zyp第2章平面連桿機構(gòu)

1、第第2章章 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)21 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和特性鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和特性22 鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件23 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化鉸鏈四桿機構(gòu)的演化24 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計概述概述連桿機構(gòu)連桿機構(gòu)用低副聯(lián)接構(gòu)件組成的機構(gòu)，用低副聯(lián)接構(gòu)件組成的機構(gòu)，又稱低副機構(gòu)。又稱低副機構(gòu)。 連桿機構(gòu)用于：轉(zhuǎn)動、擺動、移動等運動形連桿機構(gòu)用于：轉(zhuǎn)動、擺動、移動等運動形式之間的轉(zhuǎn)換。式之間的轉(zhuǎn)換。連桿機構(gòu)應(yīng)用廣泛連桿機構(gòu)應(yīng)用廣泛,而且是組成多桿機構(gòu)的基而且是組成多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)。礎(chǔ)。最簡單的平面連桿機構(gòu)是由四個構(gòu)件組成的，簡稱最簡單的平面連桿機構(gòu)

2、是由四個構(gòu)件組成的，簡稱平面四桿機構(gòu)。汽車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)和刮雨器機就是由平面四桿機構(gòu)。汽車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)和刮雨器機就是由平面連桿機構(gòu)組成。平面連桿機構(gòu)組成。21 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用分類分類:平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)空間連桿機構(gòu)空間連桿機構(gòu)應(yīng)用實例：應(yīng)用實例：內(nèi)燃機內(nèi)燃機、鶴式吊鶴式吊、火車輪火車輪、手動沖床手動沖床、牛頭刨床牛頭刨床、橢圓橢圓儀儀等。等。特點：特點： 采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損 形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精度。形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精度。改變桿的相對長度，從動

3、件運動規(guī)律不同。改變桿的相對長度，從動件運動規(guī)律不同。連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。缺點：缺點：構(gòu)件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、效率低構(gòu)件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、效率低。產(chǎn)生動載荷（慣性力），不適合高速。產(chǎn)生動載荷（慣性力），不適合高速。設(shè)計復(fù)雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。設(shè)計復(fù)雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。常以構(gòu)件數(shù)命名：常以構(gòu)件數(shù)命名：四桿機構(gòu)四桿機構(gòu)、多桿機構(gòu)多桿機構(gòu)。四桿機構(gòu)四桿機構(gòu)又可分為：全轉(zhuǎn)動副的鉸鏈四桿機構(gòu)、含又可分為：全轉(zhuǎn)動副的鉸鏈四桿機構(gòu)、含一個移動副的四桿機構(gòu)和含兩個移動副的四桿機構(gòu)。一個移動副的四桿機構(gòu)和含兩個移動副的四桿機構(gòu)。一、

4、鉸鏈四桿機構(gòu)一、鉸鏈四桿機構(gòu) 當(dāng)四桿機構(gòu)中的運動副都是轉(zhuǎn)動副時，稱為當(dāng)四桿機構(gòu)中的運動副都是轉(zhuǎn)動副時，稱為鉸鏈鉸鏈四桿機構(gòu)。四桿機構(gòu)。如圖如圖1所示。所示。2 1 3 4連 桿機 架連 架 桿連連架架桿桿連桿連桿機架機架圖圖1 1 曲柄曲柄:能做整周轉(zhuǎn)動的連架桿。能做整周轉(zhuǎn)動的連架桿。 搖桿：僅能在某一角度擺動的連架桿。搖桿：僅能在某一角度擺動的連架桿。整轉(zhuǎn)副：能做整周相對轉(zhuǎn)動。整轉(zhuǎn)副：能做整周相對轉(zhuǎn)動。擺動副：不能做整周相對轉(zhuǎn)動。擺動副：不能做整周相對轉(zhuǎn)動。按照連架桿是曲柄還是搖桿，將鉸鏈四桿機構(gòu)按照連架桿是曲柄還是搖桿，將鉸鏈四桿機構(gòu)分為三種基本型式：分為三種基本型式：曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿

5、機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)基本型式：鉸鏈四桿機構(gòu)基本型式：三種基本型式：三種基本型式：（1 1）曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu) 801801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。將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動。 如雷達天線。如雷達天線。A、B為整轉(zhuǎn)副，C、D為擺動副設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云ABC1243DABDC1243（2 2）雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)特征特征：兩個曲柄：兩個曲柄作用：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)?；剞D(zhuǎn)。雷達天線俯仰機構(gòu)雷達天線俯仰機構(gòu)805應(yīng)用實例：應(yīng)用實例：如如葉片泵、慣性

6、篩葉片泵、慣性篩等。等。牛頭刨床設(shè)計：潘存云設(shè)計：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慣性篩機構(gòu)慣性篩機構(gòu)31設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云ABCD耕地耕地料斗料斗DCAB耕地耕地料斗料斗DCAB實例：實例：火車輪火車輪特例：特例：平行四邊形機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)AB = CD特征：特征：兩連架桿等長且平行，兩連架桿等長且平行， 連桿作平動連桿作平動BC = ADABDC攝影平臺攝影平臺ADBCBC天平天平播種機料斗機構(gòu)播種機料斗機構(gòu)設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘

7、存云反平行四邊形機構(gòu)反平行四邊形機構(gòu)-車門開閉機構(gòu)車門開閉機構(gòu)反向反向FAEDGBCABEFDCG平行四邊形機構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運平行四邊形機構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運動不確定。動不確定。機車驅(qū)動輪聯(lián)動機構(gòu)設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云ABDCE（3 3）雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)特征：特征：兩個搖桿兩個搖桿應(yīng)用舉例：鑄造翻箱機構(gòu)應(yīng)用舉例：鑄造翻箱機構(gòu)特例：特例：等腰梯形機構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)等腰梯形機構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)、風(fēng)扇搖頭機構(gòu)、風(fēng)扇搖頭機構(gòu)BCABDC風(fēng)扇座風(fēng)扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機電機ABDCEABDCE電機電機ABDC風(fēng)扇座風(fēng)扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機電機ABDC風(fēng)扇座風(fēng)扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿ABDC設(shè)計

8、：潘存云設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云(1)(1) 改變構(gòu)件的形狀和運動尺寸改變構(gòu)件的形狀和運動尺寸二二 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化鉸鏈四桿機構(gòu)的演化偏心曲柄滑塊機構(gòu)偏心曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu) 正弦機構(gòu)正弦機構(gòu)s=l sin l(3)(3)選不同的構(gòu)件為機架選不同的構(gòu)件為機架導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)314A2BC（l1l2)（l1tt2 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

9、運動急回運動。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 KK1所以可通過分析機構(gòu)中是否存在以及的大小來判斷機構(gòu)是否有急回運動或運動的程度。11180KK設(shè)計新機械時，往往先給定設(shè)計新機械時，往往先給定K值，于是值，于是: 2212tCCV)180/(21CC121221tCCtCC設(shè)計：潘存云FF F”2. .壓力角和傳動角壓力角和傳動角壓力角壓力角：從動件驅(qū)動力從動件驅(qū)動力F與力作用點絕對速度之間所夾銳角。與力作用點絕對速度之間所夾銳角。ABCD設(shè)計

10、時要求設(shè)計時要求: : minmin5050minmin出現(xiàn)的位置：出現(xiàn)的位置：切向分力切向分力: : F= FcosF= Fcos法向分力法向分力: : F”= FcosF”= Fcos FF 對傳動有利對傳動有利。=Fsin=Fsin稱稱為為傳動角傳動角。主動件與機架共線主動件與機架共線兩處之一。兩處之一。CDBAF可用可用的大小來表示機構(gòu)傳動力性能的好壞的大小來表示機構(gòu)傳動力性能的好壞, ,F”F為了保證機構(gòu)良好的傳力性能設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云F3. .機構(gòu)的死點位置機構(gòu)的死點位置搖桿為主動件，且連桿搖桿為主動件，且連桿與曲柄兩次共線時，有：與曲柄兩次共線時，有：此時機構(gòu)不能運動此時機

11、構(gòu)不能運動. .避免措施：避免措施： 兩組機構(gòu)錯開排列，如兩組機構(gòu)錯開排列，如火車輪機構(gòu)火車輪機構(gòu); ;稱此位置為：稱此位置為： “死點死點”0 0靠靠飛輪的慣性飛輪的慣性（如內(nèi)燃機、縫紉機等）。（如內(nèi)燃機、縫紉機等）。FAEDGBCABEFDCG0 0F0 0設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云工件工件ABCD1234PABCD1234工件工件P鉆孔夾具鉆孔夾具=0=0TABDC飛機起落架飛機起落架ABCD=0=0F也可以利用死點進行工作也可以利用死點進行工作：飛機起落架、鉆夾具起落架、鉆夾具等。等。24 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題 機構(gòu)選型機構(gòu)選

12、型根據(jù)給定的運動要求選擇機根據(jù)給定的運動要求選擇機 構(gòu)的類型；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)(長度長度 尺寸尺寸)。 同時要滿足其他輔助條件：同時要滿足其他輔助條件：a)結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長比恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長比恰當(dāng)、 運動副結(jié)構(gòu)合理等）運動副結(jié)構(gòu)合理等）;b)動力條件（如動力條件（如minmin）;c)運動連續(xù)性條件等。運動連續(xù)性條件等。設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云ADCB飛機起落架飛機起落架BC三類設(shè)計要求：三類設(shè)計要求：1)滿足預(yù)定的運動規(guī)律滿足預(yù)定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如: 飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。飛機

13、起落架、函數(shù)機構(gòu)。函數(shù)機構(gòu)函數(shù)機構(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設(shè)計：潘存云三類設(shè)計要求：三類設(shè)計要求：1)滿足預(yù)定的運動規(guī)律滿足預(yù)定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如: 飛機起落架飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。函數(shù)機構(gòu)。前者要求兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，后者要求急回運動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，如鑄造翻箱機構(gòu)。鑄造翻箱機構(gòu)。要求連桿在兩個位置要求連桿在兩個位置垂直地面且相差垂直地面且相差180 CBABDC設(shè)計：潘存云QABCDE設(shè)計：潘存云鶴式起重機鶴式起重機攪拌機構(gòu)攪拌機構(gòu)要求連桿上要求連桿上E點的

