機械設(shè)計基礎(chǔ)第二章平面連桿機構(gòu)課件

23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)1第2章平面連桿機構(gòu)（Planarlink）

§2-1平面四桿機構(gòu)及其傳動特點§2-3平面四桿機構(gòu)的基本特性§2-4平面四桿機構(gòu)的設(shè)計§2-2平面四桿機構(gòu)的基本類型和應(yīng)用02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)1第2章平面23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)2

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

§2-1平面四桿機構(gòu)及其傳動特點02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)2平面23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)3?

面接觸，耐磨損連桿機構(gòu)的優(yōu)點?

制造方便，易獲得較高的制造精度02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)3?面接觸，23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)4?

實現(xiàn)多種運動規(guī)律和軌跡要求02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)4?實現(xiàn)多種23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)5連桿機構(gòu)的缺點低副中存在間隙，如構(gòu)件與運動副數(shù)目較多時，運動傳遞的累積誤差大；連桿的慣性力不好平衡，動載荷大，不適合用于高速；設(shè)計較復(fù)雜，不易精確實現(xiàn)復(fù)雜運動規(guī)律等。02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)5連桿機構(gòu)的缺

最簡單的平面連桿機構(gòu)是由四個構(gòu)件組成，即平面四桿機構(gòu)。注：由N個構(gòu)件組成的平面連桿機構(gòu)稱為平面N桿機構(gòu)，如平面四桿機構(gòu)、平面六桿機構(gòu)等等。最簡單的平面連桿機構(gòu)是由四個構(gòu)件組成，即平面四桿機構(gòu)23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)7◆鉸鏈四桿機構(gòu)◆含一個移動副的四桿機構(gòu)◆含兩個移動副的四桿機構(gòu)◆其他演化型式§2-1平面四桿機構(gòu)的基本類型和應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的類型02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)7◆鉸鏈四桿23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)8一、鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)：全部由轉(zhuǎn)動副相連的平面四桿機構(gòu)。機架連架桿連桿連架桿曲柄搖桿鉸鏈四桿機構(gòu)基本型式：曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)。02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)8一、鉸鏈四桿23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)9整轉(zhuǎn)副(Fullyrotatingpair)—聯(lián)接的兩構(gòu)件能相對作整周轉(zhuǎn)動的運動副。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)件不能相對作整周轉(zhuǎn)動的運動副。

02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)9整轉(zhuǎn)副(Fu23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)10曲柄搖桿機構(gòu)(Crank-rocker)雙搖桿機構(gòu)(Double-rocker)機架曲柄機架搖桿搖桿搖桿鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式：02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)10曲柄搖桿機23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)11鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)逆平行四邊形機構(gòu)等腰梯形機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)(Double-crank)曲柄曲柄02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)11鉸鏈四桿機23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)121、曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例一雷達天線俯仰角調(diào)整機構(gòu)

02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)121、曲柄搖23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)13實例二攪拌機構(gòu)02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)13實例二攪拌23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)14縫紉機踏板機構(gòu)腳踏砂輪機構(gòu)實例三、四02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)14縫紉機踏板23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)15應(yīng)用實例一：2、雙曲柄機構(gòu)慣性篩機構(gòu)

02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)15應(yīng)用實例一23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)16平行四邊形機構(gòu)02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)16平行四邊形23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)17逆(反)平行四邊形機構(gòu)02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)17逆(反)平23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)18應(yīng)用實例二火車車輪的聯(lián)動機構(gòu)

02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)18應(yīng)用實例二銷控機構(gòu)銷控機構(gòu)23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)20攝影升降機構(gòu)02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)20攝影升降機應(yīng)用實例雙曲柄插床

