四桿機構(gòu)設(shè)計

1、模塊六 機構(gòu)運動特性分析與四桿機構(gòu)設(shè)計【能力目標】具備平面機構(gòu)運動特性和傳力特性的分析能力及一般平面連桿機構(gòu)的設(shè)計能力【課程內(nèi)容】1.機構(gòu)的運動特性分析方法，2.平面四桿機構(gòu)的基本設(shè)計方法，3.計算機輔助圖解設(shè)計法?！窘虒W(xué)方法】觀察機構(gòu)，分析機構(gòu)運動特性、傳力特性及機構(gòu)間運動的協(xié)調(diào)，觀察運動副的結(jié)構(gòu)。【教學(xué)手段】課堂演示與現(xiàn)場教學(xué)相結(jié)合【教學(xué)地點】多媒體教室、創(chuàng)新實訓(xùn)室【教學(xué)重點】四桿機構(gòu)的構(gòu)成要素，基本特性分析【教學(xué)難點】四桿機構(gòu)的協(xié)調(diào)運動設(shè)計【實踐內(nèi)容】圖解法設(shè)計平面四桿機構(gòu)【教學(xué)課時】理論3課時 實踐2課時【理論授課內(nèi)容】6.1 鉸鏈四桿機構(gòu)及其演化一、 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式1. 基本

2、概念：Ø 鉸鏈四桿機構(gòu)：所有低副均為轉(zhuǎn)動副的四桿機構(gòu)。Ø 機架：機構(gòu)中的固定構(gòu)件。Ø 連桿：與機架相對的桿。Ø 連架桿：與機架相連的桿。Ø 曲柄：能作360°回轉(zhuǎn)的連架桿。Ø 搖桿：只能在小于360°范圍內(nèi)擺動的連架桿2. 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式：Ø 曲柄搖桿機構(gòu)：在兩連架桿中，一個為曲柄，另一個為搖桿。Ø 雙曲柄機構(gòu)：兩連桿架均為曲柄的四桿機構(gòu)。Ø 雙搖桿機構(gòu)：兩連桿架均為搖桿的四桿機構(gòu)。二、 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化所有的四桿機構(gòu)都是由四桿機構(gòu)的基本形式演化來得。1. 擴大轉(zhuǎn)動副，使轉(zhuǎn)動

3、副變成移動副Ø 得到曲柄滑塊機構(gòu)（1） e0時，為偏置曲柄滑塊機構(gòu)（2） e0時，為對心曲柄滑塊機構(gòu)Ø 曲柄滑快機構(gòu)演化：擴大運動副 ，可將轉(zhuǎn)動副的尺寸擴大到超過曲柄長度 ，演化成偏心輪機構(gòu) 2. 取不同的構(gòu)件為機架1） 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化a:曲柄搖桿機構(gòu)b雙曲柄機構(gòu)c雙搖桿機構(gòu)d曲柄搖桿機構(gòu)2） 曲柄滑塊機構(gòu)的演化如果兩個移動副代替鉸鏈四桿機構(gòu)中的兩個轉(zhuǎn)動副，便可得到三種不同形式的四桿機構(gòu)：² 曲柄移動導(dǎo)桿機構(gòu)（正弦機構(gòu)）：縫紉機針運動機構(gòu)² 雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)：十字滑塊聯(lián)軸器² 雙滑塊機構(gòu)：橢圓規(guī) 平面四桿機構(gòu)的基本特性 3. 鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的

4、條件設(shè)ad，則當(dāng)AB 桿能繞軸A 相對于AD 桿作整周轉(zhuǎn)動時，AB 桿必須占據(jù)與AD 桿共線的兩個位置在BCD中b (d-a)+c 即 a+bd+c c(d-a)+b 即 a+cd+b 在BCD中a+db+c 將上面三式兩兩相加，可得a d ， a b ， a c 即AB桿為最短桿結(jié)論：鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件是：（1）最短桿與最長桿的長度之和應(yīng)小于或等于其具有的幾種基本形式：（2）最短桿或其鄰桿應(yīng)為機架。根據(jù)鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件，我們可以判別出其具有的幾種基本形式：當(dāng)鉸鏈四桿機構(gòu)滿足構(gòu)件長度和條件時：（1）最短桿為連架桿時為曲柄搖桿機構(gòu)。（2）最短桿為機架時為雙曲柄機構(gòu)。（3）最短桿為連

