第5章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

第5章平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)§5-1平面連接機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與基本型式§5-2平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性§5-3平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

主要內(nèi)容

各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)平面重合或相互平行的連桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)1.平面連桿機(jī)構(gòu)的定義結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單應(yīng)用最廣泛五桿機(jī)構(gòu)六桿機(jī)構(gòu)2.連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、成本低廉。2)是低副連接的機(jī)構(gòu)，故承載能力大。3)連桿機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律與運(yùn)動(dòng)軌跡的多樣化。4)可進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)。5)連桿機(jī)構(gòu)不宜應(yīng)用在高速運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)合。用于受力較大的場(chǎng)合挖掘機(jī)連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用十分廣泛，但不適用于高速傳動(dòng)。用于受力較大的場(chǎng)合挖掘機(jī)破碎機(jī)連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用十分廣泛，但不適用于高速傳動(dòng)。用于實(shí)現(xiàn)各種不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求慣性篩用以實(shí)現(xiàn)給定軌跡要求攪拌機(jī)抓片機(jī)3.平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式基本型式－鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，其它四桿機(jī)構(gòu)都是由它演變得到的名詞解釋：曲柄—作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；連桿—不與機(jī)架相連的構(gòu)件；連架桿—與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件；搖桿—作定軸擺動(dòng)的構(gòu)件；周轉(zhuǎn)副—可360度相對(duì)回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)副；擺轉(zhuǎn)副—只能作有限角度擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副。連桿機(jī)架曲柄搖桿湘潭大學(xué)專用三種基本型式：（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)特征：曲柄＋搖桿作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)。如雷達(dá)天線。ABDC12432143124雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)(1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用抓片機(jī)抽油機(jī)(1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用攪拌機(jī)送料機(jī)構(gòu)(1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用玩具烏龜刮雨刷(1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用湘潭大學(xué)專用（2）雙曲柄機(jī)構(gòu)特征：兩個(gè)曲柄作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn)。如慣性篩等。湘潭大學(xué)專用ABDC1234E6耕地料斗DCAB實(shí)例：火車輪慣性篩機(jī)構(gòu)特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)AB=CD特征：兩連架桿等長(zhǎng)且平行，連桿作平動(dòng)香皂成型機(jī)。BC=ADABCD31B’C’ABDC耕地料斗DCAB、攝影平臺(tái)ADBC、天平、播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)反平行四邊形機(jī)構(gòu)--車門開(kāi)閉機(jī)構(gòu)反向(2)雙曲柄機(jī)構(gòu)的應(yīng)用慣性篩插床機(jī)構(gòu)

平行四邊形機(jī)構(gòu)的應(yīng)用攝影機(jī)升降臺(tái)天平機(jī)構(gòu)汽車車門開(kāi)閉機(jī)構(gòu)

反平行四邊形機(jī)構(gòu)的應(yīng)用汽車車門開(kāi)閉機(jī)構(gòu)

反平行四邊形機(jī)構(gòu)的應(yīng)用湘潭大學(xué)專用ABDCE（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)特征：兩個(gè)搖桿應(yīng)用舉例：鑄造翻箱機(jī)構(gòu)特例：等腰梯形機(jī)構(gòu)－汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)ABDCB’C’ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿電機(jī)電機(jī)ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿電機(jī)ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿ABDCEABDCE鶴式起重機(jī)(3)雙搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用爐門啟閉機(jī)構(gòu)大型翻型機(jī)

雙搖桿機(jī)構(gòu)的特例若兩搖桿長(zhǎng)度相等等腰梯形機(jī)構(gòu)汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4.平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式(1)改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)

