平面連桿機構(gòu)

1、第四章 平面連桿機構(gòu)所有運動副均為轉(zhuǎn)動副的平面四桿機構(gòu)4-1 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式 平面連桿機構(gòu)：用低副連接而成的平面機構(gòu)。 平面連桿機構(gòu)能方便的實現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動、移動等運動形式的轉(zhuǎn)換。其中以由四個構(gòu)件組成的四桿機構(gòu)應(yīng)用最廣泛，而且是組成多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)。因此本章著重討論四桿機構(gòu)的基本類型、性質(zhì)及常用設(shè)計方法。 平面連桿機構(gòu)的特點：1、特點優(yōu)點：(1)面接觸低副，壓強小，便于潤滑，磨損輕，壽命長，傳遞動力大(2)低副易于加工，可獲得較高精度，成本低(3)桿可較長，可用作實現(xiàn)遠距離的操縱控制 (4)可利用連桿實現(xiàn)較復(fù)雜的運動規(guī)律和運動軌跡缺點：(1)低副中存在間隙，精度低(2)不容易實現(xiàn)精確復(fù)雜的

2、運動規(guī)律缺點：1）低副中存在間隙，精度低。2）不容易實現(xiàn)精度復(fù)雜的運動。平面四桿機構(gòu)：由四個構(gòu)件通過低副連接組成的平面連桿機構(gòu)。 一、鉸鏈四桿機構(gòu)的組成 當平面四桿機構(gòu)中的運動副都是轉(zhuǎn)動副時，稱為鉸鏈四桿機構(gòu)。1A423CBD鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式：1）曲柄搖桿機構(gòu)2）雙曲柄機構(gòu)3）雙搖桿機構(gòu)4機架1，3連架桿 定軸轉(zhuǎn)動2連桿 平面運動曲柄： 作整周轉(zhuǎn)動的連架桿搖桿： 非整周轉(zhuǎn)動的連架桿二、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式（一)、曲柄搖桿機構(gòu)特點：兩連架桿一個是曲柄（整周轉(zhuǎn)）；一個是搖桿（擺動）應(yīng)用：雷 達縫紉機(二)、雙曲柄機構(gòu) 特點：兩連架桿都是曲柄（整周轉(zhuǎn)） 主動曲柄勻速轉(zhuǎn)，從動曲柄變速轉(zhuǎn)平行雙曲

3、柄機構(gòu)：對邊平行且相等 特點：主、從動曲柄勻速且相等反向平行雙曲柄機構(gòu)：對邊平行但不相等(三)、雙搖桿機構(gòu) 特點：兩連架桿都是搖桿（擺動）4-2含有一個移動副的四桿機構(gòu)一、曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)是由曲柄搖桿機構(gòu)演化而來的類型對心曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)曲柄存在條件：對心曲柄滑塊機構(gòu)：L1L2 行程S=2L1偏置曲柄滑塊機構(gòu)：L1+eL2 曲柄存在條件：對心曲柄滑塊機構(gòu)：L1L2 行程S=2L1偏置曲柄滑塊機構(gòu)：L1+eL2 1、導(dǎo)桿機構(gòu)(1)、演化過程曲柄滑塊機構(gòu)中，當將曲柄改為機架時，就演化成導(dǎo)桿機構(gòu)。 (2)、類型轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu) 擺動導(dǎo)桿機構(gòu) L1L2 L1L1：機架長度L2 ：曲柄長

4、度(2)、應(yīng)用簡易刨床牛頭刨床機構(gòu) 2、搖塊機構(gòu)(1)、演化過程曲柄滑塊機構(gòu)中，當將連桿改為機架時，就演化成搖塊機構(gòu)。 (2)、應(yīng)用泵3、定塊機構(gòu)(1)、演化過程曲柄滑塊機構(gòu)中，當將滑塊改為機架時，就演化成定塊機構(gòu)。 (2)、應(yīng)用移動導(dǎo)桿機構(gòu)移動導(dǎo)桿機構(gòu) 偏心輪（擴大運動副) 在曲柄滑塊機構(gòu)（曲柄搖桿機構(gòu)）中，若曲柄很短，可將轉(zhuǎn)動副B的尺寸擴大到超過曲柄長度，則曲柄AB就演化成幾何中心B不與轉(zhuǎn)動中心A重合的圓盤，該圓盤稱為偏心輪，含有偏心輪的機構(gòu)稱為偏心輪機構(gòu)。 偏心輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，偏心輪軸頸的強度和剛度大，且易于安裝整體式連桿，廣泛用于曲柄長度要求較短、沖擊載荷較大的機械中。 顎式破碎機4-

