第12章平面連桿機(jī)構(gòu)

第12章平面連桿機(jī)構(gòu)§12－1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性§12－2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件§12－3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化§12－4速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析中的應(yīng)用鄭州輕工學(xué)院專用應(yīng)用實(shí)例：內(nèi)燃機(jī)、鶴式吊、火車輪、急回沖床、牛頭刨床、翻箱機(jī)、橢圓儀、機(jī)械手爪、開窗、車門、折疊傘、折疊床、牙膏筒拔管機(jī)、單車等。特征：有一作平面運(yùn)動的構(gòu)件，稱為連桿。特點(diǎn)：①采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精度。②改變桿的相對長度，從動件運(yùn)動規(guī)律不同。③連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。定義：由低副（轉(zhuǎn)動、移動）連接組成的平面機(jī)構(gòu)。§12－1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性鄭州輕工學(xué)院專用缺點(diǎn)：①構(gòu)件和運(yùn)動副多，累積誤差大、運(yùn)動精度低、效率低。②產(chǎn)生動載荷（慣性力），不適合高速。③設(shè)計(jì)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡。分類:平面連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)常以構(gòu)件數(shù)命名：四桿機(jī)構(gòu)、多桿機(jī)構(gòu)。本章重點(diǎn)內(nèi)容是介紹四桿機(jī)構(gòu)。鄭州輕工學(xué)院專用平面四桿機(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；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。如雷達(dá)天線。連桿—作平面運(yùn)動的構(gòu)件；連架桿—與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件；搖桿—作定軸擺動的構(gòu)件；周轉(zhuǎn)副—能作360相對回轉(zhuǎn)的運(yùn)動副；擺轉(zhuǎn)副—只能作有限角度擺動的運(yùn)動副。曲柄連桿搖桿鄭州輕工學(xué)院專用ABC1243DABDC1243（2）雙曲柄機(jī)構(gòu)特征：兩個曲柄作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn)。雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)曲柄主動縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例：如葉片泵、慣性篩等。2143搖桿主動3124鄭州輕工學(xué)院專用ADCB1234旋轉(zhuǎn)式葉片泵ADCB123ABDC1234E6慣性篩機(jī)構(gòu)31鄭州輕工學(xué)院專用ABCD耕地料斗DCAB耕地料斗DCAB實(shí)例：火車輪特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)AB=CD特征：兩連架桿等長且平行，連桿作平動BC=ADABDC攝影平臺ADBCB’C’天平播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)鄭州輕工學(xué)院專用反平行四邊形機(jī)構(gòu)--車門開閉機(jī)構(gòu)反向F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCG平行四邊形機(jī)構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運(yùn)動不確定。采用兩組機(jī)構(gòu)錯開排列。鄭州輕工學(xué)院專用ABDCE（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)特征：兩個搖桿應(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)B’C’ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿電機(jī)ABDCEABDCE電機(jī)ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿電機(jī)ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿ABDC鄭州輕工學(xué)院專用ABCDB1C1AD1.急回運(yùn)動在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時，搖桿位于兩個極限位置，簡稱極位。當(dāng)曲柄以ω逆時針轉(zhuǎn)過180°+θ時，搖桿從C1D位置擺到C2D。所花時間為t1,平均速度為V1,那么有：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)3D此兩處曲柄之間的夾角θ

稱為極位夾角。θ180°＋θωC2B2鄭州輕工學(xué)院專用B1C1ADC2當(dāng)曲柄以ω繼續(xù)轉(zhuǎn)過180°-θ時，搖桿從C2D,置擺到C1D，所花時間為t2,平均速度為V2,那么有：

180°-θ因曲柄轉(zhuǎn)角不同，故搖桿來回?cái)[動的時間不一樣，平均速度也不等。顯然：t1>t2V2>V1搖桿的這種特性稱為急回運(yùn)動。用以下比值表示急回程度稱K為行程速比系數(shù)。且θ越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。只要

