機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 課件 項目3 平面連桿機(jī)構(gòu)

項目3平面連桿機(jī)構(gòu)機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)目錄CONTENTS平面連桿機(jī)構(gòu)基本類型及應(yīng)用1平面四桿機(jī)構(gòu)基本特性2平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計31平面連桿機(jī)構(gòu)的基本類型及應(yīng)用Part如圖所示為天線機(jī)構(gòu)。其中桿1與機(jī)架形成轉(zhuǎn)動副A，桿1和桿2形成轉(zhuǎn)動副B，桿2和桿3形成轉(zhuǎn)動副C，桿3與機(jī)架形成轉(zhuǎn)動副D。試分析圖示天線擺角如何調(diào)節(jié)？以及該機(jī)構(gòu)可能的類型。任務(wù)引入任務(wù)目標(biāo)：1.了解平面連桿機(jī)構(gòu)的特點；2.理解鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式；3.掌握鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式。一、基本概念平面連桿機(jī)構(gòu)——若干構(gòu)件通過低副連接而成的平面機(jī)構(gòu)。平面四桿機(jī)構(gòu)——由四個構(gòu)件通過低副連接而成的平面機(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)——所有低副均為轉(zhuǎn)動副的平面四桿機(jī)構(gòu)。二、平面連桿機(jī)構(gòu)特點及應(yīng)用優(yōu)點：1、由于組成運動副的兩構(gòu)件之間為面接觸，因而承受的壓強(qiáng)小、便于潤滑、磨損較輕，可以承受較大的載荷；2、構(gòu)件形狀簡單，加工方便，工作可靠；3、在主動件等速連續(xù)運動的條件下，當(dāng)各構(gòu)件的相對長度不同時,從動件實現(xiàn)多種形式的運動，滿足多種運動規(guī)律的要求。缺點：1、低副中存在間隙會引起運動誤差，設(shè)計計算比較復(fù)雜，不易實現(xiàn)精確的復(fù)雜運動規(guī)律；2、連桿機(jī)構(gòu)運動時產(chǎn)生的慣性力也不適用于高速的場合。應(yīng)用：機(jī)床、動力機(jī)械、工程機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械等。三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本形式及其演化機(jī)架：固定不動的桿，如AD桿；連架桿：與機(jī)架用轉(zhuǎn)動副相連接的桿，如AB和CD桿；連桿：不與機(jī)架相連的桿，如BC桿。曲柄：能做整周回轉(zhuǎn)的連架桿；搖桿：僅能在某一角度內(nèi)擺動的連架桿。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)1.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本形式及其演化曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若一個連架桿為曲柄，另一個為搖桿三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本形式及其演化縫紉機(jī)截切機(jī)械三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本形式及其演化雙曲柄機(jī)構(gòu)：兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。兩曲柄不等長：原動件曲柄勻速轉(zhuǎn)動；從動件曲柄做周期性變速轉(zhuǎn)動。三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本形式及其演化兩曲柄等長（平行四邊形機(jī)構(gòu)）：兩曲柄會存在不同的運動狀況。三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本形式及其演化兩曲柄等長（平行四邊形機(jī)構(gòu)）：兩曲柄會存在不同的運動狀況，具有不確定性。平行四邊形運動不確定性解決方法：1、利用從動曲柄本身（或附加質(zhì)量）的慣性來導(dǎo)向。2、在主、從動曲柄上錯開移動角度再安裝一組平行四邊形機(jī)構(gòu)。3、增加第三個平行曲柄。三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本形式及其演化及其演化分揀機(jī)構(gòu)公交車門三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本形式及其演化雙搖桿機(jī)構(gòu)：兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。搬運機(jī)構(gòu)起重機(jī)三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本形式及其演化轉(zhuǎn)動副

移動副（滑塊四桿機(jī)構(gòu)）擴(kuò)大轉(zhuǎn)動副（偏心輪機(jī)構(gòu)）選取不同的構(gòu)件作為機(jī)架。2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本形式及其演化1）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中一個轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副曲柄滑塊機(jī)構(gòu)三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本形式及其演化1）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中一個轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副曲柄滑塊機(jī)構(gòu)三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本形式及其演化1）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中兩個轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本形式及其演化結(jié)構(gòu)簡單強(qiáng)度、剛度高傳遞動力較大2）擴(kuò)大轉(zhuǎn)動副（偏心輪機(jī)構(gòu)）三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本形式及其演化3）取不同構(gòu)件為機(jī)架2平面四桿機(jī)構(gòu)基本特性Part圖示為工裝的壓緊機(jī)構(gòu)。試?yán)L制該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的示意圖，并分析其工作原理。任務(wù)引入任務(wù)目標(biāo)：1.理解平面四桿機(jī)構(gòu)運動特性；2.掌握鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型判定方法。。一、曲柄存在的條件圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，桿AB為曲柄。為保證曲柄整周回轉(zhuǎn)，曲柄必須順利通過與機(jī)架AD共線的兩個位置AB2和AB1。根據(jù)三角形兩邊之和必須大于第三邊定律可得：觀察三角形B1DC1:

