第三章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)06[1][1][1]313

1、第三章第三章 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) 主要內(nèi)容 1 平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式及演化 2 曲柄存在的條件 3 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3-1 3-1 平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題計(jì)的基本問(wèn)題二、連桿機(jī)構(gòu)的分類二、連桿機(jī)構(gòu)的分類1 1、根據(jù)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分為：、根據(jù)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分為：平面連桿機(jī)構(gòu)，空間連桿機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)，空間連桿機(jī)構(gòu)。2 2、根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目分為：、根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目分為：四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)等四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)等。 若干個(gè)構(gòu)件全用低副若干個(gè)構(gòu)件全用低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，也聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，也稱之為低副機(jī)構(gòu)（連稱之為低

2、副機(jī)構(gòu)（連桿機(jī)構(gòu)）。桿機(jī)構(gòu)）。一、一、 連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)三、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)三、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)1）適用于傳遞較大的動(dòng)力，低副面接觸,磨損減?。?常用于動(dòng)力機(jī)械。2）易于制造，易于保證所要求的制造精度3）依靠運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形面保持構(gòu)件間的相互接觸4)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式多種多樣，能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)不足之處：1）只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡.2）產(chǎn)生慣性力，引起較大的振動(dòng)和動(dòng)載荷,不宜于傳遞高速運(yùn)動(dòng)。3) 當(dāng)給定的運(yùn)動(dòng)要求較多時(shí),需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副較多,機(jī)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，自鎖平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)包括：選型和運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)（確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的參數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)副之間的距離，移動(dòng)副位置尺寸等）運(yùn)動(dòng)尺寸

3、設(shè)計(jì)分為以下三類：1)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件給定位置，要求連桿機(jī)構(gòu)引導(dǎo)某構(gòu) 件按規(guī)定順序經(jīng)過(guò)若干給定的位置。2)實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律，要求主從動(dòng)件滿足已知的若干組對(duì)應(yīng)關(guān)系。3)實(shí)現(xiàn)已知的運(yùn)動(dòng)軌跡，要求構(gòu)件上某一點(diǎn)沿給定的軌跡運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)方法主要是：圖解法和解析法，圖譜法。圖解法：利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各運(yùn)動(dòng)副位置之間的幾何關(guān)系，通過(guò)作圖獲得有關(guān)運(yùn)動(dòng)尺寸。直觀形象，精度低。解析法：將運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)問(wèn)題用數(shù)學(xué)方程加以描述，通過(guò)方程的求解獲得有關(guān)運(yùn)動(dòng)尺寸。一種有效的設(shè)計(jì)方法。圖譜法是利用編寫匯集的連桿曲線圖冊(cè)來(lái)設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu). 3-1 3-1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式、及其演化平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式、及其演化一、一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

4、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)與機(jī)架組成運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件稱為與機(jī)架組成運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件稱為連架桿連架桿. .機(jī)架機(jī)架4 4連架桿連架桿1 1連桿連桿2 2連架桿連架桿3 3不與機(jī)架組成運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件稱為不與機(jī)架組成運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件稱為連桿連桿。若組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩構(gòu)件能作整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)若組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩構(gòu)件能作整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng), ,則該則該轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副, ,否則稱為否則稱為擺動(dòng)副擺動(dòng)副. .所有運(yùn)動(dòng)副均為所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu):兩連架桿中，一個(gè)為曲柄，兩連架桿中，一個(gè)為曲柄，而另一個(gè)為搖桿。而另一個(gè)為搖桿。2 2）雙曲柄機(jī)構(gòu)雙

5、曲柄機(jī)構(gòu) 兩連架桿均為曲柄。兩連架桿均為曲柄。3 3）雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu) 兩連架桿均為搖桿。兩連架桿均為搖桿。曲柄曲柄: :與機(jī)架組成整轉(zhuǎn)副的連架桿與機(jī)架組成整轉(zhuǎn)副的連架桿. .搖桿搖桿: :與機(jī)架組成擺動(dòng)副的連架桿與機(jī)架組成擺動(dòng)副的連架桿. .根據(jù)兩根據(jù)兩連架桿連架桿為曲柄或搖桿為曲柄或搖桿: :機(jī)構(gòu)倒置機(jī)構(gòu)倒置曲柄搖桿雙曲柄曲柄搖桿雙搖桿低副運(yùn)動(dòng)可逆性:以低副相連的兩構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系,不會(huì)因取其中那一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架而改變.倒置機(jī)構(gòu)倒置機(jī)構(gòu): :通過(guò)更換機(jī)架而得到通過(guò)更換機(jī)架而得到的機(jī)構(gòu)稱為原機(jī)構(gòu)的倒置機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)稱為原機(jī)構(gòu)的倒置機(jī)構(gòu)二二 含一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)含一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)副