應(yīng)用實例雙曲柄插床23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)22應(yīng)用實例一3、雙搖桿機構(gòu)鶴式起重機02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)22應(yīng)用實例一23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)231、曲柄滑塊機構(gòu)ABCDABCD∞ABCABC二、含一個移動副的四桿機構(gòu)e偏置曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)231、曲柄滑23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)242、導(dǎo)桿機構(gòu)ABC取曲柄AB作機架若lBC≥lAB，轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)若lBC<lAB，擺動導(dǎo)桿機構(gòu)應(yīng)用：牛頭刨床、插床、回轉(zhuǎn)式水泵02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)242、導(dǎo)桿機23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)253、搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu)ABC取連桿BC作機架，搖塊機構(gòu)取滑塊作機架，定塊機構(gòu)02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)253、搖塊機23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)26改變運動副類型轉(zhuǎn)動副變成移動副改變構(gòu)件相對尺寸∞雙滑塊機構(gòu)（正弦）三、含兩個移動副的四桿機構(gòu)（雙滑塊機構(gòu)）02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)26改變運動副23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)271、正弦機構(gòu)φφ302八月2023第2章平面連桿機構(gòu)271、正弦機23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)282、正切機構(gòu)φφ02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)282、正切機23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)293、滑塊聯(lián)軸器02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)293、滑塊聯(lián)23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)304、橢圓儀02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)304、橢圓儀23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)311、偏心輪機構(gòu)四、其他演化型式02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)311、偏心輪23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)322、天平機構(gòu)02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)322、天平機23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)333、牛頭刨床機構(gòu)02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)333、牛頭刨23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)3402八月2023第2章平面連桿機構(gòu)3423八月2023第2章平面連桿機構(gòu)35§2-2平面四桿機構(gòu)的基本特性◆急回特性◆壓力角和傳動角◆死點位置◆鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)35§2-223八月2023第2章平面連桿機構(gòu)36一、急回特性ψθC2C1B2B1φ2φ1搖桿擺角ψ：搖桿在兩極限位置時的夾角極位夾角θ：搖桿在兩極限位置時主動曲柄之間所夾的銳角ABCD1234曲柄運動夾角φ1和φ2φ2<φ102八月2023第2章平面連桿機構(gòu)36一、急回特23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)37行程速度變化系數(shù)K：極位夾角θ：結(jié)論當(dāng)機構(gòu)存在極位夾角θ時，機構(gòu)便具有急回運動特性。且θ角越大，K值越大，機構(gòu)的急回性質(zhì)也越顯著。02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)37行程速度變23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)38

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

(5)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)也有急回運動特性，其極位夾角θ如圖所示。

02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)38討論:(23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)39ABCD1234二、壓力角α和傳動角γ作用在從動件上的驅(qū)動力F與該力作用點絕對速度vC之間所夾的銳角稱為壓力角，壓力角的余角稱為傳動角γ。vCFγαF′F″結(jié)論：1.壓力角α越小，傳動角γ越大，機構(gòu)傳力性能越好；2.壓力角越大，傳動角越小，機構(gòu)傳力性能越差，效率低。02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)39ABCD123八月2023第2章平面連桿機構(gòu)40

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

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

即當(dāng)∠BCD為銳角時，γmin=∠BCDmin當(dāng)∠BCD為鈍角時，γmin=180o-∠BCDmax對于一般機械，對于大功率機械，02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)40連23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)41

以搖桿CD為主動件，則當(dāng)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”三、死點位置02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)41以23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)42曲柄搖桿機構(gòu)（曲柄為主動件）的死點無死點存在DA練習(xí)：02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)42曲柄搖桿機23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)43（1）克服死點的方法1）利用安裝飛輪加大慣性的方法，借慣性作用使機構(gòu)闖過死點。2）采用將兩組以上的同樣機構(gòu)組合使用，而使各組機構(gòu)的死點位置相互錯開排列的方法。02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)43（1）克服23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)44例1飛機起落架收放機構(gòu)（2）死點的應(yīng)用ABDC

0FABCDF02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)44例1飛機23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)45例2

工件夾緊機構(gòu)

