機械基礎(chǔ) 課件 項目三 平面連桿機構(gòu)

第3章平面連桿機構(gòu)學(xué)習(xí)導(dǎo)航知識目標：能力目標：了解平面四桿機構(gòu)的基本形式及演化形式。掌握平面四桿機構(gòu)的工作特性及在工程實際中的應(yīng)用。掌握平面四桿機構(gòu)的設(shè)計方法。掌握曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)的概念及應(yīng)用。會分析鉸鏈四桿機構(gòu)的演化形式及應(yīng)用。會根據(jù)工作要求設(shè)計平面四桿機構(gòu)。第3章平面連桿機構(gòu)連桿機構(gòu)是由若干構(gòu)件通過低副連接而形成的機構(gòu)，又稱為低副機構(gòu)?；顒訕?gòu)件均在同一平面或在相互平行的平面內(nèi)運動的連桿機構(gòu)稱為平面連桿機構(gòu)。平面連桿機構(gòu)的特點是：1、低副中的兩運動副元素為面接觸，壓強小，易于潤滑，磨損小，壽命長；2、可以實現(xiàn)預(yù)期的運動規(guī)律和軌跡等要求；3、運動副接觸面均為規(guī)則的圓柱面或平面，制造簡單；4、運動副中的間隙會引起運動積累誤差；5、有些構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，高速時會引起較大的振動和動載荷。因此，平面連桿機構(gòu)常與機器的工作部分相連，起執(zhí)行和控制作用。第3章平面連桿機構(gòu)任務(wù)一平面連桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用任務(wù)二平面四桿機構(gòu)的演化任務(wù)三平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件任務(wù)四平面四桿機構(gòu)的基本特性任務(wù)五平面四桿機構(gòu)的尺度綜合學(xué)習(xí)要點學(xué)會判斷平面連桿機構(gòu)的基本形式。掌握鉸鏈四桿機構(gòu)的應(yīng)用。3.1.1平面連桿機構(gòu)的基本概念任務(wù)一平面連桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用3.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用

3.1.1平面連桿機構(gòu)的基本概念連桿機構(gòu)是剛性構(gòu)件通過低副連接而形成的機構(gòu)，又稱為低副機構(gòu)?；顒訕?gòu)件均在同一平面或在相互平行的平面內(nèi)運動的連桿機構(gòu)稱為平面連桿機構(gòu)。平面連桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)含有移動副的平面四桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)

雙曲柄機構(gòu)

雙搖桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)偏心輪機構(gòu)搖塊機構(gòu)

導(dǎo)桿機構(gòu)

定塊機構(gòu)運動副都是轉(zhuǎn)動副的平面四桿機構(gòu)稱為鉸鏈四桿機構(gòu)。鉸鏈四桿機構(gòu)中，固定不動的構(gòu)件為機架；與機架相聯(lián)的構(gòu)件為連架桿，不與機架直接相聯(lián)的構(gòu)件稱為連桿。連架桿中，能繞機架的固定鉸鏈作整周轉(zhuǎn)動的稱為曲柄，僅能在一定角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動的稱為搖桿。

3.1.1平面連桿機構(gòu)的基本概念3.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用運動副都是轉(zhuǎn)動副的平面四桿機構(gòu)稱為鉸鏈四桿機構(gòu)，如圖所示。在鉸鏈四桿機構(gòu)中，固定不動的構(gòu)件4是機架，與機架4相連的構(gòu)件1和3稱為連架桿，不與機架相連的構(gòu)件2稱為連桿。相對于機架能做整周轉(zhuǎn)動的連架桿稱為曲柄；只能在一定角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動的連架桿稱為搖桿。鉸鏈四桿機構(gòu)動畫動畫動畫動畫曲柄搖桿機構(gòu)1雷達天線俯仰角調(diào)整機構(gòu)腳踏砂輪機機構(gòu)動畫動畫動畫3.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用雙曲柄機構(gòu)2兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)，稱雙曲柄機構(gòu)。

插床六桿機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)動畫3.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用雙曲柄機構(gòu)2動畫天平機構(gòu)由于這種機構(gòu)兩曲柄的角速度始終保持相等，且連桿始終保持平動，因此應(yīng)用較廣泛，例如圖所示的天平機構(gòu)。3.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用雙曲柄機構(gòu)2平行四邊形機構(gòu)有以下三個運動特點:(1)兩曲柄轉(zhuǎn)速相等動畫機車車輪聯(lián)動機構(gòu)3.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用雙曲柄機構(gòu)2(2)連桿始終與機架平行如圖所示的攝影車升降機構(gòu)，其升降高度的變化采用兩組平行四邊形機構(gòu)來實現(xiàn)，且利用連桿始終做平動這一特點，可使與連桿固連一體的座椅始終保持水平位置，以保證攝影人員安全可靠地攝影。攝影車升降機構(gòu)3.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用雙曲柄機構(gòu)2(3)運動的不確定性如圖所示，在平行四邊形機構(gòu)中，當兩曲柄轉(zhuǎn)至與機架共線位置時，主動曲柄AB繼續(xù)轉(zhuǎn)動，例如到達AB2位置;從動曲柄CD可能按原轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)到C2D位置，此時機構(gòu)仍是平行四邊形機構(gòu)，也可能反向轉(zhuǎn)到C'D位置。平行四邊形機構(gòu)動畫3.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用雙曲柄機構(gòu)2帶有輔助構(gòu)件的平行四邊形機構(gòu)