6、轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副321DCBA(a)(a)321DCBA(b)(b)機(jī)架上制作一同樣軌跡的圓弧槽機(jī)架上制作一同樣軌跡的圓弧槽, ,滑塊置于槽中滑塊置于槽中, ,弧形滑塊的運(yùn)動(dòng)完全等同于轉(zhuǎn)動(dòng)副弧形滑塊的運(yùn)動(dòng)完全等同于轉(zhuǎn)動(dòng)副D D的作用的作用321DCBA(c)(c)e e4 4轉(zhuǎn)動(dòng)副演化為移動(dòng)副，演化為含一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu):曲柄滑塊機(jī)構(gòu).e為偏距,曲柄回轉(zhuǎn)中心到直槽中心線的距離。半徑增加至無(wú)窮半徑增加至無(wú)窮大大, ,圓心圓心D D移到無(wú)移到無(wú)窮遠(yuǎn)處窮遠(yuǎn)處, ,圓弧槽圓弧槽變成了直槽變成了直槽, ,滑滑塊做往復(fù)直線運(yùn)塊做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)ABCe321偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)B BA AC C

7、321 對(duì)心滑塊機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)移動(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)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)B BA AC C321 對(duì)心滑塊機(jī)構(gòu)A A3sB BC C21sinABls 連桿上點(diǎn)連桿上點(diǎn)B B的軌跡是的軌跡是圓弧，連桿長(zhǎng)度變?yōu)闊o(wú)圓弧，連桿長(zhǎng)度變?yōu)闊o(wú)限大，圓弧變?yōu)橹本€，限大，圓弧變?yōu)橹本€，連桿作成滑塊連桿作成滑塊含兩個(gè)移動(dòng)副含兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)的四桿機(jī)構(gòu)曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)三三 含兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)含兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)A A3sB BC C21sinABls四四 偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)半徑加大半徑加大C1CBAC2(a

8、)(a)ABC(b)(b)如果曲柄長(zhǎng)度很短，在如果曲柄長(zhǎng)度很短，在桿狀曲柄兩端裝設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)桿狀曲柄兩端裝設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)副存在設(shè)計(jì)上的困難將副存在設(shè)計(jì)上的困難將曲柄設(shè)計(jì)成偏心距為曲曲柄設(shè)計(jì)成偏心距為曲柄長(zhǎng)的偏心圓盤。柄長(zhǎng)的偏心圓盤。偏心輪偏心輪曲柄長(zhǎng)度很短，兩端裝設(shè)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副存在困難或者曲柄長(zhǎng)度很短，兩端裝設(shè)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副存在困難或者曲柄銷要承受較大的沖擊載荷時(shí)，常采用曲柄銷要承受較大的沖擊載荷時(shí)，常采用 在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)）中，若曲柄很短，可將轉(zhuǎn)動(dòng)副B的尺寸擴(kuò)大到超過(guò)曲柄長(zhǎng)度，則曲柄AB就演化成幾何中心B不與轉(zhuǎn)動(dòng)中心A重合的圓盤，該圓盤稱為偏心輪，含有偏心輪的機(jī)構(gòu)稱為偏心輪機(jī)構(gòu)。偏心輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

9、偏心輪軸頸的強(qiáng)度和剛度大，偏心輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，偏心輪軸頸的強(qiáng)度和剛度大，且易于安裝整體式連桿，廣泛用于曲柄長(zhǎng)度要求較短、且易于安裝整體式連桿，廣泛用于曲柄長(zhǎng)度要求較短、沖擊載荷較大的機(jī)械中。沖擊載荷較大的機(jī)械中。顎式破碎機(jī)3-3 3-3 平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性一、轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副的充分必要條件一、轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副的充分必要條件1.鉸鏈四桿運(yùn)動(dòng)鏈中轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副的鉸鏈四桿運(yùn)動(dòng)鏈中轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副的充分必要條件充分必要條件機(jī)構(gòu)中任意兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系機(jī)構(gòu)中任意兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系與哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架無(wú)關(guān)與哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架無(wú)關(guān).針對(duì)鉸鏈四桿運(yùn)針對(duì)鉸鏈四桿運(yùn)動(dòng)鏈來(lái)分析整轉(zhuǎn)副

