第二章機構的組成及平面連桿機構

1、精密零件設計 主講人：郝秀紅 機構的組成及平面連桿機構 n1-1 平面機構的運動簡圖和自由度 n1-2 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 n1-3 鉸鏈四桿機構的曲柄存在條件 n1-4 鉸鏈四桿機構的演化 n1-5 四連桿機構的傳動特征 n1-6 平面四桿機構的設計 機構的組成及平面連桿機構 平面機構的運動簡圖和自由度 n一、研究對象 n1、零件 n獨立加工制造的實體，是構成機械結構的最小單元。 平面機構的運動簡圖和自由度 n2、構件 n把若干個零件剛性地聯(lián)接在一起，彼此不做任何相對運動，作 為一個剛性整體進行工作，這種剛性組合體稱為構件。 單一零件曲軸多個零件的剛性組合連桿 平面機構的運動簡圖和

2、自由度 n3、機構 n由若干構件組成，各構件之間具有確定相對運動關系的組合體 稱為機構。 n曲柄滑塊機構 n齒輪機構 n凸輪機構 平面機構 平面機構的運動簡圖和自由度 n二、運動副及其分類 n一個平面運動的自由構件具有三個自由度 平面機構的運動簡圖和自由度 n運動副的定義 n 兩構件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運動的聯(lián)接稱為運動副 n軸和軸承 n活塞與汽缸 n傳動齒輪 n組成運動副的結果： n獨立運動受到約束，自由度隨之減少 平面機構的運動簡圖和自由度 n運動副分類： n 活動鉸鏈 n 轉(zhuǎn)動副 n 低副 固定鉸鏈 n 平面運動副 移動副 n 高副 n 空間運動副：球面副、螺旋副 n1、低副：兩構件

3、通過面接觸組成的運動副稱為低副 平面機構的運動簡圖和自由度 n(1)回轉(zhuǎn)副 或稱鉸鏈。 (a)固定鉸鏈 平面機構的運動簡圖和自由度 (b)活動鉸鏈 平面機構的運動簡圖和自由度 n(2)移動副 平面機構的運動簡圖和自由度 n2.高副：兩構件通過點或線接觸組成的運動副稱為高副。 凸輪副 平面機構的運動簡圖和自由度 齒輪副 平面機構的運動簡圖和自由度 n三、平面機構運動簡圖 n機構運動簡圖：說明機構各個構件間相對運動關系的簡單圖形。 n1、運動副的表示方法 n(1)轉(zhuǎn)動副 平面機構的運動簡圖和自由度 (2)移動副 n 兩構件組成移動副，其導路必須與相對移動方向一致 平面機構的運動簡圖和自由度 n(3

4、)平面高副 畫出兩構件接觸處的曲線輪廓 n凸輪、滾子畫出其全部輪廓 n齒輪用點劃線畫出其節(jié)圓 平面機構的運動簡圖和自由度 n 3、空間運動副 球面副螺旋副 平面機構的運動簡圖和自由度 n2、構件的表示方法及分類 n(1)構件的表示方法 n(a)兩個運動副元素 平面機構的運動簡圖和自由度 n(b)多個運動副元素 平面機構的運動簡圖和自由度 n機構中構件的分類： n固定件(機架)：用來支承活動構件的構件。 n原動件：是運動規(guī)律已知的活動構件，又稱為輸入構件。 n n從動件：是機構中隨著原動件的運動而運動的其余活動構件。 1-2 平面機構運動簡圖 注意注意 1.與機構中構件 的外形，截面尺 寸、組成

5、構件的 零件數(shù)目、運動 副的具體構造無 關； 2.與機構中運動 副的性質(zhì)（低副、 高副）、運動副 的數(shù)目及相對位 置、構件的數(shù)目 有關。 1-2 平面機構運動簡圖 n三、繪制機構運動簡圖的步驟 分析機構的實際構造和運動情況，找出機架、主動件、從動件 從主動件開始順著傳動路線，分析各構件間的的相對運動 情況，確定活動構件的數(shù)目、運動副的類型和數(shù)目 選擇恰當?shù)囊晥D和適當?shù)臋C構運動瞬時位置 選取比例尺，根據(jù)構件尺寸，定出各運動副間的相對位置 繪制出各運動副、機構符號，表示出各構件，完成運動簡圖 標出機架、主動件 平面機構的運動簡圖和自由度 例2-1 繪制顎式破碎機的機構運動簡圖 平面機構的運動簡圖和

