任務(wù)3.1 平面連桿機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計

《機(jī)械分析與設(shè)計基礎(chǔ)》

情境3常用機(jī)械機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計任務(wù)3.1平面連桿機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

【下達(dá)任務(wù)】內(nèi)燃機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

【能力目標(biāo)】1.學(xué)會鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型、特性。2.學(xué)會鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化機(jī)構(gòu)的分析。3.學(xué)會用圖解法設(shè)計平面連桿機(jī)構(gòu)。4

知識導(dǎo)航氣缸體1活塞2進(jìn)氣閥3排氣閥4連桿5曲軸6凸輪7頂桿8齒輪10引導(dǎo)問題：內(nèi)燃機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組成？曲柄滑塊機(jī)構(gòu)認(rèn)知：平面連桿機(jī)構(gòu)

1.平面連桿機(jī)構(gòu)：構(gòu)件間用低副連接而構(gòu)成的平面機(jī)構(gòu)3.1.1平面四桿機(jī)構(gòu)的組成和特點一、平面四桿機(jī)構(gòu)簡介2.平面四桿機(jī)構(gòu)：

具有四個構(gòu)件的平面連桿機(jī)構(gòu)。平面四桿機(jī)構(gòu)是平面連桿機(jī)構(gòu)最簡單的類型，常見的形式是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。其為全轉(zhuǎn)動副的四桿機(jī)構(gòu)。1.機(jī)架：固定件（AD）。2.連架桿：與機(jī)架相連的桿（AB、CD）。3.連桿：不直接與機(jī)架相連的桿（BC），而是通過回轉(zhuǎn)副與連架桿相連。其中：二、平面四桿機(jī)構(gòu)的組成【曲柄】：作整周（360度）轉(zhuǎn)動的連架桿?！緭u桿】：僅能在某一角度內(nèi)擺動的連架桿。

三、平面四桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點和缺點優(yōu)點1優(yōu)點2優(yōu)點3缺點

低副是面接觸，壓強(qiáng)低，磨損量小低副的接觸表面是圓柱面或平面，故制造方便，容易獲得較高的精度

容易實現(xiàn)常見的轉(zhuǎn)動、移動及其轉(zhuǎn)換

低副中存在的間隙不易消除，會引起運動誤差，從而降低傳動的精度和效率3.1.2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)flash

1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿中:一個是曲柄，一個是搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

搖桿擺動

運動特點:曲柄為原動件曲柄轉(zhuǎn)動搖桿為原動件搖桿擺動曲柄轉(zhuǎn)動flash雷達(dá)天線仰俯角的調(diào)整機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例-1和面機(jī)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例-2縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例-3

2.雙曲柄機(jī)構(gòu)

兩個連架桿都是曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)（1）普通雙曲柄機(jī)構(gòu)運動特點：主動曲柄等速轉(zhuǎn)動從動曲柄變速轉(zhuǎn)動flash普通雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例

慣性篩flash（2）平行雙曲柄機(jī)構(gòu)：

連桿與機(jī)架相等雙曲柄的轉(zhuǎn)向相同，且長度也相等。

運動特點：兩曲柄轉(zhuǎn)動的角速度始終相等，連桿作平動，且始終平行于機(jī)架。flash天平機(jī)構(gòu)平行雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例-1平行雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例-2攝影車座斗升降機(jī)構(gòu)平行雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例-3路燈檢修車(3)反向雙曲柄機(jī)構(gòu)

連桿與機(jī)架長度相等，兩曲柄的轉(zhuǎn)向相反，且長度也相等。

反向雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用舉例

車門的啟閉機(jī)構(gòu)

3.雙搖桿機(jī)構(gòu)

具有兩個搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。運動特點：擺動擺動（擺幅相等或不相等）雙搖桿機(jī)構(gòu)舉例-1港口起重機(jī)雙搖桿機(jī)構(gòu)舉例-2

飛機(jī)起落架取不同的構(gòu)件為機(jī)架—變換機(jī)架曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

雙搖桿機(jī)構(gòu)3.1.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型的判別提出問題：以不同的桿作機(jī)架有四種情況，如何判斷類別？