10、存在的必要條件動(dòng)鏈來(lái)分析整轉(zhuǎn)副存在的必要條件BDAC1 12 23 34 4a ab bc cd dB2ACB1DEFGFEGd+ad+a|d-a|d-a|b-c|b-c|b+cb+c若若A A為整轉(zhuǎn)副，圓周為整轉(zhuǎn)副，圓周k k1 1上任一點(diǎn)均能與上任一點(diǎn)均能與B B2 2點(diǎn)鉸接點(diǎn)鉸接成轉(zhuǎn)動(dòng)副成轉(zhuǎn)動(dòng)副B,B,即環(huán)形區(qū)域即環(huán)形區(qū)域應(yīng)包容圓周應(yīng)包容圓周k k1 1上各點(diǎn)上各點(diǎn). .K3K3K2K2K1K1(3-1)(3-1)cbdad ab c (3-2) (3-2)圓周圓周k k1 1上任一點(diǎn)均能與上任一點(diǎn)均能與B B2 2點(diǎn)鉸接成轉(zhuǎn)動(dòng)副點(diǎn)鉸接成轉(zhuǎn)動(dòng)副B,B,即環(huán)形區(qū)域即環(huán)形區(qū)域應(yīng)包容圓周應(yīng)包容

11、圓周k k1 1上各點(diǎn)上各點(diǎn). .dab c (3-2) (3-2)當(dāng)當(dāng)a a d d時(shí)時(shí), ,由由(3-2)(3-2)得得: :abcdacbd或或(3-2a)(3-2a)(3-2b)(3-2b)將式將式(3-1)(3-1)和式和式(3-2a),(3-2b)(3-2a),(3-2b)分別兩兩相加分別兩兩相加, ,得得: :a ab,ac,ad (3-3)c,ad (3-3)當(dāng)當(dāng)dada時(shí)時(shí), ,式式(3-2)(3-2)可展開(kāi)為可展開(kāi)為: :(3-1)(3-1)cbdadbacdcab(3-2c)(3-2c)(3-2d)(3-2d)或或?qū)⑹?3-1)和式(3-2c),(3-2d)分別兩兩相加,

12、得:da,db,dc (3-4)da,db,dc (3-4)A A為整轉(zhuǎn)副的條件：為整轉(zhuǎn)副的條件：1 1）組成轉(zhuǎn)動(dòng)副）組成轉(zhuǎn)動(dòng)副A A的兩個(gè)構(gòu)件中必有一個(gè)為四個(gè)構(gòu)的兩個(gè)構(gòu)件中必有一個(gè)為四個(gè)構(gòu)件中的最短桿；件中的最短桿；2 2）最短構(gòu)件與其他三個(gè)構(gòu)件中任一構(gòu)件的長(zhǎng)度）最短構(gòu)件與其他三個(gè)構(gòu)件中任一構(gòu)件的長(zhǎng)度之和不大于另兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和即最短桿與最長(zhǎng)之和不大于另兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和即最短桿與最長(zhǎng)桿之和應(yīng)小于或等于其他兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和。（桿桿之和應(yīng)小于或等于其他兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和。（桿長(zhǎng)之和條件）長(zhǎng)之和條件）反之，若構(gòu)件反之，若構(gòu)件1 1最短，且滿足桿長(zhǎng)之和條件最短，且滿足桿長(zhǎng)之和條件abcdacbd(3-2a)(

13、3-2a)(3-2b)(3-2b)dab c (3-2) (3-2) (3-1)(3-1)圓周圓周k1k1上各點(diǎn)不超出圓周上各點(diǎn)不超出圓周k2k2，(3-2)(3-2)圓周圓周K1K1上各點(diǎn)不在圓周上各點(diǎn)不在圓周k3k3內(nèi)內(nèi), ,環(huán)行區(qū)域包容圓周環(huán)行區(qū)域包容圓周K1K1上各上各點(diǎn)點(diǎn), ,或或B2B2點(diǎn)能達(dá)到圓周點(diǎn)能達(dá)到圓周k1k1上任意位置與上任意位置與B1B1點(diǎn)組成轉(zhuǎn)點(diǎn)組成轉(zhuǎn)動(dòng)副動(dòng)副B,B,所以所以A A是整轉(zhuǎn)副是整轉(zhuǎn)副. .(3-1)(3-1)cbda鉸鏈四桿運(yùn)動(dòng)鏈中，某一轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副的充分必要條件為： 組成該轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩構(gòu)件中必有一個(gè)構(gòu)件為最短構(gòu)件，且四個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度滿足桿長(zhǎng)之和條件。鉸鏈

