平面連桿機構(gòu)的設(shè)計

1、1第八章第八章 平面連桿機構(gòu)的設(shè)計平面連桿機構(gòu)的設(shè)計81 連桿機構(gòu)及其傳動特點連桿機構(gòu)及其傳動特點82 平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用83 有關(guān)平面四桿機構(gòu)的一些基本知識有關(guān)平面四桿機構(gòu)的一些基本知識84 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容提要內(nèi)容提要21.1.應(yīng)用實例應(yīng)用實例 81 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、攪拌機攪拌機、輸送機輸送機、橢圓儀橢圓儀、機械手爪機械手爪、牛頭刨床牛頭刨床、開窗開窗、車門車門、機器人機器人、折疊傘等。、折疊傘等。2. 定義（連桿機構(gòu)或稱低副機構(gòu)）定義（連桿機構(gòu)或稱低副機構(gòu)） 由低副（轉(zhuǎn)動、移動）連接組成的平面由

2、低副（轉(zhuǎn)動、移動）連接組成的平面機構(gòu)。特征是：機構(gòu)。特征是：有一作平面運動的構(gòu)件，稱為連桿有一作平面運動的構(gòu)件，稱為連桿.33. 分類：分類： 分為分為空間連桿機構(gòu)空間連桿機構(gòu)和和平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu) 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)4 空間連桿機構(gòu)空間連桿機構(gòu)54. 連桿機構(gòu)的特點（優(yōu)缺點）連桿機構(gòu)的特點（優(yōu)缺點） 優(yōu)點：優(yōu)點： 1）采用低副：面接觸、承載大、便于潤滑、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不易磨損，形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精度精度。 2）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。 3）連

3、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。缺點：缺點：1）構(gòu)件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、效率構(gòu)件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、效率低低。2）產(chǎn)生動載荷（慣性力），且不易平衡，不適合高速。產(chǎn)生動載荷（慣性力），且不易平衡，不適合高速。3）設(shè)計復(fù)雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。設(shè)計復(fù)雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。6本章重點內(nèi)容是介紹本章重點內(nèi)容是介紹平面四桿機構(gòu)平面四桿機構(gòu)5. 命名（常以構(gòu)件數(shù)命名）命名（常以構(gòu)件數(shù)命名）四桿機構(gòu)、多桿機構(gòu)（齒凸連組合壓力四桿機構(gòu)、多桿機構(gòu)（齒凸連組合壓力機）。機）。7 基本型式基本型式鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)，其它四桿機構(gòu)都是由，其它四桿機構(gòu)

4、都是由它演變得到的。它演變得到的。名詞解釋：名詞解釋：曲柄曲柄(crank)作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；連桿連桿(coupler)作平面運動的構(gòu)件；作平面運動的構(gòu)件；連架桿連架桿(side link)與機架相聯(lián)的構(gòu)件；與機架相聯(lián)的構(gòu)件；搖桿搖桿(rocker)作定軸擺動的構(gòu)件；作定軸擺動的構(gòu)件；周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副能作能作360 360 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)副只能作有限角度擺動的運動副。只能作有限角度擺動的運動副。曲柄曲柄連桿連桿搖桿搖桿82 平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的類型和應(yīng)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8有三種基本型式：有

5、三種基本型式：（1 1）曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)(crank-rocker mechanism)特征：曲柄搖桿特征：曲柄搖桿作用：將曲柄的整周連續(xù)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動。作用：將曲柄的整周連續(xù)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動。 如如雷達天線雷達天線. .輸送機輸送機 拉膠片拉膠片9ABC1243DABDC1243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)2143搖桿主動搖桿主動31241011（2 2）雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)特征：兩個曲柄特征：兩個曲柄作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樽饔茫簩⒌人倩剞D(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人俚人倩蚧蜃兯僮兯倩剞D(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)。應(yīng)用實例：如應(yīng)用實例：如火車輪火車輪、 慣

6、性篩慣性篩等等。12A AD DC CB B1 12 23 34 4旋轉(zhuǎn)式葉片泵旋轉(zhuǎn)式葉片泵A AD DC CB B1 12 23 3ABDC1234E6振動篩機構(gòu)振動篩機構(gòu)311314ABCD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：火車輪實例：火車輪特例：平行四邊形機構(gòu)特例：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， 連桿作平動且始終與機架平行，連桿作平動且始終與機架平行，兩曲柄以相同速度兩曲柄以相同速度 同向轉(zhuǎn)動。同向轉(zhuǎn)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

