任務(wù)二 平面連桿機構(gòu)

任務(wù)二平面連桿機構(gòu)案例導入

案例分析：如圖所示為縫紉機踏板機構(gòu)，為其機構(gòu)運動簡圖和結(jié)構(gòu)示意圖?？p紉機傳動路線為:操作者踩踏踏板使搖桿1（原動件）往復擺動→連桿2驅(qū)→曲柄3（從動件）→帶動帶輪使機頭主軸連續(xù)轉(zhuǎn)動?？p紉機踏板機構(gòu)

問題：（1）各構(gòu)件的長度如何才能保證實現(xiàn)相關(guān)的運動？（2）該機構(gòu)在工作時，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象如何處理？

縫紉機踏板機構(gòu)案例導入平面連桿機構(gòu)的類型

1平面四桿機構(gòu)的演化2平面連桿機構(gòu)的基本特性3平面四桿機構(gòu)的設(shè)計

4本章內(nèi)容一平面連桿機構(gòu)的類型

基本概念：

連桿機構(gòu)：機構(gòu)中各構(gòu)件只采用低副連接的構(gòu)件稱為連桿機構(gòu)。

平面連桿機構(gòu)：所有構(gòu)件均在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動的連桿機構(gòu)稱為平面連桿機構(gòu)。

縫紉機腳踏機構(gòu)鋸管機構(gòu)

四桿機構(gòu)：由四個構(gòu)件組成的平面連桿機構(gòu)稱為四桿機構(gòu)

腳踏式脫粒機縫紉機縫紉機構(gòu)

（一）鉸鏈四桿機構(gòu)類型1、基本概念：鉸鏈四桿機構(gòu)：四個構(gòu)件全部用轉(zhuǎn)動副相連的四桿機構(gòu)

連架桿機架連架桿連桿曲柄搖桿連架桿能繞其軸線轉(zhuǎn)360o的連架桿僅能繞其軸線作往復擺動的連架桿2、鉸鏈四桿機構(gòu)的組成：連桿：不直接與機架相連的構(gòu)件。1）曲柄搖桿機構(gòu)曲柄為主動件時，轉(zhuǎn)動—>擺動搖桿為原動件時，擺動—>轉(zhuǎn)動兩連架桿中一個為曲柄，另一個為搖桿的四桿機構(gòu)，稱為曲柄搖桿機構(gòu)3、鉸鏈四桿機構(gòu)的分類

按照兩連架桿的運動形式的不同（即有無曲柄），可將鉸鏈四桿機構(gòu)分為：

應(yīng)用案例：雷達天線、腳踏式脫粒機、攪拌機、水稻插秧機的秧爪運動機構(gòu)。

腳踏式脫粒機縫紉機的腳踏粒機雷達天線

攪拌機機構(gòu)水稻插秧機的秧爪運動機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)功能：將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為擺動，或者將擺動轉(zhuǎn)換為連續(xù)轉(zhuǎn)動。兩連架桿均為曲柄的四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)2）雙曲柄機構(gòu)主動曲柄等速轉(zhuǎn)動—>從動曲柄也同速同向轉(zhuǎn)動曲柄搖桿機構(gòu)主動曲柄等速轉(zhuǎn)動—>從動曲柄變速轉(zhuǎn)動

應(yīng)用案例：慣性篩機構(gòu)

功能：將等速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為不等速同向轉(zhuǎn)動。慣性篩機構(gòu)兩連架桿均為搖桿的四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)3）雙搖桿機構(gòu)

應(yīng)用案例：港口鶴式起重機、汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)、電風扇搖頭機構(gòu)、飛機起落架等機構(gòu)。電風扇搖頭機構(gòu)

功能：將一種擺動轉(zhuǎn)換為另一種擺動。汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)鶴式起重機機構(gòu)中相鄰構(gòu)件能否相對轉(zhuǎn)整周，由各構(gòu)件長度間的關(guān)系決定。

