第四章連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

第四章連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)第1頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四研究?jī)?nèi)容機(jī)械原理教學(xué)內(nèi)容體系機(jī)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析力分析運(yùn)動(dòng)分析連桿機(jī)構(gòu)輪系齒輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)其他常用機(jī)構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)第2頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四§4-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化§4-2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性§4-3平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

*§4-4多桿機(jī)構(gòu)本章內(nèi)容第3頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四■平面連桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化和應(yīng)用?！銮嬖跅l件、傳動(dòng)角、死點(diǎn)、急回運(yùn)動(dòng)、行程速比系數(shù)等基本概念?！鲈O(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的方法?！瞿苡媒馕龇ê蛨D解法對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。曲柄存在條件的全面分析、平面多桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和平面四桿機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角的確定。重點(diǎn)：難點(diǎn)：第4頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四連桿機(jī)構(gòu)的定義連桿機(jī)構(gòu)是由低副(Lower-pair)將若干構(gòu)件連接而成的低副機(jī)構(gòu)。第5頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四連桿機(jī)構(gòu)的分類連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件都在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)?！?planarlinkage)(spatiallinkage)第6頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四平面連桿機(jī)構(gòu)的幾個(gè)基本概念：機(jī)架——平面連桿機(jī)構(gòu)中的固定構(gòu)件。連架桿——平面連桿機(jī)構(gòu)中與機(jī)架相連的構(gòu)件。連桿——連接連架桿的活動(dòng)構(gòu)件。曲柄——連架桿中能繞機(jī)架作整軸轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件。搖桿——連架桿中只能在某一范圍內(nèi)繞機(jī)架作往復(fù)擺動(dòng)的構(gòu)件。請(qǐng)區(qū)分構(gòu)件名稱連架桿第7頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四周轉(zhuǎn)副——能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副。擺轉(zhuǎn)副——不能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副。請(qǐng)區(qū)分一下轉(zhuǎn)動(dòng)副第8頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四

連桿機(jī)構(gòu)是一種應(yīng)用十分廣泛的機(jī)構(gòu)，人造衛(wèi)星太陽能板的展開機(jī)構(gòu)，機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，折疊傘的收放機(jī)構(gòu)以及人體假肢等等，都是連桿機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)是最常見的連桿機(jī)構(gòu)型式。第9頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四

這些機(jī)構(gòu)的共同特點(diǎn)是其原動(dòng)件1的運(yùn)動(dòng)都要經(jīng)過一個(gè)不直接與機(jī)架相聯(lián)的中間構(gòu)件2才能傳動(dòng)從動(dòng)件3，這個(gè)不直接與機(jī)架相聯(lián)的中間構(gòu)件稱為連桿，而把具有連桿的這些機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機(jī)構(gòu)。第10頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用●構(gòu)件可長(zhǎng)，用于遠(yuǎn)距離的操作。如挖掘機(jī)、車閘?！窀軛U特性，用于增力?！襁\(yùn)動(dòng)形式多樣，可用于運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換?！襁B架桿位置對(duì)應(yīng)，用于控制?！襁B桿位置多變，用于特定運(yùn)動(dòng)規(guī)律。●連桿曲線豐富，用于特定軌跡。第11頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四●運(yùn)動(dòng)形式多樣，可用于運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。第12頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四第13頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

