平面連桿機(jī)構(gòu)及設(shè)計(jì)

1、平面連桿機(jī)構(gòu)及設(shè)計(jì)第1頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三 3-1 平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)的基本問題一、平面連桿機(jī)構(gòu)： 由低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)。二、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)： 1、優(yōu)點(diǎn)：面接觸承載能力強(qiáng)，便于潤滑壽命長； 低副形狀簡單，易加工，易于操縱機(jī)構(gòu)。2、缺點(diǎn)：（1）只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律;（2）設(shè)計(jì)復(fù)雜；（3）只適合速度較低的場(chǎng)合。第2頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三三、平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題 四、設(shè)計(jì)方法：選型設(shè)計(jì)尺寸設(shè)計(jì) 連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目 運(yùn)動(dòng)副類型與數(shù)目 轉(zhuǎn)動(dòng)副中心之間的距離 移動(dòng)副位置尺寸1、實(shí)現(xiàn)構(gòu)件給定位置2、實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)

2、律3、實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)軌跡1、圖解法 2、解析法 3、實(shí)驗(yàn)法 第3頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三課外實(shí)踐作品仿生尺蠖機(jī)構(gòu)第4頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)。 (含有0個(gè)移動(dòng)副)3-2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式與演化一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)第5頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三整轉(zhuǎn)副：二構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)為整周轉(zhuǎn)動(dòng) A擺動(dòng)副：二構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)不為整周轉(zhuǎn)動(dòng) D曲柄：作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿 1搖桿：非整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿 34 機(jī)架1，3 連架桿 定軸轉(zhuǎn)動(dòng)2 連桿 平面運(yùn)動(dòng) 固定不動(dòng)第6頁，共56頁，2022年，5月

3、20日，21點(diǎn)39分，星期三鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式:（根據(jù)連架桿不同運(yùn)動(dòng)形式分）（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（2）雙曲柄機(jī)構(gòu)（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)機(jī)構(gòu)正平行四邊形機(jī)構(gòu)鶴式起重機(jī)機(jī)構(gòu)第7頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三曲柄 偏心輪偏心輪機(jī)構(gòu) 曲柄為偏心輪結(jié)構(gòu)的連桿結(jié)構(gòu)偏心距曲柄長1、擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副偏心輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用： 多用于曲柄銷承受較大沖擊、曲柄較短、需安裝在直軸中部的機(jī)器。二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 第8頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三2、轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化成移動(dòng)副 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（偏距e）e0，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)e=0， 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)沖床、內(nèi)燃機(jī)、空壓

4、機(jī)、曲柄壓力機(jī)等。(1)第9頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三(2) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿整周轉(zhuǎn)動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿只作擺動(dòng) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿 3 作用：對(duì)滑塊起導(dǎo)路作用牛頭刨床、插床等第10頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三(3) 搖塊機(jī)構(gòu)自卸卡車車廂的舉升機(jī)構(gòu)等搖塊 3 繞C點(diǎn)搖擺第11頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三(4) 定塊機(jī)構(gòu)（又名移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）手搖唧筒機(jī)構(gòu)等定塊 3 固定不動(dòng)第12頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三四桿機(jī)構(gòu)含有一個(gè)移動(dòng)副曲柄滑塊機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)含有二個(gè)移動(dòng)

5、副正弦機(jī)構(gòu)正切機(jī)構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副第13頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三(1) 正弦機(jī)構(gòu) (曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) )縫紉機(jī)的刺布機(jī)構(gòu)等移動(dòng)構(gòu)件 2、 3 第14頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三(3) 雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu) (十字滑塊聯(lián)軸節(jié))(2) 正切機(jī)構(gòu)移動(dòng)構(gòu)件 2、 3 第15頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三(4) 雙滑塊機(jī)構(gòu) （橢圓儀）連桿BC連線上的任一點(diǎn)軌跡為以A為中心的橢圓。其中，中點(diǎn)D的軌跡是以A為圓心的圓。第16頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三3、更換機(jī)架 構(gòu)件3為機(jī)架 定