14、軌點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點的軌點的軌跡為一條水平直線跡為一條水平直線QCBADE三類設(shè)計要求：三類設(shè)計要求：1)滿足預(yù)定的運動規(guī)律滿足預(yù)定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如: 飛機起落架飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。函數(shù)機構(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，如鑄造翻箱機構(gòu)。鑄造翻箱機構(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、攪拌機等。鶴式起重機、攪拌機等。給定的設(shè)計條件：給定的設(shè)計條件：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)運動條件運動條件（給定（給定K）3)

15、動力條件動力條件（給定（給定minmin）設(shè)計方法：設(shè)計方法：圖解法、解析法、實驗法圖解法、解析法、實驗法設(shè)計：潘存云E 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)計四桿機構(gòu)設(shè)計四桿機構(gòu)1) 曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)計算計算180(K-1)/(K+1);已知：已知：CD桿長，擺角桿長，擺角及及K， 設(shè)計此機構(gòu)。步驟如下：設(shè)計此機構(gòu)。步驟如下：任取一點任取一點D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰長為腰長為CDCD，夾角為，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點必在此圓上。點必在此圓上。選定選定A A，設(shè)曲柄為，設(shè)曲柄為l1 ，

16、連桿為，連桿為l2 ，則，則: :以以A A為圓心，為圓心，A A C2為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得： l1 =EC1/ 2 l2 = A = A C1EC1/ 2,A,A C2= =l2- - l1= = l1 =( A A C1A A C2)/ 2 C2C1P=90, ,交于交于P;P; 90-P A A C1= = l1+ +l2C1C2DA設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云ADmn=D2) 導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(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)計此相等，設(shè)計此 機構(gòu)時，僅需要確定曲柄機構(gòu)時，僅需要確定曲柄 a。計算計算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K

17、+1);任選任選D D作作mDnmDn，取取A A點，使得點，使得AD=d, AD=d, 則則: : a=dsin(a=dsin(/2)/2)。=Ad作角分線作角分線; ;已知：已知：機架長度機架長度d，K，設(shè)計此機構(gòu)。，設(shè)計此機構(gòu)。設(shè)計：潘存云E222ae3) 曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)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)計此機構(gòu)，設(shè)計此機構(gòu) 。計算計算: 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，

18、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，即為所求。，即為所求。C1C29090-o9090-Al1 =EC2/ 2l2 = A = A C2EC2/ 2設(shè)計：潘存云二、按預(yù)定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)二、按預(yù)定連桿位置設(shè)計四桿機構(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任意位置都能滿足設(shè)計要求。位置都能滿足設(shè)計要求。b)給定連桿上鉸鏈給定連桿上鉸鏈BC的三組位置

19、的三組位置有無窮多組解。有無窮多組解。ADB2C2B3C3ADB1C1B1C1設(shè)計：潘存云xyABCD1234三、給定兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)三、給定兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)給定連架桿對應(yīng)位置：給定連架桿對應(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)件長度為：設(shè)構(gòu)件長度為：l1 、l2、l3、l4在在x,yx,y軸上投影可得：軸上投影可得：l1+l2=l3+l4機構(gòu)尺寸比例放大時，不影響各構(gòu)件相對轉(zhuǎn)角機構(gòu)尺寸比例放大時，不影響各構(gòu)件相對轉(zhuǎn)角. . l1 coc + l2 cos = l3 cos + l4 l1 si

20、n + l2 sin = l3 sin i if (i i ) i =1, 2, 3n設(shè)計此四桿機構(gòu)設(shè)計此四桿機構(gòu)( (求各構(gòu)件長度求各構(gòu)件長度) )。令：令： l1 =1消去消去整理得：整理得：coscos l3 cos cos(- -) l3l4l42+ l32+1- l222l4P2代入移項得：代入移項得： l2 cos = l4 l3 cos cos 則化簡為：則化簡為：coccocP0 cos P1 cos( ) P2代入兩連架桿的三組對應(yīng)轉(zhuǎn)角參數(shù)，得方程組：代入兩連架桿的三組對應(yīng)轉(zhuǎn)角參數(shù)，得方程組：l2 sin = l3 sin sin 令: P0P1coccoc1P0 cos1

21、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將相對桿長乘以任意比例系數(shù)，所得機構(gòu)都能滿足轉(zhuǎn)角要求。若給定兩組對應(yīng)位置，則有無窮多組解。舉例：舉例：設(shè)計一四桿機構(gòu)滿足連架桿三組對應(yīng)位置：設(shè)計一四桿機構(gòu)滿足連架桿三組對應(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 解得相對長度解得相對長度: : P P0 0 =1.533, P =1.533, P1 1=-1.0628, P=-1.0628, P2 2=0.7805=0.7805各桿相對長度為：各桿相對長度為：選定構(gòu)件選定構(gòu)件l1的長度之后，可求得其余桿的絕對長度。的長度之后，可求得其余桿的絕對長度。