第4章平面連桿機(jī)構(gòu)

1、湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 第第4章章 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)41 平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用42 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化44 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)43 平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 本章概要本章概要1. 1. 平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用、基本類型、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用、基本類型、 演化形式；演化形式；2. 平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性：曲柄存在條件、平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性：曲柄存在條件、 傳動(dòng)角傳動(dòng)角、壓力角、壓力角、死點(diǎn)、急回特性、死點(diǎn)、急回特性、 極位夾

2、角、行程速比系數(shù)等物理含義，并極位夾角、行程速比系數(shù)等物理含義，并 熟練掌握其確定方法；熟練掌握其確定方法；3. 平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法：掌握按連桿二組平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法：掌握按連桿二組 位置、三組位置、連架桿三組對(duì)應(yīng)位置、行位置、三組位置、連架桿三組對(duì)應(yīng)位置、行 程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的原理與方法。程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的原理與方法。湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 應(yīng)用：應(yīng)用：研究前沿研究前沿: :機(jī)構(gòu)的綜合機(jī)構(gòu)的綜合內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)、鶴式吊鶴式吊、火車輪火車輪、手動(dòng)沖床手動(dòng)沖床、牛頭刨床牛頭刨床、橢圓橢圓儀儀、機(jī)械機(jī)械手爪手爪、開窗戶支撐、公共汽車開關(guān)門、折疊傘、開窗戶支撐、公共汽車

3、開關(guān)門、折疊傘、折疊床、折疊床、 牙膏筒拔管機(jī)、單車制動(dòng)操作機(jī)構(gòu)等。牙膏筒拔管機(jī)、單車制動(dòng)操作機(jī)構(gòu)等。特征：特征：有一作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，稱為連桿。有一作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，稱為連桿。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 采用低副。面接觸、承載大、便于潤(rùn)滑、不易磨損采用低副。面接觸、承載大、便于潤(rùn)滑、不易磨損 形狀簡(jiǎn)單、易加工、容易獲得較高的制造精度。形狀簡(jiǎn)單、易加工、容易獲得較高的制造精度。 改變桿的相對(duì)長(zhǎng)度，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同。改變桿的相對(duì)長(zhǎng)度，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同。獲得不同的機(jī)構(gòu)獲得不同的機(jī)構(gòu) 連桿曲線豐富。可滿足不同要求。連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。定義：定義：由低副（轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)）連接組成的平面機(jī)構(gòu)。由低副（轉(zhuǎn)動(dòng)、

4、移動(dòng)）連接組成的平面機(jī)構(gòu)。41 平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副多，累積誤差大，運(yùn)動(dòng)精度低，效率低構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副多，累積誤差大，運(yùn)動(dòng)精度低，效率低。 產(chǎn)生動(dòng)載荷（慣性力），不適合高速。產(chǎn)生動(dòng)載荷（慣性力），不適合高速。 設(shè)計(jì)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡。設(shè)計(jì)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡。分類分類:平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)常以構(gòu)件數(shù)命名：常以構(gòu)件數(shù)命名：四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)、多桿機(jī)構(gòu)多桿機(jī)構(gòu)。本章重點(diǎn)內(nèi)容是介紹本章重點(diǎn)內(nèi)容是介紹四桿機(jī)構(gòu)。四桿機(jī)構(gòu)。是基礎(chǔ)是基礎(chǔ)湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 基本型式基

5、本型式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，其它四桿機(jī)構(gòu)都是由它，其它四桿機(jī)構(gòu)都是由它 演變得到的。演變得到的。名詞解釋：名詞解釋：曲柄曲柄整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；一、三種基本型式：一、三種基本型式：（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)特征：特征：曲柄搖桿曲柄搖桿作用：作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)。將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)。 如雷達(dá)天線。如雷達(dá)天線。連桿連桿作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件；作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件；連架桿連架桿與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件；與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件；搖桿搖桿作定軸擺動(dòng)的構(gòu)件；作定軸擺動(dòng)的構(gòu)件；周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副能作能作360360相對(duì)回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)副；相對(duì)回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)副；擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副只能作有