6、塊機(jī)構(gòu) (d)構(gòu)件4為機(jī)架 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) (a)構(gòu)件1為機(jī)架 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) (b)構(gòu)件2為機(jī)架 搖塊機(jī)構(gòu) (c)第17頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三教材中所示不同形式的四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)含有1個(gè)移動(dòng)副曲柄滑塊、導(dǎo)桿搖塊、定塊四桿機(jī)構(gòu)含有2個(gè)移動(dòng)副正弦、正切雙轉(zhuǎn)塊、雙滑塊四桿機(jī)構(gòu)含有0個(gè)移動(dòng)副曲柄搖桿、雙曲柄 (曲柄主動(dòng))曲柄搖桿、雙搖桿 (搖桿主動(dòng))更換機(jī)架更換機(jī)架更換機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)副變移動(dòng)副第18頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三3-3 平面四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件及特性一、平面四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件 1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)整轉(zhuǎn)副存在條件（1）最短桿與最長桿的

7、長度之和小于或等于其余兩桿的 長度之和（稱為桿長條件）；（2）組成該整轉(zhuǎn)副的兩構(gòu)件之一為最短桿。證明： 不失一般性，以圖中的轉(zhuǎn)動(dòng)副A為例，證明轉(zhuǎn)動(dòng)副A成為整轉(zhuǎn)副的條件。第19頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的任一位置，若令f = lBD，則由三角形的邊角關(guān)系： b+cf，b+cfmax=a+d， (B在B1處) |bc|f，|bc|fmin=|da| （B在B2處）若ad，則|da|=ad d+bc+ad+cb+ad+ac+b且 d = min第20頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件(類型判定)：雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄

8、搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)桿長之和條件N雙搖桿機(jī)構(gòu)Y最短桿為連架桿最短構(gòu)件為機(jī)架最短桿對(duì)邊的為機(jī)架YY第21頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三2、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄存在條件 直角 AC1E：AC1AE b-ae ba+e曲柄存在的條件: ba+e 偏置 ba 對(duì)心 ( e=0)直角 AC2E： AC2AE a+be ba-e第22頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三二、平面四桿機(jī)構(gòu)工作特性(1) 機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)特性 原動(dòng)件作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件相對(duì)機(jī)架作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件正行程和反行程的平均速度不相等的特性。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄AB1AB2， 搖桿C1DC2D，

9、曲柄AB2AB1，搖桿C2DC1D，正行程 ：反行程 ：正行程慢，反行程快。1、行程速度變化系數(shù)第23頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三(2) 行程速度變化系數(shù)可見：越大，急回特性越顯著 。第24頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三(a) 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)： (3) 其它具有急回特性的機(jī)構(gòu)(b) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)： 往復(fù)式運(yùn)動(dòng)機(jī)械中，為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，要求工作行程慢，非工作行程快。如：牛頭刨床機(jī)構(gòu)，刨時(shí)的速度回刀的速度(4) 急回機(jī)構(gòu)的應(yīng)用第25頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三2、 壓力角和傳動(dòng)角(1) 壓力角 從動(dòng)件上某點(diǎn)的

10、受力方向與從動(dòng)件上該點(diǎn)速度方向的所夾的銳角。(2) 傳動(dòng)角壓力角余角平面連桿機(jī)構(gòu)經(jīng)常用衡量機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)質(zhì)量(易于測(cè)量) 有效分力 無效分力 ，對(duì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)越有利 Pt 對(duì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)越有利 反映力的有效利用程度第26頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三 (4) 傳動(dòng)角的計(jì)算 (3) 許用傳動(dòng)角一般： 傳動(dòng)角是原動(dòng)件位置的連續(xù)函數(shù)。因此在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期中，一定存在最小傳動(dòng)角gmin。高速機(jī)構(gòu)： 構(gòu)件2、3的夾角第27頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三3、死點(diǎn)位置 (1) 死點(diǎn)位置: 對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，以搖桿CD為主動(dòng)件，則當(dāng)連桿與從動(dòng)件曲柄共線時(shí)，機(jī)構(gòu)的

11、傳動(dòng)角0，這時(shí)主動(dòng)件CD 通過連桿作用于從動(dòng)件AB上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，出現(xiàn)了不能使構(gòu)件AB 轉(zhuǎn)動(dòng)的“頂死” 現(xiàn)象， 機(jī)構(gòu)的這種位置稱為“死點(diǎn)”。例2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)例3 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)例1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)第28頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三避免在死點(diǎn)位置起動(dòng)。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，靠慣性沖過死點(diǎn)。(2) 死點(diǎn)的不利影響：運(yùn)動(dòng)不確定卡死(3) 克服死點(diǎn)的方法：(4) 死點(diǎn)的利用：飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)和工件夾緊機(jī)構(gòu)等。第29頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三3-4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 圖解法ABCD固定鉸鏈 A、D ：活動(dòng)鉸鏈 B、C ： 圓心 圓或圓弧BiCii