14、四桿機(jī)構(gòu)類型的判斷條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判斷條件：1 1）2 2）在滿足桿長(zhǎng)之和的條件下：）在滿足桿長(zhǎng)之和的條件下：（2 2）以最短桿為機(jī)架，則兩連架桿為曲柄，）以最短桿為機(jī)架，則兩連架桿為曲柄，（3 3）以最短桿的對(duì)邊構(gòu)件為機(jī)架，均無(wú)曲柄存在，）以最短桿的對(duì)邊構(gòu)件為機(jī)架，均無(wú)曲柄存在，即該機(jī)構(gòu)即該機(jī)構(gòu)。（1 1）以最短桿的相鄰構(gòu)件為機(jī)架，則最短桿為曲柄，）以最短桿的相鄰構(gòu)件為機(jī)架，則最短桿為曲柄，另一連架桿為搖桿，即該機(jī)構(gòu)為另一連架桿為搖桿，即該機(jī)構(gòu)為；(4(4）若有兩個(gè)最短構(gòu)件相等，則另兩個(gè)構(gòu)件長(zhǎng)度也相等，）若有兩個(gè)最短構(gòu)件相等，則另兩個(gè)構(gòu)件長(zhǎng)度也相等，則當(dāng)兩最短都件相鄰時(shí)，有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，

15、當(dāng)兩最短構(gòu)件則當(dāng)兩最短都件相鄰時(shí)，有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，當(dāng)兩最短構(gòu)件相對(duì)時(shí)，有四個(gè)整轉(zhuǎn)副。相對(duì)時(shí)，有四個(gè)整轉(zhuǎn)副。曲柄搖桿雙曲柄曲柄搖桿雙搖桿（四）課堂練習(xí)（四）課堂練習(xí) 1. 試判別下面二個(gè)圖分別屬于什么類型并說(shuō)明連架桿的名稱？ABCD15201830BCAD10281722此機(jī)構(gòu)屬于雙搖桿機(jī)構(gòu)此機(jī)構(gòu)屬于雙曲柄機(jī)構(gòu)15+3020+1810+2817+22又最短桿AB固定作為機(jī)架其中AB、CD都為搖桿其中AB、CD都為曲柄2.試判別下面二個(gè)圖分別屬于什么類型并說(shuō)明連架桿的名稱？此機(jī)構(gòu)屬于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)此機(jī)構(gòu)屬于雙搖桿機(jī)構(gòu)BACD13201924BADC2511261513+2420+19又桿AD是最短桿相

16、鄰的桿件其中AB為曲柄、CD為搖桿11+26 2 2 , t, t1 1tt2 2 , , v v1 1v00。 因此，可通過(guò)分析機(jī)構(gòu)中是否存在因此，可通過(guò)分析機(jī)構(gòu)中是否存在及其大及其大小，來(lái)判斷機(jī)構(gòu)是否具有急回運(yùn)動(dòng)，以及小，來(lái)判斷機(jī)構(gòu)是否具有急回運(yùn)動(dòng)，以及急回的程度。急回的程度。例題分析1、對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) K=1 （滑塊在正反行程中平均速度相等）故，沒(méi)有急回運(yùn)動(dòng)0 B BA AC CB B1 1B B2 2C C2 2C C1 1例題分析例題分析2、偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)故，有急回運(yùn)動(dòng)0 1 K例題分析3、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)所以，有急回運(yùn)動(dòng)0 1 K曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的分類：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的分類：（1 1） 型曲

