機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第二章平面連桿機(jī)構(gòu)

05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)1第2章平面連桿機(jī)構(gòu)（Planarlink）

§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型和應(yīng)用05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)2

平面連桿機(jī)構(gòu)：構(gòu)件用低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副）連接組成的平面機(jī)構(gòu)。

§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)3?

面接觸，耐磨損連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)?

制造方便，易獲得較高的制造精度05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)4?

實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡要求05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)5連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)低副中存在間隙，如構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副數(shù)目較多時(shí)，運(yùn)動(dòng)傳遞的累積誤差大；連桿的慣性力不好平衡，動(dòng)載荷大，不適合用于高速；設(shè)計(jì)較復(fù)雜，不易精確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。

最簡(jiǎn)單的平面連桿機(jī)構(gòu)是由四個(gè)構(gòu)件組成，即平面四桿機(jī)構(gòu)。注：由N個(gè)構(gòu)件組成的平面連桿機(jī)構(gòu)稱為平面N桿機(jī)構(gòu)，如平面四桿機(jī)構(gòu)、平面六桿機(jī)構(gòu)等等。05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)7◆鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)◆含一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)◆含兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)◆其他演化型式§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型和應(yīng)用平面四桿機(jī)構(gòu)的類型05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)8一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：全部由轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的平面四桿機(jī)構(gòu)。機(jī)架連架桿連桿連架桿曲柄搖桿鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本型式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)。05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)9整轉(zhuǎn)副(Fullyrotatingpair)—聯(lián)接的兩構(gòu)件能相對(duì)作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。整轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副(Partiallyrotatingpair)—聯(lián)接的兩構(gòu)件不能相對(duì)作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。

05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)10曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(Crank-rocker)雙搖桿機(jī)構(gòu)(Double-rocker)機(jī)架曲柄機(jī)架搖桿搖桿搖桿鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式：05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)11鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)逆平行四邊形機(jī)構(gòu)等腰梯形機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)(Double-crank)曲柄曲柄05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)121、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例一雷達(dá)天線俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)

05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)13實(shí)例二攪拌機(jī)構(gòu)05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)14縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)腳踏砂輪機(jī)構(gòu)實(shí)例三、四05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)15應(yīng)用實(shí)例一：2、雙曲柄機(jī)構(gòu)慣性篩機(jī)構(gòu)

05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)16平行四邊形機(jī)構(gòu)05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)17逆(反)平行四邊形機(jī)構(gòu)05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)18應(yīng)用實(shí)例二火車車輪的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)

銷控機(jī)構(gòu)05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)20攝影升降機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例雙曲柄插床

05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)22應(yīng)用實(shí)例一3、雙搖桿機(jī)構(gòu)鶴式起重機(jī)05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)231、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)ABCDABCD∞ABCABC二、含一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)e偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)242、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)ABC取曲柄AB作機(jī)架若lBC≥lAB，轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)若lBC<lAB，擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用：牛頭刨床、插床、回轉(zhuǎn)式水泵05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)253、搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)ABC取連桿BC作機(jī)架，搖塊機(jī)構(gòu)取滑塊作機(jī)架，定塊機(jī)構(gòu)05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)26改變運(yùn)動(dòng)副類型轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副改變構(gòu)件相對(duì)尺寸∞雙滑塊機(jī)構(gòu)（正弦）三、含兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)（雙滑塊機(jī)構(gòu)）05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)271、正弦機(jī)構(gòu)φφ305二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)282、正切機(jī)構(gòu)φφ05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)293、滑塊聯(lián)軸器05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)304、橢圓儀05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)311、偏心輪機(jī)構(gòu)四、其他演化型式05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)322、天平機(jī)構(gòu)05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)333、牛頭刨床機(jī)構(gòu)05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)3405二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)35§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性◆急回特性◆壓力角和傳動(dòng)角◆死點(diǎn)位置◆鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)36一、急回特性ψθC2C1B2B1φ2φ1搖桿擺角ψ：搖桿在兩極限位置時(shí)的夾角極位夾角θ：搖桿在兩極限位置時(shí)主動(dòng)曲柄之間所夾的銳角ABCD1234曲柄運(yùn)動(dòng)夾角φ1和φ2φ2<φ105二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)37行程速度變化系數(shù)K：極位夾角θ：結(jié)論當(dāng)機(jī)構(gòu)存在極位夾角θ時(shí)，機(jī)構(gòu)便具有急回運(yùn)動(dòng)特性。且θ角越大，K值越大，機(jī)構(gòu)的急回性質(zhì)也越顯著。05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)38

