機械原理課件平面連桿機構(gòu)及其設計PPT教案

1、會計學1機械原理課件平面連桿機構(gòu)及其設計機械原理課件平面連桿機構(gòu)及其設計連桿機構(gòu)的應用實例：連桿機構(gòu)的應用實例：抽油機抽油機第1頁/共79頁內(nèi)燃機內(nèi)燃機第2頁/共79頁鶴式起重機鶴式起重機第3頁/共79頁自卸機構(gòu)自卸機構(gòu)第4頁/共79頁平行四邊形機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)第5頁/共79頁起水起水 機構(gòu)機構(gòu)第6頁/共79頁縫紉機縫紉機第7頁/共79頁雷達機構(gòu)雷達機構(gòu)第8頁/共79頁開鏈機械手開鏈機械手第9頁/共79頁開門機構(gòu)開門機構(gòu)第10頁/共79頁應用實例：應用實例：特征：特征：有一作平面復雜運動的構(gòu)件，稱為連桿。有一作平面復雜運動的構(gòu)件，稱為連桿。特點：特點：采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易

2、磨損采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損 形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精度。形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精度。改變桿的相對長度，從動件運動規(guī)律不同。改變桿的相對長度，從動件運動規(guī)律不同。連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。定義：定義：由低副（轉(zhuǎn)動、移動）連接組成的平面機構(gòu)。由低副（轉(zhuǎn)動、移動）連接組成的平面機構(gòu)。3 31 1 連桿機構(gòu)及其傳動特點連桿機構(gòu)及其傳動特點內(nèi)燃機內(nèi)燃機、鶴式吊鶴式吊、火車輪火車輪、手動沖床手動沖床、牛頭刨床牛頭刨床、橢圓橢圓儀儀、機械手爪機械手爪、開窗戶支撐、公共汽車開關門、折疊傘、開窗戶支撐、公共汽車開關門、折疊傘、折

3、疊床、折疊床、 牙膏筒拔管機、單車制動操作機構(gòu)等。牙膏筒拔管機、單車制動操作機構(gòu)等。第11頁/共79頁缺點：缺點：構(gòu)件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、效率低構(gòu)件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、效率低。產(chǎn)生動載荷（慣性力），不適合高速。產(chǎn)生動載荷（慣性力），不適合高速。設計復雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。設計復雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。分類分類:本章重點內(nèi)容是介紹本章重點內(nèi)容是介紹四桿機構(gòu)。四桿機構(gòu)。平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)空間連桿機構(gòu)空間連桿機構(gòu)常以構(gòu)件數(shù)命名：常以構(gòu)件數(shù)命名：四桿機構(gòu)四桿機構(gòu)、多桿機構(gòu)多桿機構(gòu)。第12頁/共79頁基本型基本型式式鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)，其它，其它四桿機構(gòu)都是

4、由它演變得到的。四桿機構(gòu)都是由它演變得到的。名詞解釋：名詞解釋：機架機架；共有三種基本型式：（1 1）曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)特征：特征：曲柄搖桿曲柄搖桿作用：作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復擺動。將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復擺動。 如雷達天線。如雷達天線。連桿連桿作平面運動的構(gòu)件；作平面運動的構(gòu)件；搖桿搖桿作定軸擺動的構(gòu)件；作定軸擺動的構(gòu)件；曲柄曲柄作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副能作能作360360相對回轉(zhuǎn)的運動副；相對回轉(zhuǎn)的運動副；擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副只只能作有限角度擺動的運動副。能作有限角度擺動的運動副。曲柄曲柄連桿連桿搖桿搖桿32 平面四桿機構(gòu)的類型和應用平

5、面四桿機構(gòu)的類型和應用1.平面四桿機構(gòu)的基本型式平面四桿機構(gòu)的基本型式機架機架連架桿連架桿連架桿連架桿與機架相聯(lián)的構(gòu)件；與機架相聯(lián)的構(gòu)件；第13頁/共79頁作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABC1243DABDC1243（2 2）雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)特征特征：兩個曲柄：兩個曲柄作用：作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闉榈人俚人倩蚧蜃兯僮兯倩剞D(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)。雷達天線俯仰機構(gòu)雷達天線俯仰機構(gòu)曲柄主動曲柄主動縫紉機踏板機構(gòu)縫紉機踏板機構(gòu)應用實例：應用實例：如如葉片泵、慣性篩葉片泵、慣性篩等。等。2143搖桿主動搖桿主動3124第14頁/共79頁作者：潘存云教授A AD DC CB B1 12 23 34

6、 4旋轉(zhuǎn)式葉片泵旋轉(zhuǎn)式葉片泵作者：潘存云教授A AD DC CB B1 12 23 3ABDC1234E6慣性篩機構(gòu)慣性篩機構(gòu)31第15頁/共79頁作者：潘存云教授ABCD耕地耕地料斗料斗DCAB作者：潘存云教授耕地耕地料斗料斗DCAB實例實例：火車輪火車輪特例：特例：平行四邊形機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)AB = CD特征：特征：兩連架桿等長且平行，兩連架桿等長且平行， 連桿作平動連桿作平動BC = ADABDC攝影平臺攝影平臺作者：潘存云教授ADBC作者：潘存云教授BC天平天平播種機料斗機構(gòu)播種機料斗機構(gòu)第16頁/共79頁作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授反平行四邊形機構(gòu)反平行四邊形機