02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)45例2工23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)46ψC2B2C1B1四、鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件整轉(zhuǎn)副：兩構(gòu)件能相對轉(zhuǎn)動3600的轉(zhuǎn)動副。φABCDl2l3l4l1βγ結(jié)論：1、鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件是：最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；2、整轉(zhuǎn)副由最短桿與其鄰邊組成。02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)46ψC2B223八月2023第2章平面連桿機構(gòu)47結(jié)論：1、鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件是：最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；2、整轉(zhuǎn)副由最短桿與其鄰邊組成。02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)47結(jié)論：1、23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)48具有整轉(zhuǎn)副的鉸鏈四桿機構(gòu)型式最短桿的鄰邊為機架：最短桿為機架：最短桿為連桿：曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)48具有整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副存在條件：1）四桿長度滿足桿長條件：最短桿與最長桿長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)件中必有一個是最短桿。①滿足桿長條件時，最短桿兩端分別是兩個整轉(zhuǎn)副。②此時，若以最短桿或其相鄰桿作機架，機構(gòu)都存在曲柄。否則，為雙搖桿機構(gòu)。③不滿足桿長條件則沒有整轉(zhuǎn)副，獲得雙搖桿機構(gòu)。小結(jié)：整轉(zhuǎn)副存在條件：1）四桿長度滿足桿長條件：最短桿與最長桿長度23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)50作業(yè)：P372－1、2－302八月2023第2章平面連桿機構(gòu)50作業(yè)：P323八月2023第2章平面連桿機構(gòu)51設(shè)計的基本問題：根據(jù)給定的平面四桿機構(gòu)的運動（結(jié)構(gòu)、動力）要求，選擇機構(gòu)的類型、確定各構(gòu)件的尺寸1、滿足預(yù)定的運動規(guī)律要求§2-3平面四桿機構(gòu)的設(shè)計例1、牛頭刨床機構(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構(gòu)3、滿足預(yù)定的軌跡要求例3、攪拌機構(gòu)例4、鶴式起重機三類設(shè)計問題：02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)51設(shè)計的基本23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)52設(shè)計方法：圖解法、解析法、實驗法、圖譜法學(xué)習(xí)方法：掌握最基本的鉸鏈四桿機構(gòu)的設(shè)計方法和理論，然后推廣到演化形式。圖解法的關(guān)鍵：確定四個鉸鏈中心的位置02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)52設(shè)計方法：23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)53一、按照給定的行程速度變化系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu)例一、曲柄搖桿機構(gòu)已知條件：搖桿長度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點的位置，定出l1、l2、l4桿長。ψθC1C2B1B2ABCD123402八月2023第2章平面連桿機構(gòu)53一、按照給23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)54θψθDC1C2l3AMN取比例尺μl=xmm/mm90°-θ解：2.計算極位夾角θ

3.按比例作圖，求出A的位置，用尺子量取AC1,AC2.4.計算B1B202八月2023第2章平面連桿機構(gòu)54θψθDCBeAN90°-θHC1C2例二、偏置曲柄滑塊機構(gòu)對于給定行程速比系數(shù)K、滑塊行程H和偏距e時,可以用同樣方法設(shè)計出曲柄滑塊機構(gòu).

BeAN90°-θHC1C2例二、偏置曲柄滑塊機構(gòu)對于給定行23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)56B2B1m例三、擺動導(dǎo)桿機構(gòu)已知條件：機架長度l4，行程速度變化系數(shù)K。CAψθ核心問題：確定l1長度。取比例尺μl=xmm/mmCAψn02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)56B2B1m23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)57二、按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)B1C1B2C2DAB3C3B2C2B1C1DA取比例尺μl=xmm/mm02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)57二、按給定23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)58三、按給定兩連架桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)已知：兩連架桿的三對對應(yīng)位置；求：確定各桿的長度。方法一、解析法方法二、幾何試驗法11φ1ψ1φ2φ3ψ2ψ3xy121314ABCD02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)58三、按給定23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)59解析法:11φ1ψ1φ2φ3ψ2ψ3xy121314ABCDδ消去δ，整理得P2P0P102八月2023第2章平面連桿機構(gòu)59解析法:1D實驗法當(dāng)給定連架桿位置超過三對時，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)任意取原動件長度AB3)任意取連桿長度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)

取一系列從動件長度作同心圓弧。6)

兩圖疊加，移動透明紙，使ki落在同一圓弧上。

φiψiAC1B1D實驗法當(dāng)給定連架桿位置超過三對時，一般不可能有精確解。只能ABCD四、按給定點的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)NEM連桿作平面運動,其上各點的軌跡均不相同。B、C點的軌跡為圓弧;其余各點的軌跡為一條封閉曲線。設(shè)計目標(biāo):

就是要確定一組桿長參數(shù),使連桿上某點的軌跡滿足設(shè)計要求。ABCD四、按給定點的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)NEM連桿作平面運連桿曲線生成器ABCD連桿曲線生成器ABCD23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)63連桿曲線生成器設(shè)計方法：圖譜法02八月2023第2章平面連桿機構(gòu)63連桿曲線生23八月2023第2章平面連桿機構(gòu)64作業(yè)：P372－5、2－7、2－8、2－1002八月2023第2章平面連桿機構(gòu)64作業(yè)：P323八月2023第2章平面連桿機構(gòu)6502八月2023第2章平面連桿機構(gòu)6523八月2023第2章平面連桿機構(gòu)6602八月2023第2章平面連桿機構(gòu)6623八月2023第2章平面連桿機構(gòu)6702八月2023第2章平面連桿機構(gòu)6723八月2023第2章平面連桿機構(gòu)6802八月2023第2章平面連桿機構(gòu)6823八月2023第2章平面連桿機構(gòu)6902八月2023第2章平面連