第三章 平面連桿機(jī)構(gòu)

1、第三章 平面連桿機(jī)構(gòu) 3.1概述 3.2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和應(yīng)用 3.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性 3.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.1概述 一、 基本概念 平面四桿機(jī)構(gòu)：由四個(gè)構(gòu)件通過低副連接而成的 平面連桿機(jī)構(gòu)稱為。 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：低副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)。3.2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和應(yīng)用 一、四桿機(jī)構(gòu)的基本形式 下圖所示為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu), 其中AD桿為機(jī)架, 與機(jī)架相連的AB桿和CD桿稱為連架桿, 與機(jī)架相對的BC桿稱為連桿。 其中能作整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的連架桿稱為曲柄； 只能在小于360的范圍內(nèi)擺動(dòng)的連架桿稱為搖1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 定義：兩連架桿中一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿的四桿機(jī)構(gòu)，成為

2、曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 作用： 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的主要用途是改變運(yùn)動(dòng)形式, 可將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的擺動(dòng) 例1：縫紉機(jī)動(dòng)力機(jī)構(gòu)；例2：雷達(dá)天線機(jī)構(gòu) 2. 雙曲柄機(jī)構(gòu) 定義：兩連架桿均為曲柄的四桿機(jī)構(gòu) 稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。 平行雙曲柄機(jī)構(gòu)： 在雙曲柄機(jī)構(gòu)中, 若相對的兩桿長度 分別相等。 作用：等速轉(zhuǎn)變?yōu)樽兯俎D(zhuǎn)動(dòng) 例2：平行四邊形機(jī)構(gòu)例3：機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 3. 雙搖桿機(jī)構(gòu) 定義： 兩連架桿均為搖桿的四桿機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 作用： 擺動(dòng)變?yōu)閿[動(dòng) 例 1：雙搖桿機(jī)構(gòu) 例2：鶴式起重機(jī)三、滑塊四桿機(jī)構(gòu)的形式及應(yīng)用 1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（1為曲柄，3為滑塊） (2) 應(yīng)用： 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)用途很廣, 主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變

3、為往復(fù)運(yùn)動(dòng)的場合。 如、 沖壓機(jī)構(gòu)等。 3.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性一、急回特性（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例） 極位：當(dāng)曲柄為原動(dòng)件時(shí)，搖桿作往復(fù)擺動(dòng)的左、右兩個(gè)極限位置為； 極位夾角：曲柄在搖桿處于兩極位時(shí)的對應(yīng)位置所夾的銳角稱為，用q 表示； 最大擺角（y）：搖桿的兩個(gè)極位所夾的角度。 急回特性：當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿來回?cái)[動(dòng)的速度不同，返回速度較大。稱為機(jī)構(gòu)的，通常用行程速度變化系數(shù)K來表示這種特性，即 說明：機(jī)構(gòu)的急回程度取決于極位夾角的大小，只要q 不等于零，即 K1，則機(jī)構(gòu)具有急回特性；q 越大，K值越大，機(jī)構(gòu)的急回作用就越顯著。二 、 壓力角和傳動(dòng)角 壓力角a:從動(dòng)件上受力點(diǎn)的速度方向與

4、所受作用力方向之間所夾的銳角。 傳動(dòng)角g:壓力角的余角，g 角更便于觀察和測量。在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，壓力角和傳動(dòng)角的大小是隨機(jī)構(gòu)位置而變化的，為保證機(jī)構(gòu)的傳力性能良好，設(shè)計(jì)時(shí)須限定最小傳動(dòng)角或最大壓力角amax。通常取gmin 4050。為此，必須確定g = gmin時(shí)機(jī)構(gòu)的位置并檢驗(yàn)gmin的值是否小于上述的最小允許值。對于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動(dòng)件為曲柄時(shí)，最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架垂直的位置，如圖所示。 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，由于在任何位置時(shí)主動(dòng)曲柄通過滑塊傳給從動(dòng)桿的力的方向，與從動(dòng)桿受力的速度方向始終一致，所以傳動(dòng)角始終等于90 2死點(diǎn) 定義：傳動(dòng)角為90度。 表現(xiàn)：倒、順轉(zhuǎn)向不定（圖a）或者從動(dòng)件卡