正弦機(jī)構(gòu)φss=lsin

φ曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用汽車車門開(kāi)閉機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)(2)改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架偏心輪機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)小型刨床牛頭刨床應(yīng)用實(shí)例ABDCE123456ABDC1243C2C1(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架搖塊機(jī)構(gòu)314A2BC導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)ACB1234應(yīng)用實(shí)例B234C1A自卸卡車舉升機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例B34C1A2應(yīng)用實(shí)例4A1B23C應(yīng)用實(shí)例13C4AB2φ應(yīng)用實(shí)例A1C234Bφ(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架搖塊機(jī)構(gòu)314A2BC導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)ACB1234應(yīng)用實(shí)例B234C1A自卸卡車舉升機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例B34C1A2應(yīng)用實(shí)例4A1B23C應(yīng)用實(shí)例13C4AB2φ應(yīng)用實(shí)例A1C234Bφ(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架搖塊機(jī)構(gòu)314A2BC導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)手搖唧筒這種通過(guò)選擇不同構(gòu)件作為機(jī)架以獲得不同機(jī)構(gòu)的方法稱為：----機(jī)構(gòu)的倒置BC3214AABC3214(4)運(yùn)動(dòng)副元素的逆換將低副兩運(yùn)動(dòng)副元素的包容關(guān)系進(jìn)行逆換，不影響兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。橢圓儀機(jī)構(gòu)例：選擇雙滑塊機(jī)構(gòu)中的不同構(gòu)件作為機(jī)架可得不同的機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)3214123443213214轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的分類擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)機(jī)架長(zhǎng)>曲柄長(zhǎng)機(jī)架長(zhǎng)<曲柄長(zhǎng)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用牛頭刨床主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)小型刨床轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用搖塊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用卸料定塊機(jī)構(gòu)/移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用(3)轉(zhuǎn)動(dòng)副的銷釘擴(kuò)大平面四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)單滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)正切機(jī)構(gòu)橢圓儀十字滑塊聯(lián)軸器平行四邊形機(jī)構(gòu)反平行四邊形機(jī)構(gòu)等腰梯形機(jī)構(gòu)5.2平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)1.曲柄存在條件周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副aabcbcd藍(lán)色三角形成立紅色三角形成立◆最短桿與最長(zhǎng)桿之和小于等于其它兩桿長(zhǎng)度之和周轉(zhuǎn)副存在的條件:GrashofCriterion◆構(gòu)成周轉(zhuǎn)副的構(gòu)件之一必為最短桿Grashoflinkagemechanism1）最短桿與最長(zhǎng)桿之和小于等于其余兩桿長(zhǎng)度之和曲柄存在條件:2）最短桿作連架桿或機(jī)架桿長(zhǎng)條件滿足桿長(zhǎng)條件最短桿作連架桿曲柄搖桿機(jī)構(gòu)最短桿作機(jī)架雙曲柄機(jī)構(gòu)最短桿作連桿雙搖桿機(jī)構(gòu)不滿足桿長(zhǎng)條件雙搖桿機(jī)構(gòu)（最短桿的鄰邊作機(jī)架）（最短桿的對(duì)邊作機(jī)架）滿足周轉(zhuǎn)副存在條件的雙搖桿機(jī)構(gòu)不滿足周轉(zhuǎn)副存在條件的雙搖桿機(jī)構(gòu)例1：若要以AD為機(jī)架得到雙搖桿機(jī)構(gòu)，試求CD桿長(zhǎng)的范圍。解：1.機(jī)構(gòu)存在周轉(zhuǎn)副,即Lmin+Lmax≤Li+Lj,

且以最短桿的對(duì)邊為機(jī)架）：2）40≤LCD≤

80

：70≤LCD≤902.機(jī)構(gòu)不存在周轉(zhuǎn)副（即Lmin+Lmax>Li+Lj），且能形成封閉形：1）0<LCD<

40

：2）40≤LCD≤

80

：3)80<LCD<170：10<LCD<7090<LCD<170綜合：當(dāng)10<LCD<170時(shí)，得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。不可能∵不滿足題意40+80≤50+LCD40+LCD≤80+50LCD+80>40+5040+80>50+LCD40+LCD>80+50∴70≤

LCD≤

80∴80<LCD≤90∴10<LCD<40∴40≤LCD<70∴90<LCD<1703)80<LCD<170：1）0<LCD<

40

：2.急回特性(Quick-returnMotion)ABCDB2C2B1C1AD極限位置1連桿與曲柄拉伸共線極限位置2連桿與曲柄重疊共線極位夾角(Crankanglebetweentwolimitpositions)

