第二章--平面連桿機(jī)構(gòu)

1、平面連桿機(jī)構(gòu)n用低副連接組成的平面機(jī)構(gòu)。n特點(diǎn)：低副面接觸耐磨損；n制造簡(jiǎn)便；n應(yīng)用廣泛；n缺點(diǎn)：v設(shè)計(jì)較復(fù)雜；v不易精確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。本章研究的內(nèi)容n平面四連桿機(jī)構(gòu)v由四個(gè)構(gòu)件組成v應(yīng)用最廣n基本類(lèi)型n幾何特點(diǎn)n運(yùn)動(dòng)特性、其它特性n常用設(shè)計(jì)方法2-1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性n鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)全部由回轉(zhuǎn)副組成的平面四桿機(jī)構(gòu)n組成：v機(jī)架固定構(gòu)件4v連架桿與機(jī)架相連的構(gòu)件1、3v連桿機(jī)架對(duì)面的構(gòu)件2一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)n整轉(zhuǎn)副組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩構(gòu)件能作整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)n曲柄與機(jī)架組成整轉(zhuǎn)副的連架桿n搖桿與機(jī)架組成擺動(dòng)副的連架桿n按連架桿是曲柄或搖桿分類(lèi)：v曲柄搖桿機(jī)構(gòu)v雙曲柄機(jī)構(gòu)v雙搖桿機(jī)構(gòu)1.曲柄

2、搖桿機(jī)構(gòu)n連架桿：v一個(gè)為曲柄一般為原動(dòng)件一般作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)v一個(gè)為搖桿一般為從動(dòng)件一般作變速擺動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)例2. 雙曲柄機(jī)構(gòu)n兩個(gè)連架桿均為曲柄。n若主動(dòng)曲柄等速回轉(zhuǎn)， 則從動(dòng)曲柄變速回轉(zhuǎn)。雙曲柄機(jī)構(gòu)實(shí)例n平行四邊形機(jī)構(gòu)應(yīng)用最多，但其死點(diǎn)為止存在不確定狀態(tài)。3.雙搖桿機(jī)構(gòu)n兩個(gè)連架桿均為搖桿n如： 飛機(jī)起落架雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)例n等腰梯形機(jī)構(gòu)兩個(gè)搖桿長(zhǎng)度相等的雙搖桿機(jī)構(gòu)n如：車(chē)輛的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)二、 含一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)n鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化為其它機(jī)構(gòu)：v移動(dòng)副代換回轉(zhuǎn)副v改變桿長(zhǎng)v改變機(jī)架v擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)副1.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)n對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)n偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑塊可實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動(dòng)。2.導(dǎo)桿機(jī)

3、構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)21ll 21ll 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)n傳動(dòng)角始終等于90。n有良好的傳力性能。n例：牛頭刨床，插床等。3.搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 定塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)三、含兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)（雙滑塊機(jī)構(gòu)）n兩移動(dòng)副不相鄰（如：正切機(jī)構(gòu)）。n兩移動(dòng)副相鄰，且一個(gè)與機(jī)架相鄰（如：正弦機(jī)構(gòu)）。雙滑塊機(jī)構(gòu)n兩移動(dòng)副相鄰，且都不與機(jī)架相聯(lián)。n如：滑塊聯(lián)軸器。雙滑塊機(jī)構(gòu)n兩移動(dòng)副相鄰，且都與機(jī)架相聯(lián)。n如：橢圓儀。四、具有偏心輪的四桿機(jī)構(gòu)n提高曲柄強(qiáng)度、剛度；n簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。n應(yīng)用：剪床、沖床、顎式破碎機(jī)等。偏心輪機(jī)構(gòu)五、四桿機(jī)構(gòu)的擴(kuò)展n手動(dòng)沖床

