鉸鏈機構和滑塊機構課堂

1、第,2,篇,常用機構,機構是由兩個以上構件以機架為基礎,由運動副以一定方式聯(lián)接而成的，并具,有確定相對運動的構件系統(tǒng),本篇敘述連桿機構、凸輪機構、輪系和,間歇運動機構等常用機構，及其組合機,構的類型、工作原理、運動特性、應用,特點和運動設計等有關問題,1,第,4,章,平面連桿機構,平面連桿機構是由,平面低副（轉動副和,移動副）聯(lián)接而成,的機構。由于低副機,構是面接觸，壓強低，磨損小，構成運,動副的圓柱面或平面制造方便，容易獲,得較高的精度。它們,常用來實現(xiàn)轉動,擺動或移動等運動形式之間的相互轉換,和動力傳遞,在實際中應用極為廣泛,但是，這種機構運動副磨損后的間隙不,能自動補償，容易累積運動誤差

2、。另外,它們也不能用于準確地實現(xiàn)復雜的運動,2,由低副所聯(lián)接的兩個構件之間的相對運動關,系，不會因為哪個構件是否固定而改變，這,一特性稱為,低副運動可逆性,機構運動分析的任務是，根據(jù)原動件已知運,動規(guī)律，確定其它構件上某些點的位移、軌,跡、速度和加速度等運動參數(shù),在連桿機構的原動件運動規(guī)律保持不變的情,況下，通過改變各個構件之間的相對長度,就可以使連桿上點的軌跡曲線或從動件實現(xiàn),不同的運動規(guī)律要求。機構運動設計的任務,是,根據(jù)機構給定的構件尺寸參數(shù)和運動規(guī),律，確定未知構件的運動尺寸,3,教學目標,1,知識目標,掌握運動副分類、結構和相對運動特點,熟悉基本平面四桿機構的類型,掌握平面四桿機構中

3、曲柄存在的幾何條件和機,架條件,熟悉平面連桿機構型式的演化途徑,掌握平面連桿機構的基本特性,熟悉平面連桿機構運動設計的圖解法,了解平面連桿機構運動分析和設計解析法的基,本知識,了解多桿機構的應用實例,4,2,能力目標,具有判別平面四桿機構基本類型的能力,能通過運動副變換和機架變換實現(xiàn)連桿,機構型式演化,能夠分析和應用平面連桿機構的基本特,性,具有圖解設計平面連桿機構的能力,具有應用平面連桿機構設計解析法的初,步能力,5,4.1,平面連桿機構的類型和應用,平面連桿機構中最基本的是由四個構件組成,的四桿機構。四桿機構分為,鉸鏈四桿機構,機構的運動副都是轉動副,鉸鏈）和,滑,塊四桿機構,機構含有,1

4、,個或,2,個移動副,在轉動副中，根據(jù)兩個構件之間的相對運動,關系，將它分為,周轉副,一個構件相對于另,一個構件能做整周轉動）和,擺轉副,一個構,件相對于另一個構件只能做小于,360,擺動,根據(jù)兩個構件中是否有一個構件與機架固定,聯(lián)接的情況，將它分為,固定鉸鏈,一個構件,與機架固定聯(lián)接）和,活動鉸鏈,兩個構件都,是活動的,6,在四桿機構中，固定不動的構件稱為,機架,兩端,都是以活動鉸鏈與其它構件聯(lián)接的是,連桿,它在,機構運動時作平面復雜運動；有一端是以固定鉸,鏈與機架聯(lián)接的是,連架桿,如果連架桿與機架聯(lián),接的固定鉸鏈是周轉副，則該連架桿稱為,曲柄,如果連架桿與機架聯(lián)接的固定鉸鏈是擺轉副，則,該

5、連架桿稱為,搖桿,如圖,4-1,所示,7,曲柄的常見結構形式如圖,4-2,所示,在組成移動副的兩個構件中，習慣上將長,度較短的構件稱為滑塊，將較長的構件稱,為導桿或導槽，如圖,4-3,所示,8,4.1.1,鉸鏈四桿機構,鉸鏈四桿機構有曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙,搖桿機構等三種基本型式,1,曲柄搖桿機構,兩個連架桿：曲柄、搖桿,9,2,雙曲柄機構,兩個連架桿都是曲柄,10,3,雙搖桿機構,兩個連架桿都是搖桿,11,討論,構件具有兩個周轉副的條件和鉸鏈,四桿機構類型的判別,構件具有兩個周轉副的條件,在鉸鏈四,桿機構中，機構有無周轉副及其配置狀態(tài),周轉副是否固定鉸鏈），決定了機構的,類型,在圖,4

