平面連桿機(jī)構(gòu)與其相關(guān)設(shè)計(jì)

1、平面連桿機(jī)構(gòu)與其相關(guān)設(shè)計(jì)6 61 1 概述概述1定義： 連桿機(jī)構(gòu)：構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)。 平面連桿機(jī)構(gòu)：組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件都在相互平行的平面中運(yùn)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)。 空間連桿機(jī)構(gòu)：組成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件不在相互平行的平面中運(yùn)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)。 注：本章主要討論最基本的平面四桿機(jī)構(gòu)。 2優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)：1）低副聯(lián)接，面接觸，磨損小，承載能力大。 2）桿狀件，園柱形或平面形接觸面，易制造，傳遞運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)。 3）運(yùn)動(dòng)多樣性（轉(zhuǎn)、擺、移、平面運(yùn)動(dòng)等） 4）軌跡多樣性。 缺：1）設(shè)計(jì)較困難。 2）運(yùn)動(dòng)副的制造誤差會(huì)累積，從而降低機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度。 3）慣性力難平衡，不適用于高速。 應(yīng)用：很廣泛（e.g：自行車，縫紉機(jī)，紡機(jī)等中都

2、有應(yīng)用） 6 62 2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及演化本類型及演化工程中使用的平面四桿機(jī)構(gòu)形式很多，但最基本的是鉸四機(jī)構(gòu)。 機(jī)機(jī) 架：固定不動(dòng)的構(gòu)件架：固定不動(dòng)的構(gòu)件.4. 連桿架：與機(jī)架相連的桿連桿架：與機(jī)架相連的桿.1.3. 曲曲 柄：能整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿。柄：能整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿。 搖搖 桿：不能整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿。桿：不能整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿。 連連 桿：不與機(jī)架相連的桿桿：不與機(jī)架相連的桿.2. 其它四桿機(jī)構(gòu)均可用以下方法由鉸四機(jī)構(gòu) 演化得到 1234圖 6-1 1、同性異形演化（詳見、同性異形演化（詳見2-6） 1234ABCDm1231234mmmm4AA對(duì) 心 曲 滑 （

3、m m 通 過 A ）偏 心 曲 滑 （ m m 不 通 過 A ）l C D圖 6 - 2 2、取不同的構(gòu)件為機(jī)架、取不同的構(gòu)件為機(jī)架 曲- 滑機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)6 63 3 平面四桿機(jī)構(gòu)有曲平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件柄的條件一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)： 設(shè)鉸四機(jī)構(gòu)ABCD中，AB能360轉(zhuǎn)動(dòng)而成為曲柄，則AB必能轉(zhuǎn)至與機(jī)架AD共線的兩個(gè)位置A1B1和A2B2，此時(shí)有： llllABCDABCDBBCCCCBBllll1234123411221122(a)(b)圖 6-3 1）L1L4時(shí)（圖6-3a） B1C1D L1+ L4L2+ L3 L1+ L4L2+ L3 L1L2 B2

4、C2D L2+(L4-L1)L3 L1+ L3L2+ L4 L1L3 L3+(L4-L1)L2 L1+ L2L3+ L4 L1L4 2) L1L4時(shí)(圖6-3b) B1C1D L1+ L4L2+ L3 L1+ L4L2+ L3 L4L1 B2C2D L2L3+(L1-L4) L2+ L4L1+ L3 L4L2 L3L2+(L1-L4) L3+ L4L1+ L2 L4L3 1有曲柄的條件: 1）連架桿和機(jī)架中有一最短桿 2）最短桿和最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度和不大于其余兩桿的長(zhǎng)度和。 2結(jié)論（滿足有曲柄條件時(shí)）： 1）最短桿為連架桿，鉸四為曲搖。 2）最短桿為機(jī)架，鉸四為雙曲。 3）最短桿為連桿，鉸四為雙搖

5、6 64 4、5 5平面四桿機(jī)構(gòu)的平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性基本特性一一 行程速度變化系數(shù)：行程速度變化系數(shù)：1曲柄搖桿機(jī)構(gòu) ABCDABCDABCDBBCBBCCBBCC111221122C21212( a ) 對(duì)心曲- 搖( b ) 型曲- 搖( c ) 型曲- 搖圖6 - 41）極限位置： 曲柄AB作用360轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿CD在C1D和C2D間來回?cái)[ 動(dòng)，與C1D、C2D相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)機(jī)構(gòu)位置AB1C1合AB2C2D 叫機(jī)構(gòu)的極限位置。 2）極位夾角（書中稱為快行程中曲柄轉(zhuǎn)角的補(bǔ)角） 曲柄與連桿的兩共線位置之間所夾的銳角。 AB位置 AB轉(zhuǎn)角 所化時(shí)間 CD位置 C點(diǎn)均速 AB1AB2 1=18

