項目3 連桿機構(gòu)

1、機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *3-1 平面連桿機構(gòu)3-2 平面四桿機構(gòu)的基本形式3-3 平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件3-4 平面四桿機構(gòu)的演化3-5 平面四桿演化機構(gòu)的運動特性3-6 平面四桿機構(gòu)的運動設(shè)計項目項目3 3 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *1-曲柄；2-連桿；3-腳踏板；4-機架機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *3-1 3-1 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu) 平面連桿機構(gòu)是由若干個構(gòu)件通過低副聯(lián)接而成的機構(gòu)，又稱為平面低副機構(gòu)。由四個構(gòu)件通過低副聯(lián)接而成的平面連桿機構(gòu)，稱為平面四桿機構(gòu)。如果所有低副均為轉(zhuǎn)動副，這種四桿機構(gòu)就稱為鉸鏈四桿機構(gòu)。平面連桿機構(gòu)的優(yōu)點由于是低副

2、，為面接觸，所以承受壓強小、便于潤滑、磨損較輕，可 承受較大載荷結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，構(gòu)件之間的接觸是有構(gòu)件本身的幾何約束來保 持的，所以構(gòu)件工作可靠可使從動件實現(xiàn)多種形式的運動，滿足多種運動規(guī)律的要求利用平面連桿機構(gòu)中的連桿可滿足多種運動軌跡的要求平面連桿機構(gòu)的缺點根據(jù)從動件所需要的運動規(guī)律或軌跡來設(shè)計連桿機構(gòu)比較復(fù)雜，精度不高。運動時產(chǎn)生的慣性難以平衡，不適用于高速場合。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *1.曲柄搖桿機構(gòu) 在兩連架桿中，一個為曲柄，另一個為搖桿。應(yīng)用舉例：牛頭刨床橫向進給機構(gòu)、衛(wèi)星天線、飛剪縫紉機腳踏板機構(gòu)、自行車、走步機、送料機構(gòu) 一般曲柄主動，將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為搖桿的擺動，也可

3、搖桿主動，曲柄從動。運動特點：根據(jù)連架桿運動形式的不同，可分為三種基本形式3-2 3-2 四桿機構(gòu)的基本形式及其演化四桿機構(gòu)的基本形式及其演化3-2-1 3-2-1 四桿機構(gòu)的基本形式四桿機構(gòu)的基本形式機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例衛(wèi)星接收裝置機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例縫紉機腳踏板機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例自行車機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例跑步機機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例自動送料機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *2.死點（1）死點的位置在從動曲柄與連桿共線的連個位置之一時，出現(xiàn)

4、機構(gòu)的傳動角=0，壓力角=90的情況，這時連桿對從動曲柄的作用里恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，不能推動曲柄轉(zhuǎn)動，機構(gòu)的這種位置稱為死點位置。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *（2） 壓力角和傳動角壓力角和傳動角1.1.壓力角壓力角a a壓力角：從動件所受的力壓力角：從動件所受的力F與與受力點速度受力點速度Vc所夾的銳角所夾的銳角a a。有效分力有效分力：Ft=Fcosa a有害分力有害分力：Fr=Fsina aa a愈小，機構(gòu)傳動性能愈好。愈小，機構(gòu)傳動性能愈好。2.2.傳動角傳動角g g傳動角：傳動角： 連桿與從動件所夾的銳角連桿與從動件所夾的銳角g g。 g g=900-a ag g越大，機構(gòu)的傳動性能

5、越好，設(shè)計時一般應(yīng)使越大，機構(gòu)的傳動性能越好，設(shè)計時一般應(yīng)使g gmin40，對于高速大功對于高速大功率機械應(yīng)使率機械應(yīng)使g gmin50。3.3.最小傳動角的位置最小傳動角的位置鉸鏈四桿機構(gòu)在曲柄與機架共線的兩位置出現(xiàn)最小傳動角。鉸鏈四桿機構(gòu)在曲柄與機架共線的兩位置出現(xiàn)最小傳動角。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *（3）死點位置的克服增大從動件的質(zhì)量、利用慣性度過死點位置。采用機構(gòu)錯位排列的方法機機構(gòu)構(gòu)錯錯位位排排列列利用慣性利用慣性車輪聯(lián)動機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *（4）死點的利弊利：工程上利用死點進行工作。 弊：機構(gòu)有死點，從動件將出現(xiàn)卡死或運動方向不確定現(xiàn)象，對傳動機 構(gòu)不利機械設(shè)計基

