Chapter2-平面連桿機(jī)構(gòu)

第2章平面連桿機(jī)構(gòu)1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)本章內(nèi)容

平面機(jī)構(gòu)+低副聯(lián)接(轉(zhuǎn)動、移動副)

最常用→平面四桿機(jī)構(gòu)（四個(gè)構(gòu)件→四根桿)§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型平面連桿機(jī)構(gòu)－→鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)（全由轉(zhuǎn)動副相聯(lián)）基本類型平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

承受能力高、耐磨損結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、制造精度高可滿足多種運(yùn)動規(guī)律、運(yùn)動軌跡的要求不易精確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律，且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。

當(dāng)構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動副數(shù)較多時(shí)，效率較低。平面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)動畫四足機(jī)器人一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)定義：全部用轉(zhuǎn)動副相連的平面四桿機(jī)構(gòu)。組成:機(jī)架連架桿連桿分類:整轉(zhuǎn)副擺動副機(jī)架曲柄搖桿三種基本型式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在兩連架桿中，一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿。

應(yīng)用舉例：一般曲柄主動，將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為搖桿的擺動，也可搖桿主動，曲柄從動。

運(yùn)動特點(diǎn)：顎式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)、牛頭刨床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、攪面機(jī)、衛(wèi)星接收裝置、縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu)、自行車、走步機(jī)、送料機(jī)構(gòu)，等等。

定義：§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型雷達(dá)調(diào)整機(jī)構(gòu)曲柄搖桿曲柄搖桿插刀往復(fù)機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型2.雙曲柄機(jī)構(gòu)：

應(yīng)用舉例：慣性篩、插床機(jī)構(gòu)、機(jī)車驅(qū)動輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)、車門開閉機(jī)構(gòu)

定義：從動曲柄變速回轉(zhuǎn)

運(yùn)動特點(diǎn)：兩連桿架均為曲柄的四桿機(jī)構(gòu)?！?-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型機(jī)車驅(qū)動輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)：平行四邊形機(jī)構(gòu)(也稱平行雙曲柄機(jī)構(gòu))。

兩個(gè)特性

：①兩曲柄同速同向轉(zhuǎn)動；②連桿作平動。

§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型3.雙搖桿機(jī)構(gòu)：兩連桿架均為搖桿的四桿機(jī)構(gòu)港口起重機(jī)、飛機(jī)起落架、車輛的前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例：§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型爐門開啟機(jī)構(gòu)飛機(jī)起落架§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型動畫基本類型的應(yīng)用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化演化常用的方式①改變運(yùn)動副類型；②選不同構(gòu)件作機(jī)架；③改變相對桿長?！?-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型二、含一個(gè)移動副的四桿機(jī)構(gòu)①

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)變搖桿為滑塊搖桿尺寸為無窮大曲線導(dǎo)軌曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)e=0§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型②

導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

改變曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的固定構(gòu)件（曲柄）轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（曲柄）擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)桿1為機(jī)架最短桿為機(jī)架滑塊沿桿4滑動并一起轉(zhuǎn)動滑塊沿桿4滑動并一起擺動③搖塊機(jī)構(gòu)改變曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的固定構(gòu)件1234卡車車廂舉升機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型桿2為機(jī)架與滑塊組成轉(zhuǎn)動副的構(gòu)件為機(jī)架滑塊擺動，桿4沿滑塊滑動。④

定塊機(jī)構(gòu)改變曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的固定構(gòu)件§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型滑塊為機(jī)架對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)因?qū)返闹芯€通過曲柄的回轉(zhuǎn)中心而得名。該機(jī)構(gòu)能把回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為往復(fù)直線運(yùn)動或作相反的轉(zhuǎn)變，廣泛應(yīng)用于蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、空壓機(jī)以及各種沖壓機(jī)器中。轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)是通過將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的曲柄固定演化而成，它可將主動件的勻速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)桿的非勻速轉(zhuǎn)動。擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)具有急回運(yùn)動性質(zhì)，且其傳動角始終為90度，具有最好的傳力性能，常用于牛頭刨床、插床和送料裝置中。定塊機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)是通過將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的滑塊固定而演化得出，它可把主動件的回轉(zhuǎn)或擺動轉(zhuǎn)化為導(dǎo)桿相對于滑塊的往復(fù)移動。搖塊機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)是通過將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的連桿固定而演化得出，它可把主動件的勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為導(dǎo)桿相對于滑塊的往復(fù)移動并隨滑塊擺動的形式。三、