（二）鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性1、曲柄存在的條件：

設(shè)：一曲柄搖桿機構(gòu)ABCD，各桿長為a、b、c、d，AB為曲柄

則在曲柄整周回轉(zhuǎn)的過程中必會通過與機架AD平行的兩位置，即桿1和桿4拉直共線和重疊共線，如下圖所示由三角形的邊長關(guān)系可得a+d≤b+cd-a+b≥c→a+c≤b+dd-a+c≥b→a+b≤c+d分析：a+d≤b+ca+c≤b+da+b≤d+ca≤ba≤ca≤d通過上面的分析，可以說明兩個問題：

（1）在曲柄搖桿機構(gòu)中，曲柄為最短桿；

（2）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其他兩桿長度之和

結(jié)論：

最短桿和最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和是鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的必要條件(不滿足這一條件的，必為雙搖桿機構(gòu))

但滿足這一條件的鉸鏈四桿機構(gòu)究竟有一個曲柄、兩個曲柄還是沒有曲柄，還需根據(jù)取何桿為機架來判斷

（1）以最短桿為機架時，為雙曲柄機構(gòu)（2）以最短桿的相鄰桿為機架時，為曲柄搖桿機構(gòu)

（3）以最短桿的對面桿為機架時，為雙搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)

雙搖桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在的條件：（1）長度和條件：機構(gòu)中最短構(gòu)件與最長構(gòu)件長度之和小于或等于其余兩構(gòu)件長度之和，即（2）最短構(gòu)件條件：連架桿與機架中必有一桿為最短構(gòu)件。鉸鏈四桿機構(gòu)基本類型的判別方法

（1）滿足長度和條件，即1)若以最短構(gòu)件為機架，則機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)；2）若以最短構(gòu)件相鄰邊為機架時，機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)；3）若以最短構(gòu)件對邊為機架，則機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。（2）不滿足長度和條件，則無論取哪個構(gòu)件為機架均為雙搖桿機構(gòu)。案例分析：

如圖所示的鉸鏈四桿機構(gòu)ABCD中，已知各桿的長度分別為：a=30，b=50，c=40，d=45。試確定該機構(gòu)分別以AD、AB、CD和BC為機架時，屬于何種機構(gòu)？

案例分析：如圖所示縫紉機踏板機構(gòu)，已知AB=4cm、AD=11cm、BC=16cm，若BC為機構(gòu)的最長構(gòu)件，請問縫紉機踏板機構(gòu)中各構(gòu)件應(yīng)滿足什么條件，縫紉機踏板機構(gòu)才能為曲柄搖桿機構(gòu)？

想一想練一練請判斷圖所示各機構(gòu)屬于何類鉸鏈四桿機構(gòu)？

右圖所示為一曲柄搖桿機構(gòu)，其中曲柄為原動件作等速回轉(zhuǎn)時，搖桿為從動桿，作往復變速擺動2、急回特性原動件作勻速轉(zhuǎn)動，從動件作往復運動的機構(gòu)，從動件正行程和反行程的平均速度不相等，返回行程速度大于工作行程速度的特性，叫做急回特性曲柄搖桿機構(gòu)中，原動件AB以等速轉(zhuǎn)動B2C2B1C1曲柄轉(zhuǎn)角對應(yīng)的時間搖桿點C的平均速度A21C34BDabcd擺角極位夾角v1v2))

擺角ψ：搖桿在兩極限位置間的夾角

極位夾角θ：搖桿處于兩極限位置時，曲柄所夾的銳角原動件作勻速轉(zhuǎn)動，從動件作往復運動的機構(gòu)，從動件正行程和反行程的平均速度不相等，返回行程速度大于工作行程速度的特性，叫做急回特性，通常用行程速度變化系數(shù)K來表示

