第5章平面連桿機(jī)構(gòu)

1、第五第五章章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)一、基本要求一、基本要求二、基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)二、基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)三、學(xué)習(xí)重點(diǎn)及難點(diǎn)三、學(xué)習(xí)重點(diǎn)及難點(diǎn)四、例題精選四、例題精選五、試題自測(cè)及答案五、試題自測(cè)及答案 一、基本要求一、基本要求 1 . 了解連桿機(jī)構(gòu)的定義、特點(diǎn)和用途。了解連桿機(jī)構(gòu)的定義、特點(diǎn)和用途。3 . 深刻理解平面連桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)深刻理解平面連桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)曲柄存曲柄存在條件、急回運(yùn)動(dòng)、死點(diǎn)和壓力角等。在條件、急回運(yùn)動(dòng)、死點(diǎn)和壓力角等。4 . 掌握設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本方法。掌握設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本方法。2 . 了解平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式、演化型式及了解平面

2、四桿機(jī)構(gòu)的基本型式、演化型式及其在工程實(shí)際中的應(yīng)用。其在工程實(shí)際中的應(yīng)用。二、基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)二、基本概念和基礎(chǔ)知識(shí) 1. 平面連桿機(jī)構(gòu)的型式平面連桿機(jī)構(gòu)的型式3. 平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的的基本問(wèn)題平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的的基本問(wèn)題2. 平面連桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)F 平面四桿機(jī)構(gòu)的型式平面四桿機(jī)構(gòu)的型式F 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)F 雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)F 雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)u 基本型式基本型式u 演化型式演化型式F 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)F 曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)F 曲柄搖塊機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)F 移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)F 雙滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)F 雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)F 正弦機(jī)

3、構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)F 正切機(jī)構(gòu)正切機(jī)構(gòu)含有一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)含有一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)含有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)含有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)正切機(jī)構(gòu)正切機(jī)構(gòu)F 平面連桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)u曲柄存在條件曲柄存在條件u 極位夾角與擺角極位夾角與擺角u 急回特性與行程速比系數(shù)急回特性與行程速比系數(shù)u 壓力角與傳動(dòng)角壓力角與傳動(dòng)角 u 死點(diǎn)位置死點(diǎn)位置 F 曲柄存在條件曲柄存在條件 若連架桿為若連架桿為lmin，則機(jī)構(gòu)存在一個(gè)曲柄；，則機(jī)構(gòu)存在一個(gè)曲柄； 若機(jī)架為若機(jī)架為lmin ，則機(jī)構(gòu)存在兩個(gè)曲柄。，則機(jī)構(gòu)存在兩個(gè)曲柄。l 滿(mǎn)足滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條

4、件桿長(zhǎng)條件：最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩：最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和；桿長(zhǎng)度之和；l 連架桿與機(jī)架中必有一桿為最短桿。連架桿與機(jī)架中必有一桿為最短桿。 兩個(gè)推論兩個(gè)推論前提：滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件前提：滿(mǎn)足桿長(zhǎng)條件雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)cbda 以最短桿的相鄰桿為機(jī)架以最短桿的相鄰桿為機(jī)架以與最短桿相對(duì)的桿為機(jī)架以與最短桿相對(duì)的桿為機(jī)架以最短桿為機(jī)架以最短桿為機(jī)架NYdcba、判斷由不同桿作機(jī)架時(shí)四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型判斷由不同桿作機(jī)架時(shí)四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型 F 極位夾角與擺角極位夾角與擺角極位夾角極位夾角 當(dāng)從動(dòng)搖桿處當(dāng)從

5、動(dòng)搖桿處于左、右兩極限位置時(shí)，主動(dòng)于左、右兩極限位置時(shí)，主動(dòng)曲柄兩位置所夾的銳角曲柄兩位置所夾的銳角搖桿的擺角搖桿的擺角 從動(dòng)搖桿從動(dòng)搖桿兩極限位置間的夾角兩極限位置間的夾角F 急回特性與行程速比系數(shù)急回特性與行程速比系數(shù)急回特性急回特性 當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿往復(fù)擺動(dòng)的平均速度不同的運(yùn)往復(fù)擺動(dòng)的平均速度不同的運(yùn)動(dòng)特性。動(dòng)特性。行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)表示表示急回運(yùn)動(dòng)的相對(duì)程度急回運(yùn)動(dòng)的相對(duì)程度oo180180KF 壓力角與傳動(dòng)角壓力角與傳動(dòng)角壓力角壓力角從動(dòng)件受力點(diǎn)（從動(dòng)件受力點(diǎn)（C點(diǎn)）的受力方向與受力點(diǎn)的速點(diǎn)）的受力方向與受力點(diǎn)的速度方向之間所夾的銳角。度方向之間所夾