為了克服運動的不確定性，可以對從動曲柄施加外力，或利用飛輪及構(gòu)件本身的慣性作用。也可以采用輔助曲柄等措施解決。3.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用動畫雙曲柄機構(gòu)2

反平行四邊形機構(gòu)即連桿與機架的長度相等，兩個曲柄長度相等所組成的轉(zhuǎn)向相反的雙曲柄機構(gòu)。反平行四邊形機構(gòu)車門啟閉機構(gòu)3.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用動畫雙搖桿機構(gòu)3兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)，常用于操縱機構(gòu)、儀表機構(gòu)等。如圖所示港口起重機機構(gòu)，可實現(xiàn)貨物的水平移動，以減少功率消耗。起重機機構(gòu)動畫3.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用任務(wù)二

平面四桿機構(gòu)的演化曲柄滑塊機構(gòu)1由曲柄、連桿、滑塊和機架組成的機構(gòu)，稱為曲柄滑塊機構(gòu)。曲柄搖桿機構(gòu)到曲柄滑塊機構(gòu)的演化動畫曲柄滑塊機構(gòu)1滑塊軌道中心線通過曲柄的轉(zhuǎn)動中心A，對心曲柄滑塊機構(gòu)?；瑝K軌道中心線偏離曲柄的轉(zhuǎn)動中心A，偏置曲柄滑塊機構(gòu)。對心曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)動畫任務(wù)二

平面四桿機構(gòu)的演化偏心輪機構(gòu)2由偏心輪、連桿、滑塊和機架組成的機構(gòu)稱為偏心輪機構(gòu)。動畫偏心輪機構(gòu)動畫任務(wù)二

平面四桿機構(gòu)的演化導(dǎo)桿機構(gòu)3由曲柄、導(dǎo)桿、滑塊和機架組成的機構(gòu)，稱為導(dǎo)桿機構(gòu)。由于導(dǎo)桿能做整周轉(zhuǎn)動，因此稱為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)，此時機架長度小于曲柄長度。若取機架長度大于曲柄長度，導(dǎo)桿4只能做往復(fù)擺動，形成擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。導(dǎo)桿機構(gòu)任務(wù)二

平面四桿機構(gòu)的演化導(dǎo)桿機構(gòu)3簡易刨床的導(dǎo)桿機構(gòu)

動畫任務(wù)二

平面四桿機構(gòu)的演化導(dǎo)桿機構(gòu)3牛頭刨床的導(dǎo)桿機構(gòu)

動畫任務(wù)二

平面四桿機構(gòu)的演化搖塊機構(gòu)4若將對心曲柄滑塊機構(gòu)中的連桿BC作為機架，滑塊只能繞C點擺動，就得到曲柄搖塊機構(gòu)，簡稱搖塊機構(gòu)。搖塊機構(gòu)吊車任務(wù)二

平面四桿機構(gòu)的演化定塊機構(gòu)5若將偏置曲柄滑塊中的滑塊3作為機架，BC桿成為繞轉(zhuǎn)動副C擺動的搖桿，AC桿成為滑塊做往復(fù)移動，就得到搖桿滑塊機構(gòu)，又稱為定塊機構(gòu)。定塊機構(gòu)手搖唧筒動畫任務(wù)二

平面四桿機構(gòu)的演化任務(wù)三平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件

(1)連架桿和機架中必有一桿為最短桿（簡稱最短桿條件）。

(2)最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和（簡稱長度和條件）此條件亦稱桿長條件。a+c≤b+d

a+d≤b+c

a+b≤c+d將上述三式中每兩式相加并簡化，可得a≤b

a≤c

a≤d通過分析可得如下結(jié)論：

(1)鉸鏈四桿機構(gòu)中，如果最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其余兩桿長度之和，則根據(jù)機架選取的不同，可有下列三種情況：①取與最短桿相鄰的桿為機架，則最短桿為曲柄，另一連架桿為搖桿，組成曲柄搖桿機構(gòu)。②取最短桿為機架，則兩連架桿均為曲柄，組成雙曲柄機構(gòu)。③取最短桿對面的桿為機架，則兩連架桿均為搖桿，組成雙搖桿機構(gòu)。