（1）機構(gòu)有極位夾角，就有急回特性

（2）θ越大，K值越大，急回特性就越顯著設(shè)計時一般都先給出K值平面四桿機構(gòu)具有急回特性的條件（1）原動件作等速整周轉(zhuǎn)動（2）輸出件作往復運動（3）3、死點位置存在死點位置的標志是：連桿與從動件共線

機構(gòu)傳動角γ=0（即α=90o）的位置稱為死點位置。機構(gòu)處于死點位置，從動件會出現(xiàn)卡死（機構(gòu)自鎖）或運動方向不確定的現(xiàn)象（不計慣性）

搖桿為原動件，有2個死點位置；

曲柄為原動件，沒有死點位置。（因連桿與從動桿不會共線）死點位置的利弊

利：工程上利用死點位置進行工作。

飛機起落架機構(gòu)夾具機構(gòu)當工件被夾緊后，BCD成一直線，機構(gòu)處于死點位置，即使工件的反力很大，夾具也不會自動松脫，該例為利用死點位置的自鎖特性來實現(xiàn)工作要求的。弊：機構(gòu)有死點，從動件出現(xiàn)卡死或運動方向不確定現(xiàn)象，對傳動不利，如縫紉機的腳踏機構(gòu)?？p紉機的腳踏機構(gòu)

3）克服死點的方法

（1）增大從動件的質(zhì)量，利用慣性度過死點位置。（2）在從動曲柄上施加外力或安裝飛輪以增加慣性。（3）采用相同的機構(gòu)錯位排列?；疖囓囕喡?lián)動裝置縫紉機的腳踏機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)的演化

在實際工作機械中，鉸鏈四桿機構(gòu)還遠遠不能滿足需要，生產(chǎn)實踐中，常常采用多種不同外形、結(jié)構(gòu)和特性的四桿機構(gòu)，都可以認為是鉸鏈四桿機構(gòu)的演化形式。

常用的的演化方法：

（1）變轉(zhuǎn)動副為移動副；（2）取不同的構(gòu)件作機架；（3）擴大轉(zhuǎn)動副和移動副的尺寸。

改變從動件運動方式或運動規(guī)律，改善構(gòu)件受力演化的目的：1)轉(zhuǎn)動副變成移動副對心曲柄滑塊機構(gòu)偏心曲柄滑塊機構(gòu)2)擴大轉(zhuǎn)動副

曲柄滑塊機構(gòu)—>B處轉(zhuǎn)動副擴大，包括了A轉(zhuǎn)動副—>轉(zhuǎn)化成偏心輪機構(gòu)經(jīng)過這樣的轉(zhuǎn)化提高了偏心軸的強度和剛度，結(jié)構(gòu)簡化。常應(yīng)用于傳力較大的碎礦機和沖床等機械中(0~360°)(0~360°)(<360°)(<360°)1234ABCD曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)(0~360°)(0~360°)(<360°)(<360°)1234ABDC雙搖桿機構(gòu)(0~360°)(0~360°)(<360°)1234ABCD(<360°)取不同構(gòu)件為機架各構(gòu)件間的相對運動關(guān)系不變整周轉(zhuǎn)動副3)取不同的構(gòu)件為機架

曲柄搖桿機構(gòu)若取不同的構(gòu)件為機架，可得到不同的機構(gòu)取不同的構(gòu)件為機架取不同構(gòu)件為機架各構(gòu)件間的相對運動關(guān)系不變同樣，對于曲柄滑塊機構(gòu)（a），選取不同構(gòu)件為機架也可以得到不同型式的機構(gòu)如桿1為機架，得到導桿機構(gòu)(圖b)注：當L1<L2，桿2、桿4都可轉(zhuǎn)動，為轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)，轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)應(yīng)用在小型刨床上若L1>L2，桿2轉(zhuǎn)動、桿4只能擺動，為擺動導桿機構(gòu)擺動導桿機構(gòu)應(yīng)用在回轉(zhuǎn)式油泵、牛頭刨床等裝置上擺動導桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導