平面連桿機構(gòu)及設(shè)計

平面連桿機構(gòu)及設(shè)計第1頁/共57頁

§3-1

平面連桿機構(gòu)的特點及設(shè)計的基本問題一、平面連桿機構(gòu)：由低副聯(lián)接而成的機構(gòu)。二、平面連桿機構(gòu)的特點：

1、優(yōu)點：面接觸—承載能力強，便于潤滑壽命長；低副—形狀簡單，易加工，易于操縱機構(gòu)。2、缺點：（1）只能近似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律;（2）設(shè)計復雜；（3）只適合速度較低的場合。第2頁/共57頁三、平面連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題

四、設(shè)計方法：選型設(shè)計尺寸設(shè)計①連桿機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目②運動副類型與數(shù)目①轉(zhuǎn)動副中心之間的距離②移動副位置尺寸1、實現(xiàn)構(gòu)件給定位置2、實現(xiàn)已知運動規(guī)律3、實現(xiàn)已知運動軌跡1、圖解法2、解析法3、實驗法第3頁/共57頁課外實踐作品——仿生尺蠖機構(gòu)第4頁/共57頁所有運動副均為轉(zhuǎn)動副的平面四桿機構(gòu)。

(含有0個移動副)§3-2平面四桿機構(gòu)的基本型式與演化一、鉸鏈四桿機構(gòu)第5頁/共57頁整轉(zhuǎn)副：二構(gòu)件相對運動為整周轉(zhuǎn)動——A擺動副：二構(gòu)件相對運動不為整周轉(zhuǎn)動——D曲柄：作整周轉(zhuǎn)動的連架桿——1搖桿：非整周轉(zhuǎn)動的連架桿——34—機架1，3—連架桿→

定軸轉(zhuǎn)動2—連桿→平面運動→

固定不動第6頁/共57頁鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式:（根據(jù)連架桿不同運動形式分）（1）曲柄搖桿機構(gòu)（2）雙曲柄機構(gòu)（3）雙搖桿機構(gòu)雷達天線俯仰機構(gòu)縫紉機機構(gòu)正平行四邊形機構(gòu)鶴式起重機機構(gòu)第7頁/共57頁曲柄→偏心輪偏心輪機構(gòu)→曲柄為偏心輪結(jié)構(gòu)的連桿結(jié)構(gòu)偏心距＝曲柄長1、擴大轉(zhuǎn)動副偏心輪機構(gòu)應用：多用于曲柄銷承受較大沖擊、曲柄較短、需安裝在直軸中部的機器。二、鉸鏈四桿機構(gòu)的演化

第8頁/共57頁2、轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化成移動副

曲柄滑塊機構(gòu)（偏距e）e≠0，偏置曲柄滑塊機構(gòu)e=0，對心曲柄滑塊機構(gòu)沖床、內(nèi)燃機、空壓機、曲柄壓力機等。(1)第9頁/共57頁(2)導桿機構(gòu)導桿整周轉(zhuǎn)動→轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)導桿只作擺動→擺動導桿機構(gòu)導桿—3

作用：對滑塊起導路作用牛頭刨床、插床等第10頁/共57頁(3)搖塊機構(gòu)自卸卡車車廂的舉升機構(gòu)等搖塊—3

繞C點搖擺第11頁/共57頁(4)定塊機構(gòu)（又名移動導桿機構(gòu)）手搖唧筒機構(gòu)等定塊—3固定不動第12頁/共57頁四桿機構(gòu)含有一個移動副曲柄滑塊機構(gòu)導桿機構(gòu)搖塊機構(gòu)定塊機構(gòu)四桿機構(gòu)含有二個移動副正弦機構(gòu)正切機構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)轉(zhuǎn)動副移動副第13頁/共57頁(1)正弦機構(gòu)

(曲柄移動導桿機構(gòu))縫紉機的刺布機構(gòu)等移動構(gòu)件—2、3第14頁/共57頁(3)雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)

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

構(gòu)件3為機架→定塊機構(gòu)(d)構(gòu)件4為機架→曲柄滑塊機構(gòu)(a)構(gòu)件1為機架→轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)(b)構(gòu)件2為機架→搖塊機構(gòu)(c)第17頁/共57頁教材中所示不同形式的四桿機構(gòu)四桿機構(gòu)含有1個移動副曲柄滑塊、導桿搖塊、定塊四桿機構(gòu)含有2個移動副正弦、正切雙轉(zhuǎn)塊、雙滑塊四桿機構(gòu)含有0個移動副曲柄搖桿、雙曲柄

(曲柄主動)曲柄搖桿、雙搖桿

(搖桿主動)更換機架更換機架更換機架轉(zhuǎn)動副變移動副第18頁/共57頁§3-3平面四桿機構(gòu)曲柄存在條件及特性一、平面四桿機構(gòu)曲柄存在條件1、鉸鏈四桿機構(gòu)整轉(zhuǎn)副存在條件（1）最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其余兩桿的長度之和（稱為桿長條件）；（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)動副A為例，證明轉(zhuǎn)動副A成為整轉(zhuǎn)副的條件。第19頁/共57頁在機構(gòu)運動的任一位置，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/共57頁鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在條件(類型判定)：雙曲柄機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)桿長之和條件N雙搖桿機構(gòu)Y最短桿為連架桿最短構(gòu)件為機架最短桿對邊的為機架YY第21頁/共57頁2、曲柄滑塊機構(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對心(e=0)直角△