7、構(gòu)-車門開閉機構(gòu)車門開閉機構(gòu)反向反向FAEDGBCABEFDCG平行四邊形機構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運平行四邊形機構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運動不確定。動不確定。采用兩組機構(gòu)錯開排列。采用兩組機構(gòu)錯開排列?；疖囕喕疖囕喌?7頁/共79頁作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABDCE（3 3）雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)特征：特征：兩個搖桿兩個搖桿應用舉例：鑄造翻箱機構(gòu)應用舉例：鑄造翻箱機構(gòu)特例：特例：等腰梯形機構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)等腰梯形機構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)、風扇搖頭機構(gòu)、風扇搖頭機構(gòu)BCABDC風扇座風扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機電機ABDCEABDCE電機電機ABDC風扇座風扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機電機ABDC風扇座

8、風扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿ABDC第18頁/共79頁雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙雙搖桿機構(gòu)搖桿機構(gòu)平面四桿機構(gòu)的基本型式平面四桿機構(gòu)的基本型式曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)第19頁/共79頁作者：潘存云教授(1)(1) 改變構(gòu)件的形狀和運動尺寸改變構(gòu)件的形狀和運動尺寸偏心曲柄滑塊機構(gòu)偏心曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu) 正弦機構(gòu)正弦機構(gòu)s=l sin l2.2.平面四桿機構(gòu)的演化型式平面四桿機構(gòu)的演化型式l偏置曲柄滑塊機構(gòu)，偏置曲柄滑塊機構(gòu)，e0e0，滑塊滑塊運動線與曲柄回轉(zhuǎn)中心不共線；運動線與曲柄回轉(zhuǎn)中心不共線；l對心曲柄滑塊機

9、構(gòu)，對心曲柄滑塊機構(gòu)， e=0e=0，滑塊，滑塊運動線與曲柄回轉(zhuǎn)中心共線；運動線與曲柄回轉(zhuǎn)中心共線；e第20頁/共79頁(2)(2)改變運動副的尺寸改變運動副的尺寸偏心輪機構(gòu)偏心輪機構(gòu)下圖所示為兩種偏心輪機構(gòu)。構(gòu)件為圓盤，其幾何中心為下圖所示為兩種偏心輪機構(gòu)。構(gòu)件為圓盤，其幾何中心為B B。因運動時該圓盤。因運動時該圓盤繞軸轉(zhuǎn)動，故稱為偏心輪。、之間的距離繞軸轉(zhuǎn)動，故稱為偏心輪。、之間的距離e e 稱為偏心距。按照相對運動關系稱為偏心距。按照相對運動關系，可畫出機構(gòu)運動簡圖如圖中紅線所示。由圖可知，偏心輪是將轉(zhuǎn)動副擴大到包，可畫出機構(gòu)運動簡圖如圖中紅線所示。由圖可知，偏心輪是將轉(zhuǎn)動副擴大到包括

10、轉(zhuǎn)動副而形成的，偏心距括轉(zhuǎn)動副而形成的，偏心距e e 即為曲柄的長度。即為曲柄的長度。 當曲柄長度很小或傳遞很大的動力時，通常都把曲柄做成偏心輪。這樣一方面當曲柄長度很小或傳遞很大的動力時，通常都把曲柄做成偏心輪。這樣一方面提高了偏心軸的強度和剛度提高了偏心軸的強度和剛度( (因軸頸的直徑增大了因軸頸的直徑增大了) )；另一方面當軸頸位于中部時也；另一方面當軸頸位于中部時也便于安裝整體式連桿，使結(jié)構(gòu)簡化。因此，偏心輪機構(gòu)廣泛應用于傳力較大的剪床便于安裝整體式連桿，使結(jié)構(gòu)簡化。因此，偏心輪機構(gòu)廣泛應用于傳力較大的剪床、沖床、顎式破碎機、內(nèi)燃機等機械中。、沖床、顎式破碎機、內(nèi)燃機等機械中。第21頁

11、/共79頁(0360)(0360)(360)(360)1234ABCD曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)(0360)(0360)(360)(360)1234ABDC雙雙搖桿機構(gòu)搖桿機構(gòu)(0360)(0360)(360)1234ABCD(360)取不同構(gòu)件為機架各構(gòu)件取不同構(gòu)件為機架各構(gòu)件間的相對運動關系不變間的相對運動關系不變整周轉(zhuǎn)動副整周轉(zhuǎn)動副(3)(3)選不同的構(gòu)件為機架選不同的構(gòu)件為機架第22頁/共79頁(3)(3)選不同的構(gòu)件為機架選不同的構(gòu)件為機架導桿機構(gòu)導桿機構(gòu)擺動導桿機構(gòu)擺動導桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)314A2BC組成移動副的

12、兩活動構(gòu)件，畫成桿狀的構(gòu)件稱為組成移動副的兩活動構(gòu)件，畫成桿狀的構(gòu)件稱為導桿導桿，畫成塊狀的構(gòu)，畫成塊狀的構(gòu)件稱為件稱為滑塊滑塊。第23頁/共79頁牛頭刨床牛頭刨床應用實例應用實例:作者：潘存云教授ABDC1243C2C1小型刨床小型刨床作者：潘存云教授ABDCE123456第24頁/共79頁應用實例應用實例B234C1A自卸卡車舉升機構(gòu)自卸卡車舉升機構(gòu)(3)(3)選不同的構(gòu)件為機架選不同的構(gòu)件為機架ACB1234應用實例應用實例B34C1A2應用實例應用實例4A1B23C應用實例應用實例13C4AB2應用實例應用實例A1C234B導桿機構(gòu)導桿機構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)314A