θ

≠0，

就有

K>1所以可通過分析機(jī)構(gòu)中是否存在θ以及θ的大小來判斷機(jī)構(gòu)是否有急回運(yùn)動或運(yùn)動的程度。設(shè)計(jì)新機(jī)械時，往往先給定K值，于是:鄭州輕工學(xué)院專用αFγF’F”當(dāng)∠BCD≤90°時，γ＝∠BCD2.壓力角和傳動角壓力角：從動件驅(qū)動力F與力作用點(diǎn)絕對速度之間所夾銳角。ABCD設(shè)計(jì)時要求:

γmin≥50°γmin出現(xiàn)的位置：當(dāng)∠BCD>90°時，

γ＝180°-∠BCD切向分力:

F’=Fcosα法向分力:

F”=Fcosγγ↑→F’↑→對傳動有利。=Fsinγ稱γ為傳動角。此位置一定是：主動件與機(jī)架共線兩處之一。CDBAFγ可用γ的大小來表示機(jī)構(gòu)傳動力性能的好壞,F”F’當(dāng)∠BCD最小或最大時，都有可能出現(xiàn)γmin為了保證機(jī)構(gòu)良好的傳力性能鄭州輕工學(xué)院專用C1B1abcdDA車門由余弦定律有：∠B1C1D＝arccos[b2+c2-(d-a)2]/2bc

∠B2C2D＝arccos[b2+c2-(d+a)2]/2bc若∠B1C1D≤90°,則若∠B2C2D>90°,則γ1＝∠B1C1Dγ2＝180°-∠B2C2D機(jī)構(gòu)的傳動角一般在運(yùn)動鏈最終一個從動件上度量。vγγ1γmin＝[∠B1C1D,180°-∠B2C2D]minC2B2γ2αF鄭州輕工學(xué)院專用F3.機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置搖桿為主動件，且連桿與曲柄兩次共線時，有：此時機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動.避免措施：兩組機(jī)構(gòu)錯開排列，如火車輪機(jī)構(gòu);稱此位置為：“死點(diǎn)”γ＝0靠飛輪的慣性（如內(nèi)燃機(jī)、縫紉機(jī)等）。F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCGγ＝0Fγ＝0鄭州輕工學(xué)院專用工件ABCD1234PABCD1234工件P鉆孔夾具γ=0TABDC飛機(jī)起落架ABCDγ=0F也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作：飛機(jī)起落架、鉆夾具等。鄭州輕工學(xué)院專用l1l2l4l3C’B’AD平面四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副→可能存在曲柄。桿1為曲柄，作整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機(jī)架共線l2≤(l4–l1)+l3則由△B’C’D可得：三角形任意兩邊之和大于第三邊則由△B”C”D可得：l1+l4≤l2+l3l3≤(l4–l1)+l2AB為最短桿最長桿與最短桿的長度之和≤其他兩桿長度之和§12－2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件→l1+l2≤l3+l4C”l1l2l4l3ADl4-

l1將以上三式兩兩相加的：

l1≤l2,l1≤l3,l1≤l4

→l1+l3≤l2+l4鄭州輕工學(xué)院專用2.連架桿或機(jī)架之一為最短桿?？芍寒?dāng)滿足桿長條件時，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副都是整轉(zhuǎn)副。曲柄存在的條件：1.最長桿與最短桿的長度之和應(yīng)≤其他兩桿長度之和此時，鉸鏈A為整轉(zhuǎn)副。若取BC為機(jī)架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈B也是整轉(zhuǎn)副。稱為桿長條件。ABCDl1l2l3l4鄭州輕工學(xué)院專用當(dāng)滿足桿長條件時，說明存在整轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的構(gòu)件作為機(jī)架時，可得不同的機(jī)構(gòu)。如：曲柄搖桿、

雙曲柄、雙搖桿機(jī)構(gòu)。鄭州輕工學(xué)院專用(1)

改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動尺寸偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對心曲柄滑塊機(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)s=lsinφ↓∞