具有偏心輪的四桿機(jī)構(gòu)增大軸頸尺寸，提高偏心軸的強(qiáng)度和剛度。§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型(曲柄很短時(shí)→偏心輪機(jī)構(gòu))→偏心距=ｅ=曲柄長鉸鏈四桿、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)→(擴(kuò)大回轉(zhuǎn)副)偏心輪機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)副B(半徑↑)＞曲柄長AB曲柄正弦機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)是具有2個(gè)移動副的四桿機(jī)構(gòu)，因從動件的位移與原動曲柄的轉(zhuǎn)角的正弦成正比而得名，常用于縫紉機(jī)下針機(jī)構(gòu)和其他計(jì)算裝置中。橢圓規(guī)動桿聯(lián)接兩回轉(zhuǎn)副，固定導(dǎo)桿聯(lián)接兩移動副，導(dǎo)桿呈十字形，動桿上各點(diǎn)軌跡為長短徑不同的橢圓。1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)本章內(nèi)容§2-2平面鏈四桿機(jī)構(gòu)有基本特性有整轉(zhuǎn)副（曲柄）的條件急回特性壓力角和傳動角死點(diǎn)位置設(shè)a＜d，則當(dāng)AB

桿能繞軸A

相對于AD

桿作整周轉(zhuǎn)動時(shí)，AB

桿必須占據(jù)與AD

桿共線的兩個(gè)位置

a≤d，a≤b，a≤c

在△B’’C’’D中b≤(d-a)+c在△B’C’D中即a+b≤d+c

c≤(d-a)+b即a+c≤d+b

a+d≤b+c

將式兩兩相加，可得一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄(整轉(zhuǎn)副)的條件§2-2平面鏈四桿機(jī)構(gòu)有基本特性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有一個(gè)曲柄的條件：(1)最短桿與最長桿之和小于或等于其余兩桿長度之和；(2)最短桿為連架桿。一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄(整轉(zhuǎn)副)的條件桿長條件機(jī)架條件機(jī)構(gòu)類型滿足桿長之和條件最短桿相鄰的桿為機(jī)架曲柄搖桿機(jī)構(gòu)最短桿本身為機(jī)架雙曲柄機(jī)構(gòu)最短桿相對的桿為機(jī)架雙搖桿機(jī)構(gòu)（I）不滿足桿長之和條件任意桿為機(jī)架雙搖桿機(jī)構(gòu)（II）判斷方法一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄(整轉(zhuǎn)副)的條件動畫8-3四桿機(jī)構(gòu)有曲柄條件例題判斷下列鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型四桿機(jī)構(gòu)符合有整轉(zhuǎn)副的桿長條件：a、b取最短桿鄰邊為機(jī)架，是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)c取最短桿為機(jī)架，是雙曲柄機(jī)構(gòu)d取最短桿的對邊為機(jī)架，是雙搖桿機(jī)構(gòu)二、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的主要特性曲柄AB在轉(zhuǎn)過一周的過程中，有兩次與連桿BC共線。搖桿CD的位置分別為其最左和最右極限位置。C1D與C2D之間的夾角y稱為搖桿的擺角。B1C1與B2C2之間的夾角q稱為極位夾角（即搖桿處于極限位置時(shí)，對應(yīng)曲柄兩位置之間所夾銳角）。急回運(yùn)動:→

