機(jī)械原理 平面連桿機(jī)構(gòu)及設(shè)計(jì)

章平面連桿機(jī)構(gòu)2021/6/271主要內(nèi)容2.1平面四桿機(jī)構(gòu)基本形式、演變及其應(yīng)用2.2平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的共性問(wèn)題2.3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2021/6/272

若干個(gè)構(gòu)件全用低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，也稱之為低副機(jī)構(gòu)。一、連桿機(jī)構(gòu)2021/6/273二、連桿機(jī)構(gòu)的分類1、根據(jù)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分為：平面連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)2021/6/2742、根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目分四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)、…四桿機(jī)構(gòu)六桿機(jī)構(gòu)2021/6/275三、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)適用于傳遞較大的動(dòng)力，常用于動(dòng)力機(jī)械依靠運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形面保持構(gòu)件間的相互接觸，且易于制造，易于保證所要求的制造精度能夠?qū)崿F(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)軌跡曲線和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，工程上常用來(lái)作為直接完成某種軌跡要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu)不足之處：不宜于傳遞高速運(yùn)動(dòng)可能產(chǎn)生較大的運(yùn)動(dòng)累積誤差2021/6/276機(jī)械手四、平面連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用2021/6/277舉升2021/6/278汽車中那些部位用到連桿機(jī)構(gòu)2021/6/279飛機(jī)起落架2021/6/2710火車頭內(nèi)燃機(jī)2021/6/2711起重裝置2021/6/2712礦山顎式碎礦機(jī)

將大石頭壓成小石頭2021/6/2713機(jī)器馬2021/6/2714機(jī)架連架桿連架桿連桿

在連架桿中，能繞其軸線回轉(zhuǎn)360°者稱為曲柄；僅能繞其軸線往復(fù)擺動(dòng)者稱為搖桿。一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：一個(gè)連架桿為曲柄，另一個(gè)為搖桿。2）雙曲柄機(jī)構(gòu)：兩連架桿均為曲柄。3）雙搖桿機(jī)構(gòu)：兩連架桿均為搖桿。§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式、演變及其應(yīng)用41232021/6/27151、轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演變41234123曲柄滑塊機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)2021/6/27162)

對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1)

偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)eABC321ABC321曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2021/6/27172s

2AB1正弦機(jī)構(gòu)曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

1BC3A32021/6/27182、取不同構(gòu)件為機(jī)架（機(jī)構(gòu)倒置）1）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的倒置2021/6/27192021/6/2720直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)（定塊機(jī)構(gòu)）曲柄搖塊機(jī)構(gòu)2）單滑塊機(jī)構(gòu)的倒置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2021/6/2721自卸卡車翻斗機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

搖塊機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于擺動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)和液壓驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)。如圖所示自卸卡車翻斗機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。在該機(jī)構(gòu)中，因?yàn)橐簤河透?繞鉸鏈C擺動(dòng)，故稱為搖塊。2021/6/2722抽水唧筒機(jī)構(gòu)直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)2021/6/2723曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)及應(yīng)用2021/6/27243）其他機(jī)構(gòu)的倒置…?2021/6/27253、擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副將轉(zhuǎn)動(dòng)副B加大，直至把轉(zhuǎn)動(dòng)副A包括進(jìn)去，成為幾何中心是B，轉(zhuǎn)動(dòng)中心為A的偏心圓盤。2021/6/2726§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的共性問(wèn)題一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件二、平面四桿機(jī)構(gòu)輸出件的急回特性三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角、死點(diǎn)四、運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性2021/6/2727BDAC1234abcdB2ACB1DE’F’GFEG’d+a|d-a||b-c|b+c一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件為什么關(guān)注有曲柄條件？2021/6/2728

欲使連架桿AB成為曲柄，則必須使AB通過(guò)與機(jī)架共線的兩個(gè)位置，2021/6/2729三角形任意兩邊之和必大于第三邊任意兩邊之差小于第三邊

即必須滿足

a+d≤b+c(2-1)|d-a|≥|b-c|(2-2)2021/6/2730欲使連架桿AB成為曲柄，則必須使AB通過(guò)與機(jī)架共線的兩個(gè)位置，即必須滿足 a+d≤b+c(1)|d-a|≥|b-c|(2)a≤ba≤ca≤d從而可得(1)若d≥a，則可得a+b≤c+d(若b>c)a+c≤b+d(若c>b) a+d≤b+c2021/6/2731結(jié)論（平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件）：1）連架桿與機(jī)架中必有一桿為四桿機(jī)構(gòu)中的最短桿；2）最短桿與最長(zhǎng)桿之和應(yīng)≤

其余兩桿的桿長(zhǎng)之和。（桿長(zhǎng)和條件）(2)若d≤a則可得2021/6/27321、若滿足桿長(zhǎng)和條件：以最短桿的相鄰構(gòu)件為機(jī)架，則最短桿為曲柄，另一連架桿為搖桿，即該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；以最短桿為機(jī)架，則兩連架桿為曲柄，該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；以最短桿的對(duì)邊構(gòu)件為機(jī)架，則無(wú)曲柄存在，即該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。2、若不滿足桿長(zhǎng)和條件，該機(jī)構(gòu)是雙搖桿機(jī)構(gòu)。注意：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)必須滿足四構(gòu)件組成的封閉多邊形條件：最長(zhǎng)桿的桿長(zhǎng)<其余三桿長(zhǎng)度之和。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判斷條件2021/6/2733babaeA顯然，需滿足:

a+e≤b曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件BCC’B’2021/6/2734eC”B”abBCC’B’A2021/6/2735導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件2021/6/2736擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件Eed-aaCABdB’E’e≤d-a2021/6/2737Eed+eaCABdd+e≤a轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件2021/6/2738二、平面四桿機(jī)構(gòu)輸出件的急回特性θψC1B1C2B2DABC

