機械設計基礎-朱玉課件 第4章 平面連桿機構(gòu)

第4章

平面連桿機構(gòu)學習目的:

掌握平面四桿機構(gòu)的基本形式和演化方法，掌握平面四桿機構(gòu)的基本特性，會進行簡單平面四桿機構(gòu)的圖解法設計。

4.4

平面四桿機構(gòu)的設計

4.3

平面四桿機構(gòu)的基本特性

4.2

平面四桿機構(gòu)的基本形式及其演化

4.1

概述若干構(gòu)件用低副（轉(zhuǎn)動副、移動副）連接而成的平面機構(gòu)。4.1概述

◆平面連桿機構(gòu)：◆平面連桿機構(gòu)的特點：優(yōu)點：①運動副是低副，接觸面積大、壓強小、磨損?。恢圃烊菀?。缺點：①設計復雜；②各構(gòu)件因是低副聯(lián)接，存在間隙，傳動精度低；③一般適用于速度較低場合。②能實現(xiàn)多種運動形式的轉(zhuǎn)換和比較復雜的運動規(guī)律的要求；◆四連桿機構(gòu)是最基本的平面連桿機構(gòu)，即平面四桿機構(gòu)4.2平面四桿機構(gòu)的基本形式及其演化

4.2.1平面四桿機構(gòu)的基本形式

AD—機架AB、CD—連架桿BC—連桿連架桿往復擺動—搖桿能整圈回轉(zhuǎn)—曲柄ADCB由四個桿狀構(gòu)件及四個轉(zhuǎn)動副組成。鉸鏈四桿機構(gòu)：◆鉸鏈四桿機構(gòu)有三種基本形式：曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)。1）曲柄搖桿機構(gòu)

特征：曲柄＋搖桿作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復擺動。（曲柄主動）雷達天線俯仰機構(gòu)攪拌機構(gòu)縫紉機踏板機構(gòu)（搖桿主動）動畫動畫動畫2）雙曲柄機構(gòu)特征：兩個曲柄作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

等速或變速回轉(zhuǎn)。慣性篩機構(gòu)

特例：平行四邊形機構(gòu)特征：兩連架桿等長且平行，連桿作平動。機車車輪聯(lián)動機構(gòu)動畫動畫平行四邊形機構(gòu)存在運動不確定位置?？刹扇煞N措施予以克服：2）添加輔助構(gòu)件。

1）依靠構(gòu)件慣性；◆反平行四邊形機構(gòu)--車門開閉機構(gòu)車門啟閉機構(gòu)

車門啟閉機構(gòu)

動畫3）雙搖桿機構(gòu)

特點：兩連架桿都是搖桿飛機起落架機構(gòu)電風扇搖頭機構(gòu)動畫動畫特例：等腰梯形機構(gòu)

—汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)

動畫↓∞

4.2.2鉸鏈四桿機構(gòu)的演化

1.轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化成移動副

曲柄搖桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)

對心曲柄滑塊機構(gòu)

BA1234CBA1234CA1234CB3A214CBA234CB1取1為機架取2為機架取3為機架增加1的長度2．取不同的構(gòu)件為機架

對心曲柄滑塊機構(gòu)曲柄搖塊機構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)曲柄擺動導桿機構(gòu)定塊機構(gòu)(d’)曲柄擺動導桿機構(gòu)牛頭刨床應用實例:小型刨床（擺動導桿機構(gòu)）（轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)）平面連桿機構(gòu)的類型、特點和分類

動畫動畫手動唧筒機構(gòu)自動卸料機構(gòu)動畫動畫3．其他演變

◆變化含有兩個移動副的四桿機構(gòu)的機架正弦機構(gòu)縫紉機跳針機構(gòu)

動畫雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)動畫動畫◆擴大回轉(zhuǎn)副偏心輪機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)將轉(zhuǎn)動副B加大，直至把轉(zhuǎn)動副A包括進去，成為幾何中心是B，轉(zhuǎn)動中心為A的偏心圓盤。觀察天平機構(gòu)，它利用了哪種四桿機構(gòu)的哪種特性？【思考題4.1】

要使桿AB成為曲柄，轉(zhuǎn)動副A就應為周轉(zhuǎn)副，由AB桿與AD桿兩次共線的位置可分別得到ΔDB′C′和ΔDB"C"

將上式兩兩相加4.3平面四桿機構(gòu)的基本特性

4.3.1鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄的條件

即AB桿為最短桿。

1.最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其余兩桿長度之和，此條件為桿長條件。

2.最短桿必為機架或連架桿。分析上述各式，可得出曲柄存在的條件是：雙搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)以最短桿相鄰桿為機架以與最短桿相對的桿為機架以最短桿為機架NY◆鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判斷方法：C”B”1）a為最短桿2)a+e≤be曲柄滑塊機構(gòu)有曲柄的條件?AabBCC’B’【思考題4.2】例4.1

a=100,b=150,c=200,d=300取不同的桿為機架是否有曲柄?