6、限角度擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。只能作有限角度擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。曲柄曲柄連桿連桿搖桿搖桿42 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化連架桿連架桿連架桿連架桿湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云ABC1243DABDC1243（2）雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)特征特征：兩個(gè)曲柄：兩個(gè)曲柄作用：作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閷⒌人倩剞D(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人俚人倩蚧蜃兯僮兯倩剞D(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)。雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)曲柄主動(dòng)曲柄主動(dòng)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)用實(shí)例：如如葉片泵、慣性篩葉片泵、慣性篩等。等。2143搖桿主動(dòng)搖桿主動(dòng)3124湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘

7、存云設(shè)計(jì)：潘存云A AD DC CB B1 12 23 34 4旋轉(zhuǎn)式葉片泵旋轉(zhuǎn)式葉片泵A AD DC CB B1 12 23 3ABDC1234E6慣性篩機(jī)構(gòu)慣性篩機(jī)構(gòu)31湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云ABCD耕地耕地料斗料斗DCAB耕地耕地料斗料斗DCAB實(shí)例：實(shí)例：火車輪火車輪特例：特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)AB = CD特征：特征：兩連架桿等長(zhǎng)且平行，兩連架桿等長(zhǎng)且平行， 連桿作平動(dòng)連桿作平動(dòng)BC = ADABDC攝影平臺(tái)攝影平臺(tái)ADBCBC天平天平播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘

8、存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云反平行四邊形機(jī)構(gòu)反平行四邊形機(jī)構(gòu) 車門開閉機(jī)構(gòu)車門開閉機(jī)構(gòu)反向反向FAEDGBCABEFDCG平行四邊形機(jī)構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運(yùn)平行四邊形機(jī)構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定。動(dòng)不確定。采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列。采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列。湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云ABDCE（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)特征：特征：兩個(gè)搖桿兩個(gè)搖桿應(yīng)用舉例：鑄造翻箱機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例：鑄造翻箱機(jī)構(gòu)特例：特例：等腰梯形機(jī)構(gòu)等腰梯形機(jī)構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)、風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)BCABDC風(fēng)扇座風(fēng)扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機(jī)電機(jī)ABDCEABDCE電機(jī)

9、電機(jī)ABDC風(fēng)扇座風(fēng)扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機(jī)電機(jī)ABDC風(fēng)扇座風(fēng)扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿ABDC湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云（1）改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸二、二、 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化平面四桿機(jī)構(gòu)的演化偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu) 正弦機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)s=l sin l湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云（2）改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸（3）選不同的構(gòu)件為機(jī)架選不同的構(gòu)件為機(jī)架

10、偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BCABABACABABAC湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云牛頭刨床牛頭刨床應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例:ABDC1243C2C1小型刨床小型刨床ABDCE123456AD變速擺動(dòng)變速擺動(dòng)湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例B234C1A自卸卡車舉升機(jī)構(gòu)自卸卡車舉升機(jī)構(gòu)（3）選不同的構(gòu)件為機(jī)架選不同的構(gòu)件為機(jī)架ACB1234應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例B34C1A2應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例4A1B23C應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例13C4AB2應(yīng)用

11、實(shí)例應(yīng)用實(shí)例A1C234B導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)314A2BC湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云（3）選不同的構(gòu)件為機(jī)架選不同的構(gòu)件為機(jī)架314A2BC直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)手搖唧筒手搖唧筒這種通過選擇不同構(gòu)件作為機(jī)架以獲得不同機(jī)構(gòu)的這種通過選擇不同構(gòu)件作為機(jī)架以獲得不同機(jī)構(gòu)的方法稱為：方法稱為：機(jī)構(gòu)的倒置機(jī)構(gòu)的倒置BC3214A導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)314A2BCABC3214湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 例：選擇雙滑塊機(jī)構(gòu)中的不同構(gòu)件例：選擇

