平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)課件

第二章

平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)二、連桿機(jī)構(gòu)的分類1、根據(jù)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分為：平面連桿機(jī)構(gòu)，空間連桿機(jī)構(gòu)。2、根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目分為：四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)等。

若干個(gè)構(gòu)件全用低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，也稱之為低副機(jī)構(gòu)。一、連桿機(jī)構(gòu)2-1平面連桿機(jī)構(gòu)概述缺點(diǎn)：▲產(chǎn)生動(dòng)載荷（慣性力），不適合高速?！O(shè)計(jì)較復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡。本章重點(diǎn)介紹四桿機(jī)構(gòu)?！鴺?gòu)件和運(yùn)動(dòng)副多，累積誤差大，運(yùn)動(dòng)精度和效率較低?！捎玫透?，面接觸、承載大、便于潤(rùn)滑、不易磨損形狀簡(jiǎn)單、易加工、容易獲得較高的制造精度?！淖儣U的相對(duì)長(zhǎng)度，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同?！B桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。三、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)1.平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和應(yīng)用全部由轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。

連架桿——與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件；機(jī)架——固定不動(dòng)的構(gòu)件；連桿——連接兩連架桿且作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件；曲柄——能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿；搖桿——僅能在某一角度往復(fù)擺動(dòng)的連架桿；§2-2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化周轉(zhuǎn)副—能作360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。一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式(一)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：兩連架桿一個(gè)是曲柄（整周轉(zhuǎn)）；一個(gè)是搖桿（擺動(dòng)）應(yīng)用：(二)、雙曲柄機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：兩連架桿都是曲柄（整周轉(zhuǎn)）且不等長(zhǎng)主動(dòng)曲柄勻速轉(zhuǎn)，從動(dòng)曲柄變速轉(zhuǎn)正平行雙曲柄機(jī)構(gòu)：對(duì)邊平行且相等特點(diǎn)：主、從動(dòng)曲柄勻速且相等運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象：如何消除不確定現(xiàn)象：1、慣性飛輪2、加虛約束3、靠自重§7－2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用反平行雙曲柄機(jī)構(gòu)：對(duì)邊平行但不相等

公共汽車車門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)(三)、雙搖桿機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：兩連架桿都是搖桿（擺動(dòng)）二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化演化方法：轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副（滑塊四桿機(jī)構(gòu)）；選取不同構(gòu)件作為機(jī)架（一）、轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化成移動(dòng)副1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副類型對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄存在條件：對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：L1<L2

行程S=2L1偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：L1+e<L22、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副由于此機(jī)構(gòu)當(dāng)主動(dòng)件1等速回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)到導(dǎo)桿3的位移為y=Labsinα，故又稱正弦機(jī)構(gòu)

雙滑塊機(jī)構(gòu)1、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(1)、演化過(guò)程曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)將曲柄改為機(jī)架時(shí)，就演化成導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。（二）、取不同構(gòu)件為機(jī)架（機(jī)構(gòu)倒置）(2)、類型轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)L1<L2L1>L2L1L2：機(jī)架長(zhǎng)度：曲柄長(zhǎng)度(2)、應(yīng)用牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)易刨床2、搖塊機(jī)構(gòu)(1)、演化過(guò)程曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)將連桿改為機(jī)架時(shí)，就演化成搖塊機(jī)構(gòu)。(2)、應(yīng)用泵3、定塊機(jī)構(gòu)(1)、演化過(guò)程曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)將滑塊改為機(jī)架時(shí)，就演化成定塊機(jī)構(gòu)。(2)、應(yīng)用定塊機(jī)構(gòu)

4、雙滑塊機(jī)構(gòu)偏心輪（擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)副)

在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)）中，若曲柄很短，可將轉(zhuǎn)動(dòng)副B的尺寸擴(kuò)大到超過(guò)曲柄長(zhǎng)度，則曲柄AB就演化成幾何中心B不與轉(zhuǎn)動(dòng)中心A重合的圓盤(pán)，該圓盤(pán)稱為偏心輪，含有偏心輪的機(jī)構(gòu)稱為偏心輪機(jī)構(gòu)。應(yīng)用：偏心輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，偏心輪軸頸的強(qiáng)度和剛度大，且易于安裝整體式連桿，廣泛用于曲柄長(zhǎng)度要求較短、沖擊較大的機(jī)械中。

顎式破碎機(jī)§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的幾個(gè)工作特性一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件二、平面四桿機(jī)構(gòu)輸出件的急回特性三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角、死點(diǎn)一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件上式兩兩相加得：l1≤l2

