河科大機械設計基礎(chǔ)YKZ-CH02-Q

1、22 鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件23 平面四桿機構(gòu)的演化平面四桿機構(gòu)的演化24 平面四桿機構(gòu)的設計平面四桿機構(gòu)的設計第第2 2章章 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)21 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和特性鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和特性飛剪二、應用實例：二、應用實例：平面連桿機構(gòu)一、連桿機構(gòu)一、連桿機構(gòu) 由若干構(gòu)件用低副（轉(zhuǎn)動副、移動副）聯(lián)接而成的機構(gòu)，也稱為低副機構(gòu)。契貝謝夫四足步行機 利用連桿曲線特性，當一對角足處在曲線的直線段時則著地并靜止不動，而另一對角足則處在曲線段作邁足運動。平面連桿機構(gòu)三、平面連桿機構(gòu)的特點：三、平面連桿機構(gòu)的特點：運動副為面接觸、承載大、不易磨損，壽命長

2、；接觸面為圓柱面或平面，易加工，容易獲得較高的制造精 度，加工成本低；能實現(xiàn)較復雜的運動及較大的行程；構(gòu)件間的接觸靠幾何封閉，不需彈簧等附件。較難準確實現(xiàn)預定的連續(xù)的運動規(guī)律，設計方法復雜；慣性力難以平衡；運動副有間隙，磨損后間隙難以補償。 平面連桿機構(gòu)機架-作為參考坐標系的構(gòu)件；機架連架桿-與機架相連的桿；連架桿曲柄：能作360轉(zhuǎn)動搖桿：在 360范圍內(nèi)擺動。21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和特性一、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式一、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式機架-作為參考坐標系的構(gòu)件；機架連架桿-與機架相連的桿；連架桿連桿曲柄：能作360轉(zhuǎn)動搖桿：在 360范圍內(nèi)擺動。連桿-作平面運動的構(gòu)件。 （連接兩個連

3、架桿）鉸鏈四桿機構(gòu)的三種型式：曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿一、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式一、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和特性機架-作為參考坐標系的構(gòu)件；機架連架桿-與機架相連的桿；連架桿連桿曲柄：能作360轉(zhuǎn)動搖桿：在 360范圍內(nèi)擺動。連桿-作平面運動的構(gòu)件。 （連接兩個連架桿）雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)曲柄搖桿一、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式一、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式鉸鏈四桿機構(gòu)的三種型式：曲柄搖桿機構(gòu)21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和特性ABC1243D曲柄搖桿機構(gòu)的應用雷達天線俯仰機構(gòu)21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化二、鉸鏈四桿機構(gòu)的應用二、鉸鏈四桿機構(gòu)的應用縫紉機踏板機構(gòu)2143搖桿主動31

4、24曲柄搖桿機構(gòu)的應用21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化2143搖桿主動縫紉機踏板機構(gòu)3124曲柄搖桿機構(gòu)的應用21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化抓片機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)的應用21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化旋轉(zhuǎn)式葉片泵雙曲柄機構(gòu)的應用21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化ABDC1234E6慣性篩機構(gòu)31慣性篩雙曲柄機構(gòu)的應用21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化ABCD 火車輪雙曲柄機構(gòu)特例1：平行四邊形機構(gòu)AB = CD特征：兩曲柄同向同速轉(zhuǎn)動BC = ADABDC升降平臺ADBCBC天平兩連架桿等長且平行，連桿作平動21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化耕地料斗DCAB耕地料斗DCAB播種機料斗機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)特

5、例1：平行四邊形機構(gòu)21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化繪圖儀雙曲柄機構(gòu)特例1：平行四邊形機構(gòu)21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化FAEDGBC平行四邊形機構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運動不確定。ABEFDCG動畫演示21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化雙曲柄機構(gòu)特例2：反向平行四邊形機構(gòu)車門開閉機構(gòu)反向反向21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化鶴式起重機QABCDE21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化雙搖桿機構(gòu)的應用BCAD蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機電機電機電機BCAD蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機電機BCAD蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電扇搖頭機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)的應用21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化ABDCE汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)ABDCEABDCE雙搖桿機構(gòu)特例