1、平面連桿機(jī)構(gòu)屬于低副機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)副為面接觸，壓強(qiáng)小，承載能力大，耐沖擊，并且便于潤(rùn)滑，磨損小。2、其運(yùn)動(dòng)副元素多為平面或圓柱面，制造比較容易，而且靠其本身的幾何封閉來保證構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。3、可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特點(diǎn)軌跡要求。第14頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四平面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)3、不易精確地滿足各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡的要求。1、當(dāng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜時(shí)累計(jì)誤差較大，影響其傳動(dòng)精度。2、慣性力不容易平衡，不適合于高速傳動(dòng)。第15頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四例如：多自由度的機(jī)械手；四足、六足步行機(jī)等，已經(jīng)不限于運(yùn)動(dòng)學(xué)的范圍，還注重動(dòng)力學(xué)方面的研究。近年來國內(nèi)外在連桿機(jī)構(gòu)的研究方面都有長(zhǎng)足的發(fā)展，不再限于單自由度四桿機(jī)構(gòu)的研究，也注重多自由度、多桿機(jī)構(gòu)的分析和綜合。平面連桿機(jī)構(gòu)中，其構(gòu)件多呈桿狀，故常簡(jiǎn)稱為“桿”。連桿機(jī)構(gòu)可根據(jù)機(jī)構(gòu)中所含桿數(shù)而命名，如：四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)、多桿機(jī)構(gòu)等。第16頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四平面連桿機(jī)構(gòu)中最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最廣的是四桿機(jī)構(gòu)，其他多桿機(jī)構(gòu)都是在它的基礎(chǔ)上擴(kuò)充而成的，本章重點(diǎn)討論四桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)。由于計(jì)算機(jī)的普及，很多智能化軟件為平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和研究奠定了基礎(chǔ)，連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用前景廣闊。第17頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四§4-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其演化二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型、應(yīng)用及其演化一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件三、具有移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)及其演化第18頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

機(jī)構(gòu)中的全部運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)的四桿機(jī)構(gòu)為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是平面連桿機(jī)構(gòu)中最基本的形式，其它各種平面連桿機(jī)構(gòu)都可以看成是由它演變而來的。連架桿—曲柄機(jī)架連架桿—搖桿連桿第19頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)根據(jù)連架桿是曲柄還是搖桿，分類如下：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)1）兩連架桿中一為曲柄，另一為搖桿2）兩連架桿均為曲柄3）兩連架桿均為搖桿可根據(jù)曲柄的數(shù)量和存在與否進(jìn)行判定。如何判定曲柄是否存在？第20頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件曲柄的兩個(gè)極限位置AB1、AB2。第21頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四

AB整周轉(zhuǎn)動(dòng)

B1C1D和B2C2D存在B1C1D中abcdB2C2D中桿長(zhǎng)條件A、B均為周轉(zhuǎn)副第22頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四周轉(zhuǎn)副存在條件：1）最短桿長(zhǎng)度+最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度≤

其余兩桿長(zhǎng)度之和。2）組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿。條件1）稱為桿長(zhǎng)條件?！舨粷M足桿長(zhǎng)條件時(shí)，則沒有周轉(zhuǎn)副，而只能獲得雙搖桿機(jī)構(gòu)?！魸M足桿長(zhǎng)條件時(shí)，有最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是周轉(zhuǎn)副，而其余轉(zhuǎn)動(dòng)副則是擺轉(zhuǎn)副。abcd第23頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四2）其最短桿為連架桿或機(jī)架。四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：1）各桿的長(zhǎng)度應(yīng)滿足桿長(zhǎng)條件，即最短桿長(zhǎng)度+最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度≤

其余兩桿長(zhǎng)度之和。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)圖4-3a），b），P58圖4-3c）圖4-3d）第24頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型、應(yīng)用及其演化周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副機(jī)架選用不同的構(gòu)件曲柄搖桿機(jī)構(gòu)？曲柄搖桿機(jī)構(gòu)一種演化方法——機(jī)構(gòu)的倒置機(jī)構(gòu)的倒置：選用運(yùn)動(dòng)鏈中不同構(gòu)件為機(jī)架以獲得不同機(jī)構(gòu)的演化方法。ABCD第25頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：取與最短桿相鄰的構(gòu)件為機(jī)架。第26頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用顎式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)1）此種機(jī)構(gòu)常以曲柄為原動(dòng)件，將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)。雷達(dá)天線機(jī)構(gòu)第27頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四攪拌機(jī)機(jī)機(jī)構(gòu)此時(shí)連桿作平面運(yùn)動(dòng)，連桿上各點(diǎn)的軌跡能形成不同的封閉曲線。玩具狗腿的動(dòng)作也利用連桿曲線的特殊軌跡。第28頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四2）此種機(jī)構(gòu)中，若以搖桿為原動(dòng)件，則可將搖桿的往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍倪B續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。第29頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四2）雙曲柄機(jī)構(gòu)當(dāng)以短邊為機(jī)架時(shí)，為一般雙曲柄機(jī)構(gòu)。兩曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同或相反。第30頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四雙曲柄機(jī)構(gòu)的應(yīng)用慣性篩機(jī)構(gòu)將原動(dòng)曲柄的等速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閺膭?dòng)曲柄的變速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使篩子具有較大慣性力而篩分物料。第31頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四東莞理工學(xué)院專用ADCB1234旋轉(zhuǎn)式葉片泵ADCB123ABDC1234E6慣性篩機(jī)構(gòu)31第32頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四