7、機構(gòu)播種機料斗機構(gòu)15返回返回16反平行四邊形機構(gòu)反平行四邊形機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)中兩相對桿的長度分別相等，但不平行。-車門開閉機構(gòu)車門開閉機構(gòu)反向反向FAEDGBCABEFDCG注：平行四邊形機構(gòu)在共線位置出注：平行四邊形機構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運動不確定?，F(xiàn)運動不確定。 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?7（3 3）雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)(double crock mechanism)特征：兩個搖桿特征：兩個搖桿應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：鑄造翻箱機構(gòu)鑄造翻箱機構(gòu)風(fēng)扇、風(fēng)扇、起重機起重機 爐門爐門 爐門爐門1起落架起落架 夾緊夾緊機構(gòu)機構(gòu)181920212223ABDCE特例：等腰梯形機

8、構(gòu)特例：等腰梯形機構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)CBABDC風(fēng)扇座風(fēng)扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機電機ABDCEABDCE電機電機ABDC風(fēng)扇座風(fēng)扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機電機ABDC風(fēng)扇座風(fēng)扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿ABDC24(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)(slider-crank mechanism)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 25偏心曲柄滑塊機構(gòu)偏心曲柄滑塊機構(gòu)26對心曲柄滑塊機

9、構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)27雙滑塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)28(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)）2930(3)(3)選不同的構(gòu)件為機架（情況選不同的構(gòu)件為機架（情況1 1）導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)314A2BC（導(dǎo)桿（導(dǎo)桿4作擺動）作擺動）（導(dǎo)桿（導(dǎo)桿4作轉(zhuǎn)動）作轉(zhuǎn)動）31擺動導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)32牛頭刨床牛頭刨床(擺動導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu))應(yīng)用實例應(yīng)用實例:ABDC1243C2C13334應(yīng)用實例應(yīng)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

10、構(gòu)件為機架選不同的構(gòu)件為機架（情況二）（情況二）應(yīng)用實例應(yīng)用實例B34C1A2應(yīng)用實例應(yīng)用實例4A1B23C應(yīng)用實例應(yīng)用實例13C4AB2應(yīng)用實例應(yīng)用實例A1C234B導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)314A2BC曲柄搖塊機構(gòu)曲柄搖塊機構(gòu)314A2BC35(3)(3)選不同的構(gòu)件為機架選不同的構(gòu)件為機架（情況三）（情況三）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BC3214AABC321436abdcCBAD平面四桿機構(gòu)具有平面四桿

11、機構(gòu)具有周轉(zhuǎn)副周轉(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 a+b c + d83 有關(guān)平面四桿機構(gòu)的一些基本知識有關(guān)平面四桿機構(gòu)的一些基本知識1.1.平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件平面四桿機構(gòu)有曲柄的條件C”abdcADd- - a設(shè)設(shè)adad，同理有：，同理有： da, db, dcAD為最短桿為最短桿將以上三式兩兩相加得：將以上三式兩兩相加得： a b, ac, ad 37（2）連架桿或機架之一連架桿或機架之一( (組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿之一）為最組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿之一）為最 短

12、桿。短桿?？芍嚎芍寒?dāng)滿足桿長條件時，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動當(dāng)滿足桿長條件時，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副都是周轉(zhuǎn)副。副都是周轉(zhuǎn)副。曲柄存在的條件：曲柄存在的條件：（1）最長桿與最短桿的長度之和應(yīng)最長桿與最短桿的長度之和應(yīng)其他兩桿長度之和其他兩桿長度之和此時，鉸鏈此時，鉸鏈A為周轉(zhuǎn)副。為周轉(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也是周轉(zhuǎn)副。也是周轉(zhuǎn)副。 稱為桿長條件。稱為桿長條件。ABCDabcd38曲柄搖桿機構(gòu)運動特點的觀察曲柄搖桿機構(gòu)運動特點的觀察特點：特點：曲柄與曲柄與連桿出連桿出現(xiàn)一次現(xiàn)一次共線、共線、一次重一次重合合(avi)39特點：特點：1. 搖

13、桿與連桿搖桿與連桿均未出現(xiàn)重合均未出現(xiàn)重合(或共線或共線)現(xiàn)象；現(xiàn)象；2. 固定鉸鏈均固定鉸鏈均為整周回轉(zhuǎn)鉸為整周回轉(zhuǎn)鉸鏈；連桿上兩鏈；連桿上兩活動鉸鏈均為活動鉸鏈均為非整周回轉(zhuǎn)鉸非整周回轉(zhuǎn)鉸鏈。鏈。雙曲柄機構(gòu)運動特點的觀察雙曲柄機構(gòu)運動特點的觀察(avi)40雙搖雙搖桿機桿機構(gòu)運構(gòu)運動特動特點的點的觀察觀察4142（1 1）當(dāng)滿足桿長條件時，說明存在周轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇）當(dāng)滿足桿長條件時，說明存在周轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的構(gòu)件作為機架時，可得不同的機構(gòu)。不同的構(gòu)件作為機架時，可得不同的機構(gòu)。 a a：以最短桿的相鄰桿為機架為曲柄搖桿機構(gòu)：以最短桿的相鄰桿為機架為曲柄搖桿機構(gòu) b b：以最短桿為機架為雙曲