AC2E：AC2＞AEa+b>eb>a-e→第22頁/共57頁二、平面四桿機構(gòu)工作特性(1)機構(gòu)的急回運動特性

原動件作勻速轉(zhuǎn)動，從動件相對機架作往復運動的機構(gòu)，從動件正行程和反行程的平均速度不相等的特性。曲柄搖桿機構(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/共57頁(2)行程速度變化系數(shù)可見：θ越大，急回特性越顯著。第24頁/共57頁(a)偏置曲柄滑塊機構(gòu)：

(3)其它具有急回特性的機構(gòu)(b)擺動導桿機構(gòu)：

往復式運動機械中，為提高勞動生產(chǎn)率，要求工作行程慢，非工作行程快。如：牛頭刨床機構(gòu)，刨時的速度＜回刀的速度(4)急回機構(gòu)的應用第25頁/共57頁2、壓力角和傳動角(1)壓力角α

從動件上某點的受力方向與從動件上該點速度方向的所夾的銳角。(2)傳動角γ——壓力角余角平面連桿機構(gòu)經(jīng)常用γ衡量機構(gòu)的傳動質(zhì)量(易于測量)——有效分力——無效分力γ↑

，對機構(gòu)傳動越有利α↓→Pt↑

對機構(gòu)傳動越有利α反映力的有效利用程度第26頁/共57頁(4)傳動角的計算

(3)許用傳動角一般：

傳動角是原動件位置的連續(xù)函數(shù)。因此在機構(gòu)運動的一個周期中，一定存在最小傳動角gmin。高速機構(gòu)：δ——構(gòu)件2、3的夾角第27頁/共57頁3、死點位置

(1)死點位置:

對于曲柄搖桿機構(gòu)，以搖桿CD為主動件，則當連桿與從動件曲柄共線時，機構(gòu)的傳動角γ＝0°，這時主動件CD通過連桿作用于從動件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)動的“頂死”現(xiàn)象，

機構(gòu)的這種位置稱為“死點”。例2曲柄滑塊機構(gòu)例3擺動導桿機構(gòu)例1曲柄搖桿機構(gòu)第28頁/共57頁避免在死點位置起動。運轉(zhuǎn)時，靠慣性沖過死點。(2)死點的不利影響：運動不確定卡死(3)克服死點的方法：(4)死點的利用：飛機起落架機構(gòu)和工件夾緊機構(gòu)等。第29頁/共57頁§3-4平面四桿機構(gòu)的設(shè)計

——圖解法ABCD固定鉸鏈A、D

：活動鉸鏈B、C：

圓心

圓或圓弧BiCii=1、2、···、NEiFi圖解設(shè)計問題——作圖求解各鉸鏈中心的位置問題。各鉸鏈間的運動關(guān)系：圖解設(shè)計的基本原理第30頁/共57頁

接下來，將原機構(gòu)的各位置的構(gòu)型均視為剛體，并向某一選定位置相對移動，使新機架的各桿位置重合，便可得新連桿相對于新機架的各個位置，即實現(xiàn)了機構(gòu)的倒置。

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

為了求活動鉸鏈的位置，可將待求活動鉸鏈所在的桿視作新機架，而將其相對的桿視為新連桿。機構(gòu)的倒置原理第31頁/共57頁1、已知連桿的三個或二個位置設(shè)計四桿機構(gòu)∵B點繞A點、C點繞D點定軸轉(zhuǎn)動①連接B1B2、B2B3；②作B1B2、B2B3垂直平分線交于A點；③連接C1C2、C2C3；④作C1C2、C2C3垂直平分線交于D點。給出B、C三個位置，A、D位置唯一給出B、C二個位置，A、D位置無窮（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/共57頁2、按給定兩連架桿的位置設(shè)計四桿機構(gòu)

目的：求解出鉸鏈C。

引入轉(zhuǎn)換機架的思想，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，交點就是所求C1。

連桿長度：b=ul

×B1C1

搖桿長度：c=ul

×D1C1第33頁/共57頁3、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu)已知：搖桿CD長度、擺角y、行程速比系數(shù)K；目的：確定鉸鏈A,曲柄長a和連桿長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O;④以O(shè)為圓心，OC1為半徑作輔助圓，

A點在圓弧上任選。（1）第34頁/共57頁實現(xiàn)給定點的運動軌跡——實驗法設(shè)計時確定:1、各桿的長度比例。2、描繪連桿曲線的點的位置圖譜法第35頁/共57頁本章知識點平面四桿機構(gòu)類型曲柄存在條件壓力角和傳動角機構(gòu)死點和急回特性平面四桿機構(gòu)的尺寸綜合第36頁/共57頁Question?桿件數(shù)目？運動副類型？連桿機構(gòu)類型？第37頁/共57頁雷達天線俯仰機構(gòu)返回機構(gòu)第38頁/共57頁縫紉機機