1

2擺角極位夾角CD左行耗時(shí):t2=

2

/

1=180°+θ,

2=180°-θCD右行耗時(shí):t1=

1/

顯然：若θ≠0，則：t1>t2

問(wèn):

是否存在無(wú)急回特性的四桿機(jī)構(gòu)?2021/6/2739=v2/v1=（C1C2/t2）/

（C1C2/t1）=t1/t2

=

1/

2=(180°+θ)/(180°-θ)

輸出件空回行程的平均速度

—————————————

輸出件工作行程的平均速度k=θ=180°（k-1）/（k+1）行程速度變化系數(shù)連桿機(jī)構(gòu)輸出件具有急回特性的條件：1）原動(dòng)件等角速整周轉(zhuǎn)動(dòng)2）輸出件具有正、反行程的往復(fù)運(yùn)動(dòng)3）極位夾角θ

02021/6/2740C2C2BB1C1B2Cθ曲柄滑塊機(jī)構(gòu)問(wèn):

是否存在無(wú)急回特性的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)?AC1B2B1BCA2021/6/2741θAB1DC∞B2

=導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的急回問(wèn):

是否存在無(wú)急回特性的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)?2021/6/2742F1=FcosαF2=FsinαABCDαγδFvcF1F21、機(jī)構(gòu)壓力角:在不計(jì)摩擦力、慣性力和重力的條件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使輸出件運(yùn)動(dòng)的力的方向線與輸出件上受力點(diǎn)的速度方向間所夾的銳角，稱為機(jī)構(gòu)壓力角，通常用α表示。三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角、死點(diǎn)2021/6/2743傳動(dòng)角：壓力角的余角。機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和壓力角作出如下規(guī)定： γmin≥[γ]；[γ]=30

60°；

αmax≤[α]。[γ]、[α]分別為許用傳動(dòng)角和許用壓力角。vcABCDαγδFF1F2通常用γ表示.2021/6/2744Fα

vFABC123vB3αFvB3ABC123α=0°γ=90°αnnvB3FABC231αvF2021/6/2745δ=arccos{[b2+c2-d2-a2+2adcos]/2bc}.

=0,δmin=arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc}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、最小傳動(dòng)角的確定2021/6/2746B’ABCC’

’eab

min=

’=arccos（a+e)/b

為提高機(jī)械傳動(dòng)效率，應(yīng)使其最小傳動(dòng)角處于工作阻力較小的空回行程中。cos

=（asin

+e)/babB’’BACB’C’C’’

min

2021/6/2747

在不計(jì)構(gòu)件的重力、慣性力和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦阻力的條件下，當(dāng)機(jī)構(gòu)處于傳動(dòng)角γ=0°（α=90°）的位置下，無(wú)論給機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩有多大，均不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)位置稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。F1=FcosαF2=FsinαDABCFαvBFDACvα3、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置2021/6/27482021/6/27492021/6/27502021/6/27512021/6/2752連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性：指該機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中能夠連續(xù)實(shí)現(xiàn)給定的各個(gè)位置。錯(cuò)位不連續(xù)：在左圖中，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿不可能從CD位置轉(zhuǎn)到C‘D位置，把連桿機(jī)構(gòu)的這種運(yùn)動(dòng)不連續(xù)稱為錯(cuò)位不連續(xù)。即：不可能要求從動(dòng)件在兩個(gè)不連通的可行域內(nèi)（C1DC2，C’1DC‘2）連續(xù)運(yùn)動(dòng)。錯(cuò)序不連續(xù)：在右圖中，要求連桿依次占據(jù)B1C1、B2C2、B3C3，當(dāng)AB沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)可以滿足要求，但沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則不能滿足連桿預(yù)期的次序要求，把機(jī)構(gòu)的這種運(yùn)動(dòng)不連續(xù)問(wèn)題稱為錯(cuò)序不連續(xù)。A(B’)BCC1C2C’1C’C’2

1

2DB1B3B2C1C3C2AD四、運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性可行域：當(dāng)曲柄AB連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿CD可以在其擺角φ或φ'范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)，稱此兩個(gè)范圍為機(jī)構(gòu)的可行域。

2021/6/2753四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理性判據(jù)?機(jī)構(gòu)類型與有曲柄急回特性原則最大壓力角原則注意”死點(diǎn)”連續(xù)性問(wèn)題2021/6/2754§2–3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一、基本問(wèn)題

根據(jù)機(jī)構(gòu)所提出的運(yùn)動(dòng)條件，確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸，畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（位移、速度和加速度）設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

綜合功能2021/6/27551）實(shí)現(xiàn)剛體的給定位置舉例：自動(dòng)送機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2021/6/2756A0A1B1B0B3A3A2B2E2E1E3

2

1自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)2021/6/2757翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)已知：2個(gè)位置B1-C1、B2-C2，及鉸鏈安裝平面AD2021/6/27582）實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)汽車雨刮2021/6/2759實(shí)現(xiàn)輸出構(gòu)件的急回特性2021/6/2760實(shí)現(xiàn)兩連架桿的對(duì)應(yīng)角位移、角速度和角加速度2021/6/27613）實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)演示軟件2021/6/27624)實(shí)現(xiàn)綜合功能實(shí)現(xiàn)連桿位置:上、剪下比須連續(xù)通過(guò)確定位置實(shí)現(xiàn)軌跡：刀刃按一定軌跡運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)速度要求：在剪切區(qū)的水平速度有要求2021/6/2763二、平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法幾何法解析法實(shí)驗(yàn)法2021/6/27641、給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)ADB2C2B3C3B1C12021/6/27652、給定行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)-設(shè)計(jì)過(guò)程曲柄滑塊機(jī)