在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若相對(duì)兩桿的長(zhǎng)度相等且平行，兩曲柄的轉(zhuǎn)向相同，稱為正平行四邊形機(jī)構(gòu)。①正平行四邊形機(jī)構(gòu)：1）兩曲柄以相同速度同向轉(zhuǎn)動(dòng)；2）連桿作平動(dòng)，始終與機(jī)架平行。正平行四邊形機(jī)構(gòu)的兩個(gè)顯著特點(diǎn)：▲第33頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四平行四邊形機(jī)構(gòu)的應(yīng)用蒸汽機(jī)車驅(qū)動(dòng)裝置攝影升降機(jī)構(gòu)用正平行四邊形機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力用連桿作平移運(yùn)動(dòng)作者：潘存云教授耕地料斗DCAB播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)第34頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四

在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若相對(duì)兩桿的長(zhǎng)度相等，但不平行(BC與AD)，兩曲柄轉(zhuǎn)向相反（AB與CD），稱為反平行四邊形機(jī)構(gòu)。②反平行四邊形機(jī)構(gòu)（逆平行四邊形機(jī)構(gòu)）：車門開閉機(jī)構(gòu)（主、從動(dòng)曲柄反向轉(zhuǎn)動(dòng)。）四輪拖車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)第35頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四東莞理工學(xué)院專用作者：潘存云教授反平行四邊形機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)中兩相對(duì)桿的長(zhǎng)度分別相等，但不平行。--車門開閉機(jī)構(gòu)反向F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCG注：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)開排列?；疖囕喌?6頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四3）雙搖桿機(jī)構(gòu)(doublecrockmechanism)2）若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各桿的長(zhǎng)度不滿足桿長(zhǎng)條件，則無周轉(zhuǎn)副，此時(shí)不論以何桿為機(jī)架，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。1）若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各桿的長(zhǎng)度滿足桿長(zhǎng)條件，取與最短桿相對(duì)的構(gòu)件為機(jī)架。45256035最短桿長(zhǎng)度+最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度》

