機械零部件設(shè)計 第2版 課件 學(xué)習(xí)情境二 任務(wù)2.3設(shè)計平面連桿機構(gòu)

《機械零部件設(shè)計》

情境二

設(shè)計

內(nèi)燃機中的常用機構(gòu)

1、了解內(nèi)燃機的組成及工作原理，學(xué)會進行內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)分析。2、掌握平面機構(gòu)運動簡圖繪制與自由度計算。3、掌握平面連桿機構(gòu)的設(shè)計。4、掌握凸輪機構(gòu)設(shè)計。5、培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實際問題的能力，勇于創(chuàng)新、敬業(yè)樂業(yè)的工作作風(fēng)和良好的職業(yè)道德以及團隊協(xié)作精神。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)二任務(wù)三任務(wù)四任務(wù)一工作任務(wù)內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)分析平面機構(gòu)運動簡圖繪制與自由度計算平面連桿機的設(shè)計凸輪機構(gòu)設(shè)計任務(wù)三平面連桿機構(gòu)的設(shè)計工作任務(wù)1、理解鉸接四桿機構(gòu)基本形式、演化形式的應(yīng)用；2、掌握鉸接四桿機構(gòu)的工作特性；3、學(xué)會按給定連桿位置、行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu)。學(xué)習(xí)目標(biāo)1、鉸接四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用；2、含有一個移動副的平面四桿機構(gòu)；3、平面四桿機構(gòu)的工作特性；4、平面四桿機構(gòu)的設(shè)計。主要內(nèi)容定義：若干個剛性構(gòu)件用平面低副聯(lián)接而成的機構(gòu)，稱為平面連桿機構(gòu)，也可稱為平面低副機構(gòu)。優(yōu)點：平面連桿機構(gòu)中相鄰構(gòu)件之間的接觸面為平面或圓柱面，加工方便，接觸面上的比壓小、易潤滑、磨損輕，適用于傳遞較大載荷的場合。缺點：高速時會引起較大的振動，因此常用于速度較低的場合。最簡單的平面連桿機構(gòu)是由四個構(gòu)件組成的，簡稱平面四桿機構(gòu)。

一、平面連桿機構(gòu)的基本形式及演化平面四桿機構(gòu)的類型平面四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)(全轉(zhuǎn)動副)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)

曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)

曲柄搖塊機構(gòu)移動導(dǎo)桿機構(gòu)1、鉸鏈四桿機構(gòu)的組成鉸鏈四桿機構(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，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；聯(lián)接兩連架桿且不與機架直接相聯(lián)的構(gòu)件稱為連桿。一、平面連桿機構(gòu)的基本形式及演化（1）曲柄搖桿機構(gòu)鉸接四桿機構(gòu)的兩個連架桿中，若一桿為曲柄，另一桿為搖桿，則此機構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu)。2、鉸接四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用2、鉸接四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用（1）曲柄搖桿機構(gòu)雷達天線調(diào)整機構(gòu)，即為曲柄搖桿機構(gòu)。天線固定在搖桿3上，當(dāng)主動件曲柄1回轉(zhuǎn)時，通過連桿2使搖桿3（天線）擺動。并要求搖桿3的擺動達到一定的擺角，以保證天線具有指定的擺角。2、鉸接四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用（1）曲柄搖桿機構(gòu)下圖是汽車前窗刮雨器，當(dāng)主動曲柄AB回轉(zhuǎn)時，通過連桿BC使從動搖桿CD作往復(fù)擺動，利用搖桿CD的延長部分實現(xiàn)刮雨動作。2、鉸接四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用（1）曲柄搖桿機構(gòu)當(dāng)搖桿為原動件時，可將搖桿的往復(fù)擺動轉(zhuǎn)變?yōu)榍恼苻D(zhuǎn)動，如下圖所示的縫紉機踏板。（2）雙曲柄機構(gòu)若鉸接四桿機構(gòu)中的兩連架桿均為曲柄，則此機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。2、鉸接四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用機車車輪聯(lián)動機構(gòu)

2、鉸接四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用（2）雙曲柄機構(gòu)

（3）雙搖桿機構(gòu)若鉸接四桿機構(gòu)中的兩連架桿均為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)，雙搖桿機構(gòu)在實際中的應(yīng)用主要是通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，將主動搖桿的擺角放大或縮小，使從動搖桿得到所需的擺角；或者利用連桿上某點的運動軌跡實現(xiàn)所需的運動規(guī)律。

起重機為雙搖桿機構(gòu)應(yīng)用的例子。在雙搖桿AB和CD的配合下，使懸掛在E點的貨物，能沿近似水平的方向移動。2、鉸接四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用

（3）雙搖桿機構(gòu)

2、鉸接四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用

（3）雙搖桿機構(gòu)下圖所示的飛機起落架收放機構(gòu)即為雙搖桿機構(gòu)。飛機起飛后，需將輪5收起；飛機著陸前，要把輪5放下。這些動作是由主動搖桿1通過連桿2、從動搖桿3帶動著陸輪5予以實現(xiàn)的。2、鉸接四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用

（3）雙搖桿機構(gòu)在雙搖桿機構(gòu)中，若兩搖桿長度相等，則稱為等腰梯形機構(gòu)，如圖所示的汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)就是這種雙搖桿機構(gòu)。2、鉸接四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用

汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)

3、鉸接四桿機構(gòu)中曲柄存在的條件

鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本形式的區(qū)別在于機構(gòu)中是否有曲柄存在。而且，由于在生產(chǎn)實際中，驅(qū)動機械的原動機（電動機、內(nèi)燃機等）一般都是做整周轉(zhuǎn)動的，因此要求機構(gòu)的主動件也能做整周轉(zhuǎn)動，即原動件為曲柄。通過理論可證明，機構(gòu)在什么條件下存在曲柄，與其機構(gòu)的各構(gòu)件相對尺寸的大小以及取哪個構(gòu)件為機架有關(guān)。

鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在條件為：

1）連架桿和機架中必有一桿是最短桿；

2）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和。（稱為桿長條件）

上述兩個條件必須同時滿足，否則機構(gòu)不存在曲柄。

3、鉸接四桿機構(gòu)中曲柄存在的條件

對鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本形式的具體判別方法：

(1)當(dāng)最短桿與最長桿的長度之和大于其他兩桿的長度之和時，只能是雙搖桿機構(gòu)。

(2)當(dāng)最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其他兩桿的長度之和時：

①最短桿為機架，是雙曲柄機構(gòu)；

②最短桿相鄰桿為機架，是曲柄搖桿機構(gòu)；

③最短桿的對面桿為機架，是雙搖桿機構(gòu)。3、鉸接四桿機構(gòu)中曲柄存在的條件訓(xùn)練：判別機構(gòu)的形式

已知各構(gòu)件長度如下圖所示，若分別以構(gòu)件AB、BC、CD、DA為機架，分別得到何種機構(gòu)？（1）曲柄滑塊機構(gòu)

可看做曲柄搖桿機構(gòu)中搖桿長度變?yōu)闊o窮大，形狀變?yōu)榛瑝K而演變成的機構(gòu)。4、鉸接四桿機構(gòu)的演化形式（2）偏心輪機構(gòu)通過擴大轉(zhuǎn)動副B而形成的。

4、鉸接四桿機構(gòu)的演化形式（3）導(dǎo)桿機構(gòu)當(dāng)改變曲柄滑塊機構(gòu)中的固定構(gòu)件時，可得到各種形式的導(dǎo)桿機構(gòu)。導(dǎo)桿為能在滑塊中作相對移動的構(gòu)件。4、鉸接四桿機構(gòu)的演化形式（3）導(dǎo)桿機構(gòu)

4、鉸接四桿機構(gòu)的演化形式擺動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)增加機架長度（4）搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu)當(dāng)取曲柄滑塊機構(gòu)中的連桿2為機架時，則成為搖塊機構(gòu)。

4、鉸接四桿機構(gòu)的演化形式（4）搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu)當(dāng)取曲柄滑塊機構(gòu)中的滑塊3為機架時，桿1可作整周回轉(zhuǎn)，桿4作往復(fù)移動，故稱為定塊機構(gòu)。4、鉸接四桿機構(gòu)的演化形式歸納：

四桿機構(gòu)的各種類型之間具有一定的內(nèi)在聯(lián)系。它們之間可以通過以下三種方式進行演化：１、改變構(gòu)件的相對長度或形狀。如改變鉸鏈四桿機構(gòu)中構(gòu)件的相對長度與形狀，可將其演化成含有移動副的四桿機構(gòu)；又如改變導(dǎo)桿機構(gòu)中構(gòu)件的相對長度，形成了擺動導(dǎo)桿和轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)。２、擴大轉(zhuǎn)動副半徑，可形成偏心輪機構(gòu)。３、通過選取不同構(gòu)件做機架，可得到具有不同運動特性的四桿機構(gòu)。如導(dǎo)桿機構(gòu)、搖塊機構(gòu)、定塊機構(gòu)都是通過對曲柄滑塊機構(gòu)換機架演化而來的。1、急回特性在工程實際中，往往要求做往復(fù)運動的從動件，在工作行程時的速度慢些，使得工作平穩(wěn)，而空回行程時的速度快些，以縮短非生產(chǎn)時間，從而提高生產(chǎn)率，這種特性就是所謂的急回特性。二、平面連桿機構(gòu)的工作特性

下圖曲柄搖桿機構(gòu)中，設(shè)曲柄AB為主動件，搖桿CD為從動件。曲柄AB作等速轉(zhuǎn)動，其回轉(zhuǎn)一周，搖桿CD往復(fù)擺動一次。曲柄AB在回轉(zhuǎn)一周的過程中，有兩次與連桿BC共線，可得曲柄AB與連桿BC重疊和延伸的兩個位置B1AC1、AB2C2，這時，從動搖桿CD分別處于兩個位置C1D和C2D，稱為極限位置，ψ稱為最大擺角。主動曲柄AB在對應(yīng)的兩個位置之間所夾的銳角θ稱為極位夾角。1、急回特性行程速比系數(shù)

為了表示從動件作往復(fù)運動時急回的程度，常用v1與v2的比值K來表示，K稱為行程速比系數(shù)，即

可見，極位夾角θ越大，K就越大，表示急回程度越大；當(dāng)θ=０°時，K=1，表示機構(gòu)無急回作用。因此，行程速比系數(shù)K可表示機構(gòu)的急回程度，K越大，生產(chǎn)率越高。

下圖所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，從動搖桿3所受的力F與力作用點C的速度vc間所夾的銳角α稱為壓力角。2、壓力角與傳動角

由圖可知：Ft=Fcosα,Fr=Fsinα

壓力角α越小，F(xiàn)t越大，所作的有用功也越大，傳力性能越好。為度量方便，常用壓力角α的余角γ（桿2與桿3所夾的銳角）來判斷連桿機構(gòu)的傳力性能，γ角稱為傳動角。因γ=90°-α，α越小，γ越大，說明機構(gòu)的傳力性能越好。2、壓力角與傳動角傳動角等于零度的機構(gòu)位置稱為死點位置。發(fā)生死點的條