第2章平面連桿機(jī)構(gòu)

平面連桿機(jī)構(gòu)

平面連桿機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)特點(diǎn)

平面四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用

有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)一些基本知識(shí)

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(kāi)窗、車門(mén)、折疊傘、折疊床、飛剪、連桿輸送機(jī)構(gòu)等。平面連桿機(jī)構(gòu)：由若干個(gè)剛性構(gòu)件通過(guò)平面低副聯(lián)接組成的機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)特點(diǎn)2、改變桿的相對(duì)長(zhǎng)度，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同。3、連桿曲線豐富。可滿足不同要求。1、承載大、便于潤(rùn)滑、不易磨損、易加工、容易獲得較高的制造精度。特點(diǎn)：6、設(shè)計(jì)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡。5、產(chǎn)生動(dòng)載荷（慣性力），不適合高速。4、累積誤差大、運(yùn)動(dòng)精度低、效率低。分類:平面連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)、本章重點(diǎn)內(nèi)容是介紹四桿機(jī)構(gòu)。

根據(jù)構(gòu)件數(shù)分：

根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)范圍分：多桿機(jī)構(gòu)。123ABCD鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿連架桿搖桿周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副曲柄連桿搖桿1、平面四桿機(jī)構(gòu)的最基本型式:機(jī)架機(jī)架4平面四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用2、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)特征作用曲柄搖桿曲柄曲柄搖桿搖桿＋＋＋轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng)擺動(dòng)應(yīng)用天線俯仰機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)慣性篩機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)式葉片泵鑄造翻箱機(jī)構(gòu)風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)返回ABC1243DABDC1243雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)曲柄主動(dòng)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)2143搖桿主動(dòng)3124ADCB1234旋轉(zhuǎn)式葉片泵ADCB123慣性篩機(jī)構(gòu)ABDC1234E631ABCD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(zhǎng)且平行，連桿作平動(dòng)BC=ADABDC攝影平臺(tái)ADBCB’C’天平播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)反平行四邊形機(jī)構(gòu)--車門(mén)開(kāi)閉機(jī)構(gòu)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(dòng)不確定。采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開(kāi)排列?；胤聪駼ACDABDCEABDCE鑄造翻箱機(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)ABDCE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汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)返回有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)一些基本知識(shí)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的幾個(gè)特性返回一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件1、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件aabcbcd藍(lán)色三角形成立粉紅色三角形成立BACD...比較a最短2.組成周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一個(gè)桿為四桿中的最短桿。轉(zhuǎn)動(dòng)副為周轉(zhuǎn)副的條件：1.最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和應(yīng)≤其他兩桿長(zhǎng)度之和

————桿長(zhǎng)條件。ABCDabcd

————位置條件。1、最短桿兩端都是周轉(zhuǎn)副。推論:2、具有兩個(gè)周轉(zhuǎn)副的構(gòu)件必為最短桿，并滿足桿長(zhǎng)條件。3、C，D不是周轉(zhuǎn)副，（特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)）4、周轉(zhuǎn)副條件不滿足時(shí)，機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間只能擺動(dòng)。2.連架桿或機(jī)架之一為最短桿(周轉(zhuǎn)副在機(jī)架上)。曲柄存在的條件：1.最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和應(yīng)≤其他兩桿長(zhǎng)度之和

————桿長(zhǎng)條件。當(dāng)選擇不同的構(gòu)件作機(jī)架時(shí)，可得不同的機(jī)構(gòu)。如：

曲柄搖桿、

雙曲柄、雙搖桿機(jī)構(gòu)。桿長(zhǎng)條件最短桿為連架桿最短桿為機(jī)架雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型判定步驟：是否是否是否返回(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)s=lsinφ↓∞

→∞φl(shuí)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化(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)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC牛頭刨床應(yīng)用實(shí)例:ABDC1243C2C1小型刨床ABDCE123456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(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架314A2BC直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)手搖唧筒這種選擇不同構(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返回鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的幾個(gè)特性1.概念極位極位夾角θ銳角ABCDB1C1ADθωC2B2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)φ曲柄轉(zhuǎn)角AB1AB2AB2AB1搖桿擺角時(shí)間速度180°＋θ180°－θφφt1t2v1v2一、急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)擺角B1C1ADC2B22.急回運(yùn)動(dòng)DabdccabA主動(dòng)件a時(shí)間：轉(zhuǎn)角：運(yùn)動(dòng)：從動(dòng)件c時(shí)間：轉(zhuǎn)角：運(yùn)動(dòng)：從動(dòng)件c的平均速度：

當(dāng)曲柄等速回轉(zhuǎn)的情況下，通常把從動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度快慢不同的運(yùn)動(dòng)稱為急回運(yùn)動(dòng)。>V1<V2B1B2只要