6、礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *3 3 急回特性急回特性急回特性機構(gòu)工作件返回行程速度大于工作行程的特性。工作行程時：V1=C1C2/t1 返回行程時：V2=C1C2/t2行程速比系數(shù)K為了表示工作件往復(fù)運動時的急回程度，用V2和V1的比值K來描述。由上式可得：111800kk00212122121121180180/tttcctccVVk急回特性的作用四桿機構(gòu)的急回特性可以節(jié)省空間，提高生產(chǎn)率。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *3-2-23-2-2雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)應(yīng)用舉例：慣性篩、插床機構(gòu)運動特點：從動曲柄變速回轉(zhuǎn)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *慣性篩雙曲柄機構(gòu)應(yīng)用實例機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *插床機

7、構(gòu)雙曲柄機構(gòu)應(yīng)用實例機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *3-2-3 3-2-3 雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)港口起重機、飛機起落架、車輛的前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)應(yīng)用舉例：機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *雙搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例港口起重機選擇連桿上合適的點，軌跡為近似的水平直線機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *雙搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例飛機起落架機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *車輛的前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *3-3 3-3 鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在的條件鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在的條件鉸鏈四桿機構(gòu)有一個曲柄的條件：(1) 最短桿與最長桿之和小于或等于其余兩桿長度之和；(2) 最短桿為連架桿。+ + 1l4l2l3l機

8、械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *判別鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型的方法：機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)3.3 平面四桿機構(gòu)的基本特性可用以下方法來判別鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型：2.若機構(gòu)滿足桿長之和條件，則(1) 以最短桿的鄰邊為機架時為曲柄搖桿機構(gòu)(2) 以最短桿為機架時為雙曲柄機構(gòu)(3) 以最短桿的對邊為機架時為雙搖桿機構(gòu)1.若機構(gòu)不滿足桿長之和條件則只能成為雙搖桿機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *3-4 3-4 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化鉸鏈四桿機構(gòu)的演化1.滑塊四桿機構(gòu) 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *2.2.偏心輪機構(gòu)偏心輪機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *3-6 3-6 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計一

9、個設(shè)計過程：已知條件構(gòu)件尺寸 兩類基本問題：實現(xiàn)給定運動規(guī)律； 實現(xiàn)給定運動軌跡； 三種設(shè)計方法： 圖解法 解析法 實驗法 已知條件：運動條件、幾何條件、動力條件。簡明易懂，精確性差。精確度好，計算繁雜。形象直觀，過程復(fù)雜。機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *3-6-1 3-6-1 按給定的連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)按給定的連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu) 分析：根據(jù)設(shè)計要求，鉸鏈四桿機構(gòu)在運動過程中，其連桿必須能依分析：根據(jù)設(shè)計要求，鉸鏈四桿機構(gòu)在運動過程中，其連桿必須能依次通過預(yù)定位置次通過預(yù)定位置、，。顯然，此類機構(gòu)設(shè)計的實質(zhì)就是確定。顯然，此類機構(gòu)設(shè)計的實質(zhì)就是確定兩固定鉸鏈兩固定鉸鏈A A、D D點的位置。

10、由鉸鏈四桿機構(gòu)運動可知，連桿上點的位置。由鉸鏈四桿機構(gòu)運動可知，連桿上B B、C C兩點的兩點的運動軌跡分別是以運動軌跡分別是以A A、D D兩點為圓心的圓或圓弧，而連桿相鄰位置對應(yīng)點的兩點為圓心的圓或圓弧，而連桿相鄰位置對應(yīng)點的連線連線B B1 1B B2 2、B B2 2B B3 3、C C1 1C C2 2、C C2 2C C3 3分別為對應(yīng)圓或圓弧上的弦長。所以，分別為對應(yīng)圓或圓弧上的弦長。所以，A A、D D兩點必然分別位于上述對應(yīng)弦長的垂直平分線上。這樣，此類連桿機構(gòu)的兩點必然分別位于上述對應(yīng)弦長的垂直平分線上。這樣，此類連桿機構(gòu)的設(shè)計就變得比較簡單了。下面分別討論兩種情況的主要設(shè)

11、計步驟：設(shè)計就變得比較簡單了。下面分別討論兩種情況的主要設(shè)計步驟： 1 1給定連桿兩個位置設(shè)計四桿機構(gòu)給定連桿兩個位置設(shè)計四桿機構(gòu)2 2給定連桿三個位置設(shè)計四桿機構(gòu)給定連桿三個位置設(shè)計四桿機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *1 1給定連桿兩個位置設(shè)計四桿機構(gòu)給定連桿兩個位置設(shè)計四桿機構(gòu)主要設(shè)計步驟：主要設(shè)計步驟： 根據(jù)已知條件，選取適當(dāng)?shù)谋壤吒鶕?jù)已知條件，選取適當(dāng)?shù)谋壤遧 l，繪出連桿的兩個位置，繪出連桿的兩個位置 ； 連接連接 ，并分別作它們的垂直平分線，并分別作它們的垂直平分線 ； 在在 和和 上分別任取兩點上分別任取兩點A A、D D（一般也可根據(jù)其它輔助條件（一般也可根據(jù)其它輔助條件

12、選?。贿x取）； 連接連接ABAB1 1C C1 1D D 即為所求四桿機構(gòu)的一個位置。即為所求四桿機構(gòu)的一個位置。 注意：注意：在給定連桿的兩個位置要求設(shè)計四桿機構(gòu)時，由于在給定連桿的兩個位置要求設(shè)計四桿機構(gòu)時，由于A A、D D兩點可在兩點可在 和和 上任意選取，因此可得無窮多組解。一般還應(yīng)該考慮其它輔助上任意選取，因此可得無窮多組解。一般還應(yīng)該考慮其它輔助條件，例如，滿足合理的結(jié)構(gòu)要求，使機械在運轉(zhuǎn)中的最小傳動角最條件，例如，滿足合理的結(jié)構(gòu)要求，使機械在運轉(zhuǎn)中的最小傳動角最大，等等。大，等等。例例2211CBCB、2121CCCB、1212cb 、12b12c12b12c機械設(shè)計基礎(chǔ)機械

13、設(shè)計基礎(chǔ)* *A1B2B3B1C2C3CD12b12c23b已知：連桿BC長度及三個位置（B1C1,B2C2,B3C3）要求：設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu)設(shè)計步驟：連接B1B2、B2B3，作線B1B2、B2B3的垂直平分線b12、b23，交于A點；連接C1C2、C2C3，作線C1C2、C2C3的垂直平分線c12、c23，交于D點；連接AB1、C1D。23c機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *已知條件：行程速比系數(shù)已知條件：行程速比系數(shù)K K、搖桿的長度、搖桿的長度 CDCD和搖桿的擺角和搖桿的擺角（1 1）計算極位夾角）計算極位夾角（2 2）取適當(dāng)?shù)谋壤撸┤∵m當(dāng)?shù)谋壤遧 l = = CDCD/ /CDCD(

14、m/mm)(m/mm)，并由，并由 CD CD 和和 作出兩極限位置作出兩極限位置C C1 1D D、C C2 2D D; ;（3 3）過）過C C2 2點作點作C C1 1C C2 2N N9090的射線的射線C C2 2N N，然后再過，然后再過C C1 1點作點作C C2 2C C1 1的垂線的垂線C C1 1N N 交交C C2 2N N于于P P; ;（4 4）以）以C C2 2P P為直徑作圓，圓心為為直徑作圓，圓心為O O，則，則A A點必在此圓上點必在此圓上; ;（5 5）由其他已知條件在圓周上取點）由其他已知條件在圓周上取點A A，連，連ACAC1 1、ACAC2 2; ;（