其余兩桿長(zhǎng)度之和。第37頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四東莞理工學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABDCE雙搖桿機(jī)構(gòu)特征：兩個(gè)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)C’B’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第38頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四可使連桿到達(dá)兩個(gè)固定的位置。鑄造翻箱機(jī)構(gòu)第39頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)風(fēng)扇殼體固裝于連架桿AB上。5—蝸輪，6—蝸桿構(gòu)件2與構(gòu)件5固連在一起。通過構(gòu)件2的整周轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)搖桿AB的往復(fù)擺動(dòng)。第40頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四等腰梯形機(jī)構(gòu)：在雙搖桿機(jī)構(gòu)中若兩搖桿長(zhǎng)度相等，則稱為等腰梯形機(jī)構(gòu)。汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)第41頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四鶴式起重機(jī)機(jī)構(gòu)懸點(diǎn)E上懸掛的重物在近似水平直線上運(yùn)動(dòng)，避免重物平移時(shí)因不必要的升降而消耗能量。第42頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四4）泛菱形機(jī)構(gòu)若四桿機(jī)構(gòu)的兩相鄰桿長(zhǎng)度兩兩相等，則機(jī)構(gòu)將變?yōu)榉毫庑螜C(jī)構(gòu)，如下圖a）、b）、c）圖a）雙曲柄機(jī)構(gòu)圖b）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖c）二桿機(jī)構(gòu)泛菱形機(jī)構(gòu)有3個(gè)周轉(zhuǎn)副，一個(gè)擺轉(zhuǎn)副。當(dāng)其以短桿為機(jī)架時(shí)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；當(dāng)其以長(zhǎng)桿為機(jī)架時(shí)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)當(dāng)相鄰兩桿重疊在一起時(shí)，將退化為二桿機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)不確定。第43頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四機(jī)構(gòu)的演化機(jī)構(gòu)的演化——將基本機(jī)構(gòu)進(jìn)行變換，得到新機(jī)構(gòu)的方法。常見的演化方法：1）改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸；2）改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸；3）選用不同的構(gòu)件為機(jī)架；4）運(yùn)動(dòng)副元素的逆換。第44頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四1)得到所要求的運(yùn)動(dòng)性能；2)改善受力狀況；3)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。機(jī)構(gòu)演化目的：各種演化機(jī)構(gòu)的外形雖然各不相同，但它們的性質(zhì)以及分析和設(shè)計(jì)方法卻常常是相同或類似的，這就為連桿機(jī)構(gòu)的研究提供了方便。第45頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四e.g.選用不同構(gòu)件為機(jī)架(0~360°)(0~360°)(<360°)(<360°)1234ABCD雙曲柄機(jī)構(gòu)(0~360°)(0~360°)(<360°)(<360°)1234ABDC雙搖桿機(jī)構(gòu)(0~360°)(0~360°)(<360°)1234ABCD(<360°)整周轉(zhuǎn)動(dòng)副曲柄搖桿機(jī)構(gòu)第46頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)第47頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四1、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)C3AB124e三、具有移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)及其演化改變相對(duì)桿長(zhǎng)、轉(zhuǎn)動(dòng)副演化為移動(dòng)副?！哂幸苿?dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)的基本形式。A點(diǎn)到鉸鏈C移動(dòng)軌跡的距離e稱為偏距。第48頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（e>0)對(duì)心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(e=0)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)根據(jù)偏距e不同分類：第49頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用：活塞式內(nèi)燃機(jī)往復(fù)式水泵沖床第50頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化機(jī)構(gòu)1）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2）搖塊機(jī)構(gòu)3）定塊機(jī)構(gòu)4）雙滑塊機(jī)構(gòu)變換單移動(dòng)副機(jī)構(gòu)的機(jī)架。再次改變相對(duì)桿長(zhǎng)，將另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副演化為移動(dòng)副。第51頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四4321定塊機(jī)構(gòu)(一)變換單移動(dòng)副機(jī)構(gòu)的機(jī)架曲柄滑塊機(jī)構(gòu)BA1234C導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)1234曲柄搖塊機(jī)構(gòu)1432第52頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)1234曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)取桿1為機(jī)架時(shí)，即得。桿4稱為導(dǎo)桿，滑塊3相對(duì)導(dǎo)桿4作相對(duì)滑動(dòng)，并隨桿2一起轉(zhuǎn)動(dòng)，一般取桿2為原動(dòng)件。應(yīng)用：回轉(zhuǎn)式液壓泵、牛頭刨床、插床等機(jī)器的主體機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)BA1234C①導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)第53頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四1）轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)BA1234C2）擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)3A124CB導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)第54頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)D回轉(zhuǎn)式液壓泵插床主體機(jī)構(gòu)(AB<BC)第55頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四刨床主體機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(AB>BC）A第56頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四刨床主體機(jī)構(gòu)的另一種形式第57頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四曲柄滑塊機(jī)構(gòu)BA1234C曲柄搖塊機(jī)構(gòu)1432曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)取桿2為機(jī)架時(shí)，即得搖塊機(jī)構(gòu)。搖塊機(jī)構(gòu)一般取桿1或桿4為原動(dòng)件，當(dāng)桿1作轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)時(shí)，桿4相對(duì)滑塊3滑動(dòng)，并一起繞C點(diǎn)擺動(dòng)。應(yīng)用：e.g.液壓驅(qū)動(dòng)裝置、擺缸式內(nèi)燃機(jī)、卡車車廂自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料機(jī)構(gòu)。②搖塊機(jī)構(gòu)第58頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四曲柄搖塊機(jī)構(gòu)擺缸式內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)左側(cè)四桿機(jī)構(gòu)位移量小，減振功能差