13、2BC搖塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)314A2BC第25頁/共79頁作者：潘存云教授(3)(3)選不同的構(gòu)件為機架選不同的構(gòu)件為機架314A2BC直動滑桿機構(gòu)直動滑桿機構(gòu)手搖唧筒手搖唧筒這種通過選擇不同構(gòu)件作為機架以獲得不同機構(gòu)的這種通過選擇不同構(gòu)件作為機架以獲得不同機構(gòu)的方法稱為：方法稱為：機構(gòu)的倒置機構(gòu)的倒置BC3214A導桿機構(gòu)導桿機構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)314A2BC搖塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)314A2BCABC3214第26頁/共79頁橢圓儀機構(gòu)橢圓儀機構(gòu)實例：實例：選擇雙滑塊機構(gòu)中的不同構(gòu)件選擇雙滑塊機構(gòu)中的不同構(gòu)件 作為機架可得不同的機構(gòu)作為機架可得不同的機構(gòu)作者：潘存云教授1234正

14、弦機構(gòu)正弦機構(gòu)3214(4)(4)運動副元素的逆換運動副元素的逆換將低副兩運動副元素的包容關系進行逆換，不影響兩將低副兩運動副元素的包容關系進行逆換，不影響兩構(gòu)件之間的相對運動。構(gòu)件之間的相對運動。導桿機構(gòu)導桿機構(gòu)4321搖塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)3214第27頁/共79頁作者：潘存云教授abdcCBAD平面四桿機構(gòu)具有平面四桿機構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副可能存在可能存在曲柄。曲柄。b(d a)+ c則由則由BCD可得：可得：則由則由B”C”D可得：可得：a+d b + cc(d a)+ bAB為最短桿為最短桿最長桿與最短桿的長度之和其他兩桿長度之和 a+b c + d33 有關平面四桿機構(gòu)的一些基本知識有關平

15、面四桿機構(gòu)的一些基本知識1.1.平面平面四桿機構(gòu)四桿機構(gòu)有曲柄的條件有曲柄的條件C”abdcADd- - a設設adad，同理有：，同理有： da, db, dcAD為最短桿為最短桿ad中必有一個是機架將以上三式兩兩相加得：將以上三式兩兩相加得：什么條件下存在整轉(zhuǎn)副？什么條件下存在整轉(zhuǎn)副？a b, ac, ad第28頁/共79頁連架桿或機架之一為最短桿。連架桿或機架之一為最短桿?？芍嚎芍寒敐M足桿長條件時，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動當滿足桿長條件時，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副都是副都是整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副。曲柄存在的條件：曲柄存在的條件：最長桿與最短桿的長度之和應最長桿與最短桿的長度之和應其他兩桿長度之和

16、其他兩桿長度之和此時，鉸鏈此時，鉸鏈A為整轉(zhuǎn)副。為整轉(zhuǎn)副。若取若取BC為機架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈為機架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈B也是整轉(zhuǎn)副。也是整轉(zhuǎn)副。 稱為稱為桿長條件桿長條件。作者：潘存云教授ABCDabcd第29頁/共79頁作者：潘存云教授當滿足桿長條件時，說明存在整轉(zhuǎn)副，當選擇不同的當滿足桿長條件時，說明存在整轉(zhuǎn)副，當選擇不同的構(gòu)件作為機架時，可得不同的機構(gòu)。如：構(gòu)件作為機架時，可得不同的機構(gòu)。如： 曲柄搖桿曲柄搖桿1 1 、曲柄搖桿曲柄搖桿2 2 、雙曲柄雙曲柄、 雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)。當不滿足桿長條件時，不存在整轉(zhuǎn)副，當不滿足桿長條件時，不存在整轉(zhuǎn)副，只能是只能是雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機

17、構(gòu)第30頁/共79頁ACDB第31頁/共79頁CADB例例3-1如圖所示的鉸鏈四桿機構(gòu)中，已知如圖所示的鉸鏈四桿機構(gòu)中，已知LBC=500mm，LCD=350mm，LAD=300mm，AD為機架，試問：為機架，試問：3）若此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)，求）若此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)，求LAB的取值范圍。的取值范圍。第32頁/共79頁作者：潘存云教授ABCD2.2.急回運動與行程速比系數(shù)急回運動與行程速比系數(shù)在在曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)中，當曲柄與連桿兩次共線時，搖桿中，當曲柄與連桿兩次共線時，搖桿位于兩個極限位置，簡稱極位。位于兩個極限位置，簡稱極位。當曲柄以當曲柄以逆時針轉(zhuǎn)過逆時針轉(zhuǎn)過180180+時，搖桿

