第三章平面連桿機構(gòu)

1、第第3章章 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)3.1 平面連桿機構(gòu)的基本形式平面連桿機構(gòu)的基本形式v鉸鏈四桿機構(gòu)v全部采用轉(zhuǎn)動副聯(lián)接的平面四桿機構(gòu)稱為鉸鏈四桿機構(gòu)。v與機架4相聯(lián)的桿1、桿3稱為連架桿；v不與機架相聯(lián)的桿2稱為連桿。v在連架桿中，能作整周回轉(zhuǎn)的稱為曲柄；一而只能在某一角度范圍內(nèi)擺動的稱為搖桿。v平面連桿機構(gòu)：不含高副的平面機構(gòu)。優(yōu)點：v接觸處壓強低，耐磨，傳遞動力；v易于加工，易改變運動參數(shù)。缺點：v存在間隙，運動誤差較大；v連桿有慣性力，不能用于高速；1.設(shè)計復(fù)雜，難以實現(xiàn)復(fù)雜運動規(guī)律。 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型和應(yīng)用實例鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型和應(yīng)用實例v分類：按兩連架桿是曲

2、柄或是搖桿分為三種基本類型： 1曲柄搖桿機構(gòu)； 2雙曲柄機構(gòu)； 3雙搖桿機構(gòu)。1. 曲柄搖桿機構(gòu)攪拌機機構(gòu)插床機構(gòu)顎式破碎機雷達(dá)調(diào)整機構(gòu)雷達(dá)調(diào)整機構(gòu)2. 雙曲柄機構(gòu)慣性篩機構(gòu)慣性篩慣性篩插床機構(gòu)插床機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)：兩曲柄能以相同的角速度同向轉(zhuǎn)動，而連桿作平移運動。機車車輪聯(lián)動機構(gòu)及攝影平臺升降機機構(gòu)為應(yīng)用實例反平行四邊形機構(gòu)：車門啟閉機構(gòu)為應(yīng)用實例，利用反平行四邊形機構(gòu)兩曲柄轉(zhuǎn)向相反的運動特性使兩扇門同時敞開或關(guān)閉。3. 雙搖桿機構(gòu)飛機起落架飛機起落架鶴式起重機鶴式起重機二、 平面四桿機構(gòu)的演化類型 鉸鏈四桿機構(gòu)通過改變構(gòu)件形狀及相對長度、改變某些運動副的尺寸、或選擇不同的構(gòu)件作為機架等方

3、法可演化得到不同的四桿機構(gòu)，它們可適應(yīng)機器受力情況及工作的需要。1. 改變構(gòu)件的形狀及相對尺寸 將曲柄搖桿機構(gòu)中的搖桿3做成滑塊形式，并使其沿圓弧導(dǎo)軌往復(fù)移動，若搖桿3的長度增至無窮大時演化為曲柄滑塊機構(gòu)將曲柄滑塊機構(gòu)中的連桿2做成滑塊形式，并使其沿圓弧導(dǎo)軌往復(fù)移動，若連桿2的長度增至無窮大時演化為雙滑塊機構(gòu)，因桿3的位移s與成正弦函數(shù)關(guān)系，即s=lABsin ，故稱正弦機構(gòu)。2擴大轉(zhuǎn)動副尺寸的演化曲柄滑塊機構(gòu)中，當(dāng)曲柄尺寸較短時，因工藝結(jié)構(gòu)和強度等方面的要求，需將回轉(zhuǎn)副擴大形成偏心圓盤機構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)尺寸的演化，不影響機構(gòu)的運動性質(zhì)，卻可避免在尺寸很小的曲柄兩端裝設(shè)兩個轉(zhuǎn)動副而引起結(jié)構(gòu)設(shè)計上的

4、困難。同時盤狀構(gòu)件在強度方面優(yōu)于桿狀構(gòu)件，在一些傳遞動力較大、從動件行程很小的場合，廣泛采用偏心盤結(jié)構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)演化為偏心輪機構(gòu) 曲柄滑塊機構(gòu)演化為偏心輪機構(gòu)1、曲柄滑塊機構(gòu)；2、導(dǎo)桿機構(gòu)（回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿能作整周轉(zhuǎn)動，圖719小型刨床；擺動導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿作往復(fù)擺動，圖720牛頭刨床）；3、曲柄搖塊機構(gòu)（滑塊只能繞C點作往復(fù)搖擺）；4、移動導(dǎo)桿機構(gòu)（導(dǎo)桿只能作往復(fù)移動）3選用不同的構(gòu)件為機架 卡車翻箱卸料機構(gòu)卡車翻箱卸料機構(gòu) 曲柄搖塊機構(gòu)曲柄搖塊機構(gòu)實例移動導(dǎo)桿機構(gòu)移動導(dǎo)桿機構(gòu)手動唧筒手動唧筒實例1、曲柄搖桿機構(gòu)；2、雙曲柄機構(gòu)；3、曲柄搖桿機構(gòu)；4、雙搖桿機構(gòu)。3.2 平面四桿機構(gòu)的工作特性