6、：等腰梯形機構(gòu)-兩搖桿長度相等。21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化1、改變構(gòu)件的形狀和相對尺寸-轉(zhuǎn)動副變?yōu)橐苿痈逼那瑝K機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄弧形滑塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu) s=l sin l三、平面四桿機構(gòu)的演化型式三、平面四桿機構(gòu)的演化型式ABABCABCABCCABCDABCDD動畫演示21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化2、機架置換（選取不同的構(gòu)件為機架）ABCDAB為曲柄，CD為搖桿1234曲柄搖桿機構(gòu)21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化2、機架置換（選取不同的構(gòu)件為機架）ABCDAB為曲柄，CD為搖桿A、B-周轉(zhuǎn)副（整轉(zhuǎn)副）C、D-擺轉(zhuǎn)副1234曲柄搖桿機構(gòu)21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型

7、式和演化2、機架置換（選取不同的構(gòu)件為機架）ABCDAB為曲柄，CD為搖桿A、B-周轉(zhuǎn)副（整轉(zhuǎn)副）C、D-擺轉(zhuǎn)副1234雙曲柄機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化曲柄滑塊機構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機構(gòu)314A2BC導桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)擺動導桿機構(gòu)定塊機構(gòu)314A2BC搖塊機構(gòu)314A2BC21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化擺動導桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化牛頭刨床ABDC1243C2C1ABDCE123456小型刨床導桿機構(gòu)的應用21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化B234C1A自卸卡車舉升機構(gòu)ACB1234314A2BC搖塊機構(gòu)的應用21鉸鏈

8、四桿機構(gòu)的基本型式和演化314A2BC定塊機構(gòu)手搖唧筒BC3214AABC3214定塊機構(gòu)的應用21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化雙移動副四桿機構(gòu)1234雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)12341234雙滑塊機構(gòu)1234正弦機構(gòu)21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化1234雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)的應用21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化1234雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)的應用21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化1234雙滑塊機構(gòu)的應用21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化偏心輪機構(gòu)三、三、轉(zhuǎn)動副擴大轉(zhuǎn)動副擴大21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化偏心輪機構(gòu)三、三、轉(zhuǎn)動副擴大轉(zhuǎn)動副擴大21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化22 鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件運動副A成為周轉(zhuǎn)副的條件

9、：ABCDABDC 若若A為周轉(zhuǎn)副，則為周轉(zhuǎn)副，則B繞繞A可到達任意位置，不應出現(xiàn)可到達任意位置，不應出現(xiàn)B、C、D三三點共線的情況，此時，機構(gòu)不能轉(zhuǎn)動。點共線的情況，此時，機構(gòu)不能轉(zhuǎn)動。一、鉸鏈四桿機構(gòu)由B C D可得：3241llll由B C D可得：3142)(llll2143)(llll2431llll+3241llll3421llll31ll 同理，可得：21ll 41ll Cl1l2l4l3ABDCl1l2l4l3BDAAB C Dl1l2l4l33421llll運動副A成為周轉(zhuǎn)副的條件：22 鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件一、鉸鏈四桿機構(gòu)運動副A A成為周轉(zhuǎn)副的條件為：3241lll

10、l3421llll2431llll31ll 21ll 41ll u最短桿與最長桿的長度和小于等于其余兩桿長度和桿長條件；u組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿。 同理，運動副B所鉸接的兩個構(gòu)件有一個為最短構(gòu)件，且滿足桿長條件，B也為周轉(zhuǎn)副。推論：四桿機構(gòu)滿足桿長條件時，其最短桿兩端均為周轉(zhuǎn)副。Cl1l2l4l3ABD22 鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件鏈鉸四桿機構(gòu)曲柄存在條件為： lmin+lmax l余1+l余2； 最短桿為機架或連架桿。Cl1l2l4l3ABD若lmin+lmax其余兩桿長度和最短桿為機架雙曲柄機構(gòu)最短桿的鄰桿為機架曲柄搖桿機構(gòu)最短桿的對邊為機架雙搖桿機構(gòu)N，無整轉(zhuǎn)副Y，存在整

11、轉(zhuǎn)副22 鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件 若為平行四邊形機構(gòu)，則不論取哪個構(gòu)件為機架，均為雙曲柄機構(gòu)。22 鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件14lel二、導桿機構(gòu)若A、 D整周轉(zhuǎn)動，應滿足：BClDCl14為最短桿4l14lBCDCl22 鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件CBA4lDe1l一、急回特性和行程速比系數(shù)一、急回特性和行程速比系數(shù) 當主動曲柄等速轉(zhuǎn)動時，作往復運動的從動件，在工作行程有較慢的平均速度，而在回程有較快的平均速度。23 平面四桿機構(gòu)的特性C1且21tt 21 12vv ABCDA2B2CD123421B1C1 曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu) 1=C，當曲柄轉(zhuǎn)動一周，曲柄與連桿共線兩次，搖桿處于