，

l1≤l3，

l1≤l4，即AB為最短桿。平面連桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：1）連架桿與機(jī)架中必有一桿為四桿機(jī)構(gòu)中的最短桿；2）最短桿與最長(zhǎng)桿之和應(yīng)小于或等于其余兩桿的桿長(zhǎng)之和。（桿長(zhǎng)和條件）（Grashof定理）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判斷條件：2）若不滿足桿長(zhǎng)和條件，該機(jī)構(gòu)只能是雙搖桿機(jī)構(gòu)。注意：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)必須滿足四構(gòu)件組成的封閉多邊形條件：最長(zhǎng)桿的桿長(zhǎng)<其余三桿長(zhǎng)度之和。1）在滿足桿長(zhǎng)和的條件下：（1）以最短桿的相鄰構(gòu)件為機(jī)架，則最短桿為曲柄，另一連架桿為搖桿，即該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（2）以最短桿為機(jī)架，則兩連架桿為曲柄，該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；（3）以最短桿的對(duì)邊構(gòu)件為機(jī)架，均無(wú)曲柄存在，即該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)滿足上述整轉(zhuǎn)副條件時(shí)，以不同構(gòu)件為機(jī)架可得到如下不同類型的四桿機(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)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)以最短桿的鄰邊為機(jī)架以最短桿為機(jī)架以最短桿的對(duì)邊為機(jī)架【例】在圖1所示四鉸鏈機(jī)構(gòu)中，已知：b＝50mm，c＝35mm，d＝30mm，AD為固定件。

(1)如果能成為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，且AB是曲柄，求a的極限值。

(2)如果能成為雙曲柄機(jī)構(gòu)，求a的取值范圍。

(3)如果能成為雙搖桿機(jī)構(gòu)，求a的取值范圍。

解：

(1)若能成為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，則機(jī)構(gòu)必須滿足“桿長(zhǎng)之和的條件”，且AB應(yīng)為最短桿。因此

b+a≤c+d 50+a≤35+30所以 a≤15mm圖1四鉸鏈機(jī)構(gòu)(2)若能成為雙曲柄機(jī)構(gòu)，則應(yīng)滿足“桿長(zhǎng)之和的條件”，且AD必須為最短桿。這時(shí)，應(yīng)考慮下述兩種情況：①a≤50mm時(shí)，BC為最長(zhǎng)桿，應(yīng)滿足

b+d≤a＋c 50+30≤a+35所以 a≥45mm 45mm≤a≤50mm②a＞50mm時(shí)，AB為最長(zhǎng)桿，應(yīng)滿足

a+d≤b+c

a+30≤50+35所以 a≤55mm 50mm＜a≤55mm將兩種情況下得出的結(jié)果綜合起來(lái)，即得a的取值范圍為

45mm≤a≤55mm(3)若能成為雙搖桿機(jī)構(gòu)，則應(yīng)該不滿足“桿長(zhǎng)之和的條件”。這時(shí)，需按下述三種情況加以討論：①a＜30mm時(shí)，AB為最短桿，BC為最長(zhǎng)桿，則應(yīng)有a+b＞c+da+50＞35+30所以 a＞15mm15mm＜a＜30mm(a)②50mm＞a≥30mm時(shí)，AD為最短桿，BC為最長(zhǎng)桿，則應(yīng)有d+b＞a+c30+50＞a+35所以a＜45mm30mm≤a＜45mm(b)③a＞50mm時(shí)，AB為最長(zhǎng)桿，AD為最短桿，則應(yīng)有a+d＞b+ca+30＞50+35

所以a＞55mm

另外，還應(yīng)考慮到BC與CD桿延長(zhǎng)成一直線時(shí)，需滿足三角形的邊長(zhǎng)關(guān)系(一邊小于另兩邊之和)，即a＜b+c+d=50+35+30所以a＜115mm即55mm＜a＜115mm(c)

將不等式(a)和(b)加以綜合，并考慮到式(c)，得出a的取值范圍應(yīng)為15mm＜a＜45mm55mm＜a＜115mm曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件條件為：

