第3章 平面連桿機構(gòu)

第3章平面連桿機構(gòu)目的及內(nèi)容

1.了解連桿機構(gòu)的類型及應用；2.了解平面連桿機構(gòu)的演化方式；3.了解曲柄存在的條件、傳動角、死點、急回運動、行程速比系數(shù)等概念；4.掌握按簡單運動條件設(shè)計平面四桿機構(gòu)的一些基本方法。重點：1.平面鉸鏈四桿機構(gòu)基本形式及其演化2.曲柄存在條件、傳動角、死點、急回運動、行程速比系數(shù)

、運動連續(xù)性3.平面四桿機構(gòu)綜合的一些方法(能按行程速比系數(shù)、連桿三位置設(shè)計四桿機構(gòu))難點：有關(guān)曲柄存在的條件的桿長關(guān)系式全面分析若干個構(gòu)件通過低副連接而成的機構(gòu)，稱之為低副機構(gòu)。一、連桿機構(gòu)二、連桿機構(gòu)的分類1.根據(jù)構(gòu)件之間的相對運動分為：平面連桿機構(gòu)，空間連桿機構(gòu)。2.根據(jù)機構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目分為：四桿機構(gòu)、五桿機構(gòu)、六桿機構(gòu)等。三、優(yōu)點1.可傳遞較遠距離的動作；2.運動副均為低副，承載大，耐磨損。3.運動副元素幾何形狀較簡單，加工制造方便，成本低?？科浔旧淼膸缀畏忾]來保證構(gòu)件運動，結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠。荷蘭藝術(shù)家兼動態(tài)雕塑家TheoJansen發(fā)明利用風能自由奔跑的巨獸機器人。Jansen連桿機構(gòu)四、缺點1.運動鏈長，運動累積誤差大，難以精確實現(xiàn)預定的連續(xù)運動，效率較低。2.構(gòu)件上的慣性力難以平衡，不宜用于傳遞高速運動。3.運動副磨損后的間隙難以補償。4.低副引入的約束數(shù)比高副多，設(shè)計難度增加。搖桿連架桿曲柄連桿機架連架桿1.鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式3.1鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型及應用3.1.1曲柄搖桿機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩個連架桿中一個為曲柄，另一個為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu)。契貝謝夫四足步行機當一對腳足處在連桿曲線的直線部分時，著地靜止不動，另一對腳足則處在連桿曲線的曲線部分作邁足運動。兩對腳足交替著地、前行。汽車擋風玻璃雨刮器機構(gòu)3.1.2雙曲柄機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩個連架桿都是曲柄，則稱為雙曲柄機構(gòu)。平行四邊形機構(gòu)特點：1.連桿作平動2.兩曲柄同向同速轉(zhuǎn)動升降平臺攝影搖臂運動不確定性

反平行四邊形機構(gòu)特點：兩曲柄反向轉(zhuǎn)動車門啟閉機構(gòu)3.1.3雙搖桿機構(gòu)在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩連架桿都是搖桿，則稱為雙搖桿機構(gòu)。鶴式起重機特例：等腰梯形機構(gòu)——兩搖桿長度相等牛頭刨床機構(gòu)3.2.1急回運動特性和行程速比系數(shù)3.3

鉸鏈四桿機構(gòu)的傳動特性擺角θψC1C2DAB2B1B

1C

2∵

1>

2,∴t1>t2,

v1<v2極位夾角⌒v2=C1C2/t2

1=180

+θ,

2=180

-θ⌒v1=C1C2/t1極位夾角：兩極限位置曲柄所夾銳角行程速比系數(shù)極位夾角越大，K值越大，急回運動的性質(zhì)越顯著。判斷機構(gòu)是否有急回運動，看機構(gòu)中是否存在極位夾角。存在急回運動不存在急回運動存在急回運動壓力角傳動角傳動角越大，對機構(gòu)的傳動越有利，效率越高。機構(gòu)壓力角:在不計摩擦力、慣性力和重力的條件下，力的作用線與其作用點的絕對速度方向vc間所夾的銳角。傳動角：壓力角的余角。3.2.2壓力角和傳動角

=0,δmin=arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc}曲柄搖桿機構(gòu)最小傳動角的確定B’C’δminF2ABCD

γδFvcF1

abcd

δγFVcγ=δ或γ=180-δB’’C’’δmax

γ

=180

,δmax=arccos{[b2+c2-(d+a)2]/2bc}γmin=[δmin,180

-δmax]min2）當原動件AB與機架拉直共線時，∠BCD最小。1）當原動件AB與機架重疊共線時，∠BCD最小。γmin≥[γ]=40

~50

曲柄滑塊機構(gòu)的壓力角及傳動角短時沖擊載荷常用機構(gòu)簡圖FABC123vB3αFvB3ABC123α=0°γ=90°αvB3FABC231導桿機構(gòu)的壓力角和傳動角在不計構(gòu)件的重力、慣性力和運動副中的摩擦阻力的條件下，當連桿機構(gòu)從動件上的傳動角γ=0°（或α=90°）時，驅(qū)動力與從動件受力點的運動方向垂直，其有效分力等于零，無論給機構(gòu)主動件的驅(qū)動力或驅(qū)動力矩有多大，均不能使機構(gòu)運動，這時的機構(gòu)位置稱為死點位置。3.2.3死點出現(xiàn)死點位置的條件：1.作往復運動的構(gòu)件為原動件時；2.機構(gòu)處于極限位置?？p紉機克服死點位置的方法1.安裝飛輪，利用慣性克服死點位置2.多個機構(gòu)錯位排列機車車輪死點的利用飛機起落架夾具折疊桌3.3

鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件轉(zhuǎn)動副成為周轉(zhuǎn)副的條件

若A為周轉(zhuǎn)副，則AB桿作360°整周回轉(zhuǎn)時，不應出現(xiàn)B、C、D共線情形。設(shè)鉸鏈A所連接的構(gòu)件1（AB桿）和構(gòu)件4（CD桿）的桿長關(guān)系a<d得:周轉(zhuǎn)副存在條件：1.桿長之和條件：最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿之和。2.構(gòu)成周轉(zhuǎn)副的構(gòu)件中必有一個是最短桿。鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判斷條件1.在滿足桿長和的條件下：

1）以最短桿的相鄰構(gòu)件為機架，則最短桿為曲柄，另一連架桿為搖桿，即該機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)；2）以最短桿為機架，則兩連架桿為曲柄，該機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)；

3）以最短桿的對邊構(gòu)件為機架，均無曲柄存在，即該機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。

2.若不滿足桿長和條件，該機構(gòu)只能是雙搖桿機構(gòu)。3.鉸鏈四桿機構(gòu)須滿足四構(gòu)件組成封閉多邊形條件：最長桿的桿長<其余三桿長度之和。

3.4鉸鏈四桿機構(gòu)的演化3.4.1改變構(gòu)件形狀及相對尺寸得到曲柄滑塊機構(gòu)

3.4.2擴大運動副尺寸得到偏心輪機構(gòu)偏心輪機構(gòu)—偏心距為曲柄的長度

演化偏心輪機構(gòu)

偏心輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，偏心輪軸頸的強度和剛度大，易于安裝整體式連桿，常用于曲柄長度要求較短、沖擊振動較大的機械中。3.4.3選用不同的構(gòu)件為機架

φβδψ周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副低副運動的可逆性：對于低副，它所聯(lián)接的兩個構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系，不因其中哪個構(gòu)件是機架而改變。雙曲柄機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)AA曲柄搖桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)

機架長度L1<曲柄長度L2機架長度L1>曲柄長度L2轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)擺動導桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)移動導桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）3.5平面四桿機構(gòu)的設(shè)計1.連桿設(shè)計的基本問題1）實現(xiàn)連桿（剛體）占有若干指定的位置，稱為剛體導引機構(gòu)綜合所設(shè)計的機構(gòu)能引導連桿通過一系列給定位置。2）實現(xiàn)預定的運動軌跡。稱為軌跡生成機構(gòu)綜合所設(shè)計的機構(gòu)連桿上某點能通過某一預先給定的軌跡。1）實驗法2）圖解法3）解析法二、設(shè)計方法已知：搖桿CD長度lCD，擺角φ，K＞1求：滿足K的A點位置，并定出lAB，lAD

，lBC3.5.1圖解法設(shè)計四桿機構(gòu)1.按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)C1

D

B1

C2

B2

φ

A

1）曲柄搖桿機構(gòu)C1DC2φAO90

-

90

-

步驟：1.計算2.確定比例尺μl3.任取一點D，作搖桿CD的兩個極限位置，夾角為φ4.作

C1C2O=

C2C1O=90-，得O點；5.以O(shè)C1為半徑畫圓，A點必在此圓上C1DB1C2B2φA

O90

-

90

-

6.選定A，設(shè)曲柄為a，連桿為b，則：AC1=b-aAC2=b+aa=(AC2-AC1)/2b=(AC1+AC2)/2注意：1.考慮機構(gòu)運動的連續(xù)性，應避免機架AD的連線不在搖桿的可行域內(nèi)，即A不選在C1C2及FG劣弧段上2.A點選擇C1G、C2F兩弧段上，當A向G（F）靠近時，則機構(gòu)的最小傳動角將隨之減小而趨于零，故A應適當遠離G（F）點較為有利。3.有無窮多個解。2）曲柄滑塊機構(gòu)已知：C1、C2位置（行程H），偏距e，K求:滿足K的A點位置3）導桿機構(gòu)已知：機架長度d，K分析：由于

=φ，僅需確定曲柄長度a2.按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)目標：設(shè)計一鉸鏈四桿機構(gòu)。已知條件：連桿占據(jù)預定的三個位置。分析：1.由B、C（動點）求A、D（定點）；2.A點是B點的軌跡中心

D點是C點的軌跡中心。方法：作垂直平分線（中垂線）。B1B2B3C2C3C1ADc23c12b23b12步驟：1.選定比例尺，按給定的連桿位置和長度畫出連桿三個位置B1C1和B2C2