工作行程時(shí)間＞空回行程時(shí)間

第1行程時(shí)間

t1曲柄AB1~AB2

j1搖桿C1D~C2D

y第2行程時(shí)間t2曲柄AB2~AB1j2搖桿C2D~C1Dy曲柄勻速轉(zhuǎn)動，j1>j2,顯然：t1>t2搖桿上C點(diǎn)的平均速度在兩個(gè)行程中不同。Vc1<Vc2意義：減少往復(fù)式運(yùn)動機(jī)構(gòu)的空回行程時(shí)間，提高勞動生產(chǎn)率。搖桿擺回的速度大于工作行程的速度，搖桿的這種運(yùn)動性質(zhì)稱為急回運(yùn)動。二、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的主要特性二、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的主要特性行程速比系數(shù)只要

θ≠0，就有K>1θ越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)時(shí)，往往先給定K值，于是:行程速比系數(shù)二、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的主要特性平面四桿機(jī)構(gòu)能具有急回運(yùn)動特性的條件？1）原動件做勻角速度整周轉(zhuǎn)動；2）輸出件具有正、反行程的往復(fù)運(yùn)動；3）極位夾角θ>0。2.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，原動件AB以等速轉(zhuǎn)動,無急回特性對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),有急回特性。偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)三、壓力角與傳動角在不計(jì)摩擦力、重力、慣性力的條件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使輸出件運(yùn)動的力的方向線與輸出件上受力點(diǎn)的速度方向線所夾的銳角。壓力角：傳動角：壓力角的余角。vcFF1F2α越小，傳力越好。γ越大，傳力越好。1.壓力角與傳動角2.四桿機(jī)構(gòu)的最小傳動角位置（1）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，原動件為AB當(dāng)δ為銳角時(shí)，當(dāng)δ為鈍角時(shí)，以AB為原動件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：當(dāng)曲柄和機(jī)架處于兩共線位置時(shí)，連桿和輸出件的夾角最小和最大（）。以曲柄為原動件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄和機(jī)架處于兩共線位置之一時(shí)，出現(xiàn)最小傳動角。2.四桿機(jī)構(gòu)的最小傳動角位置

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中取搖桿為主動件時(shí)，當(dāng)曲柄與連桿共線時(shí)，連桿對從動件曲柄的作用力通過轉(zhuǎn)動中心A，傳動角為零，力矩為零，稱為死點(diǎn)位置。四、死點(diǎn)位置當(dāng)工件被夾緊后，BCD成一直線，機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)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(diǎn)位置的自鎖特性來實(shí)現(xiàn)工作要求的。死點(diǎn)的利用：四、死點(diǎn)位置例在圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，已知鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的長度分別為LAB=20mm，LBC=60mm，LCD=85mm，LAD=50mm，要求：（1）試確定該機(jī)構(gòu)是否有曲柄？（2）若以AB為原動件，試畫出該機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)的壓力角。解:(1)又AD為機(jī)架所以該機(jī)構(gòu)存在曲柄，構(gòu)件AB就是曲柄。1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)本章內(nèi)容按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知:連桿的長度和占據(jù)的兩位置B1C1,B2C2,設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。此問題的本質(zhì)是：已知活動鉸鏈，求固定鉸鏈（求活動鉸鏈軌跡圓的圓心）。B1B2C1C2AD給定兩位置有無窮多解b12c12B1B2B3C1C2C3AD給定三位置，有唯一解按給定的從動件的行程和K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)(1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)(1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)①計(jì)算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD桿長，擺角φ及K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。步驟如下：②任取一點(diǎn)D，作等腰三角形C1C2D

腰長為CD，夾角為φ;③作C2P⊥C1C2，作C1P使④作△PC1C2的外接圓，則A點(diǎn)必在此圓上?！螩2C1P=90°－θ,交于P;⑤選定A，設(shè)曲柄為a

，連桿為b

，則:⑥以A為圓心，AC2為半徑作弧交于E,得：

a=EC1/2b=AC1－EC1/2AC2=b-a=>a=(AC1－AC2)/2AC1=a+b