14、柄機構(gòu)：以最短桿為機架為雙曲柄機構(gòu) c c：以最短桿的相對桿為機架為雙搖桿機構(gòu)：以最短桿的相對桿為機架為雙搖桿機構(gòu)分析說明分析說明（判斷機構(gòu)類型的步驟）（判斷機構(gòu)類型的步驟）最短桿為連架桿最短桿為機架最短桿為連桿43機架機架1 1機架機架2 2機架機架3 3機架機架4 4ABCD1234雙曲柄雙曲柄ABCD1234曲柄搖桿曲柄搖桿ABCD1234雙搖桿雙搖桿ABCD1234曲柄搖桿曲柄搖桿ABCD1234鉸鏈四桿運動鏈鉸鏈四桿運動鏈4445（2 2）當(dāng)不滿足桿長條件時，無周轉(zhuǎn)副，）當(dāng)不滿足桿長條件時，無周轉(zhuǎn)副，此時無論取哪一桿件為機架，均為此時無論取哪一桿件為機架，均為雙搖桿雙搖桿機構(gòu)。機構(gòu)。

15、46推廣到曲柄滑塊機構(gòu)推廣到曲柄滑塊機構(gòu) a. 對心式對心式a + LAD b + LCDBACab對心式對心式D D a bb. 偏置式偏置式D D a + LAD b + LCD而：而：LAD = = LCD + e所以：所以：a + e bABCeba偏置式偏置式47(2) 推廣到導(dǎo)桿機構(gòu)推廣到導(dǎo)桿機構(gòu)BACabD D BACab 若兩連架桿均整周回轉(zhuǎn)，若兩連架桿均整周回轉(zhuǎn)，則機架應(yīng)最短，而則機架應(yīng)最短，而LAD = LCD ，所以有，所以有: a b時，擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。時，擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。(avi)48如圖如圖1 1所示的四桿機構(gòu)中，各構(gòu)件的長度分別為所示的四桿機構(gòu)中，各構(gòu)件的長度分別為B

16、C=60mm, BC=60mm, CD=30mm,CD=30mm, AD=40mm, AD=40mm, 問：通過調(diào)整問：通過調(diào)整ABAB桿的長度，能否得桿的長度，能否得到雙曲柄機構(gòu)？為什么？到雙曲柄機構(gòu)？為什么？ 通過調(diào)整通過調(diào)整AB桿的長度，不能得到雙曲柄機構(gòu)桿的長度，不能得到雙曲柄機構(gòu).這是因為四桿機構(gòu)在滿足有整轉(zhuǎn)副存在的條件下，這是因為四桿機構(gòu)在滿足有整轉(zhuǎn)副存在的條件下，必須以最短桿為機架，才能得到雙曲柄機構(gòu)。必須以最短桿為機架，才能得到雙曲柄機構(gòu)。 而而在本題中在本題中ADCD， 故無論故無論AB如何變化，均不能如何變化，均不能得到雙曲柄機構(gòu)。得到雙曲柄機構(gòu)。49 例例1 1：判斷圖示

17、兩個鉸鏈四桿機構(gòu)的類型：判斷圖示兩個鉸鏈四桿機構(gòu)的類型解：對圖解：對圖(a)，有：，有： 30 + 70 40 + 55 該機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。該機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。 對圖對圖(b)，有：，有： 20 + 80 tt2 2 V V2 2 V V1 12212tCCV)180/(21CCB256 K為行程速比系數(shù)為行程速比系數(shù)12VVK 18018021tt 2)2)且且越大，越大，K K值越大，急回性質(zhì)越明顯。值越大，急回性質(zhì)越明顯。 說明說明:1):1)只要只要 0 ， 就有就有 KK1，存在急回運動。，存在急回運動。K的取值范圍：的取值范圍：1K3.11180KK 3)3)設(shè)計新機械時，往往先

18、給定設(shè)計新機械時，往往先給定K K值，于是值，于是: : 121221tCCtCC57急回作用的意義：急回作用的意義：1.機構(gòu)的急回作用，在機械中常被用來節(jié)省空機構(gòu)的急回作用，在機械中常被用來節(jié)省空回行程的時間，以提高勞動生產(chǎn)率。例如在?；匦谐痰臅r間，以提高勞動生產(chǎn)率。例如在牛頭刨床中采用擺動導(dǎo)桿機構(gòu)就有這種目的。頭刨床中采用擺動導(dǎo)桿機構(gòu)就有這種目的。急回作用有方向性，當(dāng)原動件的回轉(zhuǎn)方向急回作用有方向性，當(dāng)原動件的回轉(zhuǎn)方向改變，急回的行程也跟著改變。故在牛頭刨床改變，急回的行程也跟著改變。故在牛頭刨床等設(shè)備上都用明顯的標(biāo)志標(biāo)出了原動件的正確等設(shè)備上都用明顯的標(biāo)志標(biāo)出了原動件的正確回轉(zhuǎn)方向?；剞D(zhuǎn)