5、桿時為雙曲柄機構(gòu)。4. 急回特性1. 基本概念：² 急回特性：機構(gòu)工作返回行程速度大于工作行程的特性。極位極位² 極位角：從動件處在兩個極限位置時，曲柄所在直線之間所夾的銳角。² 行程速比系數(shù)K：從動件回程平均速度與從動件的工作平均速度之比稱為行程速比系數(shù)，即2. 存在急回特性的條件：機構(gòu)有無急回特性，取決于該機構(gòu)極位夾角是否大于零，越大，急回特性越顯著。5. 壓力角與傳動角：1. 基本概念² 壓力角a：從動件所受的力F與受力點速度Vc所夾的銳角a。² 傳動角： 壓力角的余角（也是連桿與從動件所夾的銳角）g， g=900-a，g越大，機構(gòu)的傳動

6、性能越好，設(shè)計時一般應(yīng)使gmin40°，對于高速大功率機械應(yīng)使gmin50°。2. 最小傳動角² 鉸鏈四桿機構(gòu)在曲柄與機架共線的兩位置出現(xiàn)最小傳動角。² 對于曲柄滑塊機構(gòu)，當(dāng)曲柄為主動件時，最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機架垂直的位置。² 對于擺動導(dǎo)桿機構(gòu)由于在任何位置時主動曲柄通過滑塊傳給從動桿的力的方向，與從動桿上受力點的速度方向始終一致，所以傳動角等于90度。6. 死點位置1. 在如圖所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，如果曲柄為從動件，在曲柄與連桿共線的位置時，出現(xiàn)機構(gòu)的傳動角g=0，壓力角a=90的情況，這時連桿對從動曲柄的作用力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，不能推

7、動曲柄轉(zhuǎn)動，機構(gòu)的這種位置稱為死點位置。2. 死點的利弊² 利：工程上利用死點進行工作死點位置² 弊：機構(gòu)有死點，從動件將出現(xiàn)卡死或運動方向不確定現(xiàn)象，對傳動機構(gòu)不利。² 度過死點的方法：u 增大從動件的質(zhì)量、利用慣性度過死點位置：縫紉機u 采用機構(gòu)錯位排列的方法：車輪聯(lián)動機構(gòu)【實踐授課內(nèi)容】圖解法設(shè)計平面四桿機構(gòu)按兩連架桿的預(yù)定位置設(shè)計四桿機構(gòu)1、 設(shè)計方法    根據(jù)機構(gòu)的倒置理論，通過取不同構(gòu)件為機架（如將圖a中以AD為機架轉(zhuǎn)化為圖b中以CD為機架），將按連架桿預(yù)定位置設(shè)計四桿機構(gòu)轉(zhuǎn)化為按連桿預(yù)定位置設(shè)計四桿機構(gòu)的方法稱為機構(gòu)轉(zhuǎn)化法或反轉(zhuǎn)法。反轉(zhuǎn)法過程: 將以AD為機架的兩連架桿的兩組對應(yīng)位置轉(zhuǎn)化為以CD為機架的，AB為連桿的相應(yīng)位置。2、給定連架桿的兩個對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)。設(shè)計要求：已知機架長度d，要求原動件順時針轉(zhuǎn)過12角時，從動件相應(yīng)的順時針轉(zhuǎn)過12，試設(shè)計四桿機構(gòu)。3、給定連架桿的3個對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)。設(shè)計要求：已知機架長度d，要求原動件順時