12、雙滑塊機(jī)構(gòu)中的不同構(gòu)件 作為機(jī)架可得不同的機(jī)構(gòu)作為機(jī)架可得不同的機(jī)構(gòu)橢圓儀機(jī)構(gòu)橢圓儀機(jī)構(gòu)1234正弦機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)3214正弦（切）機(jī)構(gòu)：從動(dòng)件的位移與主動(dòng)件轉(zhuǎn)角的正弦（正切）成正比正弦（切）機(jī)構(gòu)：從動(dòng)件的位移與主動(dòng)件轉(zhuǎn)角的正弦（正切）成正比湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云l1l2l4l3CBAD 平面平面四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)具有具有整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副可能存在可能存在曲柄。曲柄。桿桿1 1為曲柄，作整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機(jī)架共線為曲柄，作整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機(jī)架共線l2(l4 l1)+ l3則由則由BCD可得：可得：三角形任意兩邊之和大于第三邊則由則由

13、B”C”D可得：可得：l1+ l4 l2 + l3l3(l4 l1)+ l2AB為最短桿為最短桿最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和其他兩桿長(zhǎng)度之和22 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性包括運(yùn)動(dòng)特性和傳力特性兩個(gè)方面的，這些特性不僅反映了 機(jī)構(gòu)傳遞和變換運(yùn)動(dòng)與力的性能，也是四桿機(jī)構(gòu)類型選擇和運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù) l1+ l2 l3 + l4C”l1l2l4l3ADl4- - l1將以上三式兩兩相加得：將以上三式兩兩相加得： l1 l2, l1 l3, l1 l4 l1+ l3 l2 + l4一、平面四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件一、平面四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件是否具有整轉(zhuǎn)副，取決于各

14、桿的相對(duì)長(zhǎng)度l1 1l2 2l3 3l4 4B湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云2. 連架桿或機(jī)架之一為最短桿。連架桿或機(jī)架之一為最短桿?？芍寒?dāng)滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，其可知：當(dāng)滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是整轉(zhuǎn)副副都是整轉(zhuǎn)副。曲柄存在的條件：曲柄存在的條件：1. 最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和其他兩桿長(zhǎng)度之和其他兩桿長(zhǎng)度之和此時(shí)，鉸鏈此時(shí)，鉸鏈A為整轉(zhuǎn)副。為整轉(zhuǎn)副。曲柄是連架桿，整轉(zhuǎn)副處于機(jī)架上才能形成曲柄，因此，具有整轉(zhuǎn)副的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是否存在曲柄，還應(yīng)根據(jù)選擇哪個(gè)桿為機(jī)架來判斷若取若取BC

15、為機(jī)架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈為機(jī)架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈B也是整轉(zhuǎn)副。也是整轉(zhuǎn)副。 稱為稱為桿長(zhǎng)條件桿長(zhǎng)條件。ABCDl1l2l3l4湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授當(dāng)滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，說明存在整轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同當(dāng)滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，說明存在整轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的構(gòu)件作為機(jī)架時(shí)，可得不同的機(jī)構(gòu)。如的構(gòu)件作為機(jī)架時(shí)，可得不同的機(jī)構(gòu)。如 曲柄搖桿曲柄搖桿1 1 、曲柄搖桿曲柄搖桿2 2 、雙曲柄雙曲柄、 雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)。湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云ABCDB1C1AD二二. .急回

16、運(yùn)動(dòng)特性急回運(yùn)動(dòng)特性在在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時(shí)，搖桿中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時(shí)，搖桿位于兩個(gè)極限位置，簡(jiǎn)稱極位。位于兩個(gè)極限位置，簡(jiǎn)稱極位。當(dāng)曲柄以當(dāng)曲柄以逆時(shí)針轉(zhuǎn)過逆時(shí)針轉(zhuǎn)過180180+時(shí)，搖桿從時(shí)，搖桿從C1D位置位置擺到擺到C2D。 所花時(shí)間為所花時(shí)間為t1 , , 平均速度為平均速度為V1, ,那么有：那么有：/ )180(1t1211tCCV 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 3D此兩處曲柄之間的夾角此兩處曲柄之間的夾角 稱為稱為極位夾角極位夾角。180180C2B2)180/(21CC湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授