—從動(dòng)件處于兩極限位置時(shí)，原動(dòng)件在對(duì)應(yīng)位置所夾的銳角。

工作行程(慢行程)曲柄轉(zhuǎn)過(guò)180o，搖桿擺角，耗時(shí)t1180o180o返回行程(快行程)曲柄轉(zhuǎn)過(guò)180o，搖桿擺角，耗時(shí)t2

設(shè)計(jì)具有急回要求的機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)先確定K值，再計(jì)算。B2C2B1C1AD180o-180o+行程速度變化系數(shù)(Coefficientoftravelspeedvariation)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的極位夾角

有急回

無(wú)急回?cái)[動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角

注意：具有特定尺寸的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)可能無(wú)急回運(yùn)動(dòng)，即：θ=0°、K=1，C1C2=2AB。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)一定有急回嗎?

壓力角越小，傳動(dòng)角越大，對(duì)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)越有利。

連桿機(jī)構(gòu)中，常用傳動(dòng)角的大小及變化情況來(lái)衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的優(yōu)劣。FF

F3.壓力角和傳動(dòng)角ABDC傳動(dòng)角

—壓力角的余角。壓力角—作用在從動(dòng)件上的力的方向與著力點(diǎn)速度方向所夾銳角。通常min40o對(duì)于高速和大功率傳動(dòng)機(jī)械min50ov

IfBCD<90o

then=BCD

IfBCD>90othen=180o-BCD

機(jī)構(gòu)中，最小傳動(dòng)角在哪里?

最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架兩次共線位置之一。傳動(dòng)角出現(xiàn)極小值的計(jì)算C1B1abcdDA12

min=min{1,2}B2C2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角在何處？如何計(jì)算？abem曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角在何處？如何計(jì)算？4.死點(diǎn)位置F

=0

連桿與曲柄在兩個(gè)共線位置時(shí)，主動(dòng)件搖桿通過(guò)連桿作用于從動(dòng)件曲柄上的力F

通過(guò)其回轉(zhuǎn)中心，

0，曲柄不能轉(zhuǎn)動(dòng)。

F

=0

不管在主動(dòng)件上作用多大的驅(qū)動(dòng)力，都不能在從動(dòng)件上產(chǎn)生有效分力的機(jī)構(gòu)位置，稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。(Deadpoint)主動(dòng)件的兩個(gè)極限位置1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：出現(xiàn)在以搖桿為原動(dòng)件，連桿與從動(dòng)曲柄共線的兩位置；2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：出現(xiàn)在以滑塊為原動(dòng)件，連桿與從動(dòng)曲柄共線的兩位置；3）擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)：出現(xiàn)在以導(dǎo)桿為原動(dòng)件，導(dǎo)桿與從動(dòng)曲柄垂直的兩位置。死點(diǎn)出現(xiàn)的位置：死點(diǎn)可能出現(xiàn)的現(xiàn)象運(yùn)動(dòng)卡死機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定死點(diǎn)可能出現(xiàn)的現(xiàn)象運(yùn)動(dòng)卡死機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定1)加虛約束克服反轉(zhuǎn)克服死點(diǎn)的措施2)加飛輪依靠習(xí)慣性順利通過(guò)死點(diǎn)3)相同機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列火車聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)ABDC死點(diǎn)位置的利用自鎖夾具ABCDFF

0飛機(jī)起落架死點(diǎn)位置的利用之三5.3平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

到目前為止，平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)只考慮了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，還未考慮構(gòu)件的材料、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等一系列因素。因此這種設(shè)計(jì)通常叫做綜合。

綜合的要求可歸納為二大類2）實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)曲線1）實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律1.概述SynthesisDesign

方法2）解析法1）圖解法簡(jiǎn)單易懂、精度低、費(fèi)時(shí)精度高，需借助計(jì)算機(jī)MotiongenerationPathgeneration1)已知連桿的預(yù)定位置設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)2.圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)Graph