設(shè)構(gòu)件1、2、3、4的長度分別為a、b、c、d

當(dāng)桿長d>a時，由△B′C′D存在的幾何條件可知，四桿的長度必然滿足：

由△B″C″D存在的幾何條件可知，四桿的長度必然滿足：

即即各式中的等號表示當(dāng)B處在B′點和B″點時，A、B、C、D四點共線，這時剛好也能形成整轉(zhuǎn)副。一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件

a≤b，a≤c，a≤d

對于桿長d<a的情況

，同理得出：d≤a，d≤b，d≤c

上式兩兩相加得：課后求證？

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中存在曲柄的條件（即能做整周轉(zhuǎn)動）是：

（A）機(jī)架或連架桿中必有一桿為最短桿——最短構(gòu)件條件（B）最短構(gòu)件與最長構(gòu)件長度之和小于或等于其余兩構(gòu)件長度之和——構(gòu)件長度之和條件

結(jié)論：格拉肖夫判別式二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型的判別方法（A）機(jī)架和連架桿中必有一桿為最短構(gòu)件，稱為最短構(gòu)件條件。（B）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其他兩桿件長度之和，稱為構(gòu)件長度和條件?！疽龑?dǎo)案例】（A）機(jī)架和連架桿中必有一桿為最短構(gòu)件，稱為最短構(gòu)件條件。（B）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其他兩桿件長度之和，稱為構(gòu)件長度和條件。課堂練習(xí)-1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)課堂練習(xí)-2雙搖桿機(jī)構(gòu)課堂練習(xí)-3雙曲柄機(jī)構(gòu)課堂練習(xí)-4雙搖桿機(jī)構(gòu)3.1.4平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性觀察一下急回特性

1.特性分析

圖示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，搖桿所處的C1D、C2D兩位置稱為搖桿的兩極限位置

從動件在兩極限位置時，原動件AB在對應(yīng)兩位置間所夾的銳角θ稱為極位夾角

當(dāng)曲柄以等角速度ω轉(zhuǎn)動時，因Ф

1＞

Ф

2、固有t1＞

t2、則ν2＞

ν1，即搖桿的擺回平均速度大于擺出的平均速度，這種性質(zhì)稱為急回特性。一、急回特性——運動特性一般情況：擺出——工作行程AB1順時針到AB2擺回——非工作行程AB2順時針AB1K=

為了表明機(jī)構(gòu)急回運動的程度，可用擺桿擺回平均速度與擺出平均速度的比值來衡量，該比值稱為行程速比系數(shù)。用K表示。即

K＞1機(jī)構(gòu)具有急回特性。若K＞1，θ≠0,θ越大，機(jī)構(gòu)的急回特性越顯著。θ=0,機(jī)構(gòu)無急回特性。2.行程速比系數(shù)的引入：推導(dǎo)后3.平面四桿機(jī)構(gòu)具有急回特性的條件是：（1）原動件等角速整周轉(zhuǎn)動，即曲柄為原動件；（2）輸出件作往復(fù)運動；（3）極位夾角滿足θ≠0。對于對心式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，因其θ＝0，故無急回特性（1）對于偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，因其θ≠0，就有急回特性。θ=ψθ≠0機(jī)構(gòu)具有急回特性（2）擺動導(dǎo)桿急回特性的條件二、

壓力角與傳動角——傳力性能1.壓力角α：從動件上某點所受作用力方向與其速度方向間所夾的銳角壓力角α越小，機(jī)構(gòu)的傳力性能越好，理想的壓力角α=0°FFn=Fsinα有害分力Ft=Fcosα有效分力ABCDαγδFvcFtFn

2.傳動角（γ）：壓力角的余角。vcABCDαγδFFtFn通常用γ表示.傳動角γ越大，機(jī)構(gòu)的傳力性能越好，理想的傳動角γ=90°3.設(shè)計時最小傳動角的確定

機(jī)構(gòu)的傳動角和壓力角作出如下規(guī)定：

γmin≥[γ][γ]=30

60°αmax≤[α][γ]、[α]分別為許用傳動角和許用壓力角?！厩闆r分析】最小傳動角出現(xiàn)的位置：

（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（曲柄為主動件）最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線的位置【情況分析】最小傳動角出現(xiàn)的位置：

（2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（曲柄為主動件）最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與滑塊移動方向線垂直的位置【情況分析】最小傳動角出現(xiàn)的位置：

