第二章機(jī)構(gòu)的組成及平面連桿機(jī)構(gòu)

1、精密零件設(shè)計 主講人：郝秀紅 機(jī)構(gòu)的組成及平面連桿機(jī)構(gòu) n1-1 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n1-2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性 n1-3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件 n1-4 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 n1-5 四連桿機(jī)構(gòu)的傳動特征 n1-6 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 機(jī)構(gòu)的組成及平面連桿機(jī)構(gòu) 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n一、研究對象 n1、零件 n獨(dú)立加工制造的實(shí)體，是構(gòu)成機(jī)械結(jié)構(gòu)的最小單元。 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n2、構(gòu)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(yùn)動，作 為一個剛性整體進(jìn)行工作，這種剛性組合體稱為構(gòu)件。 單一零件曲軸多個零件的剛性組合連桿 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和

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

3、通過面接觸組成的運(yùn)動副稱為低副 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 (b)活動鉸鏈 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n(2)移動副 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n2.高副：兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動副稱為高副。 凸輪副 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 齒輪副 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n三、平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 n機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖：說明機(jī)構(gòu)各個構(gòu)件間相對運(yùn)動關(guān)系的簡單圖形。 n1、運(yùn)動副的表示方法 n(1)轉(zhuǎn)動副 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 (2)移動副 n 兩構(gòu)件組成移動副，其導(dǎo)路必須與相對移動方向一致 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n(3

4、)平面高副 畫出兩構(gòu)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(diǎn)劃線畫出其節(jié)圓 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n 3、空間運(yùn)動副 球面副螺旋副 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n2、構(gòu)件的表示方法及分類 n(1)構(gòu)件的表示方法 n(a)兩個運(yùn)動副元素 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n(b)多個運(yùn)動副元素 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的分類： n固定件(機(jī)架)：用來支承活動構(gòu)件的構(gòu)件。 n原動件：是運(yùn)動規(guī)律已知的活動構(gòu)件，又稱為輸入構(gòu)件。 n n從動件：是機(jī)構(gòu)中隨著原動件的運(yùn)動而運(yùn)動的其余活動構(gòu)件。 1-2 平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 注意注意 1.與機(jī)構(gòu)中構(gòu)件 的外形，截面尺 寸、組成

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

6、自由度 例1-2 繪制內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n四、平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件 不同運(yùn)動副對機(jī)構(gòu)自由度的影響 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n1、平面機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n例2-2 計算顎式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n2、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件 F=2x3-3x2=0F=3x

7、3-4x2=1 F=4x3-5x2=2 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n討論： n1)W0 機(jī)構(gòu)不能動 n2)W0，原動件數(shù)0，原動件數(shù)F 機(jī)構(gòu)將卡死或損壞 n4)W0，原動件數(shù)=F 機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動 n機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動條件： n 機(jī)構(gòu)運(yùn)動的可能性，自由度W0。 n 機(jī)構(gòu)運(yùn)動的確定性，自由度W=原動件(主動件)數(shù)。 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n3、計算平面機(jī)構(gòu)自由度的注意事項(xiàng) n(1)復(fù)合鉸鏈 n計算右圖所示的機(jī)構(gòu)的自由度 n活動構(gòu)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(shí)際上該機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)為1而不是3 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡

8、圖和自由度 n復(fù)合鉸鏈兩個以上構(gòu)件同時在一處用轉(zhuǎn)動副相連接就構(gòu) n 成了復(fù)合鉸鏈 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n處理方法處理方法：K個構(gòu)件匯交而成的復(fù)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(jī)構(gòu)的自由度 n nn=7 nA、C、D、F為復(fù)合鉸鏈，PL= 10 nPH= 0 nW=3n-2PL-PH=3*7-2*10=1 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n局部自由度局部自由度機(jī)構(gòu)中某些構(gòu)件所具有的自由度僅與其自身 n 的局部運(yùn)動有關(guān)

9、，并不影響其他構(gòu)件的運(yùn)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(shè)想將滾子與安裝滾子的構(gòu)件焊成 n 一體，視為一個構(gòu)件。 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n(3)虛約束是重復(fù)約束或?qū)C(jī)構(gòu)運(yùn)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(yīng)將虛約束去除。 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n(a)兩構(gòu)件之間組成多個移動副，且其導(dǎo)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(jī)構(gòu) 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n(b)兩構(gòu)件構(gòu)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(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n(c)機(jī)構(gòu)中對運(yùn)動起重復(fù)限制作用的對稱部分，傳遞運(yùn)動不起獨(dú) n 立作用。 帶虛約束的行星輪系 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n(d)存在一個構(gòu)件和兩個以上的構(gòu)件組成運(yùn)動副，而其中任意兩 個構(gòu)件都能使該構(gòu)件運(yùn)動軌跡相同。 機(jī)構(gòu)中的虛約束 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖和自由度 n小結(jié)：小結(jié)： n復(fù)合鉸鏈：存在于轉(zhuǎn)動副處 n處理方法：復(fù)合鉸鏈處有K個構(gòu)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(jié)構(gòu)條件下 n處