18、從時，搖桿從C1D位置位置擺到擺到C2D。 所花時間為所花時間為t1 , , 平均速度為平均速度為V1, ,那么有：那么有：/ )180(1t1211tCCV )180/(21CCB1C1AD180180C2B2此兩處曲柄之間的夾角此兩處曲柄之間的夾角 稱為稱為極位夾角極位夾角。第33頁/共79頁作者：潘存云教授B1C1ADC2當曲柄以當曲柄以繼續(xù)轉(zhuǎn)過繼續(xù)轉(zhuǎn)過180180-時，搖桿從時，搖桿從C2D,置擺到置擺到C1D，所花時間為所花時間為t2 , ,平均速度為平均速度為V2 , ,那么有：那么有： 180180-/)180(2t因曲柄轉(zhuǎn)角不同，故搖桿來回擺動的時間不一樣，平均速度也不等。顯然

19、：顯然：t t1 1 tt2 2 V V2 2 V V1 1搖桿的這種特性稱為搖桿的這種特性稱為急回運動急回運動。用以下比值表示急回程度稱稱K為為行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)。12VVK 18018021tt且且越大，越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。值越大，急回性質(zhì)越明顯。 只要只要 0 ， 就有就有 KK1所以可通過分析機構(gòu)中是否存在以及的大小來判斷機構(gòu)是否有急回運動或運動的程度。11180KK設計新機械時，往往先給定設計新機械時，往往先給定K值，于是值，于是: 2212tCCV)180/(21CC121221tCCtCC第34頁/共79頁作者：潘存云教授FF F”當當BCD90BCD90時，時

20、， BCDBCD3. .壓力角和傳動角壓力角和傳動角壓力角壓力角：從動件驅(qū)動力從動件驅(qū)動力F與力作用點絕對速度之間所夾銳角，與力作用點絕對速度之間所夾銳角，。設計時要求設計時要求: : minmin5050minmin出現(xiàn)的位置：出現(xiàn)的位置：當當BCD90BCD90時，時， 180180- BCD- BCD切向分力切向分力: : F F= Fcos= Fcos法向分力法向分力: : F F”= Fcos= Fcos F F對傳動有利對傳動有利。=Fsin=Fsin稱稱為為傳動角傳動角。此位置一定是：此位置一定是：主動件與機架共線兩處之一。主動件與機架共線兩處之一。為了保證機構(gòu)良好的傳力性能AB

21、CDCDBAFF”F可用可用的大小來表示機構(gòu)傳動力性能的好壞的大小來表示機構(gòu)傳動力性能的好壞, ,當當BCDBCD最小或最大時，都有可能出現(xiàn)最小或最大時，都有可能出現(xiàn)minmin如何確定如何確定minmin呢？呢？第35頁/共79頁作者：潘存云教授車門車門C1B1abcdDA由余弦定律有：由余弦定律有： B B1 1C C1 1D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d-a)-(d-a)2 2/2bc/2bc BB2 2C C2 2D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d+a)-(d+a)2 2/2bc/2bc若若B B1 1C C1 1D90D90, ,

22、則則若若B B2 2C C2 2D90D90, , 則則1 1B B1 1C C1 1D D2 2180180-B-B2 2C C2 2D D機構(gòu)的傳動角一般在運動鏈機構(gòu)的傳動角一般在運動鏈最終一個從動件上度量。最終一個從動件上度量。v1 1minminBB1 1C C1 1D, 180D, 180-B-B2 2C C2 2DDminminC2B22 2F F第36頁/共79頁作者：潘存云教授F4. .機構(gòu)的死點位置機構(gòu)的死點位置搖桿為主動件，搖桿為主動件，且連桿且連桿與曲柄兩次共線與曲柄兩次共線時時，有，有：此時此時機構(gòu)不能運動機構(gòu)不能運動. .避免措施：避免措施： 兩組機構(gòu)錯開排列，兩組機

23、構(gòu)錯開排列，如如火車輪機構(gòu)火車輪機構(gòu); ;稱此位置為：稱此位置為： “死點死點”0 0靠靠飛輪的慣性飛輪的慣性（如內(nèi)燃機、縫紉機等）。（如內(nèi)燃機、縫紉機等）。FAEDGBCABEFDCG0 0F0 0第37頁/共79頁作者：潘存云教授作者：潘存云教授工件工件ABCD1234PABCD1234工件工件P鉆孔夾具鉆孔夾具=0=0TABDC飛機起落架飛機起落架ABCD=0=0F也可以利用死點進行工作也可以利用死點進行工作：飛機起落架、鉆夾具起落架、鉆夾具等。等。第38頁/共79頁作者：潘存云教授作者：潘存云教授5. .鉸鏈四桿機構(gòu)的運動連續(xù)性鉸鏈四桿機構(gòu)的運動連續(xù)性指連桿機構(gòu)能否連續(xù)實現(xiàn)給定的各個位

24、置。指連桿機構(gòu)能否連續(xù)實現(xiàn)給定的各個位置?？尚杏颍嚎尚杏颍簱u桿的運動范圍（搖桿的運動范圍（C C1 1DCDC2 2） or (Cor (C1 1DCDC2 2) ) 。不可行域：不可行域：搖桿不能達到的區(qū)域。搖桿不能達到的區(qū)域。設計時不能要求從一個可行域跳過不可行域進入另一個可行域。設計時不能要求從一個可行域跳過不可行域進入另一個可行域。稱此為稱此為錯位不連續(xù)。錯位不連續(xù)。錯序不連續(xù)錯序不連續(xù)設計連桿機構(gòu)時，應滿足運動連續(xù)性條件。設計連桿機構(gòu)時，應滿足運動連續(xù)性條件。C1C2C1C2CCADBDAB1C1B2C2B3C3DAB1C1B2C2B3C3第39頁/共79頁34 平面四桿機構(gòu)的設計平

