機(jī)械原理英文版 葉仲和 藍(lán)兆輝 Lecture4-3(平面連桿機(jī)構(gòu))

4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages4.3.1格拉曉夫準(zhǔn)則GrashofCriterion

(鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)具有曲柄的條件)

假設(shè)：現(xiàn)需要設(shè)計(jì)一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD,希望連架桿AB是曲柄，而CD是搖桿。要使此瞬時(shí)阿蘇爾桿組BC、CD能夠組裝在其外副B、D上，必須要使△BCD的三邊長(zhǎng)滿(mǎn)足條件?1整理ppt---(4-1)4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，距離f是變量。2整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages需要找到f的極值。3整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages4整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages5整理ppt最短桿長(zhǎng)度+任一桿長(zhǎng)度<其余兩桿長(zhǎng)度之和

曲柄必是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的最短桿。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)具有曲柄的條件（格拉曉夫準(zhǔn)則）6整理ppt格拉曉夫準(zhǔn)則也可表示成:最短桿長(zhǎng)度+最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度<其余兩桿長(zhǎng)度之和，即：lmax+lmin<lb+lc.

滿(mǎn)足格拉曉夫準(zhǔn)則的連桿機(jī)構(gòu)也稱(chēng)為格拉曉夫連桿機(jī)構(gòu).

4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages7整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages若將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行倒置，將最短桿作為機(jī)架，則該機(jī)構(gòu)演變成雙曲柄機(jī)構(gòu)

若將與最短桿AB相對(duì)的桿件CD作為機(jī)架，則該機(jī)構(gòu)演變?yōu)殡p搖桿機(jī)構(gòu)

若以毗鄰最短桿AB的構(gòu)件AD或BC為機(jī)架，則該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)8整理ppt若lmax+lmin

>lb+lc,則機(jī)構(gòu)不滿(mǎn)足格拉曉夫準(zhǔn)則，該機(jī)構(gòu)稱(chēng)為非格拉曉夫連桿機(jī)構(gòu),即該機(jī)構(gòu)中沒(méi)有連架桿能夠作相對(duì)整周旋轉(zhuǎn)，而且該機(jī)構(gòu)所有倒置的型式均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages9整理ppt非格拉曉夫連桿機(jī)構(gòu)4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages10整理ppt

但是，在某些雙搖桿機(jī)構(gòu)中，連桿可以相對(duì)其他構(gòu)件作整周運(yùn)動(dòng)，該機(jī)構(gòu)稱(chēng)為格拉曉夫雙搖桿機(jī)構(gòu)。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)11整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages

若

lmax+lmin

=lb+lc,則四個(gè)桿件的中心線(xiàn)可共線(xiàn).當(dāng)四個(gè)桿件的中心線(xiàn)共線(xiàn)時(shí)，輸出桿件的運(yùn)動(dòng)則不唯一。

該點(diǎn)稱(chēng)為轉(zhuǎn)折點(diǎn)

change-points.具有轉(zhuǎn)折點(diǎn)的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為轉(zhuǎn)折點(diǎn)機(jī)構(gòu)change-pointmechanisms.12整理ppt機(jī)構(gòu)AB2C2D

稱(chēng)為平行曲柄機(jī)構(gòu)

parallel-crankmechanism；

機(jī)構(gòu)AB2C2D

稱(chēng)為反平行曲柄機(jī)構(gòu)

antiparallel-crankmechanism.4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages13整理ppt如何解決轉(zhuǎn)折點(diǎn)的存在所引起的運(yùn)動(dòng)不確定性？4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages

可在曲柄的軸上裝飛輪，增加慣性14整理ppt表4-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型準(zhǔn)則

長(zhǎng)度

機(jī)架lmax+lmin<lb+lclmax+lmin>lb+lclmax+lmin=lb+lcGrashofNon-GrashofChange-point最短桿雙曲柄機(jī)構(gòu)最短桿相對(duì)的桿件雙搖桿機(jī)構(gòu) 雙搖桿機(jī)構(gòu)最短桿毗鄰的桿件曲柄搖桿機(jī)構(gòu)4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages15整理ppt格拉曉夫準(zhǔn)則lmax+lmin

