平面連桿機構(gòu)演化

1、3.2 3.2 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化鉸鏈四桿機構(gòu)的演化 在實際工作機械中，鉸鏈四桿機構(gòu)還遠遠不能滿足需要，生產(chǎn)在實際工作機械中，鉸鏈四桿機構(gòu)還遠遠不能滿足需要，生產(chǎn)實踐中，常常采用多種不同外形、結(jié)構(gòu)和特性的四桿機構(gòu)，都可實踐中，常常采用多種不同外形、結(jié)構(gòu)和特性的四桿機構(gòu)，都可以認為是鉸鏈四桿機構(gòu)的演化形式。以認為是鉸鏈四桿機構(gòu)的演化形式。 常用的的演化方法常用的的演化方法： （1 1）變轉(zhuǎn)動副為移動副；（）變轉(zhuǎn)動副為移動副；（2 2）取不同的構(gòu)件作機架；）取不同的構(gòu)件作機架； （3 3）擴大轉(zhuǎn)動副和移動副的尺寸。）擴大轉(zhuǎn)動副和移動副的尺寸。 3.2 3.2 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化鉸鏈四桿機構(gòu)的演化

2、3.2.1 3.2.1 曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu) （ 1）由曲柄搖桿機構(gòu)由曲柄搖桿機構(gòu)，將，將CD無窮大，無窮大，C點軌跡變成直線；點軌跡變成直線； （ 2）演化方法演化方法：將轉(zhuǎn)動副將轉(zhuǎn)動副移動副移動副； （ 3）類型類型： a.偏心曲柄滑塊機構(gòu)偏心曲柄滑塊機構(gòu) ，e0 偏距：曲柄轉(zhuǎn)動中心距導路偏距：曲柄轉(zhuǎn)動中心距導路的距離。的距離。 b.對心曲柄滑塊機構(gòu)，對心曲柄滑塊機構(gòu)，e=0轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副3.2 3.2 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化鉸鏈四桿機構(gòu)的演化（4 4）應用案例應用案例：內(nèi)燃機、空氣壓縮機、沖床和送料機構(gòu)等。：內(nèi)燃機、空氣壓縮機、沖床和送料機構(gòu)等。對心曲柄滑塊機構(gòu)對心

3、曲柄滑塊機構(gòu)3.2 3.2 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化鉸鏈四桿機構(gòu)的演化 鋸管機構(gòu)鋸管機構(gòu)測量儀表機構(gòu)測量儀表機構(gòu)自動送料機構(gòu)自動送料機構(gòu)（5 5）功能功能：將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為滑塊的往復移動：將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為滑塊的往復移動3.2 3.2 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化鉸鏈四桿機構(gòu)的演化 3.2.2 3.2.2 導桿機構(gòu)導桿機構(gòu) （1 1）演化過程演化過程：改變對心曲柄滑塊中的機架而演化來的；：改變對心曲柄滑塊中的機架而演化來的； （2 2）演化方法演化方法：改變曲柄滑塊機構(gòu)的機架：改變曲柄滑塊機構(gòu)的機架, ,以構(gòu)件以構(gòu)件1 1為機架為機架。導桿機構(gòu)的演化導桿機構(gòu)的演化3.2 3.2 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化鉸鏈四桿機構(gòu)的演化導桿

4、機構(gòu)類型：導桿機構(gòu)類型：l1 l2轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)擺動導桿機構(gòu)擺動導桿機構(gòu)L1L2L1L23.2 3.2 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化鉸鏈四桿機構(gòu)的演化（3 3）應用案例應用案例：常用于牛頭刨床、插床和回轉(zhuǎn)油泵中。：常用于牛頭刨床、插床和回轉(zhuǎn)油泵中。牛頭刨床主體機構(gòu)1234擺動導桿機構(gòu)擺動導桿機構(gòu) 當桿2的長度小于機架長度時，導稈4只能作來回擺動，又稱為擺動導稈機構(gòu)，牛頭刨中的主運動機構(gòu)是他的應用實例當構(gòu)件2和構(gòu)件4均能作整周轉(zhuǎn)動，小型刨床就是應用實例轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu) (4)(4)功能功能: : 將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為導桿的轉(zhuǎn)動或擺動。將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為導桿的轉(zhuǎn)動或擺動。3.2 3.

5、2 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化鉸鏈四桿機構(gòu)的演化 3.2.3 3.2.3 搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu) 1 1、搖塊機構(gòu)（擺動導桿滑塊機構(gòu)）搖塊機構(gòu)（擺動導桿滑塊機構(gòu)） （1 1）演化方法：演化方法：以以構(gòu)件構(gòu)件2 2為機架為機架，可得搖塊機構(gòu)，可得搖塊機構(gòu)。 （2 2）應用實例：應用實例：卡車車廂自動卸料機構(gòu)、玩具步行機構(gòu)卡車車廂自動卸料機構(gòu)、玩具步行機構(gòu) 卡車車廂自動卸料機構(gòu)卡車車廂自動卸料機構(gòu)搖塊機構(gòu)的演化搖塊機構(gòu)的演化3.2 3.2 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化鉸鏈四桿機構(gòu)的演化 2 2、定塊機構(gòu)（定塊機構(gòu)（移動導桿移動導桿機構(gòu)）機構(gòu)）： （1 1）演化方法：演化方法：以以構(gòu)件構(gòu)件3 3為機架為

6、機架，得到定塊機構(gòu)。，得到定塊機構(gòu)。 （2 2）應用實例：應用實例：手動抽水機手動抽水機 移動導桿移動導桿機構(gòu)的演化機構(gòu)的演化手動抽水機手動抽水機曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)導桿機構(gòu)導桿機構(gòu)搖塊機構(gòu)搖塊機構(gòu) 定塊機構(gòu)定塊機構(gòu)( (直動滑桿機構(gòu)直動滑桿機構(gòu)) )ABCABC AB AC轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu) AB 2 2 , t, t1 1tt2 2 , , v v2 2 =C=C1 1C C2 2/t/t2 2 1 1=180=180+, +, v v1 1 =C=C1 1C C2 2/t/t1 1曲柄轉(zhuǎn)角曲柄轉(zhuǎn)角 2 2=180=180-C C1 1C C2 2C C2 2C C1 1 鉸鏈鉸

7、鏈C的的平均速度平均速度：v v1 1v0K1此時機構(gòu)具有急回特性，此時機構(gòu)具有急回特性， K 急急 回特性越顯著?；靥匦栽斤@著。 b、=0K=1，此時機構(gòu)無急回特性，此時機構(gòu)無急回特性。11180KK二、壓力角和傳動角二、壓力角和傳動角A AB BC CD DF Fvcvc（1 1）機構(gòu)機構(gòu)壓力角壓力角: :在不計摩擦力、慣在不計摩擦力、慣性力和重力的條件性力和重力的條件下，機構(gòu)中驅(qū)使輸下，機構(gòu)中驅(qū)使輸出件出件運動的力運動的力與輸與輸出件上受力點的出件上受力點的速速度方向度方向間所夾的間所夾的銳銳角角，稱為機構(gòu)，稱為機構(gòu)壓力壓力角角，通常用，通常用表示。表示。傳動角傳動角：壓力角：壓力角的余

8、角。的余角。A AB BC CD DvcvcF FF1F1F2F2通常用通常用表示表示. .F F1 1 為為有效分力有效分力F1 = F1 = FcosFcos, ,F F1 1 在連桿設計中，為度量方便，習慣用傳動角在連桿設計中，為度量方便，習慣用傳動角來判斷機構(gòu)傳力性來判斷機構(gòu)傳力性能。能。 F F1 1 ，機構(gòu)傳力性能越好，反之，機構(gòu)傳力越費勁，傳，機構(gòu)傳力性能越好，反之，機構(gòu)傳力越費勁，傳動效率越低。動效率越低。 9090，連桿和從動搖，連桿和從動搖桿之間所夾的銳角桿之間所夾的銳角3.3 3.3 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性 為保證機構(gòu)的傳力性能良好，必須限定機構(gòu)的最

9、小傳為保證機構(gòu)的傳力性能良好，必須限定機構(gòu)的最小傳動角，通常動角，通常min 。 對于一般機械，通常對于一般機械，通常 =4050,對于傳遞功率大的對于傳遞功率大的機械機械 50 ，對于一些非傳力機構(gòu)，也可取，對于一些非傳力機構(gòu)，也可取40,但不但不能過小。能過小。 想一想想一想 練一練練一練 試確定下列不同機構(gòu)以曲柄為原動件時的極限位置試確定下列不同機構(gòu)以曲柄為原動件時的極限位置？3.3 3.3 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性 想一想想一想 練一練練一練 試確定擺動導桿機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu)以曲柄為原動件時試確定擺動導桿機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu)以曲柄為原動件時是否存在急回特性？是否存在急

10、回特性？3.3 3.3 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性 3、min 的確定的確定 （1）曲柄搖桿機構(gòu)的）曲柄搖桿機構(gòu)的min位置位置 搖桿搖桿CD為從動件，曲柄為從動件，曲柄AB為原動時，當原動件為原動時，當原動件AB與機架與機架AD共線時，共線時，傳動角最小。比較兩者兩次共線的傳動角最小。比較兩者兩次共線的min，并取小值為該機構(gòu)的最小傳動角，并取小值為該機構(gòu)的最小傳動角min 。3.3 3.3 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性（2）曲柄滑塊機構(gòu)）曲柄滑塊機構(gòu)min位置位置 對于曲柄滑塊機構(gòu)，當主動件為曲柄時，最小傳動角對于曲柄滑塊機構(gòu)，當主動件為曲柄時，最小傳動角

11、出現(xiàn)在曲柄與機架垂直的位置。出現(xiàn)在曲柄與機架垂直的位置。3.3 3.3 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性 （3 3）擺動導桿機構(gòu)）擺動導桿機構(gòu) 1 1）以曲柄為原動件，傳動角）以曲柄為原動件，傳動角恒恒等于等于9090 。 2 2）以導桿為原動件，傳動角）以導桿為原動件，傳動角min= =0 0，位置出現(xiàn)在導，位置出現(xiàn)在導桿與曲柄垂直處。桿與曲柄垂直處。3.3 3.3 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性3.3.3 3.3.3 死點位置死點位置（主動件條件）（主動件條件） 1 1、概念：平面連桿機構(gòu)的傳動角、概念：平面連桿機構(gòu)的傳動角=0=0，壓力角，壓力角=90=90的位

12、置稱為的位置稱為死點位置。死點位置。 在不計構(gòu)件的重力、慣性力和運動副中的摩擦阻力的條件下在不計構(gòu)件的重力、慣性力和運動副中的摩擦阻力的條件下: : 當搖桿為主動件當搖桿為主動件，連桿和曲柄共線時，過鉸鏈中心，連桿和曲柄共線時，過鉸鏈中心A A的力，對的力，對A A點不產(chǎn)點不產(chǎn)生力矩，不能使曲柄轉(zhuǎn)動，機構(gòu)的這種位置稱為生力矩，不能使曲柄轉(zhuǎn)動，機構(gòu)的這種位置稱為死點位置死點位置 。B BD DA AC CF FD DA AB BC CF F3.3 3.3 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性2 2、死點位置的利弊死點位置的利弊 利利：工程上利用死點位置進行工作。：工程上利用死點位置進行工

13、作。 夾具機構(gòu)夾具機構(gòu)飛機起落架機構(gòu)飛機起落架機構(gòu)3.3 3.3 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性 弊弊：機構(gòu)有死點，從動件出現(xiàn)卡死或運動方向不確定：機構(gòu)有死點，從動件出現(xiàn)卡死或運動方向不確定現(xiàn)象，對傳動不利，如縫紉機的腳踏機構(gòu)?，F(xiàn)象，對傳動不利，如縫紉機的腳踏機構(gòu)。縫紉機的腳踏機構(gòu)縫紉機的腳踏機構(gòu)3.3 3.3 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性 3 3、克服死點的方法、克服死點的方法 （1 1）增大從動件的質(zhì)量，利用慣性度過死點位置。增大從動件的質(zhì)量，利用慣性度過死點位置。 （2 2）在從動曲柄上施加外力或安裝飛輪以增加慣性。）在從動曲柄上施加外力或安裝飛輪以增加慣性

14、。 （3 3）采用相同的機構(gòu)錯位排列。）采用相同的機構(gòu)錯位排列?；疖囓囕喡?lián)動裝置火車車輪聯(lián)動裝置縫紉機的腳踏機構(gòu)縫紉機的腳踏機構(gòu)3.3 3.3 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性想一想想一想 練一練練一練 請問擺動導桿機構(gòu)、對心曲柄滑塊機構(gòu)以哪個構(gòu)件為請問擺動導桿機構(gòu)、對心曲柄滑塊機構(gòu)以哪個構(gòu)件為原動件時，機構(gòu)存在死點位置？原動件時，機構(gòu)存在死點位置？3.4 3.4 平面四桿機構(gòu)的設計平面四桿機構(gòu)的設計 平面四桿機構(gòu)的設計，主要考慮給定的運動條件，確平面四桿機構(gòu)的設計，主要考慮給定的運動條件，確定機構(gòu)運動簡圖。有時為了使設計可靠、合理，還應考慮定機構(gòu)運動簡圖。有時為了使設計可靠、合理

15、，還應考慮幾何條件和動力條件。幾何條件和動力條件。 生產(chǎn)實踐中的四桿機構(gòu)設計問題可歸納為兩類生產(chǎn)實踐中的四桿機構(gòu)設計問題可歸納為兩類： （1 1）實現(xiàn)給定的從動件運動規(guī)律）實現(xiàn)給定的從動件運動規(guī)律, ,或使從動件具有急或使從動件具有急回特性?；靥匦?。 （2 2）實現(xiàn)給定的運動規(guī)律。）實現(xiàn)給定的運動規(guī)律。 平面四桿機構(gòu)運動設計的方法有圖解法、實驗法和解平面四桿機構(gòu)運動設計的方法有圖解法、實驗法和解析法。本節(jié)主要介紹析法。本節(jié)主要介紹圖解法圖解法3.4 3.4 平面四桿機構(gòu)的設計平面四桿機構(gòu)的設計3.4.1 3.4.1 按給定的行程速比系數(shù)設計四桿機構(gòu)按給定的行程速比系數(shù)設計四桿機構(gòu) 已知條件：（

16、已知條件：（1 1）行程速比系數(shù)）行程速比系數(shù)K （2 2）機構(gòu)的極限位置處的幾何關）機構(gòu)的極限位置處的幾何關系系 （3 3）其他輔助條件）其他輔助條件 1 1、曲柄搖桿機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu) 已知條件已知條件：搖桿的長度：搖桿的長度lCD 、擺角、擺角和行程速比系數(shù)和行程速比系數(shù)K 設計設計：1）確定鉸鏈）確定鉸鏈A的位置；的位置；2）確定其他三個構(gòu)件的長度）確定其他三個構(gòu)件的長度 3.4 3.4 平面四桿機構(gòu)的設計平面四桿機構(gòu)的設計 曲柄搖桿機構(gòu)的設計步驟：曲柄搖桿機構(gòu)的設計步驟： （1 1）按給定行程速比系數(shù)按給定行程速比系數(shù)K，求出極位夾角，求出極位夾角， 11180KK3.4 3.4 平