25、面四桿機構(gòu)的設計 1.連桿機構(gòu)設計的基本問題連桿機構(gòu)設計的基本問題2. 用解析法設計四桿機構(gòu)用解析法設計四桿機構(gòu)3.用作圖法設計四桿機構(gòu)用作圖法設計四桿機構(gòu)3.2按兩連架桿三組對應位置設計四桿機構(gòu)按兩連架桿三組對應位置設計四桿機構(gòu)3.1按預定連桿位置設計四桿機構(gòu)按預定連桿位置設計四桿機構(gòu)3.3按連桿上任意標志線的三組對應位置設計四桿機構(gòu)按連桿上任意標志線的三組對應位置設計四桿機構(gòu)3.4按給定的行程速比系數(shù)按給定的行程速比系數(shù)K設計四桿機構(gòu)設計四桿機構(gòu)第40頁/共79頁一、平面四桿機構(gòu)設計的主要任務：一、平面四桿機構(gòu)設計的主要任務： 根據(jù)機構(gòu)所要完成的運動功能而提出的設計條件（運動條件、幾何條件

26、和傳力條件等根據(jù)機構(gòu)所要完成的運動功能而提出的設計條件（運動條件、幾何條件和傳力條件等），進行：），進行： 機構(gòu)選型機構(gòu)選型根據(jù)給定的運動要求選擇機構(gòu)的類型；根據(jù)給定的運動要求選擇機構(gòu)的類型； 尺度綜合尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)( (長度尺寸長度尺寸) )，畫出機構(gòu)運動，畫出機構(gòu)運動 簡圖。簡圖。連桿機構(gòu)設計的基本問題連桿機構(gòu)設計的基本問題 1)滿足預定的運動規(guī)律滿足預定的運動規(guī)律(函數(shù)生成問題函數(shù)生成問題) 2)滿足預定的連桿位置要求滿足預定的連桿位置要求3)滿足預定軌跡的要求滿足預定軌跡的要求第41頁/共79頁作者：潘存云教授作者：潘存云教授ADCB飛機起落架飛機起落

27、架BC1)滿足預定的運動規(guī)律滿足預定的運動規(guī)律(函數(shù)生成問題函數(shù)生成問題) 預定的運動規(guī)律預定的運動規(guī)律-飛機起落架飛機起落架 函數(shù)機構(gòu)函數(shù)機構(gòu)- y=logx函數(shù)機構(gòu)函數(shù)機構(gòu)要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足函要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足函數(shù)數(shù) y=logxxy=logxABCD 二、二、 連桿機構(gòu)設計的基本問題連桿機構(gòu)設計的基本問題-三類設計要求三類設計要求第42頁/共79頁作者：潘存云教授三類設計要求：三類設計要求：2)滿足預定的連桿位置要求，如滿足預定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構(gòu)鑄造翻箱機構(gòu)。要求連桿在兩個位置要求連桿在兩個位置垂直地面且相差垂直地面且相差180 BCABDC第43頁/共79頁三類設計

28、要求：三類設計要求：3)滿足預定軌跡的要求，如滿足預定軌跡的要求，如攪拌機攪拌機、鶴式起重機構(gòu)。鶴式起重機構(gòu)。第44頁/共79頁鶴式起重機：鶴式起重機：第45頁/共79頁給定的設計條件：給定的設計條件：1)幾何條件幾何條件（給定連架桿或連桿的位置）（給定連架桿或連桿的位置）2)運動條件運動條件（給定（給定K）3)動力條件動力條件（給定（給定minmin）設計方法：設計方法：圖解法、解析法、實驗法圖解法、解析法、實驗法平面四桿機構(gòu)運動設計的問題概括成下述兩個基本問題平面四桿機構(gòu)運動設計的問題概括成下述兩個基本問題（2 2）實現(xiàn)已知軌跡問題）實現(xiàn)已知軌跡問題（1 1）實現(xiàn)已知運動規(guī)律問題；）實現(xiàn)已

29、知運動規(guī)律問題；第46頁/共79頁平面四桿機構(gòu)的一些基本知識平面四桿機構(gòu)的一些基本知識 1、平面四桿機構(gòu)的曲柄存在條件平面四桿機構(gòu)的曲柄存在條件C2A1a4b3cdBD2以最短桿為機架，則此機構(gòu)為以最短桿為機架，則此機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)；以最短桿的相鄰構(gòu)件為機架，則此機構(gòu)為以最短桿以最短桿的相鄰構(gòu)件為機架，則此機構(gòu)為以最短桿為曲柄的為曲柄的曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)；且且：13以最短桿的對邊構(gòu)件為機架，則此機構(gòu)為以最短桿的對邊構(gòu)件為機架，則此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)。 最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其它兩桿最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其它兩桿 長度之和長度之和 滿足桿長和條件滿

