平面連桿機(jī)構(gòu)及設(shè)計(jì)

平面連桿機(jī)構(gòu)及設(shè)計(jì)第1頁(yè)/共57頁(yè)

§3-1

平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題一、平面連桿機(jī)構(gòu)：由低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)。二、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：

1、優(yōu)點(diǎn)：面接觸—承載能力強(qiáng)，便于潤(rùn)滑壽命長(zhǎng)；低副—形狀簡(jiǎn)單，易加工，易于操縱機(jī)構(gòu)。2、缺點(diǎn)：（1）只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律;（2）設(shè)計(jì)復(fù)雜；（3）只適合速度較低的場(chǎng)合。第2頁(yè)/共57頁(yè)三、平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題

四、設(shè)計(jì)方法：選型設(shè)計(jì)尺寸設(shè)計(jì)①連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目②運(yùn)動(dòng)副類(lèi)型與數(shù)目①轉(zhuǎn)動(dòng)副中心之間的距離②移動(dòng)副位置尺寸1、實(shí)現(xiàn)構(gòu)件給定位置2、實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律3、實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)軌跡1、圖解法2、解析法3、實(shí)驗(yàn)法第3頁(yè)/共57頁(yè)課外實(shí)踐作品——仿生尺蠖機(jī)構(gòu)第4頁(yè)/共57頁(yè)所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)。

(含有0個(gè)移動(dòng)副)§3-2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式與演化一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)第5頁(yè)/共57頁(yè)整轉(zhuǎn)副：二構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)為整周轉(zhuǎn)動(dòng)——A擺動(dòng)副：二構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)不為整周轉(zhuǎn)動(dòng)——D曲柄：作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿——1搖桿：非整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿——34—機(jī)架1，3—連架桿→

定軸轉(zhuǎn)動(dòng)2—連桿→平面運(yùn)動(dòng)→

固定不動(dòng)第6頁(yè)/共57頁(yè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式:（根據(jù)連架桿不同運(yùn)動(dòng)形式分）（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)雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)機(jī)構(gòu)正平行四邊形機(jī)構(gòu)鶴式起重機(jī)機(jī)構(gòu)第7頁(yè)/共57頁(yè)曲柄→偏心輪偏心輪機(jī)構(gòu)→曲柄為偏心輪結(jié)構(gòu)的連桿結(jié)構(gòu)偏心距＝曲柄長(zhǎng)1、擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副偏心輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用：多用于曲柄銷(xiāo)承受較大沖擊、曲柄較短、需安裝在直軸中部的機(jī)器。二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化

第8頁(yè)/共57頁(yè)2、轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化成移動(dòng)副

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（偏距e）e≠0，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)e=0，對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)沖床、內(nèi)燃機(jī)、空壓機(jī)、曲柄壓力機(jī)等。(1)第9頁(yè)/共57頁(yè)(2)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿整周轉(zhuǎn)動(dòng)→轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿只作擺動(dòng)→擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿—3

作用：對(duì)滑塊起導(dǎo)路作用牛頭刨床、插床等第10頁(yè)/共57頁(yè)(3)搖塊機(jī)構(gòu)自卸卡車(chē)車(chē)廂的舉升機(jī)構(gòu)等搖塊—3

繞C點(diǎn)搖擺第11頁(yè)/共57頁(yè)(4)定塊機(jī)構(gòu)（又名移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）手搖唧筒機(jī)構(gòu)等定塊—3固定不動(dòng)第12頁(yè)/共57頁(yè)四桿機(jī)構(gòu)含有一個(gè)移動(dòng)副曲柄滑塊機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)含有二個(gè)移動(dòng)副正弦機(jī)構(gòu)正切機(jī)構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副第13頁(yè)/共57頁(yè)(1)正弦機(jī)構(gòu)

(曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu))縫紉機(jī)的刺布機(jī)構(gòu)等移動(dòng)構(gòu)件—2、3第14頁(yè)/共57頁(yè)(3)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)

(十字滑塊聯(lián)軸節(jié))(2)正切機(jī)構(gòu)移動(dòng)構(gòu)件—2、3第15頁(yè)/共57頁(yè)(4)雙滑塊機(jī)構(gòu)（橢圓儀）連桿BC連線上的任一點(diǎn)軌跡為以A為中心的橢圓。其中，中點(diǎn)D的軌跡是以A為圓心的圓。第16頁(yè)/共57頁(yè)3、更換機(jī)架