100+300>150+200例4.2a=100,b=250,c=200,d=300取不同的桿為機架是否有曲柄?故無論取何桿為機架均為雙搖桿機構(gòu)100+300<250+200故取a作機架為雙曲柄機構(gòu)。

取b或d作機架則為以a為曲柄的曲柄搖桿機構(gòu)。取c作機架則為雙搖桿機構(gòu)。解：解：例4.3

在鉸鏈四桿機構(gòu)ABCD中，若AB、BC、CD三桿的長度分別為：a=120mm，b=280mm,c=360mm，機架AD的長度d為變量。試求；

(1)當此機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)時，d的取值范圍；

(2)當此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)時，d的取值范圍；

(3)當此機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)時，d的取值范圍。解：而搖桿擺角均為所以，搖桿往復運動的快慢不同。從C1D→C2D：從C2D→C1D：4.2.2急回特性

曲柄以由AB1順時針轉(zhuǎn)到AB2，曲柄轉(zhuǎn)角由AB2順時針轉(zhuǎn)到AB1，曲柄轉(zhuǎn)角搖桿的這種特性稱為急回運動。極位夾角：為搖桿位于兩極限位置時，對應的曲柄所夾的銳角。

設計機械時，一般先根據(jù)機械的急回要求給出K值，再求出極位夾角，最后確定各構(gòu)件尺寸。最大擺角:搖桿往復擺過的最大角度。稱K為行程速比系數(shù)?！羟瑝K機構(gòu)和擺動導桿機構(gòu)的急回特性

對心曲柄滑塊機構(gòu)中，由于其θ=0o，K=1，故無急回作用

偏置曲柄滑塊機構(gòu)，因其θ≠0o,故有急回作用。

擺動導桿機構(gòu)中，當曲柄AC兩次轉(zhuǎn)到與導桿垂直時，導桿處于兩側(cè)極位。由于其θ≠0o，故也有急回作用。

圖所示小型刨床機構(gòu)中的轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)有無急回特性?

【思考題4.3】機構(gòu)運轉(zhuǎn)時，傳動角是變化的，通常規(guī)定最小傳動角的下限。作用在從動件3上的驅(qū)動力F與該力作用點絕對速度vc之間所夾的銳角。有效分力Ft=Fcos,越小，有效分力越大壓力角的余角。4.3.3壓力角與傳動角◆一般機械，取min≥40°；大功率機械，取min≥50°。壓力角：傳動角：◆出現(xiàn)最小傳動角min的位置分析對于曲柄搖桿機構(gòu)，γmin出現(xiàn)在主動曲柄與機架共線的兩位置之一

對于曲柄搖桿機構(gòu)，當搖桿為主動件時，在連桿與曲柄兩次共線的位置，機構(gòu)均不能運動。機構(gòu)的這種位置稱為：“死點”（機構(gòu)的死點位置）在“死點”位置，機構(gòu)的傳動角

γ＝04.3.4死點位置

◆可以利用“死點”位置進行工作，例如：飛機起落架、鉆夾具

等?！簟八傈c”位置的過渡方法：1.依靠飛輪的慣性（如內(nèi)燃機、縫紉機等）。2.兩組機構(gòu)錯開排列，如火車輪聯(lián)動機構(gòu)

。動畫動畫1.雙搖桿機構(gòu)有無死點位置？2.雙曲柄機構(gòu)有無死點位置？（無）（有）【思考題4.4】4.4平面四桿機構(gòu)的設計

根據(jù)給定的使用要求，選擇機構(gòu)的類型，確定機構(gòu)的尺寸參數(shù)。

設計的基本問題:1.按給定的運動規(guī)律（如急回特性、對應位置等）設計；2.按給定的運動軌跡設計

設計方法：

圖解法、解析法和實驗法設計任務：4.4.1按給定的行程速比系數(shù)Ｋ設計四桿機構(gòu)已知條件：

擺角設計關鍵：找鉸鏈中心A

點的位置。C1

D

A

？搖桿長度和行程速比系數(shù)Ｋ。

C2

◆曲柄搖桿機構(gòu)

B1

θ

1)畫出搖桿CD兩極限位置，且∠C1DC2=ψ;N

C2

C1

D

A

B2E

ψ

θ

2)畫輔助圓;3)根據(jù)機架長度或位置確定A點;4)連接AC1、AC2，∠C1AC2=θ;5)確定曲柄、連桿長度。設計方法：

90－θE2θ2ae◆曲柄滑塊機構(gòu)

H已知K，滑塊行程H，偏距e，設計此機構(gòu)。①計算:θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2

＝H③作射線C1O使∠C2C1O=90°－θ,

④以O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－EC2/2mnφ=θD◆導桿機構(gòu)由于θ與導桿擺角φ相等，設計此機構(gòu)時，僅需要確定曲柄a

。①計算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任選D作∠mDn＝φ＝θ，③取A點，使得AD=d，則:a=dsin(φ/2)。Ad作角分線;已知：機架長度d，K，設計此機構(gòu)。分析：ADθφ=θ◆

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計要求?！艚o定連桿上鉸鏈BC的三組位置有無窮多組解。A’D’B2C2B3C3ADB1C1B1C14.4.2按給定的連桿位置設計四桿機構(gòu)

熱處理電爐爐門開關機構(gòu)的設計

D1)首先在一張紙上取固定軸A的位置，作原動件角位移φi位置φi

ψi

位置φi

ψi

1→215010.804→515015.802→31501