6、自由度 例1-2 繪制內(nèi)燃機的機構運動簡圖 平面機構的運動簡圖和自由度 平面機構的運動簡圖和自由度 n四、平面機構的自由度及機構具有確定運動的條件 不同運動副對機構自由度的影響 平面機構的運動簡圖和自由度 n1、平面機構的自由度計算公式 nW=3n-2PL-PH n式中，n活動件個數(shù) n PL低幅個數(shù) n PH高副個數(shù) 平面機構的運動簡圖和自由度 n例2-2 計算顎式破碎機機構的 n 自由度 n活動件個數(shù) n=3 n低幅個數(shù) PL=4 n高副個數(shù) PH=0 nW=3n-2PL-PH=3*3-4*2-0=1 平面機構的運動簡圖和自由度 n2、機構具有確定運動的條件 F=2x3-3x2=0F=3x

7、3-4x2=1 F=4x3-5x2=2 平面機構的運動簡圖和自由度 n討論： n1)W0 機構不能動 n2)W0，原動件數(shù)0，原動件數(shù)F 機構將卡死或損壞 n4)W0，原動件數(shù)=F 機構具有確定的運動 n機構具有確定運動條件： n 機構運動的可能性，自由度W0。 n 機構運動的確定性，自由度W=原動件(主動件)數(shù)。 平面機構的運動簡圖和自由度 n3、計算平面機構自由度的注意事項 n(1)復合鉸鏈 n計算右圖所示的機構的自由度 n活動構件數(shù)n=5 n低副均為轉(zhuǎn)動副PL=6 n沒有高副，即PH=0 nW=3n-2PL-PH=3*5-2*6=3 n實際上該機構的自由度數(shù)為1而不是3 平面機構的運動簡

8、圖和自由度 n復合鉸鏈兩個以上構件同時在一處用轉(zhuǎn)動副相連接就構 n 成了復合鉸鏈 平面機構的運動簡圖和自由度 n處理方法處理方法：K個構件匯交而成的復合鉸鏈具有(K-1)個轉(zhuǎn)動副。 n例1-5 計算圖示圓盤鋸主體機構的自由度 n nn=7 nA、C、D、F為復合鉸鏈，PL= 10 nPH= 0 nW=3n-2PL-PH=3*7-2*10=1 平面機構的運動簡圖和自由度 n(2)局部自由度 nW=3n-2PL-PH=3*3-2*3-1=2 nW=3n-2PL-PH=3*2-2*2-1=1 平面機構的運動簡圖和自由度 n局部自由度局部自由度機構中某些構件所具有的自由度僅與其自身 n 的局部運動有關

9、，并不影響其他構件的運動， n 稱為局部自由度或多余自由度 n處理方法：處理方法：計算自由度時，設想將滾子與安裝滾子的構件焊成 n 一體，視為一個構件。 平面機構的運動簡圖和自由度 n(3)虛約束是重復約束或?qū)C構運動不起限制作用的約束， 又叫消極約束。 n處理方法： n計算自由度時，應將虛約束去除。 平面機構的運動簡圖和自由度 n(a)兩構件之間組成多個移動副，且其導路互相平行或重合時， n 則只有一個移動副起約束作用，其余都是虛約束 帶虛約束的凸輪機構 平面機構的運動簡圖和自由度 n(b)兩構件構成多個轉(zhuǎn)動副，且軸線互相重合時，則只有一個轉(zhuǎn) n 動副起作用，其余轉(zhuǎn)動副都是虛約束。 帶虛約束