30、足桿長和條件推論推論：如：如果最短桿與最長桿的長度之和大于其它兩桿長度之和（不滿足桿長和條件）果最短桿與最長桿的長度之和大于其它兩桿長度之和（不滿足桿長和條件），則不論選哪個構(gòu)件為機架，則不論選哪個構(gòu)件為機架， 都為都為雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)。連架桿或機架之一為最短桿。連架桿或機架之一為最短桿。第47頁/共79頁2 急回作用與行程速度變化系數(shù)急回作用與行程速度變化系數(shù)(coefficient of travel speed variation)空回行程平均速度空回行程平均速度v2與工作行程平均速度與工作行程平均速度v1之比。之比。11180KK180180212112ttvvK1） 平面四桿機構(gòu)

31、具有急回特性的條件：平面四桿機構(gòu)具有急回特性的條件：（1）原動件作等速整周轉(zhuǎn)動；）原動件作等速整周轉(zhuǎn)動；（2）輸出件作往復運動；）輸出件作往復運動；（3）0第48頁/共79頁曲柄滑塊機構(gòu)的急回特性曲柄滑塊機構(gòu)的急回特性應用：節(jié)省返程時間，應用：節(jié)省返程時間，如牛頭刨如牛頭刨、往復式輸送機等。往復式輸送機等。思考題：對心曲柄滑塊機構(gòu)的急回特性如何？思考題：對心曲柄滑塊機構(gòu)的急回特性如何？對于需要有急回運動的機構(gòu)，常常是根據(jù)需要的行程速比系數(shù)K, 先求出 ，然后在設計各構(gòu)件的尺寸。C1B1B2HC2偏置曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)2AB134eCab12222)()(eabebaH0,有急回特性。

32、有急回特性。B1B2HH=2a, 0,無急回特性。無急回特性。314A對心曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)B2Cab1C1C221B2B11AB有急回特性。有急回特性。導桿機構(gòu)導桿機構(gòu)的急回特性的急回特性 第49頁/共79頁3 壓力角、傳動角壓力角、傳動角1）壓力角）壓力角(pressure angle)與傳動角與傳動角(transmission angle) 在不計摩擦力、重力、慣性力的條件下，機構(gòu)中驅(qū)使從動件運動在不計摩擦力、重力、慣性力的條件下，機構(gòu)中驅(qū)使從動件運動的力的方向線與從動件上受力點的速度方向線所夾的銳角。的力的方向線與從動件上受力點的速度方向線所夾的銳角。壓力角：壓力角：傳動角：

33、傳動角：壓力角的余角。vcFF1F21ABCD1234越小，傳力越好越小，傳力越好。越大，傳力越好越大，傳力越好。 min王王樹樹才才B2 DAmaxC2B1minC1第50頁/共79頁4、機構(gòu)的死點位置、機構(gòu)的死點位置(dead point positions)畫出壓力角畫出壓力角1C234ABDabcdvBFB死點：死點：當機構(gòu)處于傳動角當機構(gòu)處于傳動角0（或壓力角（或壓力角90）的機構(gòu)位置的機構(gòu)位置F0 0F0 0第51頁/共79頁5. 運動的連續(xù)性運動的連續(xù)性遇到的運動不連續(xù)問題有：遇到的運動不連續(xù)問題有：1.錯序不連續(xù)錯序不連續(xù)1C234ABD11C2CC1C2C21C3234AB2

34、DC1C2B1B32.錯位不連續(xù)錯位不連續(xù)王王樹樹才才王王樹樹才才第52頁/共79頁1)按預定連桿位置設計四桿機構(gòu)按預定連桿位置設計四桿機構(gòu)a)給定連桿兩組位置給定連桿兩組位置有唯一解。有唯一解。B2C2AD將鉸鏈將鉸鏈A、D分別選在分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設計要求。位置都能滿足設計要求。b)給定連桿上鉸鏈給定連桿上鉸鏈BC的三組位置的三組位置有無窮多組解。有無窮多組解。ADB2C2B3C3DB1C1三、三、 用作圖法設計四桿機構(gòu)用作圖法設計四桿機構(gòu)AB1C1ABCD第53頁/共79頁1)按預定連桿位置設計四桿機構(gòu)按預定連桿位置設計四桿

35、機構(gòu)a)給定連桿兩組位置給定連桿兩組位置有唯一解。有唯一解。B2C2AD將鉸鏈將鉸鏈A、D分別選在分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設計要求。位置都能滿足設計要求。b)給定連桿上鉸鏈給定連桿上鉸鏈BC的三組位置的三組位置有無窮多組解。有無窮多組解。ADB2C2B3C3DB1C1三、三、 用作圖法設計四桿機構(gòu)用作圖法設計四桿機構(gòu)AB1C1第54頁/共79頁ADB1C1已知已知: 固定鉸鏈固定鉸鏈A、D和連架桿的對應位置，確定活和連架桿的對應位置，確定活動鉸鏈動鉸鏈 B、C的位置。的位置。2)按兩連架桿預定的對應位置設計四桿機構(gòu)按兩連架桿預定的對應位

36、置設計四桿機構(gòu)機構(gòu)的轉(zhuǎn)化原理機構(gòu)的轉(zhuǎn)化原理第55頁/共79頁作者：潘存云教授B22B22E21B1 1E1按兩連架桿三組對應位置設計四桿機構(gòu)按兩連架桿三組對應位置設計四桿機構(gòu)任意選定構(gòu)件任意選定構(gòu)件AB的長度的長度連接連接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D繞繞D 將將B2 E2D旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)1 1 -2 2得得B2點點已知已知:機架長度機架長度d和兩連架桿三組對應位置。和兩連架桿三組對應位置。AdDB333E3設計步驟：設計步驟： 第56頁/共79頁作者：潘存云教授連接連接B3 E3、DB3得得 B3 E3D將將B3E3D繞繞D旋旋 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)1 1 -3 3得得B3點點2)按兩連架桿三組對應位置設