5、3 平面四桿機構(gòu)的運動特性一、曲柄存在的條件類型的判別關(guān)鍵在于：機構(gòu)中有無曲柄，有幾個曲柄有無曲柄在于：機構(gòu)中各構(gòu)件的相對位置及最短桿所處的位置機構(gòu)存在曲柄的條件結(jié)論： 1、鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄的條件是：(1)、最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。(2)、機架或連架桿為最短桿。 判斷準則：鉸鏈四桿機構(gòu)分為兩大類：（1）最短構(gòu)件與最長構(gòu)件的長度之和大于其他兩構(gòu)件長度之和，無論以何桿作為機架，均為雙搖桿機構(gòu)。（2）最短構(gòu)件與最長構(gòu)件的長度之和小于等于其他兩構(gòu)件長度之和，有下列三種情況：a.以最短桿的鄰邊為機架，得到曲柄搖桿機構(gòu)。b.以最短桿為機架，得到雙曲柄機構(gòu)。c.以最短桿的對邊為

6、機架，得到雙搖桿機構(gòu)。2、含有一個移動副的四桿機構(gòu)2BCe1C2B1AabE AC1E：b-ae AC2E：a+be即有曲柄的條件:ba+e e=0, ba二、平面四桿機構(gòu)的基本特性1、概念：搖桿的擺角（ ）：搖桿在兩個極限位置C1D、C2D之間所夾的角。 曲柄的極位夾角（ ）：搖桿位于兩個極限位置時，曲柄所夾的角。2、機構(gòu)的急回運動特性：曲柄搖桿機構(gòu)中，當曲柄作等速轉(zhuǎn)動，而搖桿擺動時空回行程的平均速度卻大于工作行程的平均速度（即v2v1),這種性質(zhì)稱為機構(gòu)的急回特性。急回運動特性可用行程速度變化系數(shù)（或稱行程速比系數(shù)）K表示，即1從動件慢行程平均速度從動件快行程平均速度KBCDAC21CB1

7、2B12218018021212211,tt從動件空回行程 工作行程 180180212112ttttK11180KK行程速度變化系數(shù)K與極位夾角有關(guān)。當 =0時，K=1，則機構(gòu)沒有急回運動，一般當 0時，K1，說明機構(gòu)具有急回特性。 越大，K值越大，急回特性也越顯著，單機構(gòu)的傳動平穩(wěn)性也會下降。通常K=1.2-2.0。應(yīng)用：牛頭刨床、往復(fù)式運輸機等。都是為了提高生產(chǎn)效率，將機構(gòu)的工作行程安排在搖桿平均速度較低的行程，而將機構(gòu)的空回行程安排在搖桿平均速度較高的行程。AeB2B1C12C慢行程121曲柄滑塊機構(gòu)： 當 0時，偏置曲柄滑塊機構(gòu)可實現(xiàn)急 回運動。對心曲柄滑塊機構(gòu)。 由于 =0 ，沒有

8、急回特 性。CB1B2A12擺動導(dǎo)桿機構(gòu)： = 也具有急回特性機構(gòu)具有急回特性的條件： 1、主動件以等角速度作整周轉(zhuǎn)動；2、輸出從動件具有正行程和反行程的往復(fù)運動；3、機構(gòu)的急位夾角0 。 4-4 平面四桿機構(gòu)的傳力特性一、壓力角和傳力角1、壓力角（ ）：從動件上某點的受力方向與從動件上該點速度方向的所夾的銳角。FtFcos-有效力 FrFsin-有害力 壓力角愈小，有效分力Ft愈大，有害力Fr愈小。為了度量方便，常使用連桿與搖桿所夾的銳角，來判斷機構(gòu)的傳力性能。角稱為傳動角。等于90 2.傳動角（ ） 連桿與從動件之間所夾的銳角 。 = 90 在工程上常用傳動角的大小來衡量機構(gòu)的傳力性能。傳