挖掘機(jī)相鄰兩桿之間的開合動(dòng)作也是由搖塊機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。作者：潘存云教授應(yīng)用實(shí)例B234C1A自卸卡車舉升機(jī)構(gòu)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第59頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四曲柄滑塊機(jī)構(gòu)BA1234C滑塊3為定塊，一般取桿1為原動(dòng)件，桿2繞C點(diǎn)往復(fù)擺動(dòng)，而桿4僅相對(duì)滑塊3作往復(fù)移動(dòng)。4321定塊機(jī)構(gòu)③定塊機(jī)構(gòu)（移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)滑塊3為機(jī)架時(shí)，即得定塊機(jī)構(gòu)。應(yīng)用：e.g.抽水泵、抽油泵。第60頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（定塊機(jī)構(gòu)）抽水泵手動(dòng)抽油泵ABC3214第61頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四東莞理工學(xué)院專用(二)

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)(slider-crankmechanism)雙滑塊機(jī)構(gòu)

正弦機(jī)構(gòu)s=lsinφ↓∞

→∞φl1234第62頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四1234s正弦機(jī)構(gòu)

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)BA1234C鉸鏈B相對(duì)于鉸鏈C運(yùn)動(dòng)的軌跡為圓弧1234將連桿2做成滑塊形式，并使之沿圓弧導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。作（1）的轉(zhuǎn)化，并將連桿2長(zhǎng)度增至無限長(zhǎng)通常稱其為正弦機(jī)構(gòu)。正弦機(jī)構(gòu)多應(yīng)用在一些儀表和解算裝置中。（1）（2）第63頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四正弦機(jī)構(gòu)的應(yīng)用縫紉機(jī)針機(jī)構(gòu)第64頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四雙滑塊（轉(zhuǎn)塊）機(jī)構(gòu)將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其中兩桿桿長(zhǎng)增至無窮大，可演化為具有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)——雙滑塊（轉(zhuǎn)塊）機(jī)構(gòu)。按照兩個(gè)移動(dòng)副所處的位置不同，雙滑塊機(jī)構(gòu)可分為四種形式：（1）兩移動(dòng)副不相鄰a）圖的正切機(jī)構(gòu)（其從動(dòng)件3的位移與主動(dòng)件1的轉(zhuǎn)角正切成正比）（2）兩移動(dòng)副相鄰且其中一個(gè)與機(jī)架相連b）圖的正弦機(jī)構(gòu)（其從動(dòng)件3的位移與曲柄1的轉(zhuǎn)角正弦成正比）第65頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四特點(diǎn)：從動(dòng)構(gòu)件與主動(dòng)構(gòu)件的接觸點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸的距離是隨主動(dòng)構(gòu)件的位移變化的。第66頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四（3）兩移動(dòng)副相鄰但都不與機(jī)架相連上圖所示的十字滑塊機(jī)構(gòu)即為此種機(jī)構(gòu)。常用作聯(lián)軸器，可以主動(dòng)補(bǔ)償主、從動(dòng)軸由于對(duì)中不良而產(chǎn)生的位置誤差。雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)第67頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四（4）兩移動(dòng)副相鄰且都與機(jī)架相連雙滑塊機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)針桿機(jī)構(gòu)橢圓儀機(jī)構(gòu)在橢圓儀中，當(dāng)兩個(gè)滑塊在機(jī)架的滑槽中移動(dòng)時(shí)，連桿上各點(diǎn)的軌跡是長(zhǎng)短半徑不同的橢圓。第68頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四東莞理工學(xué)院專用(三)改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸偏心輪機(jī)構(gòu)(eccentricmechanism)e當(dāng)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)需要使曲柄尺寸過小而不便加工，或因運(yùn)動(dòng)要求需要加大曲柄的重量以增大慣性力時(shí)，可將回轉(zhuǎn)副B同心放大至將A也包括在內(nèi)，即桿1放大為圓盤1，圓盤1的幾何中心為B，轉(zhuǎn)動(dòng)中心為偏心A。稱圓盤1為偏心輪，該機(jī)構(gòu)稱為偏心輪機(jī)構(gòu)。偏心輪中A點(diǎn)和B點(diǎn)之距稱為偏心距e，它與原曲柄等長(zhǎng)，其余各桿長(zhǎng)也對(duì)應(yīng)相等。第69頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四偏心輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用沖剪床應(yīng)用于剪床、沖床、顎式破碎機(jī)等機(jī)械中。第70頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四作業(yè)：思考題：4-1、4-3習(xí)題：4-1、4-2第71頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性一、急回特性及行程速比系數(shù)K二、壓力角與傳動(dòng)角三、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置四、連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性第72頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四一、急回特性和行程速比系數(shù)K2、急回運(yùn)動(dòng)(quick-returnmotion)3、行程速比系數(shù)K1、極位夾角第73頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四1、極位夾角曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄與連桿兩次共線位置時(shí)曲柄之間所夾銳角稱為極位夾角。當(dāng)AB與BC兩次共線時(shí)，輸出件CD處于兩極限位置。搖桿在兩極限位置所夾角稱為擺角。極位夾角：當(dāng)搖桿處于兩極限位置時(shí)，對(duì)應(yīng)的曲柄位置線所夾的銳角。B2C2B1C1A21C34BDabcd擺角極位夾角第74頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四B2C2B1C1曲柄轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的時(shí)間搖桿點(diǎn)C的平均速度A21C34BDabcd擺角極位夾角v1v2))2、急回運(yùn)動(dòng)(quick-returnmotion)t1>t2v2>v1第75頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四