（3）擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（曲柄為主動件）

在任何情況下α=0°

γ=90°機(jī)構(gòu)的死點：當(dāng)機(jī)構(gòu)處于壓力角等于

90°（傳動角等于0°）位置時無論驅(qū)動力多，均不能使從動件運動的位置。死點位置舉例1：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（搖桿為主動件）死點出現(xiàn)在曲柄與連桿共線的位置三、

死點位置死點位置舉例2：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)死點出現(xiàn)在曲柄與連桿共線的位置

死點位置舉例3：擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)以曲柄為原動件時無死點出現(xiàn)，以導(dǎo)桿為原動件死點出現(xiàn)在曲柄與導(dǎo)桿垂直的位置。工程實際中利用和克服死點：死點不利的一面克服止點用慣性力有利的一面利用止點克服死點（機(jī)構(gòu)的錯位排列）（加大飛輪）（加大飛輪）利用死點（飛機(jī)起落架）（夾緊裝置）3.1.5平面四桿機(jī)構(gòu)的演化一、演化方法1：改變構(gòu)件形狀和相對尺寸

轉(zhuǎn)化為含有一個移動副的四桿機(jī)構(gòu)1.將轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副a.對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

2.選用不同構(gòu)件做為機(jī)架的演化構(gòu)件3（滑塊）；構(gòu)件4（導(dǎo)桿）（1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)——取構(gòu)件4作機(jī)架flashb.偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)flash（2）曲柄搖塊機(jī)構(gòu)--取構(gòu)件2作機(jī)架Flash（3）定塊機(jī)構(gòu)——取構(gòu)件3作機(jī)架手搖唧筒.avi

a.轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（L1＜L2）

3.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化（4）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)--取構(gòu)件1作機(jī)架b.擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（L2＜L1）擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu).swf牛頭刨.avi曲柄滑塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

【總結(jié)】演化后的運動簡圖二、

演化的方法之2：擴(kuò)大轉(zhuǎn)動副尺寸偏心輪機(jī)構(gòu)：當(dāng)曲柄的尺寸很小時，由于結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的需要，常通過擴(kuò)大轉(zhuǎn)動副尺寸，將曲柄改作成為一個幾何中心與回轉(zhuǎn)中心不重合的圓盤。

3.1.6平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計一、

平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的基本問題主要任務(wù)：根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作要求、運動特性和設(shè)計條件選定機(jī)構(gòu)形式，并確定出各構(gòu)件的尺寸參數(shù)。連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計兩類問題：（1）實現(xiàn)給定從動件的運動規(guī)律（2）實現(xiàn)給定的運動軌跡1圖解法2解析法3

實驗法平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法一、圖解法設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu)1.按給定位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)

（1）給定連桿兩位置設(shè)計

已知：連桿上兩活動鉸鏈的中心B、C及其在運動過程中的兩個位置B1C1、B2C2

（給定BC的兩個位置）B1C1B2C2(2)按連桿的三個給定位置設(shè)計

（1）設(shè)計曲柄搖桿機(jī)構(gòu)已知曲柄機(jī)構(gòu)搖桿Lcd的長度，及搖桿擺角ψ和行程速比因數(shù)K。2.

按給定的行程速比因數(shù)設(shè)計具體數(shù)據(jù)：已知Lcd=600mmψ=30。

K=1.5試設(shè)計此曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

四桿機(jī)構(gòu)分析圖曲柄搖桿機(jī)構(gòu)【總結(jié)】按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)的公式。C1DAB1C2B2設(shè)計結(jié)果圖【任務(wù)完成】

內(nèi)燃機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計【任務(wù)實施】1.任務(wù)分析

根據(jù)任務(wù)已知的條件，在設(shè)計內(nèi)燃機(jī)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)時，把偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的行程H，視為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)當(dāng)搖桿無限長時C點擺過的弦長，應(yīng)用上述的方法可求得滿足要求的機(jī)構(gòu)，為解決圖解法的精準(zhǔn)性，作圖時可用AutoCAD軟件配合，得到的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。2.任務(wù)完成結(jié)論參考教材。

設(shè)計一偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，已知滑塊的行程速度變化系數(shù)K=1.5，滑塊的