10、的曲軸帶虛約束的曲軸 同軸轉(zhuǎn)動副同軸轉(zhuǎn)動副 平面機構的運動簡圖和自由度 n(c)機構中對運動起重復限制作用的對稱部分，傳遞運動不起獨 n 立作用。 帶虛約束的行星輪系 平面機構的運動簡圖和自由度 n(d)存在一個構件和兩個以上的構件組成運動副，而其中任意兩 個構件都能使該構件運動軌跡相同。 機構中的虛約束 平面機構的運動簡圖和自由度 n小結：小結： n復合鉸鏈：存在于轉(zhuǎn)動副處 n處理方法：復合鉸鏈處有K個構件則有(K-1)個轉(zhuǎn)動副 n局部自由度：常發(fā)生在為了減小高副磨損而將滑動摩擦變?yōu)闈L 動摩擦的滾子處 n處理辦法：計算自由度時將局部自由度減去 n虛約束：存在于特定的幾何條件或結構條件下 n處

11、理方法：將引起的虛約束除去不記 習題 n2-12-1 計算大篩機構的自由度，并指出機構運動簡圖中的復合鉸 鏈、局部自由度、虛約束。 nC為復合鉸鏈 nF處為局部自由度 nE處為虛約束 nn=7 nPL=9 nPH= 1 nW=3n-2PL-PH=3*7-2*9-1=2 習題 作業(yè) 2-54 2-58 2-60 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 n平面連桿機構：是由若干構件通過低副連接而成的平面機構。 n平面四桿機構：是由四個桿件組成的最簡單的平面連桿機構， 是組成多桿機構的基礎。 n鉸鏈四桿機構：全部用回轉(zhuǎn)副組成的平面四桿機構稱為鉸鏈四 桿機構。 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 n組成 n回轉(zhuǎn)副：整

12、轉(zhuǎn)副、擺動副 n連架桿的分類 n三種基本型式：曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構 機架 連架桿 連桿 整轉(zhuǎn)副 擺動副 機架 曲柄 搖桿 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 n一、曲柄搖桿機構 n在兩個連架桿中，一個為曲柄，另一個為搖桿 n運動特點： n一般曲柄主動，將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為搖桿的 n擺動，也可搖桿主動，曲柄從動。 n應用舉例： n顎式破碎機機構、牛頭刨床橫向 n進給機構、攪面機、衛(wèi)星接收裝置、 n縫紉機腳踏板機構、走步機、等等 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 攪面機 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 雷達調(diào)整裝置 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 縫紉機腳踏板機構 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 n走

13、步機 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 自行車 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 n二、雙曲柄機構 n 兩連桿架均為曲柄的四桿機構。 n運動特點： n 從動曲柄變速回轉(zhuǎn) n應用舉例： n 慣性篩、插床機構、 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 n慣性篩 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 n插床機構 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 n三、雙搖桿機構 n 兩連桿架均為搖桿的四桿機構 n應用舉例：港口起重機、飛機起落架 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 n港口起重機 選擇連桿上合適的點，軌跡為近似的水平直線 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 n飛機起落架 C 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 n四、四

14、桿機構的基本特性 n1、壓力角和傳動角 n壓力角 n傳動角 n壓力角越小，傳動角越大，機構傳動性能越好。 n壓力角越大，傳動角越小，機構傳動性能越不好，效率越低。 0 90 急回特性 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 n2、急回特性 n曲柄順時針勻速回轉(zhuǎn) n曲柄的轉(zhuǎn)角 n搖桿的擺角 n極位夾角 12 21 C DC D C DC D 1 2 t t 1 2 180 180 1121 2122 C C / C C / t t 搖桿位置 時間 曲柄轉(zhuǎn)角 搖桿上C點的平均速度 12，t1t2， v1v2 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 n行程速比系數(shù)： n極位夾角越大，K值越大，急回特性也越顯著。 221

