第2章 平面連桿機(jī)構(gòu)

第2章平面連桿機(jī)構(gòu)§2－1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用§2－2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性§2－3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)

①了解連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、類型、應(yīng)用；②掌握平面機(jī)構(gòu)的基本特性；③掌握四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件、正確判斷四桿機(jī)構(gòu)類型；④掌握平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)?！?－1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用一、特點(diǎn)

平面四桿機(jī)構(gòu)是由低副聯(lián)接而成，且各個(gè)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件都在互相平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，又稱平面低副機(jī)構(gòu)。

1、能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換和得到各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡。如：轉(zhuǎn)動(dòng)，擺動(dòng)，移動(dòng)，平面運(yùn)動(dòng)。2、運(yùn)動(dòng)副為低副：面接觸：①承載能力大；②便于潤(rùn)滑。壽命長(zhǎng)；何形狀簡(jiǎn)單——便于加工，成本低。

(續(xù))3、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只用于速度較低的場(chǎng)合。分類:平面連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)常以構(gòu)件數(shù)命名：四桿機(jī)構(gòu)、多桿機(jī)構(gòu)。

1、基本概念平面連桿機(jī)構(gòu)中固定的構(gòu)件稱為機(jī)架，直接與機(jī)架相聯(lián)接的構(gòu)件稱為連架桿，在連架桿中能繞固定軸線作整周回轉(zhuǎn)的稱為曲柄，只能在某一角度內(nèi)擺動(dòng)的稱為搖桿，聯(lián)接連架桿的構(gòu)件稱為連桿(它作平面運(yùn)動(dòng))。2、類型和應(yīng)用二桿機(jī)構(gòu)---如電動(dòng)機(jī)、水泵；

四桿機(jī)構(gòu)---如曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(內(nèi)燃機(jī))；六桿機(jī)構(gòu)---如牛頭刨

。二、平面機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用(圖)---曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(圖)---平面連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例§3.3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)附1---曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(動(dòng)畫)應(yīng)用之一應(yīng)用之二2.雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)(動(dòng)畫)兩曲柄等長(zhǎng)的雙曲柄機(jī)構(gòu)(續(xù))3.雙搖桿機(jī)構(gòu)附3---雙搖桿機(jī)構(gòu)(動(dòng)畫)應(yīng)用之一二.含有一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)1.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)應(yīng)用2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)附5---擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(動(dòng)畫)2.搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于擺缸式內(nèi)燃機(jī)和液壓驅(qū)動(dòng)裝置中，自卸貨車就是很典型的應(yīng)用。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC314A2BC搖塊機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例B234C1A自卸卡車舉升機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例A1C234BACB1234定塊機(jī)構(gòu)314A2BC定塊機(jī)構(gòu)ABC3214314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)手搖抽水唧筒定塊機(jī)構(gòu)常用于抽水唧筒和抽油泵中。三、含兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)

含有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)常稱為雙滑塊機(jī)構(gòu)。按照兩個(gè)移動(dòng)副所處的位置不同，雙滑塊機(jī)構(gòu)可分為四種形式：

(1)兩移動(dòng)副不相鄰。如圖a)所示的正切機(jī)構(gòu)。

(2)兩移動(dòng)件相鄰且其中一個(gè)與機(jī)架相連。如圖b的正弦機(jī)構(gòu)。

(3)兩移動(dòng)件相鄰但都不與機(jī)架相連。如十字滑塊機(jī)構(gòu)。

(4)兩移動(dòng)副相鄰且都與機(jī)架相連。如橢圓儀。1234橢圓儀機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)(動(dòng)畫)三、具有偏心輪的四桿機(jī)構(gòu)