觀察三角形B2DC2:

①②

③不等式①、②和③兩兩相加，可得：

一、曲柄存在的條件曲柄存在的必要條件：（1）在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，曲柄是最短桿；（2）最長桿與最短桿的長度之和小于或等于其余兩桿的長度之和。二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型判別方法1、當(dāng)最長桿與最短桿長度之和大于其余兩桿的長度之和時，為雙搖桿機(jī)構(gòu)（不滿足桿長和條件）；2、不滿足第1條時，查看最短桿條件：（1）最短桿為機(jī)架時，機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；（2）最短桿為連架桿時，機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（3）最短桿為連桿時，機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。三、平面四桿機(jī)構(gòu)運動特性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的極限位置極位夾角θ：從動件處于兩個極限位置時，曲柄兩位置之間的夾角最大擺角ψ:搖桿往復(fù)擺過的最大角度三、平面四桿機(jī)構(gòu)運動特性2.急回特性原動件做勻速轉(zhuǎn)動，從動件做往復(fù)運動，且從動件返回行程的平均速度大于工作行程的平均速度的特性，稱為急回特性。

行程速比系數(shù)K：空回行程的速度與工作行程速度的比值：

機(jī)構(gòu)急回特性取決于極位夾角的大小。急回程度越明顯，機(jī)構(gòu)傳動平穩(wěn)性下降。設(shè)計時，K=1.2~2.0。三、平面四桿機(jī)構(gòu)運動特性2.急回特性原動件做勻速轉(zhuǎn)動，從動件做往復(fù)運動，且從動件返回行程的平均速度大于工作行程的平均速度的特性，稱為急回特性。三、平面四桿機(jī)構(gòu)運動特性3.壓力角和傳動角曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，作用在從動件上的驅(qū)動力F與其受力點速度Vc方向線之間所夾的銳角α稱為壓力角（不計摩擦力、慣性力和重力）。壓力角的余角γ稱為傳動角。三、平面四桿機(jī)構(gòu)運動特性3.壓力角和傳動角壓力角和傳動角在機(jī)構(gòu)運動過程中是變化的。力F在Vc方向的有效分力為Fcosα。說明壓力角越小，有效分力越大。為保證機(jī)構(gòu)正常工作，必須規(guī)定最小傳動角γmin。一般情況，通常取γmin

≥40°；對于大功率機(jī)械，可取γmin

≥50°。三、平面四桿機(jī)構(gòu)運動特性4.死點位置原動件：連架桿——搖桿CD連桿BC驅(qū)動搖桿AB的力F，在B點的壓力角為90°；Fv三、平面四桿機(jī)構(gòu)運動特性4.死點位置為順利通過死點，采取措施：

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計：如兩組以上的同樣機(jī)構(gòu)相互錯開排列組合使用；2.增大慣性：利用飛輪的慣性闖過死點。三、平面四桿機(jī)構(gòu)運動特性4.死點位置死點在機(jī)械中的應(yīng)用：3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計Part由于平面四桿機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)復(fù)雜的路徑，因此在實際工程中應(yīng)用非常廣泛。工程中常用的設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)方法有哪些？任務(wù)引入任務(wù)目標(biāo)：1.理解按給定行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)；2.掌握按給定連桿位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)的方法。平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計基本要求實現(xiàn)構(gòu)件給定位置：即要求連桿機(jī)構(gòu)能引導(dǎo)構(gòu)件按規(guī)定順序精確或近似地經(jīng)過給定的若干位置。實現(xiàn)已知運動規(guī)律：即要求主、從動件滿足已知的若干組對應(yīng)位置關(guān)系，包括滿足一定的急回特性要求，或者在主動件運動規(guī)律一定時，從動件能精確或近似地按給定規(guī)律運動。實現(xiàn)已知運動軌跡：即要求連桿機(jī)構(gòu)中做平面運動的構(gòu)件上某一點精確或近似地沿著給定的軌跡運動。一、按給定連桿位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)已知：連桿的兩個位置B1C1和B2C2。設(shè)計該連桿機(jī)構(gòu)。

求解步驟：定比例，繪制B1C1和B2C2

;分別連接B1B2和C1C2，并做各自的垂直平分線b12和c12。在兩線上各自取固定鉸鏈位置A和D。連接A，B1，C1和D，完成鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計。注：由于A和D的位置可任意選擇，因此有無數(shù)解。可通過最小傳動角或其它條件限制解的數(shù)量。二、按行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)已知：搖桿CD的長度及搖桿擺角ψ和行程速比系數(shù)K，設(shè)計曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。求出極位夾角任選固定鉸鏈中心D的位置，由搖桿長度和擺角，作出搖桿的兩個極限位置3.連接C1和C2，并作C2M垂直于C1C2作∠C2C1N=90°－θ，得C2M與C1N相交于點P。5.作△C1PC2的外接圓，此圓