19、方向。 2.對某些顎式破碎機，采用快進慢退。對某些顎式破碎機，采用快進慢退。3.有些設(shè)備正反行程均在工作，故無急回要求有些設(shè)備正反行程均在工作，故無急回要求如：雷達天線俯仰轉(zhuǎn)動時不應(yīng)有急回現(xiàn)象如：雷達天線俯仰轉(zhuǎn)動時不應(yīng)有急回現(xiàn)象58 對心式曲柄滑塊機構(gòu)對心式曲柄滑塊機構(gòu)結(jié)論：對心式曲柄滑塊結(jié)論：對心式曲柄滑塊機構(gòu)無急回特性。機構(gòu)無急回特性。 偏置式曲柄滑塊機構(gòu)偏置式曲柄滑塊機構(gòu)結(jié)論：偏置式曲柄滑塊結(jié)論：偏置式曲柄滑塊機構(gòu)有急回特性。機構(gòu)有急回特性。推廣到曲柄滑塊機構(gòu)推廣到曲柄滑塊機構(gòu):0B1C1BACB2C20ABCB1C1C2B259 推廣到推廣到導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu):C1C2BAC 結(jié)論：結(jié)論

20、：有急回特性，且極有急回特性，且極位夾角等于擺桿擺角，即位夾角等于擺桿擺角，即60FF F”3. .壓力角和傳動角壓力角和傳動角(1)(1)壓力角壓力角(pressure angle)：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(shè)計時要求設(shè)計時要求: :minmin40- 5040- 50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 (+ =90(+ =90) )ABCDCDBAFF”F(2)(2)傳動角傳動角(transmissi

21、on angle) 可用可用的大小來表示機構(gòu)傳力性能的好壞。的大小來表示機構(gòu)傳力性能的好壞。(Vc)61FF F”當(dāng)當(dāng)BCD90BCD90時，時， BCDBCD (3) (3)minmin出現(xiàn)的位置：出現(xiàn)的位置：當(dāng)當(dāng)BCD90BCD90時，時， 180180- BCD- BCDABCDCDBAFF”F當(dāng)當(dāng)BCDBCD最小或最大時，最小或最大時，都有可能出現(xiàn)都有可能出現(xiàn)minmin(Vc)62C1B1abcdDA證明：由余弦定律有：證明：由余弦定律有： ( (第一次共線第一次共線) ) B B1 1C C1 1D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d-a)-(d-a)2 2/

22、(2bc) (8-7a)/(2bc) (8-7a) BB2 2C C2 2D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d+a)-(d+a)2 2/(2bc)/(2bc)若若B B1 1C C1 1D90D90, ,則則若若B B2 2C C2 2D90D90, , 則則1 1B B1 1C C1 1D D2 2180180-B-B2 2C C2 2D (8-7b)D (8-7b)1 1minminBB1 1C C1 1D, 180D, 180-B-B2 2C C2 2DDminminC2B22 2( (第二次共線第二次共線) )63ABCmin 導(dǎo)桿機構(gòu)最小傳動角的確定導(dǎo)桿機構(gòu)最

23、小傳動角的確定BACFVC結(jié)論：導(dǎo)桿機構(gòu)傳動角結(jié)論：導(dǎo)桿機構(gòu)傳動角衡等于衡等于90 ，即，即壓力角壓力角a a恒恒等于等于0 。64F4. .機構(gòu)的死點位置機構(gòu)的死點位置(1)(1)定義定義 搖桿為主動件，搖桿為主動件，且連桿與曲柄兩次共線且連桿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. .稱此位置為：稱此位置為：“死點死點”0 00 0F0 0652). 死點位置的確定死點位置的確定 在四桿機構(gòu)中當(dāng)在四桿機構(gòu)中當(dāng)從動件與連桿共線或重合從動件與連桿共線或重合時，機構(gòu)時，機構(gòu)處于死點位置。處于死點位置。 曲柄搖桿機構(gòu)中曲柄搖桿機構(gòu)中曲柄曲柄為主動件時為主動件時VBFBFCVC

24、Ca aDABMC結(jié)論：無死點位置結(jié)論：無死點位置存在存在66 曲柄搖桿機構(gòu)中曲柄搖桿機構(gòu)中搖桿搖桿為主動件時為主動件時DABC結(jié)論：結(jié)論：當(dāng)當(dāng)a a= 90(=0)時，即連桿與曲時，即連桿與曲柄出現(xiàn)共線和重合時，機構(gòu)出現(xiàn)死點位柄出現(xiàn)共線和重合時，機構(gòu)出現(xiàn)死點位置。置。MFCVCa aVBFBB2C2B1BC167 雙曲柄機構(gòu)和雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)結(jié)論：雙曲柄機構(gòu)結(jié)論：雙曲柄機構(gòu)無論哪個曲無論哪個曲柄做原動件，都無死點位置存柄做原動件，都無死點位置存在；在；雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)無論哪個搖桿無論哪個搖桿做原動件，都有死點位置存在；做原動件，都有死點位置存在；(avi)6869機構(gòu)是否