17、設(shè)計(jì)：潘存云B1C1ADC2當(dāng)曲柄以當(dāng)曲柄以繼續(xù)轉(zhuǎn)過繼續(xù)轉(zhuǎn)過180180-時(shí)，搖桿從時(shí)，搖桿從C2D,置擺到置擺到C1D，所花時(shí)間為所花時(shí)間為t2 , ,平均速度為平均速度為V2 , ,那么有：那么有： 180180-/)180(2t因曲柄轉(zhuǎn)角不同，故搖桿來回?cái)[動(dòng)的時(shí)間不一樣，平均速度也不等。顯然：顯然：t t1 1 tt2 2 V V2 2 V V1 1搖桿的這種特性稱為搖桿的這種特性稱為急回運(yùn)動(dòng)急回運(yùn)動(dòng)。用以下比值表示急回程度稱稱K為為行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)。12VVK 18018021tt且且越大，越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。值越大，急回性質(zhì)越明顯。 只要只要 0 ， 就有就有 K

18、K1所以可通過分析機(jī)構(gòu)中是否存在以及的大小來判斷機(jī)構(gòu)是否有急回運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)的程度。11180KK設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí)，往往先給定設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí)，往往先給定K值，于是值，于是: 2212tCCV)180/(21CC121221tCCtCC一般，一般，1K 2湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云FF F”當(dāng)當(dāng)BCD90BCD90時(shí)，時(shí)， BCDBCD三三. .壓力角和傳動(dòng)角壓力角和傳動(dòng)角壓力角壓力角從動(dòng)件驅(qū)動(dòng)力從動(dòng)件驅(qū)動(dòng)力F與力作用點(diǎn)絕對(duì)速度之間所夾銳角。與力作用點(diǎn)絕對(duì)速度之間所夾銳角。ABCD設(shè)計(jì)時(shí)要求設(shè)計(jì)時(shí)要求: : minmin5050minmin出現(xiàn)

19、的位置：出現(xiàn)的位置：當(dāng)當(dāng)BCD90BCD90時(shí)，時(shí)， 180180- BCD- BCD切向分力切向分力: F= Fcos法向分力法向分力: F”= Fcos F對(duì)傳動(dòng)有利對(duì)傳動(dòng)有利。=Fsin=Fsin稱稱為為傳動(dòng)角傳動(dòng)角。此位置一定是：此位置一定是：主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一。主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一。CDBAF可用可用的大小來表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞的大小來表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞, ,F”F當(dāng)當(dāng)BCDBCD最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)minmin為了保證機(jī)構(gòu)良好的傳力性能湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云C1B1

20、l1l2l3l4DA由余弦定律有由余弦定律有 B B1 1C C1 1D Darccosarccosl42 2 + + l32 2-(-(l4 - - l1) )2 2/2/2l2 l3 BB2 2C C2 2D Darccosarccosl42 2 + + l32 2-(-(l4 + + l1) )2 2/2/2l2 l3若若B B1 1C C1 1D90D90, ,則則若若B B2 2C C2 2D90D90, , 則則1 1B B1 1C C1 1D D2 2180180-B-B2 2C C2 2D D機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角一般在運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角一般在運(yùn)動(dòng)鏈最終一個(gè)從動(dòng)件上度量。最終一個(gè)從動(dòng)件上

21、度量。1 1minminBB1 1C C1 1D, 180D, 180-B-B2 2C C2 2DDminmin2 2C2B2湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云F四四. . 死點(diǎn)死點(diǎn)搖桿為主動(dòng)件，搖桿為主動(dòng)件，且連桿且連桿與曲柄兩次共線與曲柄兩次共線時(shí)時(shí)，有：，有：機(jī)構(gòu)的這種傳動(dòng)角為零機(jī)構(gòu)的這種傳動(dòng)角為零的位置成為死點(diǎn)位置。的位置成為死點(diǎn)位置。死點(diǎn)位置會(huì)使機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件出現(xiàn)卡死或運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象避免措施：避免措施： 兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列，如兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列，如火車輪機(jī)構(gòu)火車輪機(jī)構(gòu)；0 0靠靠飛輪的慣性飛輪的慣性（如內(nèi)燃機(jī)、縫紉機(jī)等）。（