6、-7,所示的曲柄搖桿機構中，當曲柄轉,動一周的過程中，曲柄必定與連桿有兩個,共線的位置。根據(jù)三角形兩邊之和大于第,三邊的幾何定理，經(jīng)過整理得到以下不等,式,12,桿長之和條件,曲柄是最短桿；并且最短桿與最,長桿的長度之和小于或等于其余兩桿長度之和,3,2,4,1,4,2,3,1,4,3,2,1,l,l,l,l,l,l,l,l,l,l,l,l,4,1,3,1,2,1,l,l,l,l,l,l,13,鉸鏈四桿機構類型的判別,由于曲柄實際上就,是以周轉副與機架聯(lián)接的連架桿。因此，在判定,一個鉸鏈四桿機構的類型時,如果機構滿足桿長之和條件,則在最短桿上有,兩個周轉副,其次，判定周轉副是否配置為固定鉸鏈（

7、這與機,架的選取有關）。如果有一個周轉副是固定鉸鏈,時，機構有一個曲柄，是,曲柄搖桿機構,如果有,兩個周轉副是固定鉸鏈時，機構有兩個曲柄，是,雙曲柄機構,如果沒有周轉副是固定鉸鏈時，機,構沒有曲柄，是,雙搖桿機構,當機構不滿足桿長之和條件,時，機構沒有周轉,副。這時不論選取哪一構件作為機架，都是雙搖,桿機構,14,能力訓練案例,4-1,如圖,4-8,所示的鉸鏈四桿系,統(tǒng)中，各桿長度為,a=50,b=100,d=150,試,問,CD,桿長度,c,取什么值時，以及如何選取機,架，可分別獲得曲柄搖桿機構、雙曲柄機構或,雙搖桿機構,15,解,機構存在周轉副時，應滿足桿長之,和條件?，F(xiàn)分三種情況來討論,

8、設為,AB,最短桿,AD,為最長桿,則有,即,設,CD,為最長桿,則有,即,設,CD,為最短,桿，則有,即,因此,CD,桿不可能為最短桿,c,b,d,a,100,100,150,50,b,d,a,c,d,b,c,a,200,50,150,100,a,d,b,c,a,b,d,c,0,150,50,100,d,a,b,c,16,綜上分析，可知,當,CD,桿的長度為,鉸鏈四桿機,構滿足桿長之和條件，最短桿,AB,其上的鉸鏈,A,B,為周轉副。當取,AD,桿或,BC,桿作機架時，周轉副,A,或周轉副,B,是固定鉸鏈，則獲得,曲柄搖桿機構,取,AB,桿作機架時，周轉副,A,與,B,都是固定鉸鏈，則,獲得

9、,雙曲柄機構,取,CD,桿為機架時（擺轉副,C,和,D,是固定鉸鏈），周轉副,A,與,B,都是活動鉸鏈，則,獲得,雙搖桿機構,當桿長度范圍為,或,時,不滿足桿長之和條件，機構沒有周轉副，因而不,存在曲柄。所以，取任何一桿為機架，都只能獲,得,雙搖桿機構,200,100,c,100,0,c,200,c,17,4.1.2,滑塊四桿機構,滑塊四桿機構的運動副中包括移動副和轉動,副。根據(jù)其中移動副的數(shù)目，分為單滑塊四,桿機構和雙滑塊四桿機構兩類,圖,4-9,18,1,單滑塊四桿機構的構件具有兩個周轉副的條件,在圖,4-10,a,所示的單滑塊四桿運動鏈中，如果,構件,1,是最短桿，那么它與相鄰構件間作整