25、出現(xiàn)死點的判斷：機構(gòu)是否出現(xiàn)死點的判斷： 若原動件作往復(fù)運動，則一定會出現(xiàn)死點位若原動件作往復(fù)運動，則一定會出現(xiàn)死點位置；其處于連桿與從動件共線和重合之處。置；其處于連桿與從動件共線和重合之處。導(dǎo)桿機構(gòu)（曲柄為主動件）導(dǎo)桿機構(gòu)（曲柄為主動件）導(dǎo)桿機構(gòu)（搖桿為主動件）導(dǎo)桿機構(gòu)（搖桿為主動件）FB1VB3FB3A BD1234VB2FB2A BD1234VB2FB2VB1703)3)避免措施：避免措施： 兩組機構(gòu)錯開排列，如兩組機構(gòu)錯開排列，如火車輪機構(gòu)火車輪機構(gòu); ;靠飛輪的慣性（如內(nèi)燃機、縫紉機等）?？匡w輪的慣性（如內(nèi)燃機、縫紉機等）。FAEDGBCABEFDCG71工件工件ABCD1234P

26、ABCD1234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=0F4)4)利用死點進行工作利用死點進行工作：飛機起落架、鉆夾具等。飛機起落架、鉆夾具等。72極位與死點的異同：極位與死點的異同： 相同點：相同點：都是機構(gòu)中曲柄和連桿共線的都是機構(gòu)中曲柄和連桿共線的位置，位置，不同之處：不同之處：在于極點出現(xiàn)在曲柄為原動件時，而死點在于極點出現(xiàn)在曲柄為原動件時，而死點出現(xiàn)在以搖桿為原動件，曲柄為從出現(xiàn)在以搖桿為原動件，曲柄為從動件時動件時。73ABlBClCDlADlADCDminAB1. 在圖示鉸鏈四桿機構(gòu)中，各桿長度分別為在圖示鉸鏈四桿機構(gòu)中，各桿長度分別為=2

27、8mm，=52mm，=50mm，=72m (1) 若取若取為機架，求該機構(gòu)的極位夾角為機架，求該機構(gòu)的極位夾角，桿，桿的最大擺角的最大擺角和最小傳動角和最小傳動角(2) 若取若取為機架，該機構(gòu)將演化成何種類型的機構(gòu)為機架，該機構(gòu)將演化成何種類型的機構(gòu)?為什么為什么?請說請說明這時明這時 C 、D兩個轉(zhuǎn)動副是周轉(zhuǎn)副還是擺轉(zhuǎn)副兩個轉(zhuǎn)動副是周轉(zhuǎn)副還是擺轉(zhuǎn)副? 747576777879例題：例題： 在圖示的連桿機構(gòu)中，已知各構(gòu)件的尺寸為在圖示的連桿機構(gòu)中，已知各構(gòu)件的尺寸為AB=160mm，BC=260mm，CD=200mm，AD=80mm；并已知構(gòu)件為原動件，沿順時針方向勻速回轉(zhuǎn)，試確定：并已知構(gòu)件

28、為原動件，沿順時針方向勻速回轉(zhuǎn)，試確定： (1) 四桿機構(gòu)的類型；四桿機構(gòu)的類型； (2) 該四桿機構(gòu)的最小傳動角；該四桿機構(gòu)的最小傳動角； (3) 滑塊的行程速比系數(shù)?；瑝K的行程速比系數(shù)。8081825. .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( (1) 1) 定義：指連桿機構(gòu)能否連續(xù)實現(xiàn)給定的各個位置。定義：指連桿機構(gòu)能否連續(xù)實現(xiàn)給定的各個位置。(2) (2) 名詞：可行域：搖桿的運動范圍。名詞：可行域：搖桿的運動范圍。不可行域：搖桿不能達到的區(qū)域。不可行域：搖桿不能達到的區(qū)域。錯位不連續(xù)：設(shè)計時不能要求從一個可行域跳過不可行域進入另錯位不連續(xù)：設(shè)計時不能要求從一個可行域跳過不

29、可行域進入另 一個可行域。一個可行域。錯序不連續(xù)：右圖，要求連桿依次占據(jù)錯序不連續(xù)：右圖，要求連桿依次占據(jù)B B1 1C C1 1 、B B2 2C C2 2 、 B B3 3C C3 3 ，當(dāng)，當(dāng)ABAB順時針轉(zhuǎn)動，不能滿足預(yù)期的次序要求，稱這種不連續(xù)問題為錯序順時針轉(zhuǎn)動，不能滿足預(yù)期的次序要求，稱這種不連續(xù)問題為錯序不連續(xù)。不連續(xù)。錯序不連續(xù)錯序不連續(xù)(3) (3) 設(shè)計連桿機構(gòu)時，應(yīng)滿足運動連續(xù)性條件。設(shè)計連桿機構(gòu)時，應(yīng)滿足運動連續(xù)性條件。C1C2C1C2CCADBDAB1C1B2C2B3C3DAB1C1B2C2B3C38384 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 一、一、 連桿機構(gòu)設(shè)