4、 曬料機(jī)n六桿機(jī)構(gòu)，兩次增力。 2-2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性n運(yùn)動(dòng)特性n傳力特性一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件n整轉(zhuǎn)副兩構(gòu)件能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)360o的轉(zhuǎn)動(dòng)副n整轉(zhuǎn)副是否存在取決于：v各桿的相對(duì)長(zhǎng)度v機(jī)架的選擇分析曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系nl1、 l2、 l3、 l4分別為各桿長(zhǎng)， l1為曲柄。n當(dāng)曲柄處于AB時(shí)，因三角形兩邊之和第三邊， ACD有： )(3124llll(1) 2341llll )(4123llll(2) 4231llll分析曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系n當(dāng)曲柄處于AB時(shí)，因三角形兩邊之和第三邊， ACD有：n由(1，2，3)式得:(3) 4321llll413121 llllll(1)

5、2341llll(2) 4231llll鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件:n鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件 最短桿+最長(zhǎng)桿其余兩桿之和；n整轉(zhuǎn)副是由最短桿與其相鄰桿組成；曲柄存在的條件n曲柄存在的必要條件有整轉(zhuǎn)副；n曲柄是否真正存在，要看哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架：v最短桿為機(jī)架 雙曲柄機(jī)構(gòu)；v以最短桿相鄰桿為機(jī)架 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；v最短桿對(duì)面的桿為機(jī)架 雙搖桿機(jī)構(gòu)；n最短桿+最長(zhǎng)桿其余兩桿之和：v無(wú)整轉(zhuǎn)副存在v以任何桿為機(jī)架雙搖桿機(jī)構(gòu)；二、急回特性n曲柄AB轉(zhuǎn)動(dòng)一周，有兩次極限位置：v曲柄與連桿共線 B1AC1，AB2C2 其所夾銳角 極位夾角v搖桿處于極限位置 C1D，C2D 其夾角 擺角急回特性n假定曲柄勻速轉(zhuǎn)

6、動(dòng)，則搖桿往復(fù)擺動(dòng)快慢不同急回特性n用行程速度變化系數(shù)（行程速比系數(shù)）K表示18018021211212ttttK行程速比系數(shù)K11180KK180180K極位夾角越大，K值越大，急回運(yùn)動(dòng)性質(zhì)越顯著。設(shè)計(jì)時(shí)：一般先定K，再算具有急回特性的四桿機(jī)構(gòu)n曲柄搖桿機(jī)構(gòu)n偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)n擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)三、壓力角和傳動(dòng)角n壓力角 作用在從動(dòng)件上的驅(qū)動(dòng)力與該力作用點(diǎn)速度VC之間所夾銳角n判斷機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能的標(biāo)志n傳動(dòng)角=90-n越小， 越大， Pt越大，傳力性能 越好。cosPPt傳動(dòng)角n機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， 是不斷變化的n當(dāng)AB與AD重合時(shí)， 角最小n為保證機(jī)構(gòu)正常工作，要限制最小min值的下限，v一般min 40

7、v大功率機(jī)械min 50四、死點(diǎn)位置n搖桿為主動(dòng)件，且處于極限位置時(shí)，從動(dòng)件出現(xiàn)卡死或運(yùn)動(dòng)的不定狀態(tài)。n解決的辦法：v在從動(dòng)件上加外力v利用慣性沖過(guò)死點(diǎn)位置v設(shè)計(jì)兩個(gè)相同機(jī)構(gòu)連動(dòng)死點(diǎn)位置應(yīng)用n在夾緊裝置中，用于防松2-3 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)n根據(jù)：v給定運(yùn)動(dòng)條件；v幾何條件；v運(yùn)動(dòng)條件。n選擇機(jī)構(gòu)類(lèi)型；n確定尺寸參數(shù)；n繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。設(shè)計(jì)問(wèn)題的類(lèi)型n實(shí)現(xiàn)給定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律n實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)方法n解析法解析法v建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)計(jì)算得到機(jī)構(gòu)參數(shù)；v設(shè)計(jì)精確，應(yīng)用逐漸廣泛。n作圖法作圖法v直觀、簡(jiǎn)單，能滿足一般工程上的精度要求；v在實(shí)際中應(yīng)用較多。n實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)法 簡(jiǎn)便易行，試湊結(jié)果。一