22、如內(nèi)燃機(jī)、縫紉機(jī)等）。FAEDGBCABEFDCG0 0F0 0“死點(diǎn)死點(diǎn)”湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云工件工件ABCD1234PABCD1234工件工件P夾緊機(jī)構(gòu)夾緊機(jī)構(gòu)當(dāng)工件被夾緊時(shí)，鉸鏈中心B、C、D共線，工件加在桿1上的反作用力Fn無論多大，也不能使桿3轉(zhuǎn)動(dòng)。這就保證在去掉外力F后，仍能可靠地夾緊工件。當(dāng)需要取出工件時(shí)，只需要向上扳動(dòng)手柄，即能松開夾具=0=0TABDC飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架在飛機(jī)輪放下時(shí)，桿BC與CD成一直線，此時(shí)機(jī)輪上雖受到很大的力，但由于機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，起落架不會(huì)反轉(zhuǎn)（折回），這可使飛機(jī)起落和

23、停放更加可靠。ABCD=0=0F也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作：飛機(jī)起落架起落架、鉆夾具、鉆夾具等。等。湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 44 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題 機(jī)構(gòu)選型機(jī)構(gòu)選型根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇 機(jī)構(gòu)的類型；機(jī)構(gòu)的類型；尺度綜合尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)(長(zhǎng)長(zhǎng) 度尺寸度尺寸)。 同時(shí)要滿足其他輔助條件：同時(shí)要滿足其他輔助條件：a) 結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長(zhǎng)比恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長(zhǎng)比恰當(dāng)、 運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)合理等）運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)合理等）;b) 動(dòng)力條件（如動(dòng)

24、力條件（如minmin）;c) 運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件等。運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件等。湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云ADCB飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架BC三類設(shè)計(jì)要求：三類設(shè)計(jì)要求：1) 滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如: 飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu)。飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu)。函數(shù)機(jī)構(gòu)函數(shù)機(jī)構(gòu)要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足函數(shù)滿足函數(shù) y=logxxy=logxABCD湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云三類設(shè)計(jì)要求：三類設(shè)計(jì)要求：1) 滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如: 飛機(jī)

25、起落架飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu)函數(shù)機(jī)構(gòu)。前者要求兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，后者要求急回運(yùn)動(dòng)2) 滿足預(yù)定的連桿位置要求，如滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。要求連桿在兩個(gè)位置要求連桿在兩個(gè)位置垂直地面且相差垂直地面且相差180 CBABDC湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云QABCDE設(shè)計(jì)：潘存云鶴式起重機(jī)鶴式起重機(jī)攪拌機(jī)構(gòu)攪拌機(jī)構(gòu)要求連桿上要求連桿上E點(diǎn)的軌點(diǎn)的軌跡為一條卵形曲線跡為一條卵形曲線要求連桿上要求連桿上E點(diǎn)的軌點(diǎn)的軌跡為一條水平直線跡為一條水平直線QCBADE三類設(shè)計(jì)要求：三類設(shè)計(jì)要求：1) 滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如，兩連

26、架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如: 飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu)。函數(shù)機(jī)構(gòu)。2) 滿足預(yù)定的連桿位置要求，如滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。3) 滿足預(yù)定的軌跡要求，如滿足預(yù)定的軌跡要求，如: 鶴式起重機(jī)鶴式起重機(jī)、攪拌機(jī)攪拌機(jī)等。等。湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 給定的設(shè)計(jì)條件：給定的設(shè)計(jì)條件：1)幾何條件幾何條件（給定連架桿或連桿的位置）（給定連架桿或連桿的位置）2)運(yùn)動(dòng)條件運(yùn)動(dòng)條件（給定（給定K）3)動(dòng)力條件動(dòng)力條件（給定（給定minmin）設(shè)計(jì)方法：設(shè)計(jì)方法：圖解法、解析法、實(shí)驗(yàn)法圖解法、解析法、實(shí)驗(yàn)法圖解法圖解法直觀：本課程的主要方法直觀：本課程的主要方法解析法精確：