30、計的基本問題連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題 機構(gòu)選型根據(jù)給定的（運動）要求選機構(gòu)選型根據(jù)給定的（運動）要求選 擇機構(gòu)的類型；擇機構(gòu)的類型；尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)(長度長度 尺寸尺寸)。 同時要滿足其他輔助條件：同時要滿足其他輔助條件：a)結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長比恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長比恰當(dāng)、 運動副結(jié)構(gòu)合理等）運動副結(jié)構(gòu)合理等）;b)動力條件（如動力條件（如min）;c)運動連續(xù)性條件等。運動連續(xù)性條件等。1. 基本問題基本問題84ADCB飛機起落架飛機起落架BC2. 三類設(shè)計要求：三類設(shè)計要求：1) 滿足預(yù)定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如滿足預(yù)定

31、的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如: 飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。函數(shù)機構(gòu)函數(shù)機構(gòu)要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足函數(shù)滿足函數(shù) y=logxxy=logxABCD852) 滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構(gòu)。即滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構(gòu)。即要求連桿能占據(jù)一系列的預(yù)定位置要求連桿能占據(jù)一系列的預(yù)定位置稱為剛體導(dǎo)引稱為剛體導(dǎo)引問題問題(body guidance)要求連桿在兩個位置垂要求連桿在兩個位置垂直地面且相差直地面且相差180 CBABDC3) 3) 滿足預(yù)定的軌跡要求，即要求連桿上某點能實現(xiàn)預(yù)滿足預(yù)定的軌跡要求，即要求連桿上某點能實現(xiàn)預(yù)定的軌跡。如右圖

32、所示定的軌跡。如右圖所示攪拌機攪拌機。攪拌機攪拌機863. 給定的設(shè)計條件：給定的設(shè)計條件：1) 幾何條件（給定連架桿或連桿的位置）幾何條件（給定連架桿或連桿的位置）2) 運動條件（給定運動條件（給定K）3) 動力條件（給定動力條件（給定minmin）4. 設(shè)計方法：圖解法、解析法、設(shè)計方法：圖解法、解析法、實驗法實驗法87二、用圖解法設(shè)計四桿機構(gòu)二、用圖解法設(shè)計四桿機構(gòu)1. 按連桿預(yù)定位置設(shè)計四桿機構(gòu)按連桿預(yù)定位置設(shè)計四桿機構(gòu)觀察分析觀察分析: 爐門爐門不可能是連架桿，只能不可能是連架桿，只能是連桿是連桿 只對此兩位置的準確性有要只對此兩位置的準確性有要求求E1E2爐門爐門爐膛爐膛 所要解決

33、的問題是尋找所要解決的問題是尋找A、B、C、D，即各桿，即各桿桿長桿長根據(jù)所給定條件的不同，有兩種情況：根據(jù)所給定條件的不同，有兩種情況：a. 已知連桿位置及活動鉸鏈找固定鉸鏈已知連桿位置及活動鉸鏈找固定鉸鏈b. 已知連桿位置及固定鉸鏈找活動鉸鏈已知連桿位置及固定鉸鏈找活動鉸鏈88(1) 已知連桿位置及活動鉸鏈找固定鉸鏈已知連桿位置及活動鉸鏈找固定鉸鏈a. 分析分析ABCDc12b12幾何特點：幾何特點：活動鉸鏈軌活動鉸鏈軌跡圓上任意兩點連線的跡圓上任意兩點連線的垂直平分線必過回轉(zhuǎn)中垂直平分線必過回轉(zhuǎn)中心心(固定鉸鏈點固定鉸鏈點)b. 設(shè)計設(shè)計C1C2B1B2b12c12A點所在點所在線線D點

34、所在點所在線線ADB1B2C1C289 已知連桿兩位置已知連桿兩位置 無窮解。要唯一解需另加條件無窮解。要唯一解需另加條件 已知連桿三位置已知連桿三位置B2ADC2C3B3b23c23C1B1b12c23 唯一解唯一解 已知連桿四位置已知連桿四位置 無解無解B2C2C3B3C1B1C4B490 接下來將原機構(gòu)的各位置的構(gòu)型均視為剛體，并接下來將原機構(gòu)的各位置的構(gòu)型均視為剛體，并向某一選定位置相對移動，使作為新機架桿的各個位向某一選定位置相對移動，使作為新機架桿的各個位置重合，便可得新連桿相對于新機架的各個位置，即置重合，便可得新連桿相對于新機架的各個位置，即實現(xiàn)了機構(gòu)的倒置。實現(xiàn)了機構(gòu)的倒置。