10、周轉動,的幾何條件是,如果構件,2,是最短桿，那么它與相鄰構件間作整周,轉動的幾何條件是,單滑塊四桿機構的最短桿上有兩個周轉副,2,1,l,e,l,1,2,l,e,l,19,根據(jù)對機架的選取不同,如果最短桿上有一個周轉副是固定鉸鏈時,機構就有一個曲柄，是,曲柄滑塊機構、搖塊,機構,或,擺動導桿機構,如果有兩個周轉副是固定鉸鏈時，機構就有,兩個構件可以繞機架作整周轉動，是,轉動導,桿機構,如果沒有周轉副是固定鉸鏈時，機構沒有繞,機架作整周轉動的構件，是,移動導桿機構,也稱為,定塊機構,20,2,曲柄滑塊機構、曲柄搖塊機構和擺動導桿機構,曲柄滑塊機構,當曲柄較短時，常將它制成偏心輪的形式。將曲,柄

11、上轉動副的半徑擴大到超過曲柄的長度時，曲,柄就演化成偏心輪（其轉動中心與幾何中心不重,合）。因此,偏心輪可簡化為長度等于其轉動中,心到幾何中心距離的兩轉動副構件,21,曲柄搖塊機構,對心曲柄滑塊機構中，構件長度,如果取構件,2,作為機架，則周轉副是固定鉸,鏈，得到曲柄搖塊機構,2,1,l,l,22,擺動導桿機構,在圖,4-10,b,的,對心曲柄滑塊機構,中，假設構件長度,則最短桿,2,上有兩,個周轉副與。如果,選取構件,1,作為機,架，則周轉副是固,定鉸鏈，得到擺動,導桿機構,23,3,轉動導桿機構和移動導桿機構（定塊機構,轉動導桿機構,在圖,4-10,b,的對心曲柄滑塊機構中,構件長度，則最

12、短桿,1,上有兩個周轉副,A,與,B,如果選取構件,1,作為機架，則兩個周轉副,A,與,B,都是固定鉸鏈，連架桿,2,和,4,可以繞機架,1,作整周轉動，這是轉動導桿機構,24,移動導桿機構,定塊機構,在圖,4-10,b,的,對心曲柄滑塊機,構中，如果取構,件,3,滑塊）作為,機架，得到移動,導桿機構（定塊,機構,25,4.1.3,運動副變換,在鉸鏈四桿機構的基礎上，可以通過運動副變換,演化出多種多樣的平面連桿機構型式,如圖,4-14,所示，如果鉸鏈四桿機構中的轉動副變,換成移動副（即用滑塊代替搖桿,3,圖,4-14,b,，并且將搖桿的長度無限增大（即鉸鏈移,到無窮遠處），則得到如圖,4-14

13、,c,所示的單滑,塊四桿機構（曲柄滑塊機構,26,27,從表,4-1,可以歸納如下,曲柄搖桿機構通過機架變換，獲得雙曲柄機構或,雙搖桿機構（表,4-1,第,列機構簡圖）；也可以通,過轉動副變成移動副，獲得曲柄滑塊機構,曲柄滑塊機構通過機架變換，獲得轉動導桿機構,擺動導桿機構、搖塊機構和移動導桿機構（表,4-1,第,列機構簡圖），其中轉動導桿機構和擺動導桿,機構是由機架是否最短桿來決定的,曲柄滑塊機構通過也可以通過轉動副變成移動副,獲得雙滑塊機構（表,4-1,第,列機構簡圖,曲柄滑塊機構還可以通過擴大轉動副，獲得偏心,輪機構（圖,4-11,28,能力訓練案例,4-2,試分析圖,4-16(a,所,

14、示的單滑塊機構四桿機構的類型,29,解,機構中原動件,2,是偏心輪，它與機架,1,構成中心在的轉動副（固定鉸鏈），與從,動件,3,構成中心在的轉動副（活動鉸鏈,構件,4,與機架,1,構成中心在的轉動副（固定,鉸鏈）。構件,3,與,4,構成移動副，其導路過,點并繞其擺動,若將構件,3,表示成導桿，將構件,4,表示成,滑塊，則得到,曲柄搖塊機構,如圖,4-16(b,所示,若將構件,3,表示成滑塊，將構件,4,表示成,導桿，則得到,擺動導桿機構,如圖,4-16(c,所示,30,思考和實訓習題,4-14,在某鉸鏈四桿機構中,已知兩連架桿的長度,a=80,c=120,連桿長度,b=150,試討論：當機架長度,d,是什么范圍時,可以獲得曲柄搖桿機構、雙曲柄機構或雙搖