15、6 6）以）以A A為圓心，為圓心，ACAC1 1為半徑做圓弧交為半徑做圓弧交ACAC2 2于于E E點，作點，作ECEC2 2的垂直平分線得的垂直平分線得ECEC2 2之半即之半即為為ABAB長度由于極限位置處曲柄與連桿共線，故長度由于極限位置處曲柄與連桿共線，故ACAC2 2BCBCABAB，ACAC1 1BCBCABAB，因此，容易得到，因此，容易得到 （7 7）討論：由于）討論：由于A A點可在點可在C C1 1PCPC2 2的外接圓周的弧的外接圓周的弧C C1 1PCPC2 2上任意選取，所以，若僅按行程速比系數(shù)上任意選取，所以，若僅按行程速比系數(shù)K K來設(shè)計，可以得到無窮多組解。因

16、此，在未給出其它附加條件的情況下，如欲獲得良好的傳動質(zhì)來設(shè)計，可以得到無窮多組解。因此，在未給出其它附加條件的情況下，如欲獲得良好的傳動質(zhì)量，可按照傳動角最優(yōu)或其它輔助條件來確定量，可按照傳動角最優(yōu)或其它輔助條件來確定A A點的位置。點的位置。11180oKK)2()(212)(2122l12lBC2l12lABECACACAClECACACl3-6-2 3-6-2 按給定行程速比系數(shù)設(shè)計平面四桿機構(gòu)按給定行程速比系數(shù)設(shè)計平面四桿機構(gòu) lll機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *2 2曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu) 已知條件：行程速比系數(shù)已知條件：行程速比系數(shù)K K、滑塊行程滑塊行程H H偏心距偏心距e e

17、 計算極位夾角計算極位夾角; ; 作直線作直線C C1 1C C2 2H H/ /l l，且，且C C1 1、C C2 2作為滑塊的兩極限位置作為滑塊的兩極限位置; ; 根據(jù)根據(jù)C C1 1、C C2 2點求滿足極位夾角為點求滿足極位夾角為的的A A點（結(jié)果為一圓弧點（結(jié)果為一圓弧C C1 1PCPC2 2）; ; 作一直線與平行，并使其間的距離等于偏心距作一直線與平行，并使其間的距離等于偏心距e e ，則此直線與上，則此直線與上述圓弧的交點即為曲柄的軸心述圓弧的交點即為曲柄的軸心A A 的位置的位置; ; 連接連接ACAC1 1、ACAC2 2，并按上述作圖方法，即可得到曲柄的長度，并按上述

18、作圖方法，即可得到曲柄的長度 lABAB和和連桿的長度連桿的長度 lBCBC。11180oKK機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu) 分析（機構(gòu)簡圖演示）：對于擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，其極位夾角分析（機構(gòu)簡圖演示）：對于擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，其極位夾角 等于導(dǎo)桿的擺角等于導(dǎo)桿的擺角，而所需要確定的尺寸是曲柄長度而所需要確定的尺寸是曲柄長度lACAC。 已知條件：行程速比系數(shù)已知條件：行程速比系數(shù)K K、機架長度、機架長度lADAD 計算極位夾角；計算極位夾角； 選擇適當(dāng)?shù)谋壤咦髦本€選擇適當(dāng)?shù)谋壤咦髦本€l l，任選固定鉸鏈點任選固定鉸鏈點D D； 按夾角按夾角（）作出導(dǎo)桿的兩極限位置）作出導(dǎo)桿的兩極限

19、位置DmDm和和DnDn；作擺角作擺角的角平分線的角平分線ADAD，并在，并在ADAD上截取上截取AD=AD=l lADAD/ /l l，即可得到曲柄軸心即可得到曲柄軸心A A點的位置；點的位置； 過過A A點作導(dǎo)桿極限位置的垂線點作導(dǎo)桿極限位置的垂線ACAC1 1（或（或ACAC2 2），即得曲柄長度），即得曲柄長度l lACAC= =l lACAC。11180oKK機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *3-6-2 3-6-2 按給定兩連架桿的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)按給定兩連架桿的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu) 剛化反轉(zhuǎn)法機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *設(shè)計步驟： 機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ)* *已知：連桿AB和CD的三組對應(yīng)位置 要求：確定各構(gòu)件的長度a、b、c、d 步驟：建立坐標(biāo)系xAy，和分別為AB和CD的初始角。將各向量坐標(biāo)投影得 ，將三組已知位置代入以上公式，確定出選定曲柄長度a，則b、c、d。設(shè)計出所需四桿機構(gòu)1100233d3AByCcx