35、 這樣，就將求活動鉸鏈的位置問題轉(zhuǎn)化為求這樣，就將求活動鉸鏈的位置問題轉(zhuǎn)化為求固定鉸鏈的位置問題了。固定鉸鏈的位置問題了。這種方法又稱為這種方法又稱為反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法。 為了求活動鉸鏈的位置，可將待求的活為了求活動鉸鏈的位置，可將待求的活動鉸鏈所在的桿視作動鉸鏈所在的桿視作新機架新機架，而將其相對的，而將其相對的桿視作桿視作新連桿新連桿。(2)已知連桿位置及固定鉸鏈找活動鉸鏈已知連桿位置及固定鉸鏈找活動鉸鏈91a. 問題問題b. 相對運動分析相對運動分析站在機架上看：站在機架上看：B點繞點繞A點點順時針順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動，C點繞點繞D點點順時針順時針轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動。站在連桿上觀察：站在連桿上觀察：從位置

36、從位置1到位置到位置2，C2B2E1DF2E2F1AB1C1ABC增大，增大， BCD減小，即減小，即A點繞點繞B點點逆時逆時針針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動，C點繞點繞D點點逆時針逆時針轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動。9293E1F2E2F1B1C1B2C2ADDA11d12a12E1F2E2F1B1C1B2C2ADA2D2d12a129495c. 設(shè)計設(shè)計 兩對應(yīng)位置兩對應(yīng)位置E1F2E2F1B1C1B2C2ADDA11d12a12E1ADE2F1F2A1D1B1C1C2B296 三對應(yīng)位置三對應(yīng)位置E1ADE2F1F2C2B2F3A2D2A3D3E3B1C1a23a12d12d23設(shè)計步驟：設(shè)計步驟： 連接連接E1A、F1D

37、、E2A、F2D(或或E3A、F3D； 剛化剛化E1F1DA、E2F2DA(或或E3F3DA)，并將并將E1F1和和E2F2分分別重合于別重合于E3F3，得，得到到A1、D1 、 A2 、和和D2 點；點； 連接連接A1A2 、A2A3 、D1D2 和和D2D3 、并分別作其垂直平分線，并分別作其垂直平分線，得交點，得交點， B3和和C3； 連接連接AB3、DC3、B3C3、B3E3和和C3F3得所需機構(gòu)。得所需機構(gòu)。 根據(jù)圖中線長，乘以比例尺得到各構(gòu)件尺寸。根據(jù)圖中線長，乘以比例尺得到各構(gòu)件尺寸。973. 按兩連架桿預(yù)定對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)按兩連架桿預(yù)定對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)已知條件：已知條件

38、：一連架桿桿長一連架桿桿長LAB、機架長、機架長LAD連架桿對應(yīng)位置，連架桿對應(yīng)位置，即即1、 2、3；a a1、a a2、a a3。求活動鉸鏈點。求活動鉸鏈點C。132B3DE2AB1B2E1E3a a3a a1a a2C3C2C19899100分析分析B2C1E2E1C2DAB1AB2C2B1C1(2) 設(shè)計步驟設(shè)計步驟a. 剛化剛化E2B2D，并使其繞，并使其繞D點反轉(zhuǎn)到點反轉(zhuǎn)到E2D重合于重合于E1D ，得得B2點。點。b. 作連線的垂直平分線，作連線的垂直平分線，即得活動鉸鏈點所在直即得活動鉸鏈點所在直線線無窮解無窮解101E 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(shè)計四桿機

39、構(gòu)設(shè)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桿長為桿長為c，擺角，擺角及及K，設(shè)，設(shè)計此機構(gòu)。步驟如下：計此機構(gòu)。步驟如下：任取一點任取一點D D，作等腰三角形腰長，作等腰三角形腰長為為CDCD，夾角為，夾角為;取取l=c/CD作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P PC1C2的外接圓，則的外接圓，則A點必在此圓上。點必在此圓上。(C2AC1=) ) C2C1P=90,交于交于P;P; 90-PDAC1C2選定選定A，設(shè)曲柄為，設(shè)曲柄為a ，連桿為，連桿為b ，則，則: :（為方便取（為方便取l=1）以以A為圓心，為圓心，AC2為半徑

40、作弧交為半徑作弧交AC1于于E,E,得：得： a =EC1/ 2 b = =AC1EC1/ 2, ,AC2= =b- -a= = a =(AC1- -AC2)/ 2，b =(AC1+ +AC2)/ 2 AC1= =a+ +b說明：顯然任取說明：顯然任取A點有無窮解，可由點有無窮解，可由min等來限定；等來限定；FG為劣弧段，為劣弧段，A點應(yīng)遠離點應(yīng)遠離G（F）點。）點。GF102E222ae(2) 曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)H已知已知K，滑塊行程，滑塊行程H，偏，偏距距e，設(shè)計此機構(gòu)，設(shè)計此機構(gòu) 。即求曲柄長a、連桿長b。計算計算: 180(K-1)/(K+1);作作C1C2 H H作射線作射線

