《機(jī)械原理》課件-第4章 平面四桿機(jī)構(gòu)

機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment機(jī)

械

原

理第4章

平面四桿機(jī)構(gòu)機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment本章研究的主要內(nèi)容及目的：?

了解連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用及特點(diǎn)?

掌握平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化?

掌握平面四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件?

能夠求出四桿機(jī)構(gòu)的壓力角，對(duì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能進(jìn)行分析?

會(huì)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)本章重點(diǎn)難點(diǎn)平面四桿機(jī)構(gòu)的命名，整轉(zhuǎn)副存在的條件，重點(diǎn)：壓力角計(jì)算，圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)：機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment?

連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用?

平面四桿機(jī)構(gòu)及其演化形式?

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性——曲柄存在條件機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment課前自主學(xué)習(xí)內(nèi)容：1、連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用2、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化3、曲柄存在的條件4、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型學(xué)習(xí)資源：1、教材（學(xué)校）4.1~4.2（P48-P56）2、中國(guó)大學(xué)MOOC視頻學(xué)習(xí),第4章前5個(gè)視頻4.0

2’54”4.1

3’17”+8’58”4.2

16’12”+9’36”共40’57“機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment問題1：生活中連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用還有哪些？問題2：平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式是什么？問題3：平面四桿機(jī)構(gòu)的演化機(jī)構(gòu)有哪些？任意畫出兩種機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖問題4：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件是什么？問題5：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型有哪些？如何判斷？機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment課堂測(cè)試

1：云班課-活動(dòng)-04-01

2分鐘一、連桿機(jī)構(gòu)由若干剛性構(gòu)件用低副連接所組成的機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件均在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件不都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)機(jī)電工程系

Mechanical

andE

ct

cal

EngineeringDepartment思考1隨機(jī)點(diǎn)名：點(diǎn)到的同學(xué)將答案發(fā)在討論區(qū)二、連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用問題1：生活中連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用還有哪些？其他應(yīng)用1其他應(yīng)用2機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment三、平面四桿機(jī)構(gòu)

問題2：平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式是什么？鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)思考2隨機(jī)點(diǎn)名：點(diǎn)到的同學(xué)將答案發(fā)在討論區(qū)問題3：平面四桿機(jī)構(gòu)的演化機(jī)構(gòu)有哪些？任意畫出兩種機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment平面四桿機(jī)構(gòu)的類型（演化）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式，其它類型的平面四桿機(jī)構(gòu)可以看成是由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)其演化而來。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)機(jī)電工程系

Mechanical

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EngineeringDepartment平面四桿機(jī)構(gòu)的類型（演化）轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副C32B41A4曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)BC→∞21A344對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment課堂測(cè)試

2：云班課-活動(dòng)-04-02

15分鐘四、曲柄存在的條件討論討論區(qū)5分鐘什么是曲柄？鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄就是能整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿。機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment曲柄存在需要滿足什么條件？★

最長(zhǎng)桿與最短桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其他兩桿長(zhǎng)度之和?！?/p>

連架桿和機(jī)架其一最短。CB連架桿AB最短機(jī)架AD最短機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment思考3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型如何判斷？★

周轉(zhuǎn)副：兩構(gòu)件相對(duì)能整周轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副。滿足桿長(zhǎng)條件下，最短桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副為周轉(zhuǎn)副★

擺轉(zhuǎn)副：兩構(gòu)件相對(duì)不能整周轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)機(jī)電工程系

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EngineeringDepartment機(jī)電工程系

Mechanical

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EngineeringDepartment解：

1、若此為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，則構(gòu)件1為曲柄則?

≤

30且?

+

50

≤

30

+

35解得0

<

?

≤

15,

????

=

15??50mm35mm2、若此為雙曲柄機(jī)構(gòu)，則構(gòu)件4為最短桿,故?

≥

30①

?

≤

50,

則30

+

50

≤

?

+

35,

得45

≤

?

≤

50②

?

>

50,

則30

+

?

≤

50

+

35,得50

<

?