27、與計(jì)算機(jī)結(jié)合是發(fā)展方向解析法精確：與計(jì)算機(jī)結(jié)合是發(fā)展方向?qū)嶒?yàn)法簡(jiǎn)便：實(shí)用，相當(dāng)精確。但步驟多實(shí)驗(yàn)法簡(jiǎn)便：實(shí)用，相當(dāng)精確。但步驟多湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云 一、按給定的行程速比系數(shù)一、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)計(jì)算計(jì)算180(K-1)/(K+1);已知：已知：CD桿長(zhǎng)，擺角桿長(zhǎng)，擺角及及K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。（設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是確定鉸鏈中心A點(diǎn)的位置，定出其他三桿的尺寸步驟如下：步驟如下：任取一點(diǎn)任取一點(diǎn)D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰長(zhǎng)為腰長(zhǎng)為CD/CD/比例尺，夾角為比例尺

28、，夾角為;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P P C1C2的外接圓，則的外接圓，則A A點(diǎn)必在此圓上。點(diǎn)必在此圓上。選定選定A A。連。連ACAC1 1和和ACAC2 2，因同一圓弧的圓周角相等，故，因同一圓弧的圓周角相等，故C C1 1PCPC2 2=C=C1 1ACAC2 2= =因極限位置處曲柄與連桿共線，因極限位置處曲柄與連桿共線，若設(shè)曲柄為若設(shè)曲柄為l1 ，連桿為，連桿為l2 ，則，則: :A A C2= =l2- - l1 l1 =( A A C1A A C2)/ 2 C2C1P=90, ,交于交于P P； 90-PA A C1= = l1+ +l2C1C2DA l2=(

29、A A C1+A A C2)/ 2 l4=ADB1B2湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 由于由于A點(diǎn)是點(diǎn)是C1PC2外接圓上任意選取的點(diǎn)，所以若外接圓上任意選取的點(diǎn)，所以若僅按行程速比系數(shù)僅按行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)，可得無窮多個(gè)解。設(shè)計(jì)，可得無窮多個(gè)解。A點(diǎn)位置點(diǎn)位置不同，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角的大小也不一樣。如想獲得良好的傳不同，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角的大小也不一樣。如想獲得良好的傳動(dòng)質(zhì)量，可按照最小傳動(dòng)角最優(yōu)或者其他輔助條件來確動(dòng)質(zhì)量，可按照最小傳動(dòng)角最優(yōu)或者其他輔助條件來確定定A點(diǎn)的位置。點(diǎn)的位置。湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云ADmn=D2

30、) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析：分析： 由于由于與與導(dǎo)桿擺角導(dǎo)桿擺角相等，設(shè)計(jì)此相等，設(shè)計(jì)此 機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄 a。計(jì)算計(jì)算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);任選任選D D作作mDnmDn， 取取 A A 點(diǎn) ， 使 得點(diǎn) ， 使 得 A D = d , A D = d , 則則 : : a=dsin(a=dsin(/2)/2)。=Ad作角分線作角分線; ;已知：已知：機(jī)架長(zhǎng)度機(jī)架長(zhǎng)度d，K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)?；蛘哌^點(diǎn)或者過點(diǎn)A A作任一極位的垂直線作任一極位的垂直線ABAB1 1(AB(AB2 2),),即為曲柄的長(zhǎng)度。即為曲柄的長(zhǎng)度。

31、B B1 1湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云E222ae3) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（選講）（選講）H已知已知K K，滑塊行程，滑塊行程H H，偏，偏距距e e，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu) 。計(jì)算計(jì)算: 180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);作作C1 C2 H H作射線作射線C1O O 使使C2C1O=90, , 以以O(shè) O為圓心，為圓心，C1O O為半徑作圓。為半徑作圓。以以A A為圓心，為圓心，A A C1為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得：作射線作射線C2O O使使C1C2 O=90。 作偏距線作偏距線e e，交圓弧于，交圓弧于A A，即為所

32、求。，即為所求。C1C29090-o9090-Al1 =EC2/ 2l2 = A = AC2EC2/ 2按書上方法也可以，是一樣的按書上方法也可以，是一樣的因因 l1+ +l2 = A AC2；l2-l1 = AC1 = AE;AE;故：故：2 2l1 = A AC2- -AC1 = A AC2-AE -AE = ECEC2 2湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云二、按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)二、按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)a)給定連桿兩組位置給定連桿兩組位置有唯一解。有唯一解。B2C2AD將鉸鏈將鉸鏈A、D分別選在分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意連線的垂直平分線上

