機械設計基礎課件第3章-平面連桿機構

機械設計基礎第2章平面連桿機構講授:鄧英劍第2章平面連桿機構平面四桿機構的基本型式及演化平面四桿機構的基本特性平面連桿機構的設計2.1平面四桿機構的基本型式及演化1.平面四桿機構的基本型式:鉸鏈四桿機構2.平面四桿機構的演化方式:取不同構件為機架:運動的可逆性曲柄搖桿機構;雙曲柄機構;雙搖桿機構含有一個移動副的四桿機構(轉動副轉化為移動副)曲柄滑塊機構;曲柄搖塊機構;擺動導桿機構等含有兩個移動副的四桿機構:正切機構;正弦機構1.平面四桿機構的基本型式:鉸鏈四桿機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化

當平面四桿機構中的運動副都是轉動副時，稱為鉸鏈四桿機構。鉸鏈四桿機構由四個構件組成：一個機架、兩個連架桿和一個連桿。連架桿分為兩種，一種是可以繞機架作整周運動的，稱為曲柄，一種是只能繞機架在一定范圍內來回搖擺的，稱為搖桿。1.平面四桿機構的基本型式:鉸鏈四桿機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙搖桿機構根據兩連架桿的形式,鉸鏈四桿機構可分為三種類型:2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構曲柄搖桿機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構曲柄搖桿機構的應用:雷達天線俯仰機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構雙曲柄機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構雙曲柄機構的應用:慣性篩2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構平行四邊形機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構反平行四邊機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構反平行四邊機構的應用:車門開閉系統(tǒng)2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構平行四邊機構的應用:攝影平臺2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構雙曲柄機構雙搖桿機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構雙搖桿機構的應用:造型機翻箱機構2.平面四桿機構的演化型式2.1平面四桿機構的基本型式及演化

通過改變構件的長度和形狀、擴大轉動副的半徑或選擇不同的構件作機架，可以得到四桿機構的其它一些演化機構。2.平面四桿機構的演化型式2.1平面四桿機構的基本型式及演化曲柄滑塊機構導桿機構搖塊機構定塊機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構的演化2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構的演化2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構的演化偏置曲柄滑塊機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構的演化正置曲柄滑塊機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構的演化手搖唧筒2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構的演化擺動導桿機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構的演化擺動導桿機構的應用:牛頭刨床2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構的演化轉動導桿機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構的演化移動導桿機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構的演化自卸卡車車箱舉升機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構的演化縫紉機下針機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構的演化雙轉塊機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構的演化橢圓儀2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構的演化十字溝槽聯(lián)軸節(jié)2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構的演化正切機構2.1平面四桿機構的基本型式及演化鉸鏈四桿機構的演化正弦機構(SineGenerator)2.2平面四桿機構的基本特性運動特性1.曲柄存在條件2.急回特性3.運動連續(xù)性動力特性1.壓力角、傳動角2.死點一、運動特性1、鉸鏈四桿機構中曲柄存在條件一、運動特性1、鉸鏈四桿機構中曲柄存在條件連架桿和機架中必有一桿是最短桿最短桿和最長桿之和小于或等于其它兩桿之和推論:以最短桿為機架,該機構是雙曲柄機構;以最短桿的兩個鄰邊為機架,得到兩個不同曲柄搖桿機構;以最短桿的對邊為機架,該機構是雙搖桿機構。如果最短桿和最長桿之和大于其它兩桿之和，則為雙搖桿機構。2.2平面四桿機構的基本特性一、運動特性2.2平面四桿機構的基本特性一、運動特性2、急回特性連桿機構中，主動件等速回轉,從動件的工作行程速度慢，而回程速度快，稱急回特性。通常用行程速比系數(shù)K表示。

K=Vm回/Vm工作>=12.2平面四桿機構的基本特性一、運動特性2、急回特性一、運動特性2、急回特性K=Vm回/Vm工作>=1K=（180o+θ）/（180o-θ）極位：從動件所能達到的極限位置。極位夾角：從動件在兩個極限位置時，主動件兩位置所夾之銳角，用θ表示。2.2平面四桿機構的基本特性2.2平面四桿機構的基本特性K=（180o+θ）/（180o-θ）一、運動特性2、急回特性偏置曲柄滑塊機構的急回特性及極位夾角一、運動特性2、急回特性擺動導桿機構的急回特性及極位夾角一、運動特性2、急回特性一、運動特性2、急回特性急回特性是表征從動件特性的。若θ

>0，即K>0從動件具有急回特性，此機構具有急回特性。分析機構的急回特性時要注意原動件的運動方向。2.2平面四桿機構的基本特性二、動力特性1、壓力角α、傳動角γ2.2平面四桿機構的基本特性二、動力特性1、壓力角α、傳動角γ壓力角α:在不計摩擦的情況下,從動件受力方向與力作用點速度方向所夾的銳角。傳動角γ:壓力角之余角。衡量機構的傳動質量?！獋鲃咏铅迷酱螅瑢C構工作越有利。設計時，應使γ≥γmin