≤

55綜上，45

≤

?

≤

55,

????

=

45??30mm3、若此為雙搖桿機(jī)構(gòu)，則不滿足桿長(zhǎng)條件①

?

≤

30,

則?

+

50

>

30

+

35,

得15

<

?

≤

30②

115

>

?

≥

50,

則30

+

?

>

50

+

35,得55

<

?

<

115③

30

<

?

<

50,

則30

+

50

>

?

+

35,

得30

<

?

<

45綜上，15

<

?

<

45,

或55

<

?

<

115機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment?

平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性——急回特性?

平面四桿機(jī)構(gòu)傳力特性?

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)電工程系

Mechanical

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EngineeringDepartment機(jī)電工程系

Mechanical

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EngineeringDepartment偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件若AB能成為曲柄，則鉸鏈B必須能到達(dá)兩個(gè)固定鉸鏈的連線上的B

和B

兩個(gè)位置。12機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件

B1B2

B

C

D1

1ba+

e

直角三角形的斜邊長(zhǎng)大于等于直角邊長(zhǎng)。鉸鏈Bba+

e

B

C

Da-eb22機(jī)電工程系

Mechanical

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EngineeringDepartment對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件e=0e=0

aba+

eb對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment?

平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性——急回特性機(jī)電工程系

Mechanical

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EngineeringDepartment搖桿的極限位置曲柄AB等速轉(zhuǎn)動(dòng)搖桿CD往復(fù)擺動(dòng)左右2個(gè)極限位置DC1（左極限位置）DC2（右極限位置）曲柄AB與連桿BC重疊共線曲柄AB與連桿BC拉直共線機(jī)電工程系

Mechanical

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EngineeringDepartment搖桿的極限位置DC2（右極限位置）DC1（左極限位置）曲柄AB與連桿BC拉直共線搖桿極限位置的確定AC2=b+

a曲柄AB與連桿BC重疊共線AC1=b-

a機(jī)電工程系

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EngineeringDepartment搖桿的急回特性曲柄AB搖桿DCyt1t1

=11

1

=→：

1→DC2

DC1

：yAB2AB1機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment搖桿的急回特性

1

>

2>t1

t2

1

<

2慢慢行程：快行程：快急回特性曲柄AB搖桿DCyt1t1

=11

1

=→：

1→DC2

DC1

：yAB2AB1yt2t2

=→

AB2

：

22→

DC2

2

=AB1DC1：y1機(jī)電工程系

Mechanical

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EngineeringDepartment急回特性的衡量慢行程θ－

極位夾角：當(dāng)搖桿在兩極限位置時(shí)，對(duì)應(yīng)的曲柄位置之間所夾的銳角?？煨谐碳被靥匦缘暮饬啃谐趟俣茸兓禂?shù)Ｋ快行程平均角速度慢行程平均角速度K

==

2

1t180

+1180

2-180o

+180o

-K1

=K

===t2曲柄AB搖桿DCyt1→：

=→

DC1→

DC2

1

==

180

0

+t111DC2：yAB2AB1慢快12yt2t2

=→

AB2

：

2

2

=AB1=-DC1：y18001機(jī)電工程系

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EngineeringDepartment急回特性的衡量180

+180

-K

=行程速度變化系數(shù)

K急回特性越顯著

K急回特性越不顯著無急回特性

=0K=1機(jī)電工程系

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EngineeringDepartment小結(jié)急回特性：一般情況下，搖桿存在有快行程和慢行程的特性?？栈匦谐坦ぷ餍谐碳被靥匦缘暮饬浚盒谐趟俣茸兓禂?shù)K快行程平均角速度慢行程平均角速度K

=

0θK>1

有急回特性180

+K

=180

-θ－

極位夾角：搖桿在兩極限位置時(shí)，對(duì)應(yīng)的曲柄位置所夾的銳角。機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment?