17、柄搖桿機(jī)構(gòu)型曲柄搖桿機(jī)構(gòu) K1(K1(0),0),搖桿慢行程擺動(dòng)搖桿慢行程擺動(dòng)方向與曲柄轉(zhuǎn)向相同。方向與曲柄轉(zhuǎn)向相同。（2 2）型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)型曲柄搖桿機(jī)構(gòu) K1(K1(0),0),搖桿慢行程擺動(dòng)搖桿慢行程擺動(dòng)方向與曲柄轉(zhuǎn)向相反。方向與曲柄轉(zhuǎn)向相反。C2C2B1B1A AD DC1C1B2B2a a2 2+d+d2 2bbb2 2+c+c2 2結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征:A,D:A,D位于位于C1,C2C1,C2所在直線的同側(cè)所在直線的同側(cè). .A AD DC1C1C2C2B2B2（3 3）型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)型曲柄搖桿機(jī)構(gòu) K=1(K=1(=0),=0),搖桿無(wú)急回運(yùn)動(dòng)搖桿無(wú)急回運(yùn)動(dòng)特征。特征。D DA A

18、C1C1C2C2B2B2B1B1a a2 2+d+d2 2=b=b2 2+c+c2 2結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征:A,C1,C2:A,C1,C2三點(diǎn)共線三點(diǎn)共線三、三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角和傳動(dòng)角F Ft t = Fcos = FcosF Fn n = Fsin = Fsin1 1、機(jī)構(gòu)壓力角、機(jī)構(gòu)壓力角: :在不計(jì)摩擦力、慣性力和重在不計(jì)摩擦力、慣性力和重力的條件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使輸出件運(yùn)動(dòng)的力的力的條件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使輸出件運(yùn)動(dòng)的力的方向線與輸出件上受力點(diǎn)的速度方向間所夾方向線與輸出件上受力點(diǎn)的速度方向間所夾的銳角，稱為機(jī)構(gòu)壓力角，通常用的銳角，稱為機(jī)構(gòu)壓力角，通常用表示。表示。A A

19、B BC CD DF Fv vc cF Ft tF Fn n1 12 23 34 4驅(qū)使從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的有效分力增加轉(zhuǎn)動(dòng)副D的徑向壓力傳動(dòng)角：壓力角的余角。傳動(dòng)角：壓力角的余角。v vc cA AB BC CD DF FF Ft tF Fn n用用表示表示, ,愈大愈大對(duì)工作愈有利，對(duì)工作愈有利，采用來(lái)衡量機(jī)采用來(lái)衡量機(jī)構(gòu)傳動(dòng)質(zhì)量構(gòu)傳動(dòng)質(zhì)量. .F Ft t = Fcos = FcosF Fn n = Fsin = Fsin機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角：機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角： minmin 40 40度度, ,對(duì)于高速和大功率的傳動(dòng)機(jī)械對(duì)于高速和大功率的傳動(dòng)機(jī)械: : min 50min 50度度, ,F FA AB B

20、C C1 12 23 3v vB3B3v vB B3 3F FA AB BC C1 12 23 3= 0= 0 = 90= 90Fv vv vB3B3F FA AB BC C2 21 13 3v vF F需要確定需要確定=min時(shí)的機(jī)構(gòu)位置并檢驗(yàn)時(shí)的機(jī)構(gòu)位置并檢驗(yàn)min的值是否滿足要求的值是否滿足要求.2、最小傳動(dòng)角的確定、最小傳動(dòng)角的確定2 2、最小傳動(dòng)角的確定、最小傳動(dòng)角的確定B BC CminminF F2 2A AB BC CD D F Fv vc cF F1 1 a ab bc cd d F FVcVc = = 或或 = = 180 - B BC Cmaxmax min=min ,1

21、80 -maxmin = 0 , cosmin= b2+c2-(d-a)2 +2ad/2bc3-103-10 = 180 , cosmax=b2+c2-(d+a)2 -2ad/2bc 3-113-11CosCosmin- cos(180-max)=b2+c2-(a2+d2)/bc對(duì)于對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu),a,a2 2+d+d2 2bcos(180-max),min 180-max,由式由式3-10, min90 minbb2 2+c+c2 2，故故CosCosmincos(180-max), min 180-maxmin 180-max , ,max 90,即即minmin = = 1

22、80-max ，最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架拉直最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架拉直共線位置。共線位置。對(duì)于對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu),a,a2 2+d+d2 2=b=b2 2+c+c2 2，故故min 90，min =180-max,即即minmin = = min =180-max ，最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架拉直和重疊共線位置。架拉直和重疊共線位置。 cosmin= b2+c2-(d2+a2) +2ad/2bc3-103-10cosmax=b2+c2-(d2+a2) -2ad/2bc 3-113-11總結(jié): 壓力角和傳動(dòng)角是針對(duì)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件而言的,反映驅(qū)使從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的力的