37、計四桿機構(gòu)按兩連架桿三組對應位置設計四桿機構(gòu)已知已知:機架長度機架長度d和兩連架桿三組對應位置。和兩連架桿三組對應位置。2B22E21B1 1E1AdDB333E3B2B3任意選定構(gòu)件任意選定構(gòu)件AB的長度的長度連接連接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D繞繞D 將將B2 E2D旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)1 1 -2 2得得B2點點設計步驟：設計步驟： 第57頁/共79頁作者：潘存云教授2B22E21B1 1E1AdDB333E3B2B3由由B1 B2 B3 三三點點 求圓心求圓心C1 。2)按兩連架桿三組對應位置設計四桿機構(gòu)按兩連架桿三組對應位置設計四桿機構(gòu)已知已知:機架長度機架長度d和兩連架桿三組對應位置

38、。和兩連架桿三組對應位置。C1B2C2B3C3連接連接B3 E3、DB3得得 B3 E3D將將B3E3D繞繞D旋旋 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)1 1 -3 3得得B3點點任意選定構(gòu)件任意選定構(gòu)件AB的長度的長度連接連接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D繞繞D 將將B2 E2D旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)1 1 -2 2得得B2點點設計步驟：設計步驟： 第58頁/共79頁作者：潘存云教授AD3)按連桿上任意標志線的三組對應位置設計四桿機構(gòu)按連桿上任意標志線的三組對應位置設計四桿機構(gòu)已知已知: 機架長度機架長度d和連桿上某一標志線的三組對應位置：和連桿上某一標志線的三組對應位置： M1N1、 M2N2 、 M3N3 ，求鉸鏈求鉸鏈B、

39、C的位置。的位置。分析分析: 鉸鏈鉸鏈A、D相對于鉸鏈相對于鉸鏈B、C的運動軌跡各為一圓弧，依據(jù)的運動軌跡各為一圓弧，依據(jù)轉(zhuǎn)化原理，將連桿固定作為機架，得一轉(zhuǎn)化機構(gòu)，在轉(zhuǎn)化機構(gòu)中，轉(zhuǎn)化原理，將連桿固定作為機架，得一轉(zhuǎn)化機構(gòu)，在轉(zhuǎn)化機構(gòu)中，AD成為連桿。只成為連桿。只要求出原機架要求出原機架AD相對于標志線的三組對應位置，原問題就轉(zhuǎn)化為按連桿三組位置設相對于標志線的三組對應位置，原問題就轉(zhuǎn)化為按連桿三組位置設計四桿機構(gòu)的問題。計四桿機構(gòu)的問題。B1ADM1N1M2M3N2N3A”D”C1ADA”D”剛化機構(gòu)位形剛化機構(gòu)位形得多邊形得多邊形 M2N2AD， 移動多邊形使移動多邊形使 M2N2 、M

40、1N1重合；重合；在位置在位置3重復前兩步驟；重復前兩步驟；設計步驟：設計步驟： 分別過分別過AAA”和和DDD” 求作圓心，得求作圓心，得B、C點點。第59頁/共79頁作者：潘存云教授E 4)按給定的行程速比系數(shù)按給定的行程速比系數(shù)K設計四桿機構(gòu)設計四桿機構(gòu)(1) 曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)計算計算180(K-1)/(K+1);已知：已知：CD桿長，擺角桿長，擺角及及K， 設計此機構(gòu)。步驟如下設計此機構(gòu)。步驟如下：任取一點任取一點D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰長為腰長為CDCD，夾角為，夾角為;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P P C1C2的外接圓，則的外接圓，則A A點必在

41、此圓上。點必在此圓上。 C2C1P=90, ,交于交于P;P; 90-PDAC1C2選定選定A A，設曲柄為，設曲柄為a ，連桿為，連桿為b ，則，則: :以以A A為圓心，為圓心，A AC2為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得：a=EC1/2 b = A = AC1EC1/2,A,A C2= =b- - a = = a =( A A C1A A C2)/ 2 A A C1= = a+ +b DC1C2第60頁/共79頁ADB1C1作圖法設計四桿機構(gòu)作圖法設計四桿機構(gòu)轉(zhuǎn)化為按已知連桿的幾組位轉(zhuǎn)化為按已知連桿的幾組位置設計置設計機構(gòu)的轉(zhuǎn)化原理機構(gòu)的轉(zhuǎn)化原理第61頁/共79頁作者：潘存云教授

42、E 按給定的行程速比系數(shù)按給定的行程速比系數(shù)K設計四桿機構(gòu)設計四桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)任取一點任取一點D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰長為腰長為CDCD，夾角為，夾角為;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P P C1C2的外接圓，則的外接圓，則A A點必在此圓上。點必在此圓上。 C2C1P=90, ,交于交于P;P; 90-PDAC1C2 DC1C2計算計算180(K-1)/(K+1);第62頁/共79頁作者：潘存云教授E222ae(2) 曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)H已知已知K K，滑塊行程，滑塊行程H H，偏，偏距距e e，設計此機構(gòu)，設計此機構(gòu) 。計算計算: 180180