θ

≠0，

就有K>1,3.行程速比系數(shù)K

通常把從動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)平均速度的比值(大于1)稱為行程速比系數(shù)，用K表示。極位夾角θ不為零時(shí)，機(jī)構(gòu)便具有急回運(yùn)動(dòng)特性。θ↑，K↑，機(jī)構(gòu)的急回特性越明顯。DabdccabA當(dāng)∠BCD≤90°時(shí)，γ＝∠BCD二、壓力角和傳動(dòng)角壓力角α當(dāng)∠BCD>90°時(shí)，

γ＝180°-∠BCD傳動(dòng)角γ此位置一定是：主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一。當(dāng)∠BCD最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)γminABCDFF’F”αγCDBAFγF”F’設(shè)計(jì)時(shí)要求:

γmin≥[γ]vc曲柄搖桿機(jī)構(gòu)C1B1abcdDA車門(mén)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(dòng)角一般在運(yùn)動(dòng)鏈最終一個(gè)從動(dòng)件上度量。vγγ1γmin＝[∠B1C1D,180°-∠B2C2D]minC2B2γ2αFγF三、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)死點(diǎn)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避免措施：

兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開(kāi)排列，如火車輪機(jī)構(gòu);ABDC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。返回工件ABCD1234PABCD1234工件P鉆孔夾具γ=0T平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

機(jī)構(gòu)選型－根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇機(jī)構(gòu)的類型；尺度綜合－確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)(長(zhǎng)度尺寸)。

同時(shí)要滿足其他輔助條件：a)結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長(zhǎng)比恰當(dāng)、運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)合理等）;b)動(dòng)力條件（如γmin）;c)運(yùn)動(dòng)條件γ三類設(shè)計(jì)要求：1)兩連架桿滿足預(yù)定的位置和運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求，如:函數(shù)機(jī)構(gòu)。函數(shù)機(jī)構(gòu)要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足函數(shù)y=logxxy=logxABCD三類設(shè)計(jì)要求：2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。飛機(jī)起落架。要求連桿在兩個(gè)位置垂直地面且相差180?B’C’ABDC飛機(jī)起落架ADCBB’C’鶴式起重機(jī)攪拌機(jī)構(gòu)要求連桿上E點(diǎn)的軌跡為一條卵形曲線要求連桿上E點(diǎn)的軌跡為一條水平直線QQABCDECBADE三類設(shè)計(jì)要求：3)滿足預(yù)定的軌跡要求，如:鶴式起重機(jī)、攪拌機(jī)等。給定的設(shè)計(jì)條件：1)幾何條件（給定連架桿或連桿的位置）2)運(yùn)動(dòng)條件（給定K）3)動(dòng)力條件（給定γmin）設(shè)計(jì)方法：圖解法、解析法、實(shí)驗(yàn)法一、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)已知：ABCDB1C1ADθC2B2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)φ擺角φ及KCD桿長(zhǎng)，平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)①計(jì)算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任取一點(diǎn)D，作等腰三角形腰長(zhǎng)為CD，夾角為φ;③作C2P⊥C1C2，作C1P使④作△PC1C2外接圓，A點(diǎn)必在此圓上。⑤選定A，設(shè)曲柄為l1

，連桿為l2

，則:⑥以A為圓心，AC2為半徑作弧交于E,得：

l1=EC1/2

l2=AC1－EC1/2,AC2=l2-l1=>l1=(AC1－AC2)/2

∠C2C1P=90°－θ,交于P;AC1=l1+l2作圖步驟：Eφθθ90°-θPC1C2DAmnφ=θD2)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析：由于θ與導(dǎo)桿擺角φ相等，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄

a。①計(jì)算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任選D作∠mDn＝φ＝θ，③取A點(diǎn)，使得AD=d,則:

a=dsin(φ/2)。θφ=θAd作角分線;已知：機(jī)架長(zhǎng)度d，K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。ADE2θ2ae3)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)H已知K，滑塊行程H，偏距e，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。①計(jì)算:

θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2

＝H③作射線C1O

使∠C2C1O=90°－θ,④以O(shè)為圓心，C1O為半徑作圓。⑥以A為圓心，AC1為半徑作弧交于E,得：作射線C2O使∠C1C2O=90°－θ。⑤作偏距線e，交圓弧于A，即為所求。C1C290°-θo90°-θAl1=EC2/2l2=AC2－EC2/2二、按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)a)給定連桿兩組位置有唯一解。B2C2AD將鉸鏈A、D分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設(shè)計(jì)要求。b)給定連桿上鉸鏈BC的三組位置有無(wú)窮多組解。A’D’B2C2B3C3ADB1C1B1C1ABCD四、按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)NEM設(shè)計(jì)目標(biāo):

就是要確定一組桿長(zhǎng)參數(shù),使連桿上某點(diǎn)的軌跡滿足設(shè)計(jì)要求。連桿曲線生成器ABCD連桿曲線圖譜本章重點(diǎn)：1.四桿機(jī)構(gòu)的基本形式、演化及應(yīng)用；2.曲柄存在條件、傳動(dòng)角γ、壓力角α、死點(diǎn)、急回特性：極位夾角和行程速比系數(shù)等物理含義，并熟練掌握其確定方法；3.掌握按連桿