23、有效利用程度和衡量機(jī)構(gòu)傳動(dòng)質(zhì)量的重要參數(shù). 為提高機(jī)械傳動(dòng)效率，應(yīng)使其最小傳動(dòng)角處于工作阻力較小的空回行程中。3 3 機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置 在不計(jì)構(gòu)件的重力、慣性力和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦阻力在不計(jì)構(gòu)件的重力、慣性力和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦阻力的條件下，當(dāng)機(jī)構(gòu)處于傳動(dòng)角的條件下，當(dāng)機(jī)構(gòu)處于傳動(dòng)角=0=0（或（或=90=90）的位）的位置下，無(wú)論給機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩有多大，置下，無(wú)論給機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩有多大，均不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)位置稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。均不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)位置稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。F Ft t = Fcos = FcosF Fn n = Fsin = FsinB

24、BF FD DA AC2C2v vD DA AB BC C3 32 21 13 32 21 1D DA AB BC1C1F Fv v蒸汽機(jī)汽車車輪聯(lián)動(dòng)蒸汽機(jī)汽車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。有兩組曲柄滑機(jī)構(gòu)。有兩組曲柄滑塊機(jī)構(gòu)塊機(jī)構(gòu), ,曲柄位置錯(cuò)開(kāi)曲柄位置錯(cuò)開(kāi)9090度度, ,組合起來(lái)使死組合起來(lái)使死點(diǎn)位置錯(cuò)開(kāi)，點(diǎn)位置錯(cuò)開(kāi)，避免措施避免措施(1)(1)連續(xù)傳動(dòng)的機(jī)器連續(xù)傳動(dòng)的機(jī)器, ,通過(guò)從動(dòng)件的慣性力通過(guò)從動(dòng)件的慣性力 (2)(2)采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列連桿式快速夾緊機(jī)構(gòu)連桿式快速夾緊機(jī)構(gòu)死點(diǎn)位置的應(yīng)用死點(diǎn)位置的應(yīng)用飛機(jī)起落架放下機(jī)飛機(jī)起落架放下機(jī) 輪的位置輪的位置ABCDABCD123

25、4工件工件P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(wèn)題連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題 機(jī)構(gòu)選型根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇機(jī)機(jī)構(gòu)選型根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇機(jī) 構(gòu)的類型；構(gòu)的類型；尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)(長(zhǎng)度長(zhǎng)度 尺寸尺寸)。 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)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。3-4實(shí)現(xiàn)連桿給定位置的平面四桿機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 1.連桿位置用動(dòng)鉸鏈中心連桿位置用動(dòng)鉸鏈

26、中心B、C兩點(diǎn)表示兩點(diǎn)表示 連桿位置用動(dòng)鉸鏈中心連桿位置用動(dòng)鉸鏈中心B、C兩點(diǎn)表示兩點(diǎn)表示連桿經(jīng)過(guò)三個(gè)預(yù)期位置序列的四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。B1B1C1C1B2B2C2C2B3B3C3C3曲柄搖桿機(jī)構(gòu)BACDBACD雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)B B1 1B B2 2B B3 3C C2 2C C3 3C C1 1A AD Dc c2323c c1212b b2323b b1212實(shí)現(xiàn)三個(gè)位置的四桿機(jī)構(gòu)唯一的，實(shí)現(xiàn)三個(gè)位置的四桿機(jī)構(gòu)唯一的，只給定兩個(gè)位置，有無(wú)窮個(gè)解，可添加其他條件只給定兩個(gè)位置，有無(wú)窮個(gè)解，可添加其他條件整轉(zhuǎn)副條件最小傳動(dòng)角固定鉸鏈中心位置要求AB1C

27、1D就為所求的四桿機(jī)構(gòu)在第一位置的機(jī)構(gòu)圖震實(shí)式造型機(jī)工作臺(tái)反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)震實(shí)式造型機(jī)工作臺(tái)反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)已知連桿的長(zhǎng)度和兩個(gè)位置，并要求固定鉸鏈A,D位于x軸線上翻臺(tái)x xy yA AD DM1N1M2N2M3N3 CB A2D2A3D3AD2 2 連桿位置用連桿平面上任意兩點(diǎn)表示連桿位置用連桿平面上任意兩點(diǎn)表示 已知連桿平面上兩點(diǎn)已知連桿平面上兩點(diǎn)M,NM,N的三個(gè)預(yù)期位置序列的三個(gè)預(yù)期位置序列, ,兩兩固定鉸鏈中心固定鉸鏈中心A,DA,D位置位置, ,確定連桿及兩連架桿的長(zhǎng)度確定連桿及兩連架桿的長(zhǎng)度. .轉(zhuǎn)化機(jī)架方轉(zhuǎn)化機(jī)架方法法( (剛化反轉(zhuǎn)剛化反轉(zhuǎn)法法) )取連桿的第一個(gè)位置為機(jī)架取連桿的第一個(gè)位置