6、0+ t1=1/ C1DC2D V1=C1C2/t1 工作行程 AB2AB1 2=180+ t2=2/ C2DC1D V2=C1C2/t2 空間行程 3)急回特性: (12 t1t2 V2V1 急回) 從動(dòng)件在往復(fù)兩行程中，一個(gè)行程（通常是空回行程）較快的特性 4）行程速度變化系數(shù)K： （用來反映急回的程度）180180212112ttVVk 5）曲搖機(jī)構(gòu)的分類： 按A、D與C1C2線的關(guān)系或四桿的桿長(zhǎng)關(guān)系，可分成三類： （1）對(duì)心曲搖： A位于C1C2線上。 或 L12+ L42 = L22+ L32+ 無急回特性 （2）型曲搖： A的D位于C1C2線的同側(cè) 或 L12+ L42 L22+

7、L32+ 有急回特性。 2偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（見圖6-5）： 滑塊的移動(dòng)導(dǎo)路不通過A的曲滑機(jī)構(gòu) 偏距e：移動(dòng)導(dǎo)路到A點(diǎn)的距離 動(dòng)程h：滑塊移動(dòng)的距離。 h= C1C2 注：有急回特性。 431A2BCCCBB2211eh圖6-5 3擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（見圖6-6）： 1）有急回特性，=（導(dǎo)桿擺角） 2）動(dòng)力性能好。 不計(jì)摩擦?xí)r，滑塊2對(duì)導(dǎo)桿3的作用力 總垂直作用于導(dǎo)桿3。即 90 ABDB- 123421圖6 - 6二壓力角、傳動(dòng)角：二壓力角、傳動(dòng)角：BADCBBCC4343vcFFFtnB1A2CBB4C 3C443334Fvc圖6-7圖6-8 1壓力角： = （F、Vc） 在不計(jì)摩擦力和慣性力等時(shí)

8、，連桿BC為二力桿，原動(dòng)件AB通過BC作用 于從動(dòng)件CD上的力F（沿（沿BC）與從動(dòng)件上的受力點(diǎn)）與從動(dòng)件上的受力點(diǎn)C的速的速度度Vc間的夾角2傳動(dòng)角： 壓力角的余角，即 = 90- ，有用分力Ft=Fsin，有害分力fn=Fcos，運(yùn)動(dòng)輕快靈活，效率高 （及）是衡量機(jī)構(gòu)動(dòng)力性能的一個(gè)重要指標(biāo)。3許用壓力角，許用傳動(dòng)角： 由于(或)，機(jī)構(gòu)動(dòng)力性能，所以為保證機(jī)構(gòu)有良好性能，通常 規(guī)定： min=40 max=50 4最大壓力角max，最小傳動(dòng)角min： 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，是不斷變化的，其中必有一最小值min，可確定如下： 1）鉸四機(jī)構(gòu)：min出現(xiàn)于曲柄AB與機(jī)架AD的共線位置AB3C3D或AB4C4

9、D（圖6-7） 若：上述兩位置的傳動(dòng)角分別為3和4 則： min=（3，4）min 2）曲滑機(jī)構(gòu)：min出現(xiàn)于AB與滑塊導(dǎo)路的垂直位置AB3C3D和AB4C4D（圖6-8）。 仿上： min=（3，4）min 3）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)： 90 三死點(diǎn)ABCDBC11DBCA1BC1C1ABC( a )( b )( c )( d )飛 輪圖 6 - 9縫紉機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置是曲搖機(jī)構(gòu)，其中搖桿CD（踏板）主動(dòng)，曲柄AB從動(dòng)。踏板常會(huì)頂死，原因是連桿BC與從動(dòng)件AB共線，BC對(duì)AB的力通過AB的轉(zhuǎn)動(dòng)中心A點(diǎn)，也即：= （F、VB）= 90。如圖6-9a1死點(diǎn)位置： 連桿與從動(dòng)件共線的位置。2死點(diǎn)特性： 1）F通過從