11、理方法：將引起的虛約束除去不記 習(xí)題 n2-12-1 計算大篩機(jī)構(gòu)的自由度，并指出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖中的復(fù)合鉸 鏈、局部自由度、虛約束。 nC為復(fù)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(xí)題 作業(yè) 2-54 2-58 2-60 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性 n平面連桿機(jī)構(gòu)：是由若干構(gòu)件通過低副連接而成的平面機(jī)構(gòu)。 n平面四桿機(jī)構(gòu)：是由四個桿件組成的最簡單的平面連桿機(jī)構(gòu)， 是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。 n鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：全部用回轉(zhuǎn)副組成的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四 桿機(jī)構(gòu)。 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu) 機(jī)架 連架桿 連桿 整轉(zhuǎn)副 擺動副 機(jī)架 曲柄 搖桿 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性 n一、曲柄搖桿機(jī)構(gòu) n在兩個連架桿中，一個為曲柄，另一個為搖桿 n運(yùn)動特點(diǎn)： 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(yīng)用舉例： n顎式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)、牛頭刨床橫向 n進(jìn)給機(jī)構(gòu)、攪面機(jī)、衛(wèi)星接收裝置、 n縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu)、走步機(jī)、等等 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性 攪面機(jī) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性 雷達(dá)調(diào)整裝置 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性 縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性 n走

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

14、桿機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)傳動性能越好。 n壓力角越大，傳動角越小，機(jī)構(gòu)傳動性能越不好，效率越低。 0 90 急回特性 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)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(diǎn)的平均速度 12，t1t2， v1v2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)的基本型式和特性 n3、死點(diǎn) n傳動角 或 n以CD桿為主動件、AB桿為從動件 n當(dāng)機(jī)構(gòu)以AB為主動件時，機(jī)構(gòu)不 會出現(xiàn)死點(diǎn)。 0 0 0 180 克服死點(diǎn)(加大飛輪) 利用慣性 克服死點(diǎn) 利用死點(diǎn)(夾具) 1 2 3 5 4 D A B C 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)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(jī)架或連架桿為最短桿。 鉸鏈四桿機(jī)

16、構(gòu)的曲柄存在條件 n二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判斷 n1、若不滿足桿長條件，則為雙搖桿機(jī)構(gòu)； n2、若滿足桿長條件： n 取最短桿為機(jī)架時，得雙曲柄機(jī)構(gòu)； n 取最短桿的鄰邊為機(jī)架時，得曲柄搖桿機(jī)構(gòu) n 取最短桿的對邊為機(jī)架時，得雙搖桿機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 n一、曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 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(dǎo)軌曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲線導(dǎo)軌曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) e=0 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 n偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性 應(yīng)用：活塞 式內(nèi)燃機(jī)、 空氣壓縮機(jī)、 沖床等

17、 內(nèi)燃機(jī) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 n二、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 1 2 3 4 搖塊機(jī)構(gòu) 卡車車廂自動卸貨機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 n定塊(固塊)機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 n三、雙滑塊機(jī)構(gòu) n 具有兩個移動副的四桿機(jī)構(gòu) 正弦機(jī)構(gòu)正切機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 n四、偏心輪機(jī)構(gòu) n當(dāng)曲柄的尺寸很小時，由于結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的需要，常通過擴(kuò)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(jī)構(gòu)的演化 偏心輪是回轉(zhuǎn)副B擴(kuò)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(jī)構(gòu)的演化 n五、連桿機(jī)構(gòu)的簡化

18、 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 n五、連桿機(jī)構(gòu)的簡化 四連桿機(jī)構(gòu)的傳動特征 n一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)的傳動特征 n二、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的傳動特性 n傳動比 n當(dāng) 時， ，則 n此時傳動比i0僅與a有關(guān)，與b、d無關(guān)，這與以前分析的一樣，會給結(jié)構(gòu)設(shè) 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(jī)構(gòu)的傳動特征 n為了簡化設(shè)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(jī)構(gòu)的相對傳動比i和傳動比i之間成一個a的倍數(shù)關(guān)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(jī)構(gòu)的傳動特征 n三、正切機(jī)構(gòu)和正弦機(jī)構(gòu) 0 tantansa 2 dcos d i sa 2 0 0 1 co