構(gòu)件3為機(jī)架→定塊機(jī)構(gòu)(d)構(gòu)件4為機(jī)架→曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(a)構(gòu)件1為機(jī)架→轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(b)構(gòu)件2為機(jī)架→搖塊機(jī)構(gòu)(c)第17頁(yè)/共57頁(yè)教材中所示不同形式的四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)含有1個(gè)移動(dòng)副曲柄滑塊、導(dǎo)桿搖塊、定塊四桿機(jī)構(gòu)含有2個(gè)移動(dòng)副正弦、正切雙轉(zhuǎn)塊、雙滑塊四桿機(jī)構(gòu)含有0個(gè)移動(dòng)副曲柄搖桿、雙曲柄

(曲柄主動(dòng))曲柄搖桿、雙搖桿

(搖桿主動(dòng))更換機(jī)架更換機(jī)架更換機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)副變移動(dòng)副第18頁(yè)/共57頁(yè)§3-3平面四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件及特性一、平面四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)整轉(zhuǎn)副存在條件（1）最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿的長(zhǎng)度之和（稱(chēng)為桿長(zhǎng)條件）；（2）組成該整轉(zhuǎn)副的兩構(gòu)件之一為最短桿。證明：

不失一般性，以圖中的轉(zhuǎn)動(dòng)副A為例，證明轉(zhuǎn)動(dòng)副A成為整轉(zhuǎn)副的條件。第19頁(yè)/共57頁(yè)在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的任一位置，若令f=lBD，則由三角形的邊角關(guān)系：

b+c≥f，b+c≥fmax=a+d，(B在B1處)|b－c|≤f，|b－c|≤fmin=|d－a|（B在B2處）若a<d，則|d－a|=d－a

→a+b≤c+da+c≤b+da+d≤c+b且a=min若a>d，則|d－a|=a－d

→d+b≤c+ad+c≤b+ad+a≤c+b且d=min第20頁(yè)/共57頁(yè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件(類(lèi)型判定)：雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)之和條件N雙搖桿機(jī)構(gòu)Y最短桿為連架桿最短構(gòu)件為機(jī)架最短桿對(duì)邊的為機(jī)架YY第21頁(yè)/共57頁(yè)2、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄存在條件

直角△

AC1E：AC1＞AEb-a>eb>a+e曲柄存在的條件:b>a+e偏置

b>a對(duì)心(e=0)直角△

AC2E：AC2＞AEa+b>eb>a-e→第22頁(yè)/共57頁(yè)二、平面四桿機(jī)構(gòu)工作特性(1)機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)特性

原動(dòng)件作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件相對(duì)機(jī)架作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件正行程和反行程的平均速度不相等的特性。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄AB1→AB2，搖桿C1D→C2D，曲柄AB2→AB1，搖桿C2D→C1D，正行程：反行程：正行程慢，反行程快。1、行程速度變化系數(shù)第23頁(yè)/共57頁(yè)(2)行程速度變化系數(shù)可見(jiàn)：θ越大，急回特性越顯著。第24頁(yè)/共57頁(yè)(a)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：

(3)其它具有急回特性的機(jī)構(gòu)(b)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)：

往復(fù)式運(yùn)動(dòng)機(jī)械中，為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，要求工作行程慢，非工作行程快。如：牛頭刨床機(jī)構(gòu)，刨時(shí)的速度＜回刀的速度(4)急回機(jī)構(gòu)的應(yīng)用第25頁(yè)/共57頁(yè)2、壓力角和傳動(dòng)角(1)壓力角α

從動(dòng)件上某點(diǎn)的受力方向與從動(dòng)件上該點(diǎn)速度方向的所夾的銳角。(2)傳動(dòng)角γ——壓力角余角平面連桿機(jī)構(gòu)經(jīng)常用γ衡量機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)質(zhì)量(易于測(cè)量)——有效分力——無(wú)效分力γ↑

，對(duì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)越有利α↓→Pt↑

對(duì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)越有利α反映力的有效利用程度第26頁(yè)/共57頁(yè)(4)傳動(dòng)角的計(jì)算

(3)許用傳動(dòng)角一般：

傳動(dòng)角是原動(dòng)件位置的連續(xù)函數(shù)。因此在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期中，一定存在最小傳動(dòng)角gmin。高速機(jī)構(gòu)：δ——構(gòu)件2、3的夾角第27頁(yè)/共57頁(yè)3、死點(diǎn)位置

(1)死點(diǎn)位置:

