機械原理連桿機構設計和分析5

1、內部講義，請勿流傳第五講 平面連桿機構及其設計連桿機構的傳動特點：1因為其運動副一般為低副，為面接觸，故相同載荷下，兩元素壓強小，故可承受較大載荷；低副元素便于潤滑，不易磨損；低副元素幾何形狀簡單，便于制造。2當原動件以同樣的運動規(guī)律運動時，若改變各構件的相對長度，可使從動件得到不同的運動規(guī)律。3利用連桿曲線滿足不同的規(guī)矩要求。4增力、擴大行程、實現(xiàn)遠距離的傳動（主要指多桿機構）。缺點：1較長的運動鏈，使各構件的尺寸誤差和運動副中的間隙產生較大的積累誤差，同時機械效率也降低。2會產生系統(tǒng)慣性力，一般的平衡方法難以消除，會增加機構動載荷，不適于高速傳動。平面四桿機構的類型和應用一、平面四桿機構的

2、基本型式1曲柄搖桿機構2雙曲柄機構 3雙搖桿機構二、平面四桿機構的演化型式1改變構件的形狀和運動尺寸 曲柄搖桿機構 -曲柄滑塊機構 2改變運動副的尺寸偏心輪機構可認為是將曲柄滑塊機構中的轉動副的半徑擴大，使之超過曲柄的長度演化而成的。3選用不同的構件為機架（a） 曲柄滑塊機構 （b）AB<BC為轉動導桿機構（AB>BC為擺動導桿機構）（c）曲柄搖塊機構（d）直動滑桿機構（定塊機構）平面四桿機構的基本知識一、平面四桿機構有曲柄的條件1鉸鏈四桿機構中曲柄存在的條件（1）存在周轉副的條件是：，此條件稱為桿長條件。組成該周轉副的兩桿中必有一桿為最短桿。（意即：連架桿和機架中必有一桿是最短桿

3、）2滿足桿長條件下，不同構件為機架時形成不同的機構以最短構件的相鄰兩構件中任一構件為機架時，則最短桿為曲柄，而與機架相連的另一構件為搖桿，即該機構為曲柄搖桿機構。以最短構件為機架，則其相鄰兩構件為曲柄，即該機構為雙曲柄機構。以最短構件的對邊為機架，則無曲柄存在，即該機構為雙搖桿機構。3.不滿足桿長條件的機構為雙搖桿機構。注：曲柄滑塊機構有曲柄的條件：a + e b導桿機構：a < b時，轉動導桿機構； a > b時，擺動導桿機構。例題：（中礦）（山科）6. 圖示導桿機構中，已知LAB=40mm，偏距e=10mm，試問：1）欲使其為曲柄擺導桿機構，LAC的最小值為多少；2）若LAB不

4、變，而e=0，欲使其為曲柄擺動導桿機構，LAC的最小值為多少；3）若LAB為原動件，試比較在e > 0和e=0兩種情況下，曲柄擺動導桿機構的傳動角，哪個是常數(shù)，哪個是變數(shù)，哪種傳力效果好？解答：1），即LAC的最小值為50mm。2）當e=0時，該機構成為曲柄擺動導桿機構，必有LAC<LAB=40mm，即LAC的最大值為40mm。3）對于e=0時的擺動導桿機構，傳動角=90º、壓力角均為一常數(shù)，對于e>0時的擺動導桿機構，其導桿上任何點的速度方向不垂直于導桿，且隨曲柄的轉動而變化，而滑塊作用于導桿的力總是垂直于導桿，故壓力角不為零，而傳動角且是變化的。從傳力效果看，e

5、=0的方案好。二、急回運動和行程速比系數(shù)1極位與極位夾角（1）極位：機構的極限位置（即搖桿兩極限位置，曲柄與連桿兩次共線位置）。（2）極位夾角：搖桿處于兩極限位置時，曲柄與連桿兩次共線位置之間的夾角。（會作圖求極位夾角）（3）擺角：搖桿兩極限位置之間的夾角。2急回運動在一周中，曲柄等速轉動，但搖桿是不等速的：，搖桿的這種運動性質稱為急回運動。3行程速比系數(shù)K：衡量急回運動的程度。 4結論：（1），即，即機構有急回特性?？赏ㄟ^此判定曲柄的轉向。（2）當曲柄搖桿機構在運動過程中出現(xiàn)極位夾角時，機構便具有急回運動特性。（注：對心曲柄滑塊機構：無急回特性； b：偏心曲柄滑塊機構：有急回特性。）（3），

6、機構急回運動也越顯著。所以可通過分析及的大小，判斷機構是否有急回運動及急回運動的程度。雷達天線的俯仰傳動的曲柄搖桿機構無急回特性。（4）急回運動的作用：在一些機械中可以用來節(jié)省動力和提高勞動生產率。三、四桿機構的傳動角與死點1壓力角和傳動角(會作圖)（1）壓力角：從動桿件受力方向和受力作用點速度方向之間所夾的銳角。（2）傳動角：壓力角的余角，。實際就是連桿與從動桿件之間所夾的銳角。（3）結論：越小，機構的傳力性能越好。可見是判斷機構傳力性能是否良好的標志。相應有越大，機構的傳力性能越好。最小傳動角出現(xiàn)的位置或：或：。和中小者為即出現(xiàn)在主動曲柄與機架共線的兩位置之一。注：導桿機構的傳動角： 傳動