下圖所示為兩種偏心輪機(jī)構(gòu)。構(gòu)件１為圓盤，其幾何中心Ｂ。因運(yùn)動(dòng)時(shí)該圓盤繞軸Ａ轉(zhuǎn)動(dòng)，故稱為偏心輪。Ａ、Ｂ之間的距離e稱為偏心距。按照相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，可畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖中紅線所示。由圖可知，偏心輪是將回轉(zhuǎn)副Ｂ擴(kuò)大到包括回轉(zhuǎn)副Ａ而形成的，偏心距e即為曲柄的長(zhǎng)度。當(dāng)曲柄長(zhǎng)度很小或傳遞很大的動(dòng)力時(shí)，通常都把曲柄做成偏心輪。這樣一方面提高了偏心軸的強(qiáng)度和剛度(因軸頸的直徑增大了)；另一方面當(dāng)軸頸位于中部時(shí)也便于安裝整體式連桿，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。因此，偏心輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于傳力較大的剪床、沖床、顎式破碎機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械中。設(shè)計(jì)：潘存云l1l2l4l3C’B’AD機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副→可能存在曲柄。桿1為曲柄，作整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機(jī)架共線l2≤(l4–l1)+l3則由△B’C’D可得：三角形任意兩邊之和大于第三邊則由△B”C”D可得：l1+l4≤l2+l3l3≤(l4–l1)+l2AB為最短桿最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和≤其他兩桿長(zhǎng)度之和§2－2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性→

l1+l2≤l3+l4C”l1l2l4l3ADl4-

l1將以上三式兩兩相加得：

l1≤l2,l1≤l3,l1≤l4

→

l1+l3≤l2+l4一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件

(1)必要條件：最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其他兩桿長(zhǎng)度之和---桿長(zhǎng)之和條件。

(2)充分條件：連架桿與機(jī)架中至少有一桿是最短桿---最短桿條件；(續(xù)圖)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)分為兩大類：（1）最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件的長(zhǎng)度之和大于其他兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和，所有運(yùn)動(dòng)副均為擺動(dòng)副，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。（2）最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件的長(zhǎng)度之和小于等于其他兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和，最短構(gòu)件上兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為整轉(zhuǎn)副。取最短構(gòu)件為機(jī)架——雙曲柄機(jī)構(gòu)取最短構(gòu)件任一相鄰構(gòu)件為機(jī)架——曲柄搖桿機(jī)構(gòu)取最短構(gòu)件對(duì)面的構(gòu)件為機(jī)架——雙搖桿機(jī)構(gòu)結(jié)論：取最短構(gòu)件為機(jī)架——雙曲柄機(jī)構(gòu)取最短構(gòu)件任一相鄰構(gòu)件為機(jī)架——曲柄搖桿機(jī)構(gòu)取最短構(gòu)件對(duì)面的構(gòu)件為機(jī)架——雙搖桿機(jī)構(gòu)討論(舉例)二、急回特性

急回特性：曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿的運(yùn)動(dòng)速度不同，搖桿的這種運(yùn)動(dòng)特性稱為急回特性。

行程速比系數(shù)K：搖桿的快速行程速度V2/慢速行程速度V1

極位夾角θ：從動(dòng)件的兩個(gè)極限位置所對(duì)應(yīng)的主動(dòng)件的兩個(gè)位置所夾的銳角。

從動(dòng)件慢行程快行程

∴

極位夾角θ（∠C2AC1）（其值與構(gòu)件尺寸有關(guān)，可能<90°，>90°）

行程速比系數(shù)K與極位夾角θαFγF’

F”當(dāng)∠BCD≤90°時(shí)，γ＝∠BCD三、壓力角和傳動(dòng)角壓力角：從動(dòng)件驅(qū)動(dòng)力F與力作用點(diǎn)絕對(duì)速度之間所夾銳角。ABCD設(shè)計(jì)時(shí)要求:

γmin≥50°γmin出現(xiàn)的位置：當(dāng)∠BCD>90°時(shí)，

γ＝180°-∠BCD切向分力:F’=Fcosα法向分力:F”=Fcosγγ↑→F’↑→對(duì)傳動(dòng)有利。=Fsinγ稱γ為傳動(dòng)角。此位置一定是：主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一。CDBAFγ可用γ的大小來(lái)表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞,F”F’當(dāng)∠BCD最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)γmin為了保證機(jī)構(gòu)良好的傳力性能設(shè)計(jì)：潘存云C1B1l1l2l3l4DA由余弦定律有：∠B1C1D＝arccos[l42+l32-(l4-l1)2]/2l2l3

∠B2C2D＝arccos[l42+l32-(l4-l1)2]/2l2l3若∠B1C1D≤90°,則若∠B2C2D>90°,則γ1＝∠B1C1Dγ2＝180°-∠B2C2D機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角一般在運(yùn)動(dòng)鏈最終一個(gè)從動(dòng)件上度量。vγγ1γmin＝[∠B1C1D,180°-∠B2C2D]mi