6、的銳角。傳動(dòng)角傳動(dòng)角壓力角的余角壓力角的余角F 死點(diǎn)位置死點(diǎn)位置死點(diǎn)位置死點(diǎn)位置在搖桿在搖桿CD為為主動(dòng)件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中主動(dòng)件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，連桿，連桿BC與從動(dòng)曲柄與從動(dòng)曲柄AB出現(xiàn)兩次共線的位置。出現(xiàn)兩次共線的位置。特征特征=0（=90）F 平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題u 按照給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按照給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)F 按照給定的連桿一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按照給定的連桿一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) F 按照連架桿的一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按照連架桿的一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) F 按照行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按照行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) u 按照給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)

7、律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按照給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 按照給定連桿一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按照給定連桿一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)鑄造車(chē)間翻轉(zhuǎn)臺(tái)鑄造車(chē)間翻轉(zhuǎn)臺(tái) 按照連架桿的一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按照連架桿的一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)函數(shù)關(guān)系的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 按照行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按照行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 按照連架桿的兩個(gè)極限位置和機(jī)構(gòu)的急回特性設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按照連架桿的兩個(gè)極限位置和機(jī)構(gòu)的急回特性設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 按照給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按照給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 三、學(xué)習(xí)重點(diǎn)及難點(diǎn)三、學(xué)習(xí)重點(diǎn)及難點(diǎn)曲柄存在條件分析過(guò)程曲柄存在條件分析過(guò)程最

8、小傳動(dòng)角的確定最小傳動(dòng)角的確定給定兩連架桿多組對(duì)應(yīng)位置的連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)給定兩連架桿多組對(duì)應(yīng)位置的連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)平面四桿機(jī)構(gòu)的常用設(shè)計(jì)方法平面四桿機(jī)構(gòu)的常用設(shè)計(jì)方法學(xué)習(xí)難點(diǎn)學(xué)習(xí)難點(diǎn)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)重點(diǎn)重點(diǎn)四、例題精選（四、例題精選（例題例題1 1、例題例題2 2） 解解 由圖中的幾何關(guān)系可知，該機(jī)由圖中的幾何關(guān)系可知，該機(jī)構(gòu)的極位夾角構(gòu)的極位夾角 303060 4 . 1180180 K 由圖中幾何關(guān)系還可得到由圖中幾何關(guān)系還可得到 60sin10060sin60sin30sinACABBCBCABlee

9、llell350) 13(50) 13(50BCABell 當(dāng)滑塊在行程范圍內(nèi)任意位置當(dāng)滑塊在行程范圍內(nèi)任意位置時(shí)，其壓力角可通過(guò)下式計(jì)算：時(shí)，其壓力角可通過(guò)下式計(jì)算： BCABsinsinlle顯然，除了曲柄轉(zhuǎn)角顯然，除了曲柄轉(zhuǎn)角 之外，其它之外，其它參數(shù)均為常數(shù)，所以，當(dāng)參數(shù)均為常數(shù)，所以，當(dāng) 90時(shí)，時(shí)，壓力角最大，且最大壓力角為：壓力角最大，且最大壓力角為： 4 .64max 40min（1）由于雷達(dá)天線俯仰傳動(dòng)時(shí)不應(yīng)有急回作用，故有：）由于雷達(dá)天線俯仰傳動(dòng)時(shí)不應(yīng)有急回作用，故有： 解解1K0 （2）選取比例尺）選取比例尺l1mm/mm，并利用已知條件作圖如下：，并利用已知條件作圖如下

10、： （3）從圖上量得：）從圖上量得：mm7552ACmm4831AC（4）因此有：）因此有：mm136212ABACAClmm619212BCACACl（5）作出可能為最小傳動(dòng)角的兩個(gè)位置（即曲柄與機(jī)架共線的）作出可能為最小傳動(dòng)角的兩個(gè)位置（即曲柄與機(jī)架共線的位置），經(jīng)判斷，在曲柄與機(jī)架重疊共線時(shí)，傳動(dòng)角為最小，且位置），經(jīng)判斷，在曲柄與機(jī)架重疊共線時(shí)，傳動(dòng)角為最小，且量得：量得：4070min 結(jié)論：傳動(dòng)角結(jié)論：傳動(dòng)角滿(mǎn)足要求滿(mǎn)足要求五、試題自測(cè)及答案（五、試題自測(cè)及答案（1 1、2 2、3 3、4 4）1. 已知四桿機(jī)構(gòu)的極位夾角為零度，連架桿已知四桿機(jī)構(gòu)的極位夾角為零度，連架桿 AB長(zhǎng)長(zhǎng)