9、動角越大，機構(gòu)的傳力性能就越好。反之，傳動角越小，機構(gòu)傳力越費勁，傳動效率越低。所以，傳動角是反映機構(gòu)傳力性能的另一個重要指標。 在機構(gòu)的運動過程中，傳動角同樣也是隨著機構(gòu)的位置不同 而變化的。為了保證機構(gòu)的正常工作，具有良好的傳力性能， 一般要求機構(gòu)的最小傳動角min大于或等于其許用傳動角， 即min 對于一般機械，通常取許用傳動角40；對于高速和大功率的機械，應(yīng)使50；對于小功率的控制機構(gòu)和儀表，許用傳動角略小于40。 為便于檢驗，必須要確定最小傳動角min出現(xiàn)的位置，并且要檢驗最小傳動角min。的值是否滿足上述的許用值。1.曲柄搖桿機構(gòu)的運動過程中，最小傳動角min出現(xiàn)在曲柄與機架分別重

10、疊共線和拉直共線的位置ABCD和ABCD之一，這兩個位置的傳動角分別為和比較這兩個位置的傳動角和，其中較小的一個為該機構(gòu)的最小傳動角min。即minmin , 2.對于曲柄滑塊機構(gòu)，當曲柄為主動件時，其最小傳動角的位 置出現(xiàn)在曲柄與機架垂直的位置上，3.對于導(dǎo)桿機構(gòu)，當曲柄為主動件時，由于在任何位置上，曲柄通過滑塊對導(dǎo)桿的作用力始終垂直于導(dǎo)桿，而導(dǎo)桿上力作用點的速度總是垂直于導(dǎo)桿，故傳動角min始終等于90，所以具有良好的傳力性能.2死點位置對于曲柄搖桿機構(gòu)，如以搖桿3為原動件，而曲柄1為從動件，則當搖桿擺到極限位置C1D和C2D)時，連桿2與曲柄1共線。若不計各桿的質(zhì)量，則這時連桿加給曲柄的

11、力將通過鉸鏈中心A。此力對A點不產(chǎn)生力矩，因此不能使曲柄轉(zhuǎn)動。機構(gòu)的這種位置稱為死點位置。BCDAC21CB12B124-5 平面四桿機構(gòu)的運動設(shè)計平面四桿機構(gòu)的運動設(shè)計是指根據(jù)給定的運動條件，確定機構(gòu)中各個構(gòu)件的尺寸。設(shè)計的類型：實現(xiàn)給定的運動規(guī)律位置設(shè)計實現(xiàn)給定的運動軌跡軌跡設(shè)計設(shè)計的方法：解析法；實驗法；圖解法解析法；實驗法；圖解法解析法；實驗法；圖解法3.在機構(gòu)中增添輔助裝置。2.采用多種相同的機構(gòu)交錯排列。1.利用從動件的慣性順利地通過死點位置?？朔傈c的措施： 圖解法是通過幾何作圖來設(shè)計四桿機構(gòu)的。首先根據(jù)設(shè)計要求找出機構(gòu)運動的幾何尺寸之間的關(guān)系，然后按比例作圖并確定出機構(gòu)的運動尺寸。這種方法比較直觀，但由于作圖過程會有一定的誤差，因此精度不高。 解析法首要建立方程式，然后根據(jù)已知的參數(shù)對方程式求解。其設(shè)計的結(jié)果比較精確，能夠解決復(fù)雜的設(shè)計問題，但計算過程比較繁瑣，適宜采用計算機輔助設(shè)計。 實驗法是利用連桿曲線的圖譜來設(shè)計四桿機構(gòu)。根據(jù)給定的運動軌跡從圖譜中選擇形狀相近的連