在曲柄等速回轉(zhuǎn)的情況下，搖桿往復(fù)擺動(dòng)速度快慢不同的運(yùn)動(dòng)，稱為急回運(yùn)動(dòng)。v2>v1為了衡量搖桿急回作用的程度，用行程速比系數(shù)表示.第76頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四3、行程速比系數(shù)(coefficientoftravelspeedvariation)

k

為了衡量搖桿急回作用的程度，把從動(dòng)件往復(fù)擺動(dòng)平均速度的比值（大于1）稱為行程速比系數(shù)，即第77頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四由極為夾角θ為第78頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四

四桿機(jī)構(gòu)有無急回運(yùn)動(dòng)，取決于曲柄與連桿共線位置的夾角，即有無極位夾角，不論是何種機(jī)構(gòu)，只要機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中具有極位夾角，則該機(jī)構(gòu)就具有急回作用。角越大，則K值越大，說明急回運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)也越顯著。第79頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，原動(dòng)件AB以等速轉(zhuǎn)動(dòng)C1B1B2HC2偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2AB134eCab,有急回特性。曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)B2B1有急回特性。B1B2HH=2a,,無急回特性。314A對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)B2CabC1C2AB第80頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四二、壓力角和傳動(dòng)角1、壓力角(pressureangle)從動(dòng)件CD受的力F的作用線與力作用點(diǎn)C的絕對(duì)速度vc所夾銳角，稱為此位置的壓力角。

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(dòng)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。vcF1ABCD234第81頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四vcFF1F21ABCD234由力的分解：沿著速度方向的有效分力垂直于Ft的分力第82頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四vcFF1F21ABCD234力F2只能使鉸鏈C、D產(chǎn)生壓軸力，希望它越小越好；力F1越大，推動(dòng)機(jī)構(gòu)的有效分力就越大，傳力效果就越好，即越小越好。因此，對(duì)連桿機(jī)構(gòu)中的壓力角提出了限制，最大不能超過40°～50°，即：<[]=40°～50°第83頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四vcFF1F21ABCD234越小，受力越好。越大，受力越好。2、傳動(dòng)角(transmissionangle）