11、20mm，連桿，連桿BC長(zhǎng)長(zhǎng)60mm，搖桿的擺角，搖桿的擺角60。 （作圖比例作圖比例1：1） 試求：試求： （1）用作圖法求解此四桿機(jī)構(gòu)；）用作圖法求解此四桿機(jī)構(gòu)； （2）標(biāo)明連架桿）標(biāo)明連架桿DC和機(jī)架和機(jī)架AD的長(zhǎng)度；的長(zhǎng)度； （3）判斷此四桿機(jī)構(gòu)為何種機(jī)構(gòu)；）判斷此四桿機(jī)構(gòu)為何種機(jī)構(gòu)； （4）在圖中標(biāo)出最小傳動(dòng)角的度數(shù)。）在圖中標(biāo)出最小傳動(dòng)角的度數(shù)。 （1）、（）、（2）、（）、（4）解如圖所示。解如圖所示。解解（3）因?yàn)椋海┮驗(yàn)椋鹤疃虠U最短桿+最長(zhǎng)桿最長(zhǎng)桿=AB+AD=20+70=90BC+DC=60+40=100又因?yàn)橛忠驗(yàn)锳D為機(jī)架為機(jī)架故為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)故為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2. 已知

12、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)搖桿已知曲柄搖桿機(jī)構(gòu)搖桿CD的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度lCD=75 mm，機(jī)架，機(jī)架AD的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度lAD=100 mm，行程速比系數(shù)，行程速比系數(shù)K=1.25，搖桿的右極限位置與機(jī)架間，搖桿的右極限位置與機(jī)架間的夾角的夾角 。（。（ m/mm） 45 0025.0 l 試求曲柄和連桿的長(zhǎng)度試求曲柄和連桿的長(zhǎng)度lAB、lBC。（1）計(jì)算極位夾角）計(jì)算極位夾角解解（2）作圖，并計(jì)算）作圖，并計(jì)算lAB、lBC18018025. 1K 20m0375. 015ABllm10875. 05 .43BCll3. 如圖所示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，已知如圖所示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，已知試求：試求： （1）搖桿）搖桿3的最小長(zhǎng)

13、度的最小長(zhǎng)度 ； （2）曲柄）曲柄1等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)機(jī)構(gòu)的行程速度變化系數(shù)等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)機(jī)構(gòu)的行程速度變化系數(shù)K。 mm 100 mm, 80 mm, 50ADBCABlllminCD)(l注意：采用注意：采用 進(jìn)行計(jì)算進(jìn)行計(jì)算minCDCD)(ll（1）由于）由于lCD不可能是最短桿，根據(jù)桿長(zhǎng)條件：不可能是最短桿，根據(jù)桿長(zhǎng)條件：解解當(dāng)當(dāng)lCD不是最長(zhǎng)桿時(shí)：不是最長(zhǎng)桿時(shí)：CD8010050lmm 7080150CDl當(dāng)當(dāng)lCD是最長(zhǎng)桿時(shí)：是最長(zhǎng)桿時(shí)：1008050CDlmm130CDl所以：所以：mm 70)(minCDl（2）設(shè)擺桿的左、右極限位置分別）設(shè)擺桿的左、右極限位置分別為為DC1、DC2，則

14、根據(jù)圖中幾何關(guān)系，則根據(jù)圖中幾何關(guān)系，有：有： 2 .32)(2)(arccosADBCAB2CD2AD2BCAB1lllllllADC0)(2)(arccosADABBC2CD2AD2ABBC2lllllllADC2 .3221ADCADC4358. 1)180()180( K4. 已知一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄長(zhǎng)度已知一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄長(zhǎng)度lAB15 mm，偏距，偏距e10 mm，連桿的長(zhǎng)度連桿的長(zhǎng)度lBC =35mm。 試求：試求： （1）畫(huà)出滑塊的極限位置；）畫(huà)出滑塊的極限位置； （2）標(biāo)出極位夾角及行程）標(biāo)出極位夾角及行程H; （3）確定行程速比系數(shù)）確定行程速比系數(shù)K; （4） 畫(huà)出最小傳動(dòng)角的位置畫(huà)出最小傳動(dòng)角的位置 并給出角度值。并給出角度值。min（1）滑塊的極限位置）滑塊的極限位置C1、C2如圖所示。如圖所示。解解（2）標(biāo)出極位夾角）標(biāo)出極位夾角及行程及行程H如圖所示。如圖所示。（3）根據(jù)圖中的幾何條件，有：）根據(jù)圖中的幾何條件，有：302010arc