12、兩極限位置。曲柄搖桿工作行程回程1B12B2B1B21t2t21CC21CC 1 1一、急回特性和行程速比系數(shù)一、急回特性和行程速比系數(shù)23 平面四桿機構(gòu)的特性1211tCCv 2212tCCv 搖桿處于極限位置時曲柄之間所夾銳角。 曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu) 1=C，當曲柄轉(zhuǎn)動一周，曲柄與連桿共線兩次，搖桿處于兩極限位置。C1且21tt ABCDA2B2CD21B1C1定義：（角）速度輸出構(gòu)件工作行程平均）速度輸出構(gòu)件回程平均（角K12vv 21tt21 180180K行程速比系數(shù)行程速比系數(shù) K11180 KK180180 1 1123423 平面四桿機構(gòu)的特性21 12vv 121221/

13、tCCtCC 極位夾角極位夾角 31K一般為銳角， 原動件等速整周轉(zhuǎn)動； 輸出構(gòu)件往復運動； 0。K2v100K，10K，急回=0180180KA2B2CD123421B1C1 1 1機構(gòu)輸出構(gòu)件具有急回特性的條件：A2B2CD123411B1C2 1 123 平面四桿機構(gòu)的特性e1l2lABC1l2lABC偏置曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)10K，abABC1l2lA1B1C2B2CeabABCeA1B1C1l2l2B2CH曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu) 1 1工作行程23 平面四桿機構(gòu)的特性擺動導桿機構(gòu)擺動導桿機構(gòu)AB1l4lD 0 K1 0 K1 23 平面四桿機構(gòu)的特性FnFtF 1)壓力角壓

14、力角：不計摩擦時，從動件受力方向與受力點絕對速度方向之間所夾銳角。FsinFFncosFFt-徑向分力，F(xiàn)n，運動副摩擦-切向分力，有效分力，推動CD桿轉(zhuǎn)動。tF在機構(gòu)運動過程中是變化的。2)傳動角傳動角：受力與受力點絕對速度垂直之間所夾銳角。90設計時應滿足： min 5040 在什么位置？minABCDv三、四桿機構(gòu)的壓力角和傳動角三、四桿機構(gòu)的壓力角和傳動角23 平面四桿機構(gòu)的特性ABCDFvFvmin的位置的位置：令連桿與搖桿的夾角為，如圖：時，90時，90180)2)(cos3221423221minllllll)2)(cos3221423221maxllllll若90maxminm

15、in若90max)180min(maxminmin，abcdabcdABCDABCDminAB C Dmax共線位置之一。出現(xiàn)在曲柄與機架兩次結(jié)論：min1l2l3l4l1l2l3l4l23 平面四桿機構(gòu)的特性 搖桿為主動件，且連桿與曲柄兩次共線時，有：此時機構(gòu)不能運動，稱此位置為：定義：090，0tFFF“死點”克服的方法：安裝飛輪，利用慣性克服死點（例如：內(nèi)燃機、縫紉機）多個機構(gòu)錯位排列（例如：火車車輪）12四、死點位置四、死點位置23 平面四桿機構(gòu)的特性FAEDGBCABEFDCG動畫演示火車23 平面四桿機構(gòu)的特性ABDC飛機起落架ABCD =0F(3)死點的利用：例如：飛機起落架、夾

16、具等。23 平面四桿機構(gòu)的特性工工件ABCD1234P夾具ABCD1234工件PQ =0=023 平面四桿機構(gòu)的特性 一、連桿機構(gòu)設計的基本問題一、連桿機構(gòu)設計的基本問題 機構(gòu)選型根據(jù)給定的運動要求選擇機構(gòu)的類型；尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)(長度尺寸)。 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、運動副結(jié)構(gòu)合理等）;b)動力條件（如min）;c)運動連續(xù)性條件等。24 平面四桿機構(gòu)的設計1 1、設計的設計的內(nèi)容：內(nèi)容：24 平面四桿機構(gòu)的設計2 2、設計問題的類型：、設計問題的類型：實現(xiàn)預定的運動規(guī)律 要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足函數(shù) y=logxABCDxy=logx24