1）a為最短桿

2)a+e≤b.C”abABCB’’B’eC’1）曲柄在AB’’,在三角形ADC’’中，AD≤AC’’，即b>a+e2)曲柄在AB’,在三角形ADC’中，AD≤AC’，即b+a>eD從動(dòng)件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的平面連桿機(jī)構(gòu)中，若從動(dòng)件工作行程的平均速度小于回程的平均速度，則稱該機(jī)構(gòu)具有急回特性。在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)從動(dòng)件（搖桿）位于兩極限位置時(shí)，曲柄與連桿共線。此時(shí)對(duì)應(yīng)的主動(dòng)曲柄之間所夾的銳角θ叫作極位夾角。二、平面四桿機(jī)構(gòu)輸出件的急回特性極位夾角∵:1>2,∴:t1>t2,

v1<v2⌒v2=C1C2/t21=180°+θ,2=180°-θ⌒v1=C1C2/t1極位夾角擺角

=v2/v1=（C1C2/t2）/

（C1C2/t1）

=t1/t2=1/2=（180°+θ）/（180°-θ）

輸出件空回行程的平均速度

—————————————

輸出件工作行程的平均速度K=θ=180°（K-1）/（K+1）行程速比系數(shù)連桿機(jī)構(gòu)輸出件具有急回特性的條件:1）原動(dòng)件等角速整周轉(zhuǎn)動(dòng)；2）輸出件具有正、反行程的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；3）極位夾角θ>0。急回特性相對(duì)程度用行程速比系數(shù)K（即從動(dòng)件空回行程的平均速度ω2與工作行程的平均速度ω1的比值）來(lái)表示：BACB1B2C2C1C2BB1AC1B2CθθAB1DC∞B2=應(yīng)用：節(jié)省回程時(shí)間，提高生產(chǎn)率。設(shè)計(jì)時(shí)往往先給定K值，再計(jì)算θ，即

三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角、死點(diǎn)F1=FcosαF2=Fsinα1、機(jī)構(gòu)壓力角:在不計(jì)摩擦力、慣性力和重力的條件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使輸出件運(yùn)動(dòng)的力的方向線與輸出件上受力點(diǎn)的速度方向間所夾的銳角，稱為機(jī)構(gòu)壓力角，通常用α表示。ABCDαγδFvcF1F2傳動(dòng)角：壓力角的余角(90-α)

。通常用γ表示.機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和壓力角作出如下規(guī)定：γmin≥[γ]；[γ]=3060°；αmax≤[α]。[γ]、[α]分別為許用傳動(dòng)角和許用壓力角。vcABCDαγδFF1F2常用γ的大小來(lái)表示機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞FABC123vB3αFvB3ABC123α=0°γ=90°αnαvFvB3FABC231αvFδ=arccos{[b2+c2-d2-a2+2adcos]/2bc}.=0,δmin=arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc}2、最小傳動(dòng)角的確定γ

=δ或γ

=180-

δ=180,δmax=arccos{[b2+c2-(d+a)2]/2bc}γmin=[δmin,180-δmax]minBACB’B’’C’C’’minmin=’=arccos（a+e)/b

為提高機(jī)械傳動(dòng)效率，應(yīng)使其最小傳動(dòng)角處于工作阻力較小的空回行程中。B’C’’AC’BB’’C’’’eab在主動(dòng)曲柄與機(jī)架共線的位置，都有可能出現(xiàn)min3機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置

在不計(jì)構(gòu)件的重力、慣性力和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦阻力的條件下，當(dāng)機(jī)構(gòu)處于傳動(dòng)角γ=0°（或α=90°）的位置下，無(wú)論給機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩有多大，均不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)位置稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。F1=FcosαF2=FsinαDABCFαvBFDACvα對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)搖桿為主動(dòng)件時(shí)，在連桿與曲柄兩次共線的位置，機(jī)構(gòu)均不能運(yùn)動(dòng)。

*

“死點(diǎn)”位置的過(guò)渡方法：依靠飛輪的慣性（如內(nèi)燃機(jī)、縫紉機(jī)等）。兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開(kāi)排列，如火車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。動(dòng)畫(huà)演示*

可以利用“死點(diǎn)”位置進(jìn)行工作，例如：飛機(jī)起落架、鉆夾具等。動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示2.4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)概論

一個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程：已知條件→構(gòu)件尺寸

兩類基本問(wèn)題：實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律；

實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)軌跡；

三種設(shè)計(jì)方法：圖解法解析法實(shí)驗(yàn)法已知條件：運(yùn)動(dòng)條件、幾何條件、動(dòng)力條件。簡(jiǎn)明易懂，精確性差。精確度好，計(jì)算繁雜。形象直觀，過(guò)程復(fù)雜。2.4.1圖解法設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)1.按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知：連桿BC長(zhǎng)度及三個(gè)位置（B1C1,B2C2,B3C3）要求：設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟：①連接B1B