<lb+lc只是連桿機(jī)構(gòu)具有曲柄的必要條件necessarycondition,而不是充分條件

sufficientcondition.為了確定鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型，不僅要檢驗(yàn)是否滿(mǎn)足格拉曉夫準(zhǔn)則，而且要根據(jù)哪個(gè)桿件是機(jī)架來(lái)判定。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages由表可知：16整理ppt在偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若要桿件AB能夠相對(duì)機(jī)架作整周回轉(zhuǎn)，必須滿(mǎn)足：

曲柄AB的長(zhǎng)度a

+偏距e

<連桿BC的長(zhǎng)度b4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages17整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages4.3.2壓力角PressureAngle()和傳動(dòng)角TransmissionAngle()1、壓力角若不考慮各運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力及構(gòu)件重力和慣性力的影響，則由主動(dòng)件AB經(jīng)連桿BC傳遞到輸出構(gòu)件CD上C點(diǎn)的力F的方向？18整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages4.3.2壓力角PressureAngle()和傳動(dòng)角TransmissionAngle()1、壓力角19整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages4.3.2壓力角PressureAngle()和傳動(dòng)角TransmissionAngle()1、壓力角20整理ppt力F與速度vC方向所成的銳角

acuteangle稱(chēng)為機(jī)構(gòu)在該點(diǎn)處的壓力角pressureangle

。用字母表示。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages21整理ppt將壓力角的余角complement稱(chēng)為傳動(dòng)角，用字母

表示.4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages2、傳動(dòng)角TransmissionAngle

22整理ppt

若

BCD<90o,則=BCD.4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages∵壓力角

<90o，傳動(dòng)角=90o-

∴

<90o.

若

BCD>90o,則

=180o-BCD.23整理ppt將力F分解為相互垂直的兩個(gè)分力：4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages切向力Ft——推動(dòng)從動(dòng)件CD運(yùn)動(dòng)的有效力

徑向力Fr——鉸鏈附加壓力，加速鉸鏈的摩擦磨損，有害力壓力角

↓，傳動(dòng)角↑,有效力↑24整理ppt在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，壓力角

和傳動(dòng)角

隨著機(jī)構(gòu)位置的改變而變化.為了保證機(jī)構(gòu)具有良好的傳力性能，需要限制：壓力角max≤40o，min≥50o.4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages所以需要找到

和

的極值.25整理ppt當(dāng)原動(dòng)件曲柄與機(jī)架構(gòu)件共線(xiàn)時(shí)，BCD達(dá)到極值extreme，如下圖所示，傳動(dòng)角min出現(xiàn)在兩極值位置之一處。比較兩極限位置時(shí)傳動(dòng)角的大小，令：4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkagesmin=min{min,min}26整理ppt壓力角和傳動(dòng)角必須畫(huà)在從動(dòng)件上；

對(duì)于同一運(yùn)動(dòng)鏈，選擇不同的構(gòu)件作機(jī)架，則壓力角和傳動(dòng)角會(huì)發(fā)生改變。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages27整理ppt對(duì)于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，若曲柄是原動(dòng)件，滑塊是輸出件，則連桿BC與滑塊的導(dǎo)路所成的銳角為壓力角，其余角為傳動(dòng)角

。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages28整理ppt和的極值,出現(xiàn)在曲柄AB垂直于滑塊導(dǎo)路的位置。max=90o-min=sin-1[(a+e)/b]4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages29整理ppt4.3.3Toggle(肘節(jié))PositionsandDead-points圖示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄AB和連桿BC共線(xiàn)時(shí)，搖桿DC到達(dá)其運(yùn)動(dòng)極限位置DC1