8、、按給定的行程速比變化系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)n有急回要求的機(jī)構(gòu)，按K設(shè)計(jì)。n有急回特性的機(jī)構(gòu)：v曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；v偏心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；v擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。1、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)n已知條件：v搖桿長(zhǎng)度l3；v搖桿擺角 ；v行程速比系數(shù)K。n求：v各桿長(zhǎng)度；v鉸鏈的位置。n解題思路。解題步驟：1.由K求極位夾角2.任定固定鉸鏈中心D的位置，由l3、 定C1D1、 C2D2 極限位置；3.過(guò)C1C2作一圓，使C1C2圓弧角= ；4.在圓上任選一點(diǎn)A，為固定鉸鏈中心位置；5.極限位置有:AC1 = l2- l1, AC2 = l2+ l1 ； 即： l1 = （AC2 - AC1）/2 ， l2= AC1 + l1

9、， l4= AD。 11180KKDC1C2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)nA點(diǎn)有無(wú)窮解；n可選min 40或其它條件定A點(diǎn)。2、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)n已知：K，機(jī)架長(zhǎng)度n設(shè)計(jì)：導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)n分析：n設(shè)計(jì)步驟：1.求2.任選C點(diǎn)，作Cm、Cn，夾角 ；3.作 角平分線，取AC= l4，得鉸鏈A的位置；4.過(guò)A點(diǎn)作 Cm垂線，交B1點(diǎn)，A B1為曲柄長(zhǎng)度。11180KK二、按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)n已知：v連桿長(zhǎng)度l3 =BC；v兩個(gè)位置B1C1、 B2C2 ；n設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)；n設(shè)計(jì)步驟：1.畫(huà)出已知連桿位置B1C1、B2C2 ；2.連接B1B2、C1C2 ，作其垂直平分線b12、c12；3.A點(diǎn)在b12上任選， D點(diǎn)

10、在c12上任選，或按其它條件定。已知連桿三個(gè)位置n已知：v連桿長(zhǎng)度l3 =BC；v三個(gè)位置B1C1、B2C2 、B3C3 ；n設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)；n設(shè)計(jì)步驟：1.畫(huà)出已知連桿位置B1C1、B2C2 、B3C3 ；2.連接B1B2、 B2B3， C1C2 、C2C3 ；3.作B1B2、 B2B3垂直平分線b12、 b23，交于A點(diǎn)；4.作C1C2、 C2C3垂直平分線c12、 c23，交于D點(diǎn)。三、按給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)n已知：連架桿AB、CD三個(gè)位置，對(duì)應(yīng)角度為11、 22、 33；n求：各桿長(zhǎng)l1 、l2 、l3 、l4 ；n用解析法解；n解：取l1 =1 四桿機(jī)構(gòu)在x和y軸上投影

11、，可得：coscoscos342lllsinsinsin32ll解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)n將前兩式中的 削去，整理后得：n為簡(jiǎn)化上式，令n則有)cos(cos21cos4334222324lllllll422232424313021,llllPllPlP210)cos(coscosPPP解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)n將11、 22、 33分別代入前式，可得方程組：n由方程組可解出P0、 P1、 P2、代入前式n可求出l2 、l3 、l4 ；233130322212022111101)cos(coscos)cos(coscos)cos(coscosPPPPPPPPP422232424313021,llllPllPlP按給定兩連架桿的位置設(shè)計(jì)n已知連架桿三個(gè)位置有唯一解；n已知連架桿兩個(gè)位置有無(wú)窮解；n給定連架桿超過(guò)三個(gè)位置無(wú)精確解；可用實(shí)驗(yàn)法等方法近似求解。四、按照給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)n連桿曲線連桿上每一點(diǎn)都描出一條封閉曲線；n連桿曲線形狀的多樣性，使其可能用于設(shè)計(jì)完成復(fù)雜軌跡。2、運(yùn)用連桿曲線圖譜設(shè)計(jì)n圖譜法利用事先編好的連桿曲線圖譜，從