討論:(1)若極位夾角θ=0o，則行程速比系數(shù)K=1,機(jī)構(gòu)無急回運(yùn)動(dòng)。(2)若θ>0，則K>1，θ角越大，K值也越大，機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)性質(zhì)越明顯。(3)急回作用具有方向性,當(dāng)原動(dòng)件的回轉(zhuǎn)方向改變時(shí),急回的行程也跟著變。(4)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)也有急回運(yùn)動(dòng)特性，其極位夾角θ如圖。

(5)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)也有急回運(yùn)動(dòng)特性，其極位夾角θ如圖所示。

05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)39ABCD1234二、壓力角α和傳動(dòng)角γ作用在從動(dòng)件上的驅(qū)動(dòng)力F與該力作用點(diǎn)絕對(duì)速度vC之間所夾的銳角稱為壓力角，壓力角的余角稱為傳動(dòng)角γ。vCFγαF′F″結(jié)論：1.壓力角α越小，傳動(dòng)角γ越大，機(jī)構(gòu)傳力性能越好；2.壓力角越大，傳動(dòng)角越小，機(jī)構(gòu)傳力性能越差，效率低。05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)40

連桿BC與從動(dòng)件CD之間所夾的銳角γ稱為四桿機(jī)構(gòu)在此位置的傳動(dòng)角。且γ＝90°－α≤90°最小傳動(dòng)角的確定：對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，

γmin出現(xiàn)在主動(dòng)件曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一。傳動(dòng)角大，傳力性能好

即當(dāng)∠BCD為銳角時(shí)，γmin=∠BCDmin當(dāng)∠BCD為鈍角時(shí)，γmin=180o-∠BCDmax對(duì)于一般機(jī)械，對(duì)于大功率機(jī)械，05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)41

以搖桿CD為主動(dòng)件，則當(dāng)連桿與從動(dòng)件曲柄共線時(shí)，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角γ＝0°，

這時(shí)主動(dòng)件CD通過連桿作用于從動(dòng)件AB上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，出現(xiàn)了不能使構(gòu)件AB轉(zhuǎn)動(dòng)的“頂死”現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為“死點(diǎn)”三、死點(diǎn)位置05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)42曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（曲柄為主動(dòng)件）的死點(diǎn)無死點(diǎn)存在DA練習(xí)：05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)43（1）克服死點(diǎn)的方法1）利用安裝飛輪加大慣性的方法，借慣性作用使機(jī)構(gòu)闖過死點(diǎn)。2）采用將兩組以上的同樣機(jī)構(gòu)組合使用，而使各組機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置相互錯(cuò)開排列的方法。05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)44例1飛機(jī)起落架收放機(jī)構(gòu)（2）死點(diǎn)的應(yīng)用ABDC

0FABCDF05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)45例2

工件夾緊機(jī)構(gòu)