10、動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)中心，引起通過從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)中心，引起“頂死頂死” 2）從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)不確定（如圖6-9b）3死點(diǎn)克服：（a）裝飛輪。如圖6-9c （b）多桿組合。如圖6-9d6 64 4按從動(dòng)件行程速度變按從動(dòng)件行程速度變化系數(shù)化系數(shù)K K設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu) 一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)： 1圖解法： 已知： 速度變化系數(shù)K，搖桿擺角，搖桿 長(zhǎng)度L3。 求： L1 ， L2 ， L4解：1）求：= 180(K-1)/(K+1) 2）取定L及固定鉸鏈點(diǎn)D，作C1D = C2D = L3/L，且C1DC2=； 3）作C1O、C2O，使C2C1O=C1C2O = 90-，兩線交于O點(diǎn)

11、4）以O(shè)為心，OC1為半徑作園。 5）在園的C1MC2弧上任取一點(diǎn)作 為AB的固定鉸鏈點(diǎn)A。A /290 -90 - /2oBCCBD1122NM圖 6-10 6）求L1 ， L2 ， L4： AC1 = BC AB AC2 = BC + AB AB =1/2（AC2 - AC1） BC =1/2（AC2 + AC1） 于是： L1=LAB L2=LBC L4=LAD2.解析法: 設(shè)： e = LoD , =NOA 園的半徑sin/ )2sin(cos2cos33LRLNONDODe2sin21RAC2sin22RAC2sin2cos2)2sin2(sin)(21121RRACACL2cos/

12、2cos2sin3 L2cos2sin2)2sin2(sin)(21122RRACACL2sin/2sin2sin3 L cos)2sin(2sin2)2(sin2sinsin223L)180cos(2224eReRL（1）式即是型曲搖的設(shè)計(jì)公式。任意給定K、L1、L2、L3、L4中的三個(gè)量， 即可由（1）式求得其余三個(gè)量 例1 已知 K = 1.2 = 45 L3 = 300mm 要求L2/L1 = 4 (P.89.) 求: L1. L2. L4解： =180(K-1)/(K+1)=16.3642/2/12tgtgLL242tgtg796.59)24(2tgarctg mmLL549.100

13、2cos/2cos2sin31mmLL196.4022sin/2sin2sin32mmLL849.363cos)2sin(2sin2)2(sin2sinsin2234 二曲柄滑塊機(jī)構(gòu)： 1圖解法： 已知：動(dòng)程h，偏距e和K 求：L1. L2. 解： 1）求：=180(K-1)/(K+1) 2）取定L，作C1C2 = h/L. 3）作C1O、C2O， 使C2C1O =C1C2O = 90- 4）以O(shè)為心，OC1為半徑作園。-90-90AB11C2CB2oMAehN圖6-115）作AAC1C2 .間距為e/L. 則A（或A） 即是AB的固定鉸鏈。 6）求L1. L2： AB =1/2（AC2 -

14、AC1） BC =1/2（AC2 + AC1） L1=LAB L2=LBC 2解析法： 設(shè)： =NOA 則： R = h/2sin2sin21RAC2sin22RAC2cos2/2cos)(21121hACACL2sin2/2sin)(21122hACACL（2）式即是偏置曲滑的設(shè)計(jì)方程，1.L2中任意給定三個(gè)， 即可由（2）式求出其余二個(gè)。 2已知兩連架桿的固定鉸鏈點(diǎn)A和D，以及連桿上一標(biāo)線BE的三個(gè)位置B1E1， B2E2，B3E3 ADDDBEBEEBC11223332dd2 31 2圖 6 - 1 3B11EE22BB3E3CD2B3Bb1 22 3b1圖 6 - 1 4分析： 本題的關(guān)鍵是定出連桿上的另一鉸鏈點(diǎn)C，為此可用運(yùn)動(dòng)倒置法。也即假想將BC取成“機(jī)架”，而AD取成“連桿”，在保持相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變的情況下反轉(zhuǎn)。（見圖6-13） 解： 1）將B2E2D移至B2E2與B1E1重合，此時(shí)D點(diǎn)位于D2。 2）將B3E3D移至B3E3與B1E1重合，此時(shí)D點(diǎn)位于D3。 3）作DD2.D2D3的中垂線d12.d23,其交點(diǎn)即為C。 4）求LBC，LCD： LBC =L B1C LCD =L CD 二按