對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，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(guò)連桿作用于從動(dòng)件AB上的力恰好通過(guò)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(chēng)為“死點(diǎn)”。例2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)例3擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)例1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)第28頁(yè)/共57頁(yè)避免在死點(diǎn)位置起動(dòng)。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，靠慣性沖過(guò)死點(diǎn)。(2)死點(diǎn)的不利影響：運(yùn)動(dòng)不確定卡死(3)克服死點(diǎn)的方法：(4)死點(diǎn)的利用：飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)和工件夾緊機(jī)構(gòu)等。第29頁(yè)/共57頁(yè)§3-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

——圖解法ABCD固定鉸鏈A、D

：活動(dòng)鉸鏈B、C：

圓心

圓或圓弧BiCii=1、2、···、NEiFi圖解設(shè)計(jì)問(wèn)題——作圖求解各鉸鏈中心的位置問(wèn)題。各鉸鏈間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系：圖解設(shè)計(jì)的基本原理第30頁(yè)/共57頁(yè)

接下來(lái)，將原機(jī)構(gòu)的各位置的構(gòu)型均視為剛體，并向某一選定位置相對(duì)移動(dòng)，使新機(jī)架的各桿位置重合，便可得新連桿相對(duì)于新機(jī)架的各個(gè)位置，即實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的倒置。

這樣，就將求活動(dòng)鉸鏈的位置問(wèn)題轉(zhuǎn)化為求固定鉸鏈的位置問(wèn)題了。這種方法又稱(chēng)為反轉(zhuǎn)法。

為了求活動(dòng)鉸鏈的位置，可將待求活動(dòng)鉸鏈所在的桿視作新機(jī)架，而將其相對(duì)的桿視為新連桿。機(jī)構(gòu)的倒置原理第31頁(yè)/共57頁(yè)1、已知連桿的三個(gè)或二個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)∵B點(diǎn)繞A點(diǎn)、C點(diǎn)繞D點(diǎn)定軸轉(zhuǎn)動(dòng)①連接B1B2、B2B3；②作B1B2、B2B3垂直平分線交于A點(diǎn)；③連接C1C2、C2C3；④作C1C2、C2C3垂直平分線交于D點(diǎn)。給出B、C三個(gè)位置，A、D位置唯一給出B、C二個(gè)位置，A、D位置無(wú)窮（需加其他條件方可獲得唯一解）目的：求解出鉸鏈A和D。第32頁(yè)/共57頁(yè)2、按給定兩連架桿的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

目的：求解出鉸鏈C。

引入轉(zhuǎn)換機(jī)架的思想，采用反轉(zhuǎn)法求得。①作△DE1B2’≌△DE2B2，得B2’；②作△DE1B3’≌△DE3B3，得B3’；③作B1’B2’、B2’B3’的垂直平分線，交點(diǎn)就是所求C1。

連桿長(zhǎng)度：b=ul

×B1C1

搖桿長(zhǎng)度：c=ul

×D1C1第33頁(yè)/共57頁(yè)3、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知：搖桿CD長(zhǎng)度、擺角y、行程速比系數(shù)K；目的：確定鉸鏈A,曲柄長(zhǎng)a和連桿長(zhǎng)b。①由(1)式算出極位夾角θ；②任選D的位置，按已知條件作出搖桿極限位置DC1和DC2;③作∠C2C1O＝∠C1C2O＝90°－θ

得C1O與C2O交點(diǎn)O;④以O(shè)為圓心，OC1為半徑作輔助圓，

A點(diǎn)在圓弧上任選。（1）第34頁(yè)/共57頁(yè)實(shí)現(xiàn)給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡——實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)時(shí)確定:1、各桿的長(zhǎng)度比例。2、描繪連桿曲線的點(diǎn)的位置圖譜法第35頁(yè)/共57頁(yè)本章知識(shí)點(diǎn)平面四桿機(jī)構(gòu)類(lèi)型曲柄存在條件壓力角和傳動(dòng)角機(jī)構(gòu)死點(diǎn)和急回特性平面四桿機(jī)構(gòu)的尺寸綜合第36頁(yè)/共57頁(yè)Question?桿件數(shù)目？運(yùn)動(dòng)副類(lèi)型？連桿機(jī)構(gòu)類(lèi)型？第37頁(yè)/共57頁(yè)雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)返回機(jī)構(gòu)第38頁(yè)/共57頁(yè)縫紉機(jī)機(jī)