壓力角的余角稱為機(jī)構(gòu)在此位置的傳動(dòng)角。

=90o-

第84頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四ACBDvBFFvcaAB134Cb2vcABC12FFvB3B123AC第85頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，傳動(dòng)角隨機(jī)構(gòu)的位置不同而變化，為保證機(jī)構(gòu)的傳力效果，第86頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四平面四桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角位置原動(dòng)件為AB當(dāng)為銳角時(shí)，傳動(dòng)角4vcABCDF123當(dāng)為鈍角時(shí)，傳動(dòng)角fF1vcDFCABF21234abcd在三角形ABD中：BD2=a2+d2-2adcos(1)在三角形BCD中：BD2=b2+c2-2bccos(2)第87頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四(1)=(2)得：是隨各桿長(zhǎng)和原動(dòng)件轉(zhuǎn)角的變化而變化的。在三角形ABD中：BD2=a2+d2-2adcos(1)在三角形BCD中：BD2=b2+c2-2bccos(2)第88頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四

設(shè)a、b、c、d各桿長(zhǎng)確定當(dāng)=0°時(shí)，即曲柄與機(jī)架重疊共線，cos=+1,取最小值。第89頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四當(dāng)=180°時(shí)，即曲柄與機(jī)架拉直共線，cos=-1,取最大值。第90頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角γmin必出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線的兩個(gè)位置上，即為min或max時(shí)的兩個(gè)位置，比較這兩個(gè)位置傳動(dòng)角，即可求出最小傳動(dòng)角γmin。即：γ'min

=min

γ

"min=180°-max第91頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四4vcABCDF123以AB為原動(dòng)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（）。B2DAC2B1C1第92頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四曲柄滑塊機(jī)構(gòu)γmin何時(shí)出現(xiàn)？FvcDB1C1342aAB1CbeC1A23B4第93頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)vB3F圖1B123AC圖2B4Ad12aC3evB3F第94頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四三、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置

指從動(dòng)件的傳動(dòng)角=0°(或=90°)時(shí)機(jī)構(gòu)所處的位置。（不考慮構(gòu)件的重力、慣性力和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力的影響）1、死點(diǎn)(deadpoint)位置第95頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四B2C2vB踏板縫紉機(jī)主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)腳AB1C1DFB畫出壓力角1C234ABDabcdvBFB第96頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四

對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)搖桿1為主動(dòng)件，當(dāng)連桿與曲柄共線時(shí)的位置，即：搖桿處于兩個(gè)極限位置時(shí)，經(jīng)過連桿2傳給從動(dòng)曲柄3的驅(qū)動(dòng)力F，通過曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心A。對(duì)從動(dòng)曲柄3的有效力矩為零，故不能推動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng),機(jī)構(gòu)處于卡死位置，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點(diǎn)位置。此時(shí)傳動(dòng)角=0°（或=90°）。第97頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四機(jī)構(gòu)是否有死點(diǎn)位置與哪一構(gòu)件為主動(dòng)件有關(guān)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄為主動(dòng)件時(shí)無死點(diǎn)位置，但有極限位置，當(dāng)搖桿為主動(dòng)件時(shí)有死點(diǎn)位置。第98頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)以滑塊3為主動(dòng)件時(shí)有死點(diǎn)位置。第99頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四

平行四邊形機(jī)構(gòu)，連桿與曲柄共線時(shí)傳動(dòng)角為0°（轉(zhuǎn)向點(diǎn)），從動(dòng)曲柄可能向正反兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定，平行四邊形機(jī)構(gòu)可能變成反平行四邊形機(jī)構(gòu)。第100頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四雙搖桿機(jī)構(gòu)，也有死點(diǎn)位置，在實(shí)際設(shè)計(jì)中常采用限制擺桿的角度來避免死點(diǎn)位置。第101頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四死點(diǎn)位置的克服辦法例：縫紉機(jī)借助于帶輪的慣性通過死點(diǎn)。（1）利用飛輪慣性來克服死點(diǎn)位置第102頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四蒸汽機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，左右車輪兩組曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，曲柄AB與A’B’位置錯(cuò)開90°。（2）利用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列法來克服死點(diǎn)位置。第103頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四2、死點(diǎn)位置在機(jī)構(gòu)中的作用鉆床工件夾緊機(jī)構(gòu)飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)第104頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四東莞理工學(xué)院專用作者：潘存云教授abdcC’B’AD平面四桿機(jī)構(gòu)具有周轉(zhuǎn)副→可能存在曲柄。b≤(d–a)+c則由△B’C’D可得：則由△B”C”D可得：a+d≤b+cc≤(d–a)+bAB為最短桿→