或者α≤αmax2.2平面四桿機構的基本特性二、動力特性2.2平面四桿機構的基本特性1、壓力角α、傳動角γ——鉸鏈四桿機構中，曲柄與機架拉直共線和重疊共線的兩位置處出現(xiàn)的傳動角中，必有一處為最小傳動角。二、動力特性2.2平面四桿機構的基本特性1、壓力角a、傳動角g二、動力特性2.2平面四桿機構的基本特性1、壓力角a、傳動角g二、動力特性2、死點從動件在傳動角為零的位置稱為機構的死點.在分析死點位置時,要首先搞清楚哪個是主動件.死點是機構在運動過程中所處的特殊位置,它與自由度為0不同,與機構的自鎖也不同.2.2平面四桿機構的基本特性二、動力特性2、死點2.2平面四桿機構的基本特性二、動力特性2、死點2.2平面四桿機構的基本特性二、動力特性2、死點2.2平面四桿機構的基本特性二、動力特性2、死點2.2平面四桿機構的基本特性二、動力特性2、死點2.2平面四桿機構的基本特性二、動力特性2、死點死點的避免機構錯位排列加飛輪,利用慣性通過死點死點的利用飛機起落架夾具2.2平面四桿機構的基本特性2.3平面連桿機構的設計一、圖解法已知連桿位置，設計連桿機構已知連架桿位置，設計連桿機構已知連桿機構的急回系數(shù)，設計連桿機構二、解析法已知連架桿位置，設計連桿機構已知連桿上某點的軌跡，設計連桿機構三、實驗法四、最優(yōu)化方法一、圖解法1、已知連桿位置，設計連桿機構相當于已知圓弧上的幾點,求其圓心位置一、圖解法1、已知連桿位置，設計連桿機構A、已知連桿長度和連桿的三個位置一、圖解法造型機工作臺翻轉機構的設計

A、已知連桿長度和連桿的位置一、圖解法1、已知連桿位置，設計連桿機構A、已知連桿長度和連桿的位置B1C1B2C2ADxx2、已知連架桿位置，設計連桿機構用剛化反轉法,將此問題轉化為前一問題。剛化反轉法原理一、圖解法一、圖解法2、已知連架桿位置，設計連桿機構一、圖解法2、已知連架桿位置，設計連桿機構一、圖解法一、圖解法2、已知連架桿位置，設計連桿機構已知：連架桿AB和機架AD長度，兩連架桿三組對應位置AB1、AB2、AB3和DE1、DE2、DE3。

要求：設計該鉸鏈四桿機構。提示：用機構倒置法，既改取連架桿CD作為機架，原先的機架AD作為連架桿，然后采用反轉法就可以求出四桿機構。求解步驟如下：1）、

以連架桿DE的第一個位置DE1作為反轉的基準位置。作ΔDE1B2’≌ΔDE2B2,得到B2點在機構轉化過程中的新位置B2’。2）、

繼續(xù)以連架桿DE的第一位置DE1作為反轉的基準位置，作ΔDE1B3’≌ΔDE2B3,得到B3點在機構轉化過程中的新位置B3’。3）、

作過B1、B2’和B3’三點圓弧的圓心，即分別作B1B2’和B2’B3’的中垂線，兩直線的交點就是所求的圓心C1點，也就是連桿BC與連架桿CD鉸鏈點C的第一個位置。AB1C1D就是所要求的鉸鏈四桿機構第一位置時的機構圖。3、已知曲柄搖桿機構的急回系數(shù)K，搖桿的長度及擺角，設計連桿機構已知曲柄滑塊機構的急回系數(shù)K，滑塊的行程H，設計連桿機構一、圖解法一、圖解法3、已知速度變化系數(shù)，設計連桿機構一、圖解法3、已知速度變化系數(shù)，設計連桿機構一、圖解法已知：搖桿長度CD，擺角φ，行程速比系數(shù)K。要求：設計曲柄搖桿機構。一、圖解法解：1）、計算極位夾角θθ=180°（K-1）/（K+1）

一、圖解法2）、任取一點D為搖桿固定鉸鏈中心，作等腰三角形C1C2D，兩腰長度等于CD，∠C1DC2=φ。一、圖解法3）、以C1C2為一條邊，分別作∠OC1C2=∠OC2C1=90°_θ。以O為圓心，OC1為半徑作圓β。90°－θ4）、連接并延長C1D，交圓β于G點，連接并延長C2D，交圓β于F點。圓弧C1F和GC2上任意一點A到C1和C2的連線的夾角∠C1AC2都等于極位夾角θ。曲柄軸心A點可在這兩段圓弧上選取。5）、A點選定后，四桿機構尺寸即確定。設曲柄長度為a，連桿長度為b,則AC1=b_a,AC2=b+a,所以，a=(AC2_AC1)/2,b=(AC1+AC2)/2注意：曲柄軸心A不能在FG圓弧上選取，否則機構不滿運動連續(xù)性要求。在C1F和GC2兩段圓弧上選取A點時，當A點越靠近F(或G)點時，機構最小傳動角將隨之減小。)說明：1）如設計時還給出其它附加條件（如給定機架尺寸或曲柄長度或連桿長度等），則A點按相應條件確定。

2）上述設計思路和方法同樣可用于設計偏置曲柄滑塊機構。利用行程速比系數(shù)進行偏置曲柄滑塊機構的設計簡介如圖所示的偏置曲柄滑塊機構，已知行程速度變化系數(shù)K=1.5，滑塊行程h=50mm,偏距e=20mm,試用圖解法求：

1)曲柄長度AB和連桿長度BC；

2)曲柄為主動件時機構的最大壓力角和最大傳動角.

3)滑塊為主動件時機構的死點位置。機械設計基礎如圖所示的偏置曲柄滑塊機構，已知行程速度變化系數(shù)K=1.5，滑塊行程h=50mm,偏距e=20mm,試用圖解法求：

1)曲柄長度AB和連桿長度BC；

2)曲柄為主動件時機構的最大壓力角和最大傳動角.

3)滑塊為主動件時機構的死點位置。機械設計基礎2.18如圖所示的偏置曲柄滑塊機構，已知行程速度變化系數(shù)K=1.5，滑塊行程h=50mm,偏距e=20mm,試用圖解法求：

1)曲柄長度AB和連桿長度BC；

2)曲柄為主動件時機構的最大壓力角和最大傳動角.

3)滑塊為主動件時機構的死點位置。機械設計基礎