17、平面四桿機構(gòu)的設計要求滿足連桿的預定位置如：造型機翻轉(zhuǎn)機構(gòu)24 平面四桿機構(gòu)的設計攪拌機CBADE要求連桿上E點的軌跡為一條卵形曲線實現(xiàn)預定的運動軌跡24 平面四桿機構(gòu)的設計鋼材輸送機ABCDE14325 6E 二、按給定的行程速比系數(shù)二、按給定的行程速比系數(shù)K設計設計1、曲柄搖桿機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)計算已知：搖桿CD長，擺角 及K任取一點D，作搖桿CD的兩極限位置，夾角為 ；作C2PC1C2，作P C1C2的外接圓，AC1C2D步驟：11180KK90P24 平面四桿機構(gòu)的設計 C2C1D A分析：K ， 關(guān)鍵是求滿足 角的A點9021PCC作C1P使則A點必在此圓上。13有無窮多解FG注意注

18、意: : A點不能選在FG劣弧段上,否則機構(gòu)將不滿足運動連續(xù)性條件。E 選定A，設曲柄為l1，連桿為l2，則:或作圖：以A為圓心，AC2為半徑作弧交AC1于E，得： C1C2D90P122llAC121llAC2211ACACl24 平面四桿機構(gòu)的設計B1 C2C1D AB22l113l1=EC1/ 2 l2 = AC1EC1/ 2 2212ACAClA一、按給定的行程速比系數(shù)一、按給定的行程速比系數(shù)K設計設計1、曲柄搖桿機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)已知：搖桿CD長，擺角 及K步驟：分析：K ， 關(guān)鍵是求滿足 角的A點 C1C2D90P24 平面四桿機構(gòu)的設計13作求A的輔助圓，有無窮多解。B1B2 A

19、已知機架的長度l4要求 minmin min A點選在C1G、 C2F兩弧段上，則當A向G(F)靠近時，機構(gòu)的最小傳動角將隨之減小而趨向零，故A應適當遠離G(F)點較為有利。 利用其他輔助條件確定A，得到其中一解，例：2l1FG檢驗條件（校核條件） 分隔17一、按給定的行程速比系數(shù)一、按給定的行程速比系數(shù)K設計設計1、曲柄搖桿機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)已知：搖桿CD長，擺角 及K步驟：分析：K ， 關(guān)鍵是求滿足 角的A點2、曲柄滑塊機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)已知：K，滑塊行程H，偏距e。計算:作C2 C1 H 作 射 線 C2O 使C1C2O=90 , 以O為圓心，C1O為半徑作圓。以A為圓心，AC2為半徑作

20、弧交于E,得：作射線C1O使C2C1 O=90。 作偏距線e，交圓弧于A，即為所求。11180KK步驟：24 平面四桿機構(gòu)的設計H90o902eAE211ECl 2112ECACl1B2B分析：K，關(guān)鍵是求滿足 角的A點C2C1H 2C1CAmn = = D3、導桿機構(gòu)、導桿機構(gòu)分析：由于 與導桿擺角 相等，設計此 機構(gòu)時，僅需要確定曲柄a。 計算 任選D作mDn ， 取A點，使得AD=l4，則 : l1=l4sin( /2)。 Al4作角平分線；已知：機架長度d，K，設計此機構(gòu)。步驟：11180KK24 平面四桿機構(gòu)的設計DA 若已知曲柄l1，則作mD的垂線AB=l1 ， 則 : l4= l1/sin( /2)。Bl1B3C324 平面四桿機構(gòu)的設計二二、按給定連桿位置設計按給定連桿位置設計四桿機構(gòu)四桿機構(gòu)已知活動鉸鏈中心的位置(由B、C（動點）求A、D（定點）B1C1B2C2分析：A點是Bi點的軌跡中心D點是Ci點的軌跡中心步驟：連接B1B2，作中垂線連接B2B3，作中垂線相交得A A點AD同理作Ci點的中垂線求得D點。方法：作垂直平分線（中垂線）？ACBD24 平面四桿機構(gòu)的設計C2AD若給定連桿三個位置，有唯一解；若C1、C2、C3位于一