a+b≤c+d1.平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件C”abdcADd-

a設(shè)a<d,且連架桿a能整周回轉(zhuǎn)，則必有兩次與機(jī)架共線→

a+c≤b+d若設(shè)a>d，同理有：

d≤a,d≤b,d≤cAD為最短桿將以上三式兩兩相加得：

a≤b,a≤c,a≤dB”第105頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四東莞理工學(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(zhǎng)條件時(shí)，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是周轉(zhuǎn)副。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)度之和此時(shí)，鉸鏈A為周轉(zhuǎn)副。若取BC為機(jī)架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈B也是周轉(zhuǎn)副。稱為桿長(zhǎng)條件。ABCDabcd第106頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四東莞理工學(xué)院專用作者：潘存云教授（1）當(dāng)滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，說明存在周轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的構(gòu)件作為機(jī)架時(shí)，可得不同的機(jī)構(gòu)。如：

曲柄搖桿1、曲柄搖桿2、雙曲柄、雙搖桿機(jī)構(gòu)。分析說明（判斷機(jī)構(gòu)類型的步驟）（2）當(dāng)不滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，無周轉(zhuǎn)副，此時(shí)無論取哪一桿件為機(jī)架，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。最短桿為連架桿最短桿為機(jī)架最短桿為連桿第107頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四東莞理工學(xué)院專用作者：潘存云教授ABCD2.急回運(yùn)動(dòng)與行程速比系數(shù)在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時(shí)，搖桿位于兩個(gè)極限位置，簡(jiǎn)稱極位(extremeposition)。(1)當(dāng)曲柄以ω逆時(shí)針轉(zhuǎn)過180°+θ時(shí)，搖桿從C1D位置擺到C2D。所花時(shí)間為t1,平均速度為V1,那么有：B1C1AD曲柄搖桿機(jī)構(gòu)3Dθ180°＋θωC2B2此兩處曲柄之間的夾角θ

稱為極位夾角(crackanglebetweenextremepositions)。搖桿之間的夾角稱為擺角ψ（∠C1DC2）第108頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四東莞理工學(xué)院專用作者：潘存云教授B1C1ADC2(2)當(dāng)曲柄以ω繼續(xù)轉(zhuǎn)過180°-θ時(shí)，搖桿從C2D位置擺到C1D，所花時(shí)間為t2,平均速度為V2,那么有：

180°-θ顯然：t1>t2V2>V1搖桿的這種特性稱為急回運(yùn)動(dòng)(quick-returnmotion)。稱K為行程速比系數(shù)(advance-toreturn-timeratio)。

2)且θ越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。

說明:1)只要

θ

≠0，

就有

K>1，存在急回運(yùn)動(dòng)。

3)設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí)，往往先給定K值，于是:

B2第109頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四東莞理工學(xué)院專用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（偏置）的急回特性急回特性應(yīng)用：節(jié)省返程時(shí)間，如牛頭刨、往復(fù)式輸送機(jī)等。θ180°＋θ180°-θ導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的急回特性θ180°＋θ180°-θ思考題：

對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性如何？第110頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四東莞理工學(xué)院專用作者：潘存云教授αFγF’

F”當(dāng)∠BCD≤90°時(shí)，

γ＝∠BCD3.壓力角和傳動(dòng)角(1)壓力角α(pressureangle)：從動(dòng)件驅(qū)動(dòng)力F與力作用點(diǎn)絕對(duì)速度之間所夾銳角。設(shè)計(jì)時(shí)要求:γmin≥40--50°

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

γ＝180°-∠BCD切向分力:

F’=Fcosα法向分力:

F”=Fcosγγ↑→F’↑→對(duì)傳動(dòng)有利。=Fsinγ

(γ+α=90°)可以證明：此位置一定是：曲柄與機(jī)架兩次共線位置之一。ABCDCDBAFF”F’γ(2)傳動(dòng)角γ(transmissionangle)

可用γ的大小來表示機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞。當(dāng)∠BCD最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)γminα(Vc)第111頁，共115頁，2023年，2月20日，星期四東莞理工學(xué)院專用