41、C2O使使C1C2O=90, , 以以O(shè)為圓心，為圓心，C1O為半徑作圓。為半徑作圓。以以A為圓心為圓心，AC2為半徑作弧交為半徑作弧交AC1于于E，得：（為方便取，得：（為方便取l=1） AC1= =a+ +b AC2= =b- -a 從而得從而得作射線作射線C1O使使C2C1 O=90。 作偏距線作偏距線e/e/C1C2 ，交圓弧于，交圓弧于A，即為所求。，即為所求。(C2AC1=) )C2C19090-o9090-Aa=EC1/ 2b= AC1EC1/ 2有唯一解。有唯一解。103ADmn=D(3) 導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)分析：分析： 由于由于與與導(dǎo)桿擺角導(dǎo)桿擺角相等，設(shè)計此相等，設(shè)計此 機構(gòu)

42、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);任選任選D作作mDn，取取A點，使得點，使得AD=d, 則則: : a=dsin( a=dsin(/2)/2)=Ad作角分線作角分線; ;已知：機架長度已知：機架長度d，K，設(shè)計此機構(gòu)。設(shè)計此機構(gòu)。104105例題精選例題精選: : 106解解 由圖中的幾何關(guān)系可知，該機由圖中的幾何關(guān)系可知，該機構(gòu)的極位夾角構(gòu)的極位夾角 303060 4 . 1180180 K 由圖中幾何關(guān)系還可得到由圖中幾何關(guān)系還可得到 60sin10060sin60sin30sinACABBCBCABleellell350) 13(

43、50) 13(50BCABell107 當(dāng)滑塊在行程范圍內(nèi)任意位置當(dāng)滑塊在行程范圍內(nèi)任意位置時，其壓力角可通過下式計算：時，其壓力角可通過下式計算： BCABsinsinllea顯然，除了曲柄轉(zhuǎn)角顯然，除了曲柄轉(zhuǎn)角 之外，其它之外，其它參數(shù)均為常數(shù)，所以，當(dāng)參數(shù)均為常數(shù)，所以，當(dāng) 90時，時，壓力角最大，且最大壓力角為：壓力角最大，且最大壓力角為： 4 .64maxa a10840min109（1）由于雷達天線俯仰傳動時不應(yīng)有急回作用，故有：）由于雷達天線俯仰傳動時不應(yīng)有急回作用，故有： 解解1K0 （2）選取比例尺）選取比例尺l1mm/mm，并利用已知條件作圖如下：，并利用已知條件作圖如下：

44、 110（3）從圖上量得：）從圖上量得：mm7552ACmm4831AC（4）因此有：）因此有：mm136212ABACAClmm619212BCACACl（5）作出可能為最小傳動角的兩個位置（即曲柄與機架共線的）作出可能為最小傳動角的兩個位置（即曲柄與機架共線的位置），經(jīng)判斷，在曲柄與機架重疊共線時，傳動角為最小，且位置），經(jīng)判斷，在曲柄與機架重疊共線時，傳動角為最小，且量得：量得：4070min 結(jié)論：傳動角結(jié)論：傳動角滿足要求滿足要求1113. 已知曲柄搖桿機構(gòu)搖桿已知曲柄搖桿機構(gòu)搖桿CD的長度的長度lCD=75 mm，機，機架架AD的長度的長度lAD=100 mm，行程速比系數(shù)，行程速

45、比系數(shù)K=1.25，搖，搖桿的右極限位置與機架間的夾角桿的右極限位置與機架間的夾角 。（ m/mm） 45 0025.0 l 試求曲柄和連桿的長度試求曲柄和連桿的長度lAB、lBC。112（1）計算極位夾角）計算極位夾角解解（2）作圖，并計算）作圖，并計算lAB、lBC18018025. 1K 20m0375. 015ABllm10875. 05 .43BCll113自測及答案自測及答案: :1. 已知四桿機構(gòu)的極位夾角為零度，連架桿已知四桿機構(gòu)的極位夾角為零度，連架桿 AB長長20mm，連桿，連桿BC長長60mm，搖桿的擺角，搖桿的擺角60。 （作圖比例作圖比例1：1） 試求：試求： （1）用作圖法求解此四桿機構(gòu)；）用作圖法求解此四桿機構(gòu)； （2）標(biāo)明連架桿）標(biāo)明連架桿DC和機架和機架AD的長度；的長度； （3）判斷此四桿機構(gòu)為何種機構(gòu)；）判斷此四桿機構(gòu)為何種機構(gòu)； （4）在圖中標(biāo)出最小傳動角的度數(shù)。）在圖中標(biāo)出最小傳動角的度數(shù)。 1142. 如圖所示曲柄搖桿機構(gòu)，已知如圖