43、(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);作作C1 C2 H H作射線作射線C1O O 使使C2C1O=90, , 以以O O為圓心，為圓心，C1O O為半徑作圓。為半徑作圓。以以A A為圓心，為圓心，A AC1為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得：作射線作射線C2O O使使C1C2 O=90。 作偏距線作偏距線e e，交圓弧于，交圓弧于A A，即為所求。，即為所求。C1C29090-o9090-Aa=EC2/2b= Ab= AC2EC2/2第63頁/共79頁作者：潘存云教授作者：潘存云教授ADmn=D(3) 導桿機構(gòu)導桿機構(gòu)分析：分析： 由于由于與與導桿擺角導桿擺角相等相等，設計

44、，設計此此 機構(gòu)時，僅需要確定曲柄機構(gòu)時，僅需要確定曲柄 a。計算計算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);任選任選D D作作mDnmDn，取取A A點，使得點，使得AD=d, AD=d, 則則: : a=dsin(a=dsin(/2)/2)=Ad作角分線作角分線; ;已知：已知：機架長度機架長度d，K，設計此機構(gòu)。設計此機構(gòu)。？第64頁/共79頁二、二、 用解析法設計四桿機構(gòu)用解析法設計四桿機構(gòu)思路：思路：首先建立包含機構(gòu)的各首先建立包含機構(gòu)的各尺度參數(shù)尺度參數(shù)和和運動變量運動變量在在內(nèi)的解析關系式，然后根據(jù)已知的運動變量求解所需內(nèi)的解析關系式，然后根據(jù)已知的運動變量求

45、解所需的機構(gòu)尺度參數(shù)。的機構(gòu)尺度參數(shù)。1) )按給定的運動規(guī)律設計四桿機構(gòu)按給定的運動規(guī)律設計四桿機構(gòu)2)按預定的連桿位置設計四桿機構(gòu)按預定的連桿位置設計四桿機構(gòu)3)按預定的運動軌跡設計四桿機構(gòu)按預定的運動軌跡設計四桿機構(gòu)按預定兩連架桿對應位置設計按預定兩連架桿對應位置設計按期望函數(shù)設計按期望函數(shù)設計第65頁/共79頁xyABCD12341)按給定的運動規(guī)律設計四桿機構(gòu)按給定的運動規(guī)律設計四桿機構(gòu)給定連架桿對應位置：給定連架桿對應位置：構(gòu)件構(gòu)件3和和構(gòu)件構(gòu)件1滿足以下位置關系：滿足以下位置關系：abcd建立坐標系建立坐標系, ,設構(gòu)件長度為：設構(gòu)件長度為：a 、b、c、d在在x,yx,y軸上投

46、影可得：軸上投影可得：a+b= c+d機構(gòu)尺寸比例放大時，不影響各構(gòu)件相對轉(zhuǎn)角機構(gòu)尺寸比例放大時，不影響各構(gòu)件相對轉(zhuǎn)角. . a coc(1i i +0)+ bcos2i i =c cos(3i i + 0 )+d a sin(1i i +0)+ b sin2i i = c sin(3i i + 0 ) 3i if (1i i ) i =1, 2, 3n設計此四桿機構(gòu)設計此四桿機構(gòu)( (求各構(gòu)件長度求各構(gòu)件長度) )。1i i3i i2i i 令：令： a/a=1 b/a= l c/a= m d/a= nxyABCD1234abcd1 1i i3 3i i2i i 00第66頁/共79頁P1P

47、2令令: : P0消去消去2i2i整理得：整理得：coscos( (1i1i+0 0) )m cos(3i+0 )-(m/n)cos(3i+0 -1i -0 ) +(m2+n2+1-l2)/(2n)代入移項得：代入移項得： lcos2 i= n+mcos(3i+0 )cos(1i+0 )lsin2 i= msin(3i+0 )sin(1i+0 )則上式簡化為：則上式簡化為：coccoc( (1i1i+0 0 ) )P0cos(3i+0 ) P1 cos(3i+0 -1i -0 )+ P2式中包含有式中包含有p0，p1，p2，0，0五個待定參數(shù)五個待定參數(shù), ,故四桿故四桿機構(gòu)最多可按兩連架桿的

48、五組對應未知精確求解。機構(gòu)最多可按兩連架桿的五組對應未知精確求解。當當i5i5時，一般不能求得精確解，只能用最小二乘法近似求解。時，一般不能求得精確解，只能用最小二乘法近似求解。當當i5i5時，可預定部分參數(shù)，有無窮多組解。時，可預定部分參數(shù)，有無窮多組解。第67頁/共79頁舉例：舉例：設計一四桿機構(gòu)滿足連架設計一四桿機構(gòu)滿足連架桿 三 組 對 應 位 置桿 三 組 對 應 位 置.(.(0 0=0 =0 0=0)=0)1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 34545 50 50 90 90 80 80 135 135 110 1101 11 13 33 3代入方程得：代入方程得： cos90cos90=P=P0 0cos80cos80+P+P1 1cos(80cos(80-90-90)+P)+P2 2 cos135cos135=P=P0 0cos110cos110+P+P1 1cos(110cos(110-135-135)+P)+P2 2解得相對長度解得相