→∞φl§12－3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化鄭州輕工學(xué)院專用(2)改變運(yùn)動副的尺寸(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)擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC鄭州輕工學(xué)院專用牛頭刨床應(yīng)用實(shí)例:ABDC1243C2C1小型刨床ABDCE123456鄭州輕工學(xué)院專用應(yīng)用實(shí)例B234C1A自卸卡車舉升機(jī)構(gòu)(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架ACB1234應(yīng)用實(shí)例B34C1A2應(yīng)用實(shí)例4A1B23C應(yīng)用實(shí)例13C4AB2應(yīng)用實(shí)例A1C234Bφ導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC搖塊機(jī)構(gòu)314A2BC鄭州輕工學(xué)院專用(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架314A2BC直動滑桿機(jī)構(gòu)手搖唧筒這種通過選擇不同構(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BC3214A導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC搖塊機(jī)構(gòu)314A2BCABC3214鄭州輕工學(xué)院專用橢圓儀機(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)1234正弦機(jī)構(gòu)3214鄭州輕工學(xué)院專用12A2(A1)B2(B1)§11－4速度瞬心及其在機(jī)構(gòu)速度分析中的應(yīng)用機(jī)構(gòu)速度分析的圖解法有：速度瞬心法、相對運(yùn)動法、線圖法。瞬心法尤其適合于簡單機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析。一、速度瞬心及其求法絕對瞬心－重合點(diǎn)絕對速度為零。P21相對瞬心－重合點(diǎn)絕對速度不為零。

VA2A1VB2B1Vp2=Vp1≠0

Vp2=Vp1=0兩個作平面運(yùn)動構(gòu)件上速度相同的一對重合點(diǎn)，在某一瞬時兩構(gòu)件相對于該點(diǎn)作相對轉(zhuǎn)動

，該點(diǎn)稱瞬時速度中心。求法？1)速度瞬心的定義鄭州輕工學(xué)院專用特點(diǎn)：

①該點(diǎn)涉及兩個構(gòu)件。②絕對速度相同，相對速度為零。③相對回轉(zhuǎn)中心。2）瞬心數(shù)目

∵每兩個構(gòu)件就有一個瞬心∴根據(jù)排列組合有P12P23P13構(gòu)件數(shù)4568瞬心數(shù)6101528123若機(jī)構(gòu)中有n個構(gòu)件，則N＝n(n-1)/2鄭州輕工學(xué)院專用121212tt123）機(jī)構(gòu)瞬心位置的確定1.直接觀察法

適用于求通過運(yùn)動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件瞬心位置。nnP12P12P12∞2.三心定律V12定義：三個彼此作平面運(yùn)動的構(gòu)件共有三個瞬心，且它們位于同一條直線上。此法特別適用于兩構(gòu)件不直接相聯(lián)的場合。鄭州輕工學(xué)院專用123P21P31E3D3VE3VD3A2VA2VB2A’2E’3P32結(jié)論：

P21、P31、P32

位于同一條直線上。B2鄭州輕工學(xué)院專用3214舉例：求曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的速度瞬心?！轕141234P12P34P13P24P23解：瞬心數(shù)為：1.作瞬心多邊形圓2.直接觀察求瞬心3.三心定律求瞬心N＝n(n-1)/2＝6n=4鄭州輕工學(xué)院專用ω1123二、速度瞬心在機(jī)構(gòu)速度分析中的應(yīng)用1.求線速度已知凸輪轉(zhuǎn)速ω1，求推桿的速度。P23∞解：①直接觀察求瞬心P13、P23。V2③求瞬心P12的速度。V2＝VP12＝μl(P13P12)·ω1長度P13P12直接從圖上量取。nnP12P13②根據(jù)三心定律和公法線n－n求瞬心的位置P12

。鄭州輕工學(xué)院專用ω223412.求角速度解：①瞬心數(shù)為6個②直接觀察能求出4個余下的2個用三心定律求出。P24P13③求瞬心P24的速度。VP24＝μl(P24P14)·ω4

ω4

＝ω2·

(P24P12)/P24P14a)鉸鏈機(jī)構(gòu)已知構(gòu)件2的轉(zhuǎn)速ω2，求構(gòu)件4的角速度ω4。ω4

VP24＝μl(P24P12)·ω2VP24P12P23P34P14方向:

CW,

與ω2相同。相對瞬心位于兩絕對瞬心的同一側(cè)，兩構(gòu)件轉(zhuǎn)向相同鄭州輕工學(xué)院專用ω3b)高副機(jī)構(gòu)已知構(gòu)件2的轉(zhuǎn)速ω2，求構(gòu)件3的角速度ω3。ω2nn