機械設計基礎 課件 項目3 平面連桿機構

項目3平面連桿機構機械設計基礎目錄CONTENTS平面連桿機構基本類型及應用1平面四桿機構基本特性2平面四桿機構的設計31平面連桿機構的基本類型及應用Part如圖所示為天線機構。其中桿1與機架形成轉動副A，桿1和桿2形成轉動副B，桿2和桿3形成轉動副C，桿3與機架形成轉動副D。試分析圖示天線擺角如何調節(jié)？以及該機構可能的類型。任務引入任務目標：1.了解平面連桿機構的特點；2.理解鉸鏈四桿機構的演化形式；3.掌握鉸鏈四桿機構的基本形式。一、基本概念平面連桿機構——若干構件通過低副連接而成的平面機構。平面四桿機構——由四個構件通過低副連接而成的平面機構。鉸鏈四桿機構——所有低副均為轉動副的平面四桿機構。二、平面連桿機構特點及應用優(yōu)點：1、由于組成運動副的兩構件之間為面接觸，因而承受的壓強小、便于潤滑、磨損較輕，可以承受較大的載荷；2、構件形狀簡單，加工方便，工作可靠；3、在主動件等速連續(xù)運動的條件下，當各構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，設計計算比較復雜，不易實現(xiàn)精確的復雜運動規(guī)律；2、連桿機構運動時產(chǎn)生的慣性力也不適用于高速的場合。應用：機床、動力機械、工程機械、包裝機械、印刷機械等。三、鉸鏈四桿機構基本形式及其演化機架：固定不動的桿，如AD桿；連架桿：與機架用轉動副相連接的桿，如AB和CD桿；連桿：不與機架相連的桿，如BC桿。曲柄：能做整周回轉的連架桿；搖桿：僅能在某一角度內擺動的連架桿。曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙搖桿機構1.鉸鏈四桿機構的基本形式三、鉸鏈四桿機構基本形式及其演化曲柄搖桿機構：鉸鏈四桿機構中，若一個連架桿為曲柄，另一個為搖桿三、鉸鏈四桿機構基本形式及其演化縫紉機截切機械三、鉸鏈四桿機構基本形式及其演化雙曲柄機構：兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機構。兩曲柄不等長：原動件曲柄勻速轉動；從動件曲柄做周期性變速轉動。三、鉸鏈四桿機構基本形式及其演化兩曲柄等長（平行四邊形機構）：兩曲柄會存在不同的運動狀況。三、鉸鏈四桿機構基本形式及其演化兩曲柄等長（平行四邊形機構）：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（或附加質量）的慣性來導向。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構。3、增加第三個平行曲柄。三、鉸鏈四桿機構基本形式及其演化及其演化分揀機構公交車門三、鉸鏈四桿機構基本形式及其演化雙搖桿機構：兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構。搬運機構起重機三、鉸鏈四桿機構基本形式及其演化轉動副

移動副（滑塊四桿機構）擴大轉動副（偏心輪機構）選取不同的構件作為機架。2.鉸鏈四桿機構的演化三、鉸鏈四桿機構基本形式及其演化1）鉸鏈四桿機構中一個轉動副轉化為移動副曲柄滑塊機構三、鉸鏈四桿機構基本形式及其演化1）鉸鏈四桿機構中一個轉動副轉化為移動副曲柄滑塊機構三、鉸鏈四桿機構基本形式及其演化1）鉸鏈四桿機構中兩個轉動副轉化為移動副三、鉸鏈四桿機構基本形式及其演化結構簡單強度、剛度高傳遞動力較大2）擴大轉動副（偏心輪機構）三、鉸鏈四桿機構基本形式及其演化3）取不同構件為機架2平面四桿機構基本特性Part圖示為工裝的壓緊機構。試繪制該鉸鏈四桿機構的示意圖，并分析其工作原理。任務引入任務目標：1.理解平面四桿機構運動特性；2.掌握鉸鏈四桿機構基本類型判定方法。。一、曲柄存在的條件圖示鉸鏈四桿機構，桿AB為曲柄。為保證曲柄整周回轉，曲柄必須順利通過與機架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）在曲柄搖桿機構中，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、鉸鏈四桿機構基本類型判別方法1、當最長桿與最短桿長度之和大于其余兩桿的長度之和時，為雙搖桿機構（不滿足桿長和條件）；2、不滿足第1條時，查看最短桿條件：（1）最短桿為機架時，機構為雙曲柄機構；（2）最短桿為連架桿時，機構為曲柄搖桿機構；（3）最短桿為連桿時，機構為雙搖桿機構。三、平面四桿機構運動特性鉸鏈四桿機構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:搖桿往復擺過的最大角度三、平面四桿機構運動特性2.急回特性原動件做勻速轉動，從動件做往復運動，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：

機構急回特性取決于極位夾角的大小。急回程度越明顯，機構傳動平穩(wěn)性下降。設計時，K=1.2~2.0。三、平面四桿機構運動特性2.急回特性原動件做勻速轉動，從動件做往復運動，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、平面四桿機構運動特性3.壓力角和傳動角曲柄搖桿機構中，作用在從動件上的驅動力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、平面四桿機構運動特性3.壓力角和傳動角壓力角和傳動角在機構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。為保證機構正常工作，必須規(guī)定最小傳動角γmin。一般情況，通常取γmin

≥40°；對于大功率機械，可取γmin

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

1.結構設計：如兩組以上的同樣機構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、平面四桿機構運動特性4.死點位置死點在機械中的應用：3平面四桿機構的設計Part由于平面四桿機構可以實現(xiàn)復雜的路徑，因此在實際工程中應用非常廣泛。工程中常用的設計平面四桿機構方法有哪些？任務引入任務目標：1.理解按給定行程速度變化系數(shù)設計四桿機構；2.掌握按給定連桿位置設計四桿機構的方法。平面連桿機構設計基本要求實現(xiàn)構件給定位置：即要求連桿機構能引導構件按規(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位置關系，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：即要求連桿機構中做平面運動的構件上某一點精確或近似地沿著給定的軌跡運動。一、按給定連桿位置設計四桿機構已知：連桿的兩個位置B1C1和B2C2。設計該連桿機構。

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，完成鉸鏈四桿機構設計。注：由于A和D的位置可任意選擇，因此有無數(shù)解?？赏ㄟ^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)設計四桿機構已知：搖桿CD的長度及搖桿擺角ψ和行程速比系數(shù)K，設計曲柄搖桿機構。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