17、面四桿機構(gòu)的設計平面四桿機構(gòu)的設計 曲柄搖桿機構(gòu)的設計步驟：曲柄搖桿機構(gòu)的設計步驟： （2 2）任選）任選確定適當?shù)拈L度比例尺確定適當?shù)拈L度比例尺l ，任選固定鉸鏈，任選固定鉸鏈中心中心D D的位置，按搖桿長度的位置，按搖桿長度lCDCD和擺角和擺角，作出搖桿的兩個作出搖桿的兩個極限位置極限位置C1D和和C2 2D。3.4 3.4 平面四桿機構(gòu)的設計平面四桿機構(gòu)的設計 （3）連接）連接C1和和C2，并作，并作C1C2的垂線的垂線C1M。 （4）作）作 C1C2N=90-，則，則C1M與與C2N相交于相交于P點，由點，由圖知：圖知： C1PC2=。 （5）作）作C1PC2的外接圓，在此圓周上（弧

18、的外接圓，在此圓周上（弧C1C2和弧和弧EF除外）任意一點都可以作為曲柄的固定鉸鏈中心除外）任意一點都可以作為曲柄的固定鉸鏈中心A，現(xiàn)，現(xiàn)任取一點。連接任取一點。連接AC1和和AC2，因同弧上的圓周角相等，故，因同弧上的圓周角相等，故C1AC2= C1PC2=。 3.4 3.4 平面四桿機構(gòu)的設計平面四桿機構(gòu)的設計（6）確定）確定AC1、AC2的長度，可得的長度，可得 AB=（AC2 - AC1 ）/2，BC=（AC2 - AC1 ） 實際構(gòu)件長度實際構(gòu)件長度lAB =l AB， lBC =l BC， lCD =l CD3.4 3.4 平面四桿機構(gòu)的設計平面四桿機構(gòu)的設計 2、導桿機構(gòu)、導桿機

19、構(gòu) 已知條件：機架長度已知條件：機架長度l4、行程速比系數(shù)、行程速比系數(shù)K，設計導桿機構(gòu)設計導桿機構(gòu) 解題的關鍵解題的關鍵： 分析極位夾角分析極位夾角與擺角與擺角的關系的關系 3.4 3.4 平面四桿機構(gòu)的設計平面四桿機構(gòu)的設計 設計步驟：設計步驟： （1 1）由已知的行程速比系數(shù)）由已知的行程速比系數(shù)K，求得，求得（也即擺角（也即擺角）即）即 （2 2）任選固定鉸鏈中心）任選固定鉸鏈中心C，以夾角，以夾角作出導桿的作出導桿的 兩個極限位置。兩個極限位置。 （3 3）作擺角的平分線）作擺角的平分線AC，并在線上取，并在線上取AC=l4/l 得固定鉸鏈中心得固定鉸鏈中心A的位置。的位置。 （4）

20、過）過A點作導桿極限位置的垂直點作導桿極限位置的垂直AB1（或（或AB2） 得曲柄的長度得曲柄的長度l1=AB1l11180KK3.4 3.4 平面四桿機構(gòu)的設計平面四桿機構(gòu)的設計3.4.1 3.4.1 按給定連桿位置設計四桿機構(gòu)按給定連桿位置設計四桿機構(gòu) 案例分析案例分析：如圖所示為一加熱爐爐門開啟機構(gòu)，其為鉸：如圖所示為一加熱爐爐門開啟機構(gòu)，其為鉸鏈四桿機構(gòu)，已知爐門的兩個位置及兩個活動鉸鏈的中心矩，鏈四桿機構(gòu)，已知爐門的兩個位置及兩個活動鉸鏈的中心矩，試設計加熱爐爐門開啟機構(gòu)。試設計加熱爐爐門開啟機構(gòu)。加熱爐爐門開啟機構(gòu)加熱爐爐門開啟機構(gòu)3.4 3.4 平面四桿機構(gòu)的設計平面四桿機構(gòu)的設計 1 1、按給定連桿的兩個位置設計四桿機構(gòu)按給定連桿的兩個位置設計四桿機構(gòu) 已知鉸鏈四桿機構(gòu)連桿已知鉸鏈四桿機構(gòu)連桿B1C1、B2C2的兩個位置，試設的兩個位置，試設計鉸鏈四桿機構(gòu)。