7、角，且恒等于曲柄滑塊機構的 2死點在曲柄搖桿機構中，搖桿CD為主動件，連桿與從動曲柄共線時，曲柄AB不能轉動而出現(xiàn)頂死的現(xiàn)象。這個位置稱為死點。（1）原因：連桿作用曲柄的力通過回轉中心A，對A點無矩，不能驅使其轉動。傳動角（2）改善方法：目的：使機構能夠順利通過死點而正常運轉。1.錯列2.裝飛輪加大慣性已知圖示六桿機構，原動件AB作等速回轉。試用作圖法確定：（1）滑塊5的沖程 H；（2）滑塊5往返行程的平均速度是否相同？行程速度變化系數(shù)K值；（3）滑塊處的最小傳動角（保留作圖線）。（北交2008年）解：（1）m（2）不相等。（3）題8-5圖解用作圖法設計四桿機構1按連桿預定的位置設計四桿機構（

8、1）已知活動鉸鏈中心的位置當四桿機構的四個鉸鏈中心確定后，其各桿長度也就相應確定了，所以根據(jù)設計要求確定各桿的長度，可以通過確定四個鉸鏈中心的位置來確定。例：要求連桿占據(jù)三個位置，求所對應的四桿機構。分析：該機構設計的主要問題是確定兩固定鉸鏈A，D點的位置。由于B，C兩點的運動軌跡是圓，該圓的中心就是固定鉸鏈的位置。解：連中垂線 連中垂線 - A 連中垂線 連中垂線 - D就可得四桿機構。（2）已知固定鉸鏈中心位置（河北工業(yè)）2.按給定的行程速比系數(shù)K設計四桿機構:原理：，已知K，則等于已知，那么，利用機構在極位時的幾何關系，再結合其它輔助條件即可進行設計。（1）曲柄搖桿機構：(中礦2011)

9、例題：圖示為一用于雷達天線俯仰傳動的曲柄搖桿機構。已知天線俯仰的范圍為30°，lCD=525mm，lAD=800mm。試求： （1）曲柄和連桿的長度lAB和lBC ； （2）校驗傳動角是否大于等于40度 （北交2007） 解：（1）由于雷達天線俯仰傳動時不應有急回作用，故有： （2）選取比例尺l1mm/mm，并利用已知條件作圖如下： 四、（20分）圖4所示，現(xiàn)欲設計一鉸鏈四桿機構，設已知搖桿的長度為，行程速度變化系數(shù)，機架的長度為，搖桿的一個極限位置與機架間的夾角為。試求曲柄的長度和連桿的長度。（2）曲柄滑塊機構已知： ，要求：設計一曲柄滑塊機構。分析：關鍵求；認識到相當于曲柄搖桿機

10、構中的。設計一曲柄滑塊機構，已知曲柄長度mm，偏距mm，要求最小傳動角。（1）確定連桿的長度;（2）畫出滑塊的極限位置；（3）標出極位夾角及行程H;（4）確定行程速比系數(shù)K。題8-10圖三、（20分）在圖示插床機構中，滑塊5的移動導路ee通過鉸鏈中心C，且垂直于AC。B、C、D三點共線。導桿機構ABC的兩連架桿可作整周轉動，AB為原動件，以等速轉動。（1）在機構簡圖上繪出滑塊上E點的二極限位置E1、E2，并作出曲柄的對應轉角、；（2）若要求滑塊的行程，行程速比系數(shù)，B點軌跡與導路ee的交點、之間距。試計算AB，AC的長度；（3）若壓力角，試計算連桿DE的長度。（1）曲柄滑塊機構CDE中，當C、

11、D、E共線時，滑塊處在極限位置，即AB轉至AB1時，則CD轉至CD1，此時滑塊處于右邊極限位置E1。當AB繼續(xù)轉至AB2時，則CD逆時針轉至CD2，此時滑塊處于左邊極限E2。曲柄AB對應轉角、如圖所示。（6分）（2）對心曲柄滑塊CDE中：極位夾角（7分）（3）在對心曲柄滑塊機構CDE中，當曲柄與導路ee垂直時，出現(xiàn)，（7分）（3）導桿機構已知：d，。練習題：答：汽車前輪轉向使用了雙搖桿機構，兩前輪分別和AB和CD相連。直線運行時兩輪軸線平行，轉向后兩輪軸線不平行，其交點P理論上應落在后輪軸軸的延長線上。汽車后輪驅動橋采用采用汽車差速器，它的作用就是在向兩邊半軸傳遞動力的同時，允許兩邊半軸以不同的轉速旋轉