平面四桿機(jī)構(gòu)傳力特性機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment機(jī)構(gòu)的壓力角及傳力特性vcPtC切向分力

Pt=Pcosα法向分力

Pn=Psinα忽略連桿的質(zhì)量和摩擦二力桿abPPnα↓Pt↑對(duì)傳動(dòng)越有利BcMd壓力角a衡量機(jī)構(gòu)傳力特性

ADα－

壓力角:力P

的作用線與該力作d用點(diǎn)速度ｖｃ之間所夾的銳角。要求：

αmax

≤

[α][α]——許用壓力角機(jī)電工程系

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EngineeringDepartment機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角及傳力特性vcPt（引入）C傳動(dòng)角γ考慮應(yīng)用的方便a傳動(dòng)角γ：壓力角

α的余角。α

+γ＝90obPPnBcMdγ↑Pt↑a對(duì)傳動(dòng)越有利

AD衡量機(jī)構(gòu)傳力特性d要求：γmin

≥

[γ][γ]——許用傳動(dòng)角通常

[γ]＝40o，高速大功率機(jī)械通常

[γ]＝50o機(jī)電工程系

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EngineeringDepartment機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角計(jì)算γ

=?PtCagbPCgBPcaMda

cbvcBDADAadd∠BCD

<90oγ=∠BCD∠BCD

>90oγ=180o-∠BCD機(jī)電工程系

Mechanical

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EngineeringDepartment機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角計(jì)算γ

=?PtCa∠BCD

<90oγ=∠BCDgbPBcMda

γ

1min

=∠BCDminADd機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角計(jì)算γ

=?Cγ=180o-∠BCDg∠BCD

>90oPacbvcBDAγ=

180

-∠BCDoa2minmaxd機(jī)電工程系

Mechanical

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EngineeringDepartment機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角計(jì)算Ptγ

=?CaCgg∠BCD

<90ob∠BCD

>90oPPBacMdcavcb

BDADAaddγ

2min

=

180o

-∠BCDmaxγ

1min

=∠BCDminγmin

=min{γ,

γ}機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角1min2min機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角計(jì)算應(yīng)用余弦定理，得：a

2+

d

2

-

2

adcos

=

BCD中:b

2+c

2

-2bccosD

2CbBb

2

+c

2

-a

2

-d

2

+2adcos

c∠

BCD=arccosa2bc

ADd（

=108

0）°）b

2

+c

2

–a

2

–d

2

–+22aa

dd2bcb

2

+c

2

–(d

+–

a)

22bc∠

BCDmainx=arccos=arccosb

2

+c

2

–(d

–a)

2b

2

+c

2

–(d

+a)

22bcg1minBCDmin=arccos=∠garccos180°-=180°-∠

BCDmax=2min2bcγmin

=min{γ,

γ}2min1min機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment解題機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment總結(jié)原動(dòng)件為往復(fù)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件（例如搖桿、滑塊、導(dǎo)桿等）死點(diǎn)位置機(jī)構(gòu)處于特殊位置（傳動(dòng)角為0位置）C23B1AD4某些時(shí)候需要克服（順利通過）死點(diǎn)位置，有些時(shí)候又要利用死點(diǎn)位置。機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment課堂測(cè)試1：云班課-04-03

3分鐘?

機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)?

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringD?

急回特性、衡量標(biāo)準(zhǔn)?

概念：極位夾角、壓力角、傳動(dòng)角?

應(yīng)用：如何找極位夾角？習(xí)題4-8，4-9最小傳動(dòng)角的位置？?

課堂測(cè)試1：云班課-04-03/04機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment其他機(jī)構(gòu)極位夾角、壓力角、傳動(dòng)角機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置C曲柄搖桿機(jī)構(gòu)BMdAD主動(dòng)件搖桿往復(fù)擺動(dòng)，帶動(dòng)曲柄整周轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)特殊位置1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)特殊位置2CDC2主動(dòng)件g

=

0o主動(dòng)件2334B1ADA14g

=

0oB搖桿為主動(dòng)件時(shí)，在連桿與曲柄共線位置傳動(dòng)角

γ＝0機(jī)構(gòu)出現(xiàn)“頂死”現(xