu)、雷達(dá)天線機(jī)構(gòu)1234

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)機(jī)架連架桿曲柄連架桿搖桿連桿周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副

1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的分類和應(yīng)用實(shí)例顎式破碎機(jī)縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu)跑步機(jī)

2、雙曲柄機(jī)構(gòu)車門開閉機(jī)構(gòu)攝影平臺(tái)升降機(jī)構(gòu)慣性篩機(jī)構(gòu)機(jī)車車輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：二連架桿均為曲柄運(yùn)動(dòng)變換：轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，通常二轉(zhuǎn)速不相等舉例：振動(dòng)篩機(jī)構(gòu)特殊雙曲柄機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：二曲柄等速運(yùn)動(dòng)不確定問題車門開閉機(jī)構(gòu)反平行四邊形機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：二曲柄轉(zhuǎn)向相反

3、雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：二連架桿均為搖桿運(yùn)動(dòng)變換：擺動(dòng)擺動(dòng)舉例:

鶴式起重機(jī)風(fēng)扇搖頭特殊機(jī)構(gòu)等腰梯形機(jī)構(gòu)實(shí)例:

汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)三、平面連桿機(jī)構(gòu)的演化所有的四桿機(jī)構(gòu)都是由四桿機(jī)構(gòu)的基本形式演化來得。1、改變運(yùn)動(dòng)副的類型改變運(yùn)動(dòng)副類型轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副e∞改變構(gòu)件相對(duì)尺寸改變構(gòu)件相對(duì)尺寸e＝0偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1B24AC3對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

變2,3構(gòu)件形狀r1B4A32C正弦機(jī)構(gòu)ss=lABsin2C33C2r1B4A2、改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1B24AC3h=2lAB偏心輪機(jī)構(gòu)4C231BA

B副擴(kuò)大3、選不同構(gòu)件作機(jī)架A41A4曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1B2C32作機(jī)架3B2C曲柄搖塊機(jī)構(gòu)液壓驅(qū)動(dòng)筒車箱舉升機(jī)構(gòu)1BA21BA2AA41B2C3曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1B24C3移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu).C41BA21BA21BA23手動(dòng)唧筒機(jī)構(gòu)3作機(jī)架應(yīng)用C234C234A41B2C3曲柄滑塊機(jī)構(gòu)１作機(jī)架A41B2C3導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234C234轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)lBC>lAB，導(dǎo)桿AC整周轉(zhuǎn)動(dòng)C234C234C234C234AB123C4lBC<lAB，導(dǎo)桿AC擺動(dòng)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu).AB14AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB324AB321B321B4A32正弦機(jī)構(gòu)4A1B321B321B321B321B321B321B321B321B321B321B321B321

作機(jī)架1雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)十字滑塊聯(lián)軸器半聯(lián)軸器4十字滑塊3半聯(lián)軸器214AD23３作機(jī)架雙搖桿機(jī)構(gòu)34A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B２4A1B24A1B24A1B24A1B24A1B２4A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B24A1B32正弦機(jī)構(gòu)3作機(jī)架雙滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)4AD1234AD1231作機(jī)架雙曲柄機(jī)構(gòu)4AD23２作機(jī)架曲柄搖桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)的演化：

1.改變運(yùn)動(dòng)副的類型；

2.改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸；

3.選不同構(gòu)件作機(jī)架；

不同類型的四桿機(jī)構(gòu)，其傳遞和變換運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)不同，傳遞和變換力的特性不同。正確選擇平面四桿機(jī)構(gòu)的類型，可以達(dá)到不同的運(yùn)動(dòng)和力的傳遞和變換的要求。4AD123曲柄搖桿機(jī)構(gòu)23C4AB1擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)23C4AB1曲柄搖塊機(jī)構(gòu)A1B24C3移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu).A41B2C3轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)4AD1234AD123BC雙曲柄機(jī)構(gòu)4AD123BC雙搖桿機(jī)構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊桿機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)1B4A32正弦機(jī)構(gòu)4C231BA偏心輪機(jī)構(gòu)4A1B32平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)（1）運(yùn)動(dòng)副為面接觸，壓強(qiáng)小，承載能力大，耐沖擊。（2）運(yùn)動(dòng)副的形狀簡(jiǎn)單、規(guī)則，容易制造。（3）構(gòu)件可以很長(zhǎng)，用于遠(yuǎn)距離的操作。（4）可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換和特定軌跡要求。（5）連架桿位置對(duì)應(yīng)，用于控制（6）運(yùn)動(dòng)傳遞路線較長(zhǎng)，易產(chǎn)生累積誤差。（7）慣性力難以平衡，不易于高速運(yùn)動(dòng)?！?－2

平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性與運(yùn)動(dòng)分析一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件aabcbcd藍(lán)色三角形：紅色三角形：◆最短桿與最長(zhǎng)桿之和小于等于其它兩桿長(zhǎng)度之和—桿長(zhǎng)條件◆最短桿是連架桿或機(jī)架a最短最短桿與最長(zhǎng)桿之和小于等于其它兩桿長(zhǎng)度之和曲柄存在條件：1.

最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和——桿長(zhǎng)條件2.

最短桿是連架桿或機(jī)架最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是周轉(zhuǎn)副其余均為擺轉(zhuǎn)副ABCDabcd推論1：當(dāng)Lmax+Lmin

L(其余兩桿長(zhǎng)度之和)時(shí)最短桿是連架桿之一——曲柄搖桿機(jī)構(gòu)最短桿是機(jī)架——雙曲柄機(jī)構(gòu)最短桿是連桿——雙搖桿機(jī)構(gòu)推論2：當(dāng)Lmax+Lmin>L(其余兩桿長(zhǎng)度之和)時(shí)——雙搖桿機(jī)構(gòu)ABCDabcdABCDabcd例：a=120mm，b=280mm，c=360mm，AD為機(jī)架，求d的取值范圍。（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（2）雙曲柄機(jī)構(gòu)；（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)。解（1）最短桿為連架桿，且滿足桿長(zhǎng)條件a）d為最長(zhǎng)桿，d>c=360mm,a+d≤b+c，d≤b+c-a=520mm,360mm<d≤520mmb）c為最長(zhǎng)桿，120mm≤d≤360mm，

a+c≤b+d，d≥a+c-b=200mm，200mm≤d≤360mm機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)，d的取值范圍是：200mm≤d≤520mmABCDabcd例：a=120mm，b=280mm，c=360mm，AD為機(jī)架，求d的取值范圍。（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（2）雙曲柄機(jī)構(gòu)；（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)。解：（2）最短桿為機(jī)架，且滿足桿長(zhǎng)條件d≤120mm，d+c≤a+b，d≤a+b-c=40mm，機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)時(shí)，d的取值范圍是：0<d≤40mm（3）機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)，d的取值范圍是：

40mm<d<200mm或d>520mm。又據(jù)多邊形封閉原則:d<a+b+c=760所以d的取值范圍是：

40mm<d<200mm或520<d<760mm二、急回運(yùn)動(dòng)特性1.極位夾角：當(dāng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件處于兩極限位置時(shí)，主動(dòng)件曲柄在兩相應(yīng)位置所夾的銳角ADabd（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的極位夾角：e（2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的極位夾角：（3）擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角：B1C11B2C24ABCD23112v2v1極位夾角1=C1=1t1=1800+2=1t2=1800-t1>t2,v2>v1急回特性行程速度變化系數(shù)K急回特性的應(yīng)用例慢快K=1,θ=0,無急回特性牛頭刨工作要求2、急回特性設(shè)曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng)急回特性的應(yīng)用舉例

aBbACa)aBbACeb)aBbACec)d)aCABb＝0a+bC2b-aC1a+bC2b-aC1C2C2問題討論：下列機(jī)構(gòu)有無急回特性？

若有，標(biāo)出極位夾角。一、

壓力角和傳動(dòng)角壓力角：力F的作用線與力作用點(diǎn)絕對(duì)速度V所夾的銳角α

傳動(dòng)角：壓力角的余角γ稱為傳動(dòng)角在其它條件不變的情況下壓力角α越小，作功W越大壓力角是機(jī)構(gòu)傳力性能的一個(gè)重要指標(biāo)，它是力的利用率大小的衡量指標(biāo)。F有效分力有害分力§6－3

平面連桿機(jī)構(gòu)的傳力特性ABCDabcdFFtFn曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的壓力角：設(shè)連桿與搖桿夾角為ABCDabcdFFtFn

min的位置：曲柄與機(jī)架兩共線位置之一——最小傳動(dòng)角位置對(duì)

min的要求：

min40°大功率機(jī)械：

min50°二、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置所謂死點(diǎn)位置就是指從動(dòng)件的傳動(dòng)角等于零或者壓力角等于90°時(shí)機(jī)構(gòu)所處的位置。即從動(dòng)桿與連桿重合的位置1.死點(diǎn)位置DabdccabA如何確定機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置？分析B、C點(diǎn)的壓力角死點(diǎn)位置的危害：機(jī)構(gòu)或頂死，而不能運(yùn)動(dòng)；或出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定。死點(diǎn)：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)傳動(dòng)角=00的位置。B1C1B2C24ABCD231=00=00B1C１=00C2B2=00克服死點(diǎn)的措施利用慣性力相同機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列GG’EFE’F’蒸汽機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)BAC搖桿為主動(dòng)件滑塊為主動(dòng)件曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（曲柄為主動(dòng)件）無死點(diǎn)存在DA因?yàn)檫B桿與搖桿不會(huì)重合曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（搖桿為主動(dòng)件）AB與BC共線時(shí)或者機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)存在DabdccabA曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（曲柄為主動(dòng)件）e無死點(diǎn)存在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（滑塊為主動(dòng)件）有死點(diǎn)存在e2.死點(diǎn)位置的應(yīng)用飛機(jī)起落架夾具飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)=00折疊家具機(jī)構(gòu)=00火車輪3.避免死點(diǎn)位置的危害加虛約束的平行四邊形機(jī)構(gòu)minaBbACeb)aBbACa)Abb

minmin標(biāo)出下列機(jī)構(gòu)在圖示位置的壓力角．傳動(dòng)及最小傳動(dòng)角min.c)aCABb00;900.ababemnmax§6－4平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)一、四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題四桿機(jī)構(gòu)連桿曲線

1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求:

要求原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律一定的條件下，從動(dòng)件滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求。（解析法、圖解法）2)滿足預(yù)定的軌跡要求:

要求連桿上某些點(diǎn)的軌跡能符合預(yù)定的要求，稱為軌跡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。（實(shí)驗(yàn)法、解析法）圖解法思路：（4）利用其他輔助條件完成設(shè)計(jì)。（3）利用幾何關(guān)系尋找問題的關(guān)鍵；（2）將運(yùn)動(dòng)條件轉(zhuǎn)化為幾何條件；（1）將已知的幾何條件盡可能畫出；二．圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)IIIIII1.按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1)剛體作連桿，選定其上二活動(dòng)鉸鏈，即定連桿長(zhǎng)

lBC，定比例尺l作圖；2)活動(dòng)鉸鏈相對(duì)于固定鉸鏈的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓；要點(diǎn)3)用三點(diǎn)定心法確定二固定鉸鏈D,C。B1B2B3C2C3C14)計(jì)算待求桿長(zhǎng)lAB=AB·l

m;lCD=CD·l

m;lAD=AD·l

m;DA問題討論:

連桿尺寸及三個(gè)位置確定后有唯一解；二位置設(shè)計(jì)，無窮解?？商砑悠渌鼦l件，如機(jī)構(gòu)尺寸．傳動(dòng)角大?。袩o曲柄等。四個(gè)位置設(shè)計(jì)，BC不能任意選定。但總可以在連桿上找到一些點(diǎn)。五個(gè)位置設(shè)計(jì)，可能有解，可能無解。2、按急回特性要求設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)工程要求：設(shè)計(jì)滿足給定的行程速比系數(shù)K的四桿機(jī)構(gòu)要點(diǎn)：掌握極位夾角及其與K的關(guān)系思路：

A,C1,C2三點(diǎn)所在圓和角之關(guān)系。給定搖桿長(zhǎng)，從動(dòng)件行程900-問題：

AC1,AC2,AB,BC長(zhǎng)度關(guān)系。AC1=BC-ABAC2=BC+ABAB=(AC2-AC1)／2根據(jù)條件，只有D,C1,C2確定，A點(diǎn)待定。如何確定A點(diǎn)?B1C11B2C24ABCD231oA’900-r=B2C2r=EF作圖方法B2C2o已知：搖桿lCD,搖桿擺角,K。求曲柄搖桿機(jī)構(gòu)其它三桿長(zhǎng)度lAB,lBC,lAD。比例尺C1DAEFBC未知桿長(zhǎng)lAB=AB·ul

mmlBC=BC·ulmmlAD

=AD·ul

mm問題討論無其它條件，有無窮多解；有其它條件，如最小傳動(dòng)角要求時(shí)，要檢驗(yàn)最小傳動(dòng)角。無窮多解為簡(jiǎn)單解析計(jì)算提供了機(jī)會(huì)。如確定A點(diǎn)一個(gè)特殊位置，用AC1C2求解。B1B2C21）給定

K、y、LCD、機(jī)架長(zhǎng)LADABCDqO2qyq=——

180°K-1K+1①分析.900-

qB1ADC1C2DC1y900-

q2qOAEBCAC1=BC-ABAC2=BC+ABAB=—————AC2-AC12BC=—————AC2+AC12曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD

為所求.②設(shè)計(jì)以mL

=…作圖.lAB=mLAB=、lBC=mLBC=.……q=——

1800=K-1K+1…900-已知：滑塊行程H,行程速比系數(shù)K思路：C1C2c12oＡ從動(dòng)件受力點(diǎn)二極限位置C1C2與曲柄回轉(zhuǎn)中心A所在之圓。作法同曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有偏距e要求時(shí)，解數(shù)受限。按急回特性設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)C1C2S2q按給定的K、S值,設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)SADBCee若給定

K、S、e.AB=—————AC2-AC12BC=—————AC2+AC12思路：＝已知：機(jī)架長(zhǎng)lAC,行程速比系數(shù)KB1B2特點(diǎn)：DA按急回特性設(shè)計(jì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)小結(jié):曲柄存在條件