15、1 1122 180 180 tt K tt 1 180 1 K K 急回特性 牛頭刨床 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性 n3、死點 n傳動角 或 n以CD桿為主動件、AB桿為從動件 n當機構以AB為主動件時，機構不 會出現(xiàn)死點。 0 0 0 180 克服死點(加大飛輪) 利用慣性 克服死點 利用死點(夾具) 1 2 3 5 4 D A B C 鉸鏈四桿機構的曲柄存在條件 n一、曲柄存在的條件 n整轉(zhuǎn)副存在條件 n最短桿與最長桿長度之和小于等于其余兩桿長度之和。 n曲柄存在的條件 n(1)整轉(zhuǎn)副條件:最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長 度之和； n(2)機架或連架桿為最短桿。 鉸鏈四桿機

16、構的曲柄存在條件 n二、鉸鏈四桿機構類型的判斷 n1、若不滿足桿長條件，則為雙搖桿機構； n2、若滿足桿長條件： n 取最短桿為機架時，得雙曲柄機構； n 取最短桿的鄰邊為機架時，得曲柄搖桿機構 n 取最短桿的對邊為機架時，得雙搖桿機構 鉸鏈四桿機構的演化 n一、曲柄滑塊機構 變搖桿變搖桿 為滑塊為滑塊 搖桿尺寸搖桿尺寸 為無窮大為無窮大 曲線導軌曲柄滑塊機構曲線導軌曲柄滑塊機構 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構 偏心曲柄滑塊機構偏心曲柄滑塊機構 對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構 e=0 鉸鏈四桿機構的演化 鉸鏈四桿機構的演化 n偏置曲柄滑塊機構的急回特性 應用：活塞 式內(nèi)燃機、 空氣壓縮機、 沖床等

17、 內(nèi)燃機 鉸鏈四桿機構的演化 n二、導桿機構 轉(zhuǎn)動導桿機構 鉸鏈四桿機構的演化 擺動導桿機構 鉸鏈四桿機構的演化 1 2 3 4 搖塊機構 卡車車廂自動卸貨機構 鉸鏈四桿機構的演化 鉸鏈四桿機構的演化 n定塊(固塊)機構 鉸鏈四桿機構的演化 n三、雙滑塊機構 n 具有兩個移動副的四桿機構 正弦機構正切機構 鉸鏈四桿機構的演化 n四、偏心輪機構 n當曲柄的尺寸很小時，由于結構和強度的需要，常通過擴大 轉(zhuǎn)動副尺寸 ，將曲柄改作成為一個幾何中心與回轉(zhuǎn)中心不重 合的圓盤。 鉸鏈四桿機構的演化 偏心輪是回轉(zhuǎn)副B擴大到包括回轉(zhuǎn)副A形成的。偏心距e即為曲 柄的長度。 鉸鏈四桿機構的演化 n五、連桿機構的簡化

18、 鉸鏈四桿機構的演化 n五、連桿機構的簡化 四連桿機構的傳動特征 n一、鉸鏈四桿機構的傳動特性 nAB為主動桿，CD為從動桿曲柄長度為a，各桿件相對于曲柄a 的相對桿長為 bcd n aaa 四連桿機構的傳動特征 n傳動比 n若取 ，則 1 01 sinsin sinsin Pdf i dfPP 0 0 1a i Pc = 四連桿機構的傳動特征 n二、曲柄滑塊機構的傳動特性 n傳動比 n當 時， ，則 n此時傳動比i0僅與a有關，與b、d無關，這與以前分析的一樣，會給結構設 計帶來方便。 0 2 d11 cossinds cos cos 1 i ada ad b b 0 ii0 1 i a 四連桿機構的傳動特征 n為了簡化設計，減少參數(shù)的數(shù)目，可取桿長的相對量，即 n則 n曲柄滑塊機構的相對傳動比i和傳動比i之間成一個a的倍數(shù)關系，而其變 化規(guī)律是一樣的。研究i的變化即可代替研究i的變化情況。 sbd aaa 2 2 d1 cossind cos cos i 0 i iai i 四連桿機構的傳動特征 n三、正切機構和正弦機構 0 tantansa 2 dcos d i sa 2 0 0 1 co