5、平面四桿機構(gòu)的工作特性 一、鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在條件如圖四桿機構(gòu)中，已知各桿長度，設(shè)ad，如果B點能通過AB與機架AD共線時直徑上兩點B、B，則AB能作整周回轉(zhuǎn)同理，設(shè)ad，得相應(yīng)類似關(guān)系式。由上述關(guān)系，可得到鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在的條件為：（1）連架桿和機架中必有一桿為最短桿；（2）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其 余兩桿長度之和。dabacadbacadbcbcdcbaadcbcbDCBcbdaDCB 又，）得：）（，）得：）（，時，當(dāng)時，中，當(dāng)在）（中，在3121) 3()2(1各構(gòu)件的長度間關(guān)系：總結(jié)：1 若最短桿與最長桿長度之和大于或等于其余兩桿之和，或最短桿的對邊為機架，則為雙搖桿

6、機構(gòu)；2 最短桿為機架，則為雙曲柄機構(gòu)；3 最短桿的鄰邊為機架，則曲柄搖桿機構(gòu)。二、急回特性和行程速比系數(shù) 極位夾角：曲柄回轉(zhuǎn)一周的過程中，搖桿有兩個極限位置C1D、C2D（極位），此時曲柄與連桿共線或重疊，兩位置之間所夾銳角為極位夾角上圖有幾個特性：v極位夾角v急回運動特性v證明：曲柄由B1到B2，搖桿由C1到C2； 曲柄由B2到B1，搖桿由C2到C1。 v急回運動的相對程度用行程速比系數(shù)來衡量 122121,vvtt180180212112ttvvK曲柄滑塊機構(gòu)的急回特性對心無急回運動特性偏心有急回運動特性導(dǎo)桿機構(gòu)的急回特性擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的極位夾角（導(dǎo)桿擺角），導(dǎo)桿慢行程擺動方向總是與曲柄轉(zhuǎn)

7、向相同。三、 壓力角與傳動角(衡量傳力性能衡量傳力性能)壓力角：連桿BC為二力構(gòu)件，連桿給從動構(gòu)件的作用力P方向和受力點運動方向（Vc方向）之間的銳角。與機構(gòu)的運轉(zhuǎn)輕便和效率有關(guān)的參數(shù)。傳動角：壓力角的余角衡量機構(gòu)的傳動質(zhì)量，可從平面連桿機構(gòu)運動簡圖上直接觀察大小。（或180，：連桿與從動件之間夾角）1 、壓力角是判別結(jié)構(gòu)動力學(xué)性能的一個重要指標(biāo)。2 、壓力角越小，機構(gòu)傳力性能越好。3、 傳動角是壓力角的余角。4 、一般要求傳動角不小于40度。5 、機構(gòu)在不同位置時，傳動角的大小一 般是不同的。如何找出機構(gòu)傳動角的最小值（由機構(gòu)幾何關(guān)系得：min出現(xiàn)在曲柄與機架拉直或重疊共線的位置）。6 、若

8、壓力角為90度，機構(gòu)不能運動， 此位置稱為死點位置。作圖法標(biāo)出對心及偏置曲柄滑塊機構(gòu)的最小傳動角？四、死點位置 曲柄搖桿機構(gòu)中，若取搖桿為原動件（為什么曲柄為原動件時不會有死點位置？），則搖桿在兩個極限位置時通過連桿加于曲柄上的力將通過其回轉(zhuǎn)中心A，此時0，90，驅(qū)動力與從動件受力點的運動方向垂直，有效分力等于0。連桿不能推動曲柄轉(zhuǎn)動，而使整個機構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)（或卡死）。機構(gòu)的這種傳動角為零的位置稱為死點位置。死點的防止和應(yīng)用防止：1 利用從動件的慣性，通過死點；（如縫紉機上用的大帶輪，為何會出現(xiàn)倒線、卡死情況？因為機構(gòu)正好停于死點位置時，運動方向不確定，需在人的幫助下用手轉(zhuǎn)動帶輪通過死點位置

9、。） 2 采用多組機構(gòu)組合方式，使機構(gòu)的死點位置相互錯開。應(yīng)用：1 飛機起落架； 2 夾具。1、工件被夾緊后，去除手柄上的力，此時，B、C、D三個鉸鏈中心在一直線上，機構(gòu)處于死點位置，不管工件作用在構(gòu)件AB上的力多大，構(gòu)件CD 不可能反轉(zhuǎn)，夾具不會松開，使夾具起到夾緊工件的作用；2、飛機起落架機構(gòu)，機輪放下時，桿BC、CD成一直線，機構(gòu)處于死點位置。不管機輪受多大的沖擊力，起落架不會反轉(zhuǎn)。五、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：指機構(gòu)在運動中各構(gòu)件能夠連續(xù)占據(jù)各給定的位置。一般研究對象：（從動件）可行域：構(gòu)件能夠在某一范圍內(nèi)連續(xù)運動。 機構(gòu)不能由一個可行域越過非可行域（死域）而