33、任意位置都能滿足設(shè)計(jì)要求。位置都能滿足設(shè)計(jì)要求。b)給定連桿上鉸鏈給定連桿上鉸鏈BC的三組位置的三組位置有無窮多組解。有無窮多組解。ADB2C2B3C3ADB1C1B1C1因兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓。所以選中垂線因兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓。所以選中垂線湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 設(shè)計(jì)：潘存云xyABCD1234三、給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)三、給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)(解析法，可不講）解析法，可不講）MATLAB給定連架桿對(duì)應(yīng)位置：給定連架桿對(duì)應(yīng)位置：構(gòu)件構(gòu)件3和和構(gòu)件構(gòu)件1滿足以下位置關(guān)系：滿足以下位置關(guān)系：l1l2l3l4建立坐標(biāo)系建立坐標(biāo)系, ,設(shè)構(gòu)件長(zhǎng)度為：設(shè)構(gòu)件長(zhǎng)度為：l

34、1 、l2、l3、l4在在x,yx,y軸上投影可得：軸上投影可得：l1+l2=l3+l4機(jī)構(gòu)尺寸比例放大時(shí)，不影響各構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)尺寸比例放大時(shí)，不影響各構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)角. . l1 coc + l2 cos = l3 cos + l4 l1 sin + l2 sin = l3 sin i if (i i ) i =1, 2, 3n設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)( (求各構(gòu)件長(zhǎng)度求各構(gòu)件長(zhǎng)度) )。令：令： l1 =1湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 消去消去整理得：整理得：coscos l3 cos cos(- -) l3l4l42+ l32+1- l222l4P2代入移項(xiàng)得：代入移項(xiàng)得：

35、l2 cos = l4 l3 cos cos 則化簡(jiǎn)為：則化簡(jiǎn)為：coccocP0 cos P1 cos( ) P2代入兩連架桿的三組對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角參數(shù)，得方程組：代入兩連架桿的三組對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角參數(shù)，得方程組：l2 sin = l3 sin sin 令: P0P1coccoc1P0 cos1 P1 cos(1 1 ) P2coccoc2P0 cos2 P1 cos(2 2 ) P2coccoc3P0 cos3 P1 cos(3 3 ) P2可求系數(shù)可求系數(shù): :P0 、P1、P2以及以及: : l2 、 l3、 l4將相對(duì)桿長(zhǎng)乘以任意比例系數(shù)，所得機(jī)構(gòu)都能滿足轉(zhuǎn)角要求。若給定兩組對(duì)應(yīng)位置，則有無窮多組解

36、。湖南科技大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 舉例：舉例：設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)滿足連架桿三組對(duì)應(yīng)位置：設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)滿足連架桿三組對(duì)應(yīng)位置：1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 34545 50 50 90 90 80 80 135 135 110 1101 11 13 33 3代入方程得：代入方程得： cos90cos90 =P =P0 0cos80cos80 +P +P1 1cos(80cos(80-90-90) +P) +P2 2 cos135cos135=P=P0 0cos110cos110+P+P1 1cos(110cos(110-135-135)+P)+P2 2 解得相對(duì)長(zhǎng)度解得相對(duì)長(zhǎng)度

37、: : P P0 0 =1.533, P =1.533, P1 1=-1.0628, P=-1.0628, P2 2=0.7805=0.7805各桿相對(duì)長(zhǎng)度為：各桿相對(duì)長(zhǎng)度為：選定構(gòu)件選定構(gòu)件l1的長(zhǎng)度之后，可求得其余桿的絕對(duì)長(zhǎng)度。的長(zhǎng)度之后，可求得其余桿的絕對(duì)長(zhǎng)度。 cos45 cos45 =P =P0 0cos50cos50 +P +P1 1cos(50cos(50-45-45) +P) +P2 2B1C1ADB2C2B3C32 22 2l1= =1 1l4 =- - l3 / P1 =1.442l2 =(=(l42+ l32+1-2l3P P2 2 )1/2 = =1.7831.783 l3 = P P0 0 = = 1.553, 湖南科技大學(xué)