12、=1、2、NEiFi圖解設(shè)計(jì)問題作圖求解各鉸鏈中心的位置問題。各鉸鏈間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系：圖解設(shè)計(jì)的基本原理第30頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三 接下來，將原機(jī)構(gòu)的各位置的構(gòu)型均視為剛體，并向某一選定位置相對(duì)移動(dòng)，使新機(jī)架的各桿位置重合，便可得新連桿相對(duì)于新機(jī)架的各個(gè)位置，即實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的倒置。 這樣，就將求活動(dòng)鉸鏈的位置問題轉(zhuǎn)化為求固定鉸鏈的位置問題了。這種方法又稱為反轉(zhuǎn)法。 為了求活動(dòng)鉸鏈的位置，可將待求活動(dòng)鉸鏈所在的桿視作新機(jī)架，而將其相對(duì)的桿視為新連桿。機(jī)構(gòu)的倒置原理第31頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三1、已知連桿的三個(gè)或二個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)

13、構(gòu) B點(diǎn)繞A點(diǎn)、C點(diǎn)繞D點(diǎn)定軸轉(zhuǎn)動(dòng) 連接B1B2、B2B3； 作B1B2、B2B3垂直平分線交于A點(diǎn)； 連接C1C2、C2C3； 作C1C2、C2C3垂直平分線交于D點(diǎn)。給出B、C三個(gè)位置，A、D位置唯一給出B、C二個(gè)位置，A、D位置無窮 （需加其他條件方可獲得唯一解）目的：求解出鉸鏈A和D。第32頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三2、按給定兩連架桿的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 目的：求解出鉸鏈C。 引入轉(zhuǎn)換機(jī)架的思想，采用反轉(zhuǎn)法求得。 作DE1B2DE2B2，得B2； 作DE1B3DE3B3，得B3； 作B1B2、B2B3的垂直平分線， 交點(diǎn)就是所求C1。 連桿長度： b=ul

14、 B1C1 搖桿長度： c=ul D1C1第33頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三3、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知：搖桿CD長度、擺角y、行程速比系數(shù)K；目的：確定鉸鏈A,曲柄長a和連桿長b。 由(1)式算出極位夾角； 任選D的位置，按已知條件作出 搖桿極限位置DC1和DC2; 作C2C1OC1C2O90 得C1O與C2O交點(diǎn)O; 以O(shè)為圓心，OC1為半徑作輔助圓， A點(diǎn)在圓弧上任選。（1）第34頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三實(shí)現(xiàn)給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)時(shí)確定: 1、各桿的長度比例。2、描繪連桿曲線的點(diǎn)的位置圖譜法第35頁，共56

15、頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三本 章 知 識(shí) 點(diǎn)平面四桿機(jī)構(gòu)類型曲柄存在條件壓力角和傳動(dòng)角機(jī)構(gòu)死點(diǎn)和急回特性平面四桿機(jī)構(gòu)的尺寸綜合第36頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三Question ?桿件數(shù)目？運(yùn)動(dòng)副類型？連桿機(jī)構(gòu)類型？第37頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)返回機(jī)構(gòu)第38頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三縫紉機(jī)機(jī)構(gòu)返回機(jī)構(gòu)第39頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三正平行四邊形機(jī)構(gòu)返回機(jī)構(gòu)第40頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三雙搖桿機(jī)構(gòu)

16、返回機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)鶴式起重機(jī)第41頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)返回機(jī)構(gòu)返回急回第42頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三曲柄壓力機(jī)第43頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)返回機(jī)構(gòu)返回急回第44頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三搖塊機(jī)構(gòu)返回?fù)u塊機(jī)構(gòu)第45頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三自卸卡車車廂返回?fù)u塊機(jī)構(gòu)第46頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三手搖唧筒機(jī)構(gòu)返回定塊機(jī)構(gòu)第47頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三縫紉機(jī)針返回正弦機(jī)構(gòu)第48頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三十字滑塊聯(lián)軸節(jié)正切機(jī)構(gòu)第49頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三橢圓儀第50頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三飛機(jī)起落架返回第51頁，共56頁，2022年，5月20日，21點(diǎn)39分，星期三工件