10、進(jìn)入另一個可行域。 錯位不連續(xù) 錯序不連續(xù)3.3 3.3 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 一、平面四桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題主要根據(jù)給定的運動條件，選定機構(gòu)的形式，確定機構(gòu)運動簡圖的尺寸參數(shù)。 設(shè)計要求： 1 、按照給定的位置或運動規(guī)律設(shè)計：v使連桿的運動滿足給定的位置：如圖732飛機起落架應(yīng)滿足機輪放下與收起時連桿BC應(yīng)占據(jù)給定的兩個位置；車門開關(guān)機構(gòu)中，應(yīng)滿足兩連架桿的轉(zhuǎn)角大小相等、方向相反及車門能占據(jù)關(guān)閉和開啟的兩個位置。v兩連架桿的轉(zhuǎn)角能夠滿足給定的對應(yīng)關(guān)系：雷達(dá)天線俯仰機構(gòu)，天線固結(jié)在搖桿上，通過調(diào)整曲柄的轉(zhuǎn)角以使天線處于最佳接受信號位置。滿足給定的行程速比系數(shù)K的設(shè)計要求：牛頭刨

11、床機構(gòu)。2 、滿足一定軌跡的要求：要求連桿上的某點，能實現(xiàn)給定的運動軌跡。（較難）v如鶴式起重機構(gòu)中，要求其連桿上某點在一定范圍內(nèi)能夠沿近似水平的方向運動；v攪拌機構(gòu)的設(shè)計中，要求連桿上某點運動軌跡為卵型；v要求連桿上某點的運動軌跡滿足一運動方程y=f(x)。以上要求是按運動要求提出的，所設(shè)計的機構(gòu)還須檢驗是否滿足幾何條件和力學(xué)要求：v檢驗是否有曲柄存在：對采用旋轉(zhuǎn)原動件驅(qū)動的機構(gòu)，主動件往往為曲柄；v運動連續(xù)性檢驗：確保機構(gòu)能連續(xù)運動倒給定位置（可行域）；v傳動條件的檢驗：檢驗機構(gòu)的最小傳動角min,一般40，以保證機構(gòu)具有良好的傳動條件。設(shè)計方法：圖解法、實驗法和解析法。二、 用圖解法設(shè)計

12、四桿機構(gòu) 1 按連桿預(yù)定位置設(shè)計四桿機構(gòu)已知鉸鏈四桿機構(gòu)中連桿S在運動過程中所占據(jù)的三個位置S1、S2、S3，若連桿S上選定了活動鉸鏈B、C，其連線的3組對應(yīng)位置B1C1、B2C2、B3C桿機構(gòu)可以代表連桿平面的三個位置。由B1、B2、B3共圓得圓心為連架桿得固定鉸鏈A，同樣C1、C2、C3共圓得另一固定鉸鏈D。若已知連桿的兩個位置B1C1、B2C2，則有無窮多個解，再添加一些其他條件，如最小傳動角、有整轉(zhuǎn)副存在、固定鉸鏈中心位置范圍等。如圖為鑄工車間震實式造型機工作臺翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，當(dāng)翻臺（即連桿BC）在震實時應(yīng)處實線位置；當(dāng)需要起模時，希望翻臺能翻轉(zhuǎn)180到達(dá)托臺上方虛線位置，以便托臺上升接觸砂

13、箱起模。若已知連桿長度及兩個位置，并要求固定鉸鏈在x軸線上，可用圖解法得出四桿機構(gòu)。2. 按兩連架桿給定的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu) 已知四桿機構(gòu)連架桿AB和機架AD的長度AB和另一連架桿CD上標(biāo)線DE在機構(gòu)運轉(zhuǎn)中預(yù)定占據(jù)的3組位置AB1、DE1，AB2、DE2，AB3、DE3（其對應(yīng)轉(zhuǎn)角用及表示）要求設(shè)計此四桿機構(gòu)。應(yīng)用低副相對運動不變性原理，各構(gòu)件之間的相對運動與選擇哪個構(gòu)件為機架無關(guān)，采用轉(zhuǎn)換機架法。選DE為機架，則得到AD為連架桿而AB為連桿的一個轉(zhuǎn)化機構(gòu)，這樣將給定兩連架桿對應(yīng)位置的問題轉(zhuǎn)化為給定連桿位置的問題。 分別將四邊形AB2E2D和AB3E3D剛化，轉(zhuǎn)動使DE2、DE3與DE1重合，得相應(yīng)點A2B2、A3B3，因DF為機架，轉(zhuǎn)化機構(gòu)中，B點一定在以C為圓心得圓周上，作B1B2、B1B3的中垂線交于C1點，則AB1C1D為滿足給定運動的鉸鏈四桿機構(gòu)。作圖時，可簡化地將DB2、DB3繞D點轉(zhuǎn)過12、13得B2、B3兩點。若鉸鏈B 的位置不確定，則其解不唯一。3、 按給定行程均衡速比系數(shù) K設(shè)計四桿機構(gòu) (1)曲柄搖桿機構(gòu) 已知：搖桿CD的長度，擺角，行程速比系數(shù)K，設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu)（確定固定鉸鏈A的位置及其余三桿長度。（作圖步驟見教材P91） 90- 1118018018