5、死不動(dòng)（圖b）的現(xiàn)象。 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，以滑塊為主動(dòng)件、曲柄為從動(dòng)件時(shí)，死點(diǎn)位置是連桿與曲柄共線位置。 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，導(dǎo)桿為主動(dòng)件、曲柄為從動(dòng)件時(shí)，死點(diǎn)位置是導(dǎo)桿與曲柄垂直的位置。 克服死點(diǎn)方法：利用慣性法使機(jī)構(gòu)渡過死點(diǎn)；當(dāng)一個(gè)機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置時(shí)，可借助另一個(gè)機(jī)構(gòu)來越過死點(diǎn)。 利用死點(diǎn)：飛機(jī)起落架；夾具夾緊 (1) 按照給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(位置、 速度、 加速度)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)； (2) 按照給定的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。 對于上述兩類基本問題的設(shè)計(jì)方法有圖解法、 實(shí)驗(yàn)法和解析法。 圖解法直觀, 實(shí)驗(yàn)法簡便, 解析法精確。 本章重點(diǎn)介紹圖解法。 3.3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一、 圖解法 1. 按給定

6、連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 如圖所示, 已知連桿BC的長度BC和依次所處的三個(gè)位置B1C1、 B2C2 、 B3C3, 試設(shè)計(jì)該四桿機(jī)構(gòu)。 設(shè)計(jì)分析: 由圖可知, B1 、 B2 、 B3三點(diǎn)是在以鉸鏈A點(diǎn)為圓心的圓弧上運(yùn)動(dòng)的點(diǎn), 故用已知圓弧上的三點(diǎn)求圓心的方法, 可求出鉸鏈中心點(diǎn)A、 D。 設(shè)計(jì)步驟: (1) 作B1、 B2和B2、 B3連線的垂直平分線b12、 b23, 其交點(diǎn)為固定鉸鏈中心A的位置。 (2) 作C1、 C2和C2、 C3連線的垂直平分線c12、 c23, 其交點(diǎn)為固定鉸鏈中心D的位置。 (3) 連接A、 B1、 C1、 D, 就是所求的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。圖 給定連桿三個(gè)位置設(shè)計(jì)四

7、桿機(jī)構(gòu)2. 按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 給定了行程速比系數(shù)K, 就是給定了四桿機(jī)構(gòu)急回運(yùn)動(dòng)的條件, 從而確定了極位夾角。 根據(jù)極位夾角和其他一些限制條件, 可用圖解法方便地作出曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)及擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。 1) 設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 設(shè)已知搖桿CD長度為c、 擺角和行程速比系數(shù)K, 試設(shè)計(jì)該曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 該設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是確定固定鉸鏈A的位置。設(shè)計(jì)步驟如下：設(shè)計(jì)步驟： （1）計(jì)算出極位夾角q； （2）任取適當(dāng)?shù)拈L度比例尺mL，求出搖桿的尺寸CD，根據(jù)擺角作出搖桿的兩個(gè)極限位置C1D和C2D。 （3）連接C1C2為底邊，作C1C2O= C2C1O=90q 的等腰三角形，以頂點(diǎn)O為圓心，C1O為半徑作輔助圓，由圖11-33可知，此輔助圓上C1C2所對的圓心角等于2q，故其圓周角為q； （4）在輔助圓上任取一點(diǎn)A，連接A C1、A C2，即能求得滿足K要求的四桿機(jī)構(gòu)。 lAB=mL（AC2AC1）/2 lBC=mL（AC2AC1）/2 圖2 圖1