28、為機(jī)架, ,找出找出A,DA,D相對(duì)于相對(duì)于M1N1M1N1的位置的位置序列序列, ,轉(zhuǎn)化為已知轉(zhuǎn)化為已知A,DA,D相對(duì)于相對(duì)于M1N1M1N1三個(gè)位置的設(shè)計(jì)問(wèn)題三個(gè)位置的設(shè)計(jì)問(wèn)題行程速度變化系數(shù)行程速度變化系數(shù)擺角擺角 1 1 2 2極位夾角極位夾角 1 1=180=180+, +, 2 2=180=180-急回特性：從動(dòng)件正反兩個(gè)行程的平均速度不相等急回特性：從動(dòng)件正反兩個(gè)行程的平均速度不相等180180（K-1K-1） （K+1K+1）=按給定行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按給定行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 從動(dòng)件快行程的平均速度從動(dòng)件快行程的平均速度 = 從動(dòng)件慢行程的平均速度從動(dòng)件慢

29、行程的平均速度K =(180(180+）/ /（180180-)-)AB=(AC2-AC1)/2AB=(AC2-AC1)/2BC=(AC1+AC2)/2BC=(AC1+AC2)/2AC1=BC-ABAC1=BC-ABAC2=BC+ABAC2=BC+AB180180（K-1K-1） （K+1K+1）=確定比例尺確定比例尺llADlBClABADlBClABl,C C1 1D DB B1 1C C2 2B B2 2 A A O O9090 - - 9090 - - E EF F(1)(1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)已知搖桿的長(zhǎng)度已知搖桿的長(zhǎng)度C,C,擺角擺角 ,K,K,設(shè)設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)計(jì)此機(jī)構(gòu) （）（）

30、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)AB1C1C2B2BCo oe e90900 0- - 90900 0- - H H12ACAClBCABlBCAB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) 。180(k-1)/(k+1)180(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

31、為所求。，即為所求。l1 =EC2/ 2C2C1ABCe321偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)mn=D3) 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=Ad作角分線作角分線; ;已知：機(jī)架長(zhǎng)度已知：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)。例題分析3、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)所以，有急回運(yùn)動(dòng)0

32、 1 K題2-80, 1kABCCACACAB222112lCDlBCDClCBl2222EDAB2B1C2C145已知:K=1,AB、AD桿長(zhǎng)度,搖桿CD處于一個(gè)極限位置時(shí),AB桿和機(jī)架AD桿間的夾角為45o,試設(shè)計(jì)此曲柄搖桿機(jī)構(gòu).（3 3）型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)型曲柄搖桿機(jī)構(gòu) K=1(K=1(=0),=0),搖桿無(wú)急回運(yùn)動(dòng)搖桿無(wú)急回運(yùn)動(dòng)特征。特征。D DA AC1C1C2C2B2B2B1B1a a2 2+d+d2 2=b=b2 2+c+c2 2結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征:A,C1,C2:A,C1,C2三點(diǎn)共線三點(diǎn)共線3-5實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律的平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)1.按給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位移設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知兩連架

33、桿的兩組對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)角位移分別為已知兩連架桿的兩組對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)角位移分別為 和和 以及以及 和和 , , 當(dāng)連架桿當(dāng)連架桿1 1上某一直線上某一直線ABAB由由 AB1AB1分別轉(zhuǎn)過(guò)分別轉(zhuǎn)過(guò) 和和 而到達(dá)而到達(dá)AB2AB2和和AB3AB3時(shí)時(shí), ,另一連架桿另一連架桿3 3上某一直線上某一直線DEDE由由DE1DE1分別轉(zhuǎn)過(guò)角分別轉(zhuǎn)過(guò)角 和和 而到達(dá)而到達(dá)DE2, DE3.DE2, DE3.121231212131B2B2B3B3B1B1E1E1E3E3B B1 1D DB B2 2B B3 3E E1 1E E3 3A A A AD DB B3 3E E3 3A A3 3D DB B3 3E E3