和DC2。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages30整理ppt注意:搖桿DC的運(yùn)動(dòng)極限位置不同于

min出現(xiàn)的位置.4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages31整理ppt

偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，滑塊的運(yùn)動(dòng)極限位置也與其min出現(xiàn)的位置不同.4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages32整理ppt曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若曲柄AB為原動(dòng)件，當(dāng)搖桿DC達(dá)到極限運(yùn)動(dòng)位置附近時(shí)，從動(dòng)件DC的速度接近于零，即使在AB上施加很小的轉(zhuǎn)矩torque，也會(huì)使搖桿產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩，因此，將該運(yùn)動(dòng)極限位置稱(chēng)為肘節(jié)位置toggleposition。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages33整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若搖桿DC為原動(dòng)件，當(dāng)搖桿DC擺動(dòng)到極限運(yùn)動(dòng)位置時(shí)，曲柄AB與連桿BC共線(xiàn)，搖桿DC通過(guò)連桿BC施加在曲柄AB上的力正好通過(guò)曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心A，該力對(duì)A點(diǎn)不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。因此，機(jī)構(gòu)在此位置時(shí)，不論驅(qū)動(dòng)力有多大，都不能使曲柄AB轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的這種位置稱(chēng)為死點(diǎn)deadpoint

。34整理ppt對(duì)于任何四桿機(jī)構(gòu)（除了轉(zhuǎn)折點(diǎn)機(jī)構(gòu)）：肘節(jié)位置（極位）4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages當(dāng)搖桿（或滑塊）作為原動(dòng)件時(shí)，會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)。死點(diǎn)出現(xiàn)在原動(dòng)件的極限位置。當(dāng)曲柄作為原動(dòng)件時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)。死點(diǎn)35整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages肘節(jié)位置（極位）死點(diǎn)36整理ppt為使機(jī)構(gòu)順利通過(guò)死點(diǎn)，可采取以下措施：

(1)安裝飛輪，以加大慣性

4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages37整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages為使機(jī)構(gòu)順利通過(guò)死點(diǎn)，可采取以下措施：

(1)安裝飛輪，以加大慣性(2)將兩組以上的相同機(jī)構(gòu)組合使用，錯(cuò)開(kāi)死點(diǎn)38整理ppt某些機(jī)構(gòu)工作時(shí)利用死點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自鎖

self-locking功能。工件夾緊機(jī)構(gòu)4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)39整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)40整理ppt4.3.4QuickReturnCharacteristics急回特性搖桿DC兩極限位置間的夾角C1DC2稱(chēng)為搖桿的角行程

angularstroke,記為max.4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages從動(dòng)件搖桿DC處于兩位置極限時(shí)，曲柄AB在兩對(duì)應(yīng)位置所夾的銳角C1AB2稱(chēng)為極位夾角，記為41整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages當(dāng)曲柄沿逆時(shí)針?lè)较蛞缘冉撬俣圈?由位置AB1旋轉(zhuǎn)到AB2時(shí)，其轉(zhuǎn)角為180o-，所用時(shí)間為t1；與此同時(shí)，搖桿由位置DC1擺動(dòng)到DC2，其擺角為ψmax；當(dāng)曲柄繼續(xù)由位置AB2旋轉(zhuǎn)到AB1時(shí)，其轉(zhuǎn)角為180o+，所用時(shí)間為t2，這時(shí)搖桿由位置DC2擺動(dòng)到DC1，擺角仍然為ψmax。搖桿往復(fù)擺動(dòng)的平均速度不同t1<t2搖桿具有急回特性42整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages由于搖桿由位置DC1擺動(dòng)到DC2用時(shí)短，故該行程稱(chēng)為快行程，用時(shí)記為tf，平均速度記為ωf；搖桿由位置DC2擺動(dòng)到DC1用時(shí)長(zhǎng)，故該行程稱(chēng)為慢行程，用時(shí)記為ts，平均速度記為ωs。為了表示急回運(yùn)動(dòng)特性的相對(duì)程度，通常把從動(dòng)件往復(fù)擺動(dòng)平均速度的比值(>1)稱(chēng)為行程速度變化系數(shù)，用K表示，即：θ≠0，機(jī)構(gòu)具有急回特性；K值越大，機(jī)構(gòu)急回特性越顯著。43整理ppt通常，讓慢行程作為工作行程

workingstroke；快行程作為回程

returnstroke。

下圖所示，曲柄AB逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，搖桿逆時(shí)針行程為工作行程；搖桿順時(shí)針行程為回程。4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages44整理ppt一些具有特殊尺寸的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)不具有急回特性。AB=C1C2/2=0

K=1.4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages45整理ppt4.3CharacteristicsAnalysisofFour-barLinkages曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性與曲