05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)46ψC2B2C1B1四、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件整轉(zhuǎn)副：兩構(gòu)件能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)3600的轉(zhuǎn)動(dòng)副。φABCDl2l3l4l1βγ結(jié)論：1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件是：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；2、整轉(zhuǎn)副由最短桿與其鄰邊組成。05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)47結(jié)論：1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件是：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；2、整轉(zhuǎn)副由最短桿與其鄰邊組成。05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)48具有整轉(zhuǎn)副的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)型式最短桿的鄰邊為機(jī)架：最短桿為機(jī)架：最短桿為連桿：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)整轉(zhuǎn)副存在條件：1）四桿長(zhǎng)度滿足桿長(zhǎng)條件：最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其他兩桿之和。2）構(gòu)成整轉(zhuǎn)副的構(gòu)件中必有一個(gè)是最短桿。①滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，最短桿兩端分別是兩個(gè)整轉(zhuǎn)副。②此時(shí)，若以最短桿或其相鄰桿作機(jī)架，機(jī)構(gòu)都存在曲柄。否則，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。③不滿足桿長(zhǎng)條件則沒有整轉(zhuǎn)副，獲得雙搖桿機(jī)構(gòu)。小結(jié)：05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)50作業(yè)：P372－1、2－305二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)51設(shè)計(jì)的基本問題：根據(jù)給定的平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)（結(jié)構(gòu)、動(dòng)力）要求，選擇機(jī)構(gòu)的類型、確定各構(gòu)件的尺寸1、滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)例1、牛頭刨床機(jī)構(gòu)2、滿足預(yù)定的構(gòu)桿位置要求例2、小型電爐爐門的開閉機(jī)構(gòu)3、滿足預(yù)定的軌跡要求例3、攪拌機(jī)構(gòu)例4、鶴式起重機(jī)三類設(shè)計(jì)問題：05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)52設(shè)計(jì)方法：圖解法、解析法、實(shí)驗(yàn)法、圖譜法學(xué)習(xí)方法：掌握最基本的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和理論，然后推廣到演化形式。圖解法的關(guān)鍵：確定四個(gè)鉸鏈中心的位置05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)53一、按照給定的行程速度變化系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)例一、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)已知條件：搖桿長(zhǎng)度l3，擺角ψ和行程速度變化系數(shù)K。核心問題：確定鉸鏈中心A點(diǎn)的位置，定出l1、l2、l4桿長(zhǎng)。ψθC1C2B1B2ABCD123405二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)54θψθDC1C2l3AMN取比例尺μl=xmm/mm90°-θ解：2.計(jì)算極位夾角θ

3.按比例作圖，求出A的位置，用尺子量取AC1,AC2.4.計(jì)算B1B2BeAN90°-θHC1C2例二、偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)于給定行程速比系數(shù)K、滑塊行程H和偏距e時(shí),可以用同樣方法設(shè)計(jì)出曲柄滑塊機(jī)構(gòu).

05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)56B2B1m例三、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)已知條件：機(jī)架長(zhǎng)度l4，行程速度變化系數(shù)K。CAψθ核心問題：確定l1長(zhǎng)度。取比例尺μl=xmm/mmCAψn05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)57二、按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)B1C1B2C2DAB3C3B2C2B1C1DA取比例尺μl=xmm/mm05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)58三、按給定兩連架桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知：兩連架桿的三對(duì)對(duì)應(yīng)位置；求：確定各桿的長(zhǎng)度。方法一、解析法方法二、幾何試驗(yàn)法11φ1ψ1φ2φ3ψ2ψ3xy121314ABCD05二月2023第2章平面連桿機(jī)構(gòu)59解析法:11φ1ψ1φ2φ3ψ2ψ3xy121314ABCDδ消去δ，整理得P2P0P1D實(shí)驗(yàn)法當(dāng)給定連架桿位置超過三對(duì)時(shí)，一般不可能有精確解。只能用優(yōu)化或試湊的方法獲得近似解。1)首先在一張紙上取固定軸A的位置，作原動(dòng)件角位移φi位置φiψi位置φiψi1→215°10.8°4→515°15.8°2→315°12.5°5→615°17.5°3→415°14.2°6→715°19.2°2)任意取原動(dòng)件長(zhǎng)度AB3)任意取連桿長(zhǎng)度BC，作一系列圓弧;4)在一張透明紙上取固定軸D，作角位移ψiDk15)

取一系列從動(dòng)件長(zhǎng)度作同心圓弧。6)

兩圖疊加，移動(dòng)透明紙，使ki落在同一圓弧上。

φiψiAC1B1ABCD四、按給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)NEM連桿作平面運(yùn)動(dòng),其上各點(diǎn)的軌跡均不相同。B、C點(diǎn)的軌跡為圓弧;其余各點(diǎn)的軌跡為一條封