34、3，C C1 1給定兩連架桿上三對(duì)對(duì)應(yīng)位置的設(shè)計(jì)問(wèn)題給定兩連架桿上三對(duì)對(duì)應(yīng)位置的設(shè)計(jì)問(wèn)題E E2 2 1 1 1 1 2 2 3 3 2 2 3 3B B1 1D DE E1 1A AB B2 2E E2 2A A2 2C1DAC2F1F2C2DB1lBClABCBlABl111 例題雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)AECDB特征：兩個(gè)曲柄特征：兩個(gè)曲柄作用：將作用：將等速回轉(zhuǎn)等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?等速或變速回轉(zhuǎn)等速或變速回轉(zhuǎn)。慣性篩慣性篩雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)鶴式起重機(jī)鶴式起重機(jī)特征：兩個(gè)搖桿特征：兩個(gè)搖桿汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)BACDBACD特征：曲柄搖桿特征：曲柄搖桿作用：將曲柄的作用：

35、將曲柄的整周回轉(zhuǎn)整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉閾u桿的搖桿的往復(fù)擺動(dòng)往復(fù)擺動(dòng)。雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)dcbaCBDCBA平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)B B1 1D DB B2 2B B3 3E E1 1E E3 3A A A AD DB B3 3A A3 3D DB B3 3E E3 3，C C1 1給定兩連架桿上三對(duì)對(duì)應(yīng)位置的設(shè)計(jì)問(wèn)題給定兩連架桿上三對(duì)對(duì)應(yīng)位置的設(shè)計(jì)問(wèn)題E E2 2 1 1 1 1 2 2 3 3 2 2 3 3B B1 1D DE E1 1A AB B2 2E E2 2A A2 2M1M1M2M2M3M3AB=(AC2-AC1)/2AB=(AC2-

36、AC1)/2BC=(AC1+AC2)/2BC=(AC1+AC2)/2AC1=BC-ABAC1=BC-ABAC2=BC+ABAC2=BC+AB180180（K-1K-1） （K+1K+1）=確定比例尺確定比例尺llADlBClABADlBClABl,C C1 1D DB B1 1C C2 2B B2 2 A A O O9090 - - 9090 - - E EF F滿足一定的要求滿足一定的要求AB=(AC2-AC1)/2AB=(AC2-AC1)/2BC=(AC1+AC2)/2BC=(AC1+AC2)/2AC1=BC-ABAC1=BC-ABAC2=BC+ABAC2=BC+AB180180（K-1K

37、-1） （K+1K+1）=確定比例尺確定比例尺llADlBClABADlBClABl,C C1 1D DC C2 2 A A O O9090 - - 9090 - - E EF F滿足一定的要求滿足一定的要求P PminM MB1B1C1C1B2B2C2C2B3B3C3C3連桿經(jīng)過(guò)三個(gè)預(yù)期位置序列的四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。.按給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位移設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知兩連架桿的兩組對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)角位移分別為已知兩連架桿的兩組對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)角位移分別為 和和 以及以及 和和 , , 當(dāng)連架桿當(dāng)連架桿1 1上某一直線上某一直線ABAB由由 AB1AB1分別轉(zhuǎn)過(guò)分別轉(zhuǎn)過(guò) 和和 而到達(dá)而到達(dá)AB2AB2和和AB3AB3時(shí)時(shí),

38、,另一連架桿另一連架桿3 3上某一直線上某一直線DEDE由由DE1DE1分別轉(zhuǎn)過(guò)角分別轉(zhuǎn)過(guò)角 和和 而到達(dá)而到達(dá)DE2, DE3.DE2, DE3.121231212131B2B2B3B3B1B1E1E1E3E3平面連桿機(jī)構(gòu)的三類設(shè)計(jì)要求平面連桿機(jī)構(gòu)的三類設(shè)計(jì)要求2)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: 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)。1)滿足給定的連桿位置要求，如滿足給定的連桿位置要求，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)、攪拌機(jī)鶴式起重機(jī)、攪拌機(jī)等。等。下一頁(yè)下一頁(yè)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BC1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)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返回返回2)滿足預(yù)定的連桿位置要求。滿足預(yù)定的連桿位置要求。要求連桿在