(2)鉸鏈四桿機構(gòu)中，如果最短桿與最長桿的長度之和大于其余兩桿長度之和，則不論取哪一桿為機架，都沒有曲柄存在，均為雙搖桿機構(gòu)。動畫任務(wù)三平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件任務(wù)四平面四桿機構(gòu)的基本特性學(xué)習(xí)要點掌握機構(gòu)的急回特性、壓力角、傳動角及死點的概念，并

能夠在運動簡圖上進行標注。3.4.1急回特性3.4.2壓力角和轉(zhuǎn)動角3.4.3死點位置3.4.1急回特性

當主動件等速轉(zhuǎn)動時，做往復(fù)運動的從動件在返回行程中的平均速度大于工作行程的平均速度的特性。

K值的大小取決于極位夾角θ

，θ角越大，K值越大，急回運動特性越明顯；反之，則愈不明顯。當θ

=0時，K=1，機構(gòu)無急回特性。3.4.1急回特性偏置曲柄滑塊機構(gòu)和擺動導(dǎo)桿機構(gòu)也具有急回特性。值得注意的是在擺動導(dǎo)桿機構(gòu)中θ=ψ。機構(gòu)急回特性的判定

動畫動畫動畫3.4.2

壓力角和傳動角3.4.2

壓力角和傳動角壓力角越小，傳動角越大，機構(gòu)的傳力效果越好。由此可見，壓力角和傳動角是反映機構(gòu)傳力性能的重要標志。作用在從動件搖桿CD上的力F，與該力作用點C運動線速度vc之間所夾的銳角α稱為壓力角。傳動角：壓力角的余角即連桿與從動件間所夾的銳角。動畫3.4.2

壓力角和傳動角規(guī)定工作行程中的最小傳動角γmin≥40°～50°。分析表明，在曲柄搖桿機構(gòu)中，γmin可能出現(xiàn)在曲柄與機架共線的兩個位置時，一般可通過計算或作圖量取此二位置的傳動角，其中的小值即為γmin。3.4.3死點位置在曲柄搖桿機構(gòu)中，若搖桿為主動件，當搖桿處于兩極限位置時，從動曲柄與連桿共線，主動搖桿通過連桿傳給從動曲柄的作用力通過曲柄的轉(zhuǎn)動中心，此時曲柄的壓力角α=90°，傳動角γ=0°，因此無法推動曲柄轉(zhuǎn)動，機構(gòu)的這個位置稱為死點位置。曲柄搖桿機構(gòu)的死點位置動畫3.4.3死點位置在工程上有時也需利用機構(gòu)的死點位置來進行工作。例如飛機的起落架、折疊式家具和夾具等機構(gòu)。動畫動畫

任務(wù)五

平面四桿機構(gòu)的尺度綜合學(xué)習(xí)要點學(xué)會給定三個和兩個連桿位置設(shè)計平面四桿機構(gòu)。學(xué)會按給定急回特性系數(shù)設(shè)計平面四桿機構(gòu)。3.5.1按給定的連桿三個位置設(shè)計平面四桿機構(gòu)3.5.2按給定的連桿兩個位置設(shè)計平面四桿機構(gòu)3.5.3按給定的急回特性系數(shù)設(shè)計平面四桿機構(gòu)3.5.1按給定的連桿三個位置設(shè)計平面四桿機構(gòu)

平面四桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題是:根據(jù)機構(gòu)工作要求，結(jié)合附加限定條件確定繪制機構(gòu)運動簡圖所必需的參數(shù)，包括各構(gòu)件的長度尺寸及運動副之間的相對位置。

平面四桿機構(gòu)設(shè)計的方法有圖解法、實驗法和解析法。解析法精確，圖解法幾何關(guān)系清晰，實驗法直觀、簡便。本節(jié)介紹圖解法。3.5.1按給定的連桿三個位置設(shè)計平面四桿機構(gòu)已知鉸鏈四桿機構(gòu)中連桿的長度及三個預(yù)定位置，要求確定四桿機構(gòu)的其余構(gòu)件尺寸。按給定的連桿三個位置設(shè)計四桿機構(gòu)3.5.2按給定的連桿兩個位置設(shè)計平面四桿機構(gòu)已知鉸鏈四桿機構(gòu)(參見上圖)中連桿的長度及兩個預(yù)定位置，兩連架桿與機架組成轉(zhuǎn)動副的中心A、D可分別在B1B2和C1C2的中垂線上任意選取，得到無窮多個解。結(jié)合附加限定條件，從無窮解中選取滿足要求的解。造型機翻轉(zhuǎn)機構(gòu)1—機架;2、4—搖桿;3、5—連桿;6—活塞;7—砂箱;8—翻臺;9—振實臺;10—托臺鑄造車間的造型機翻轉(zhuǎn)機構(gòu)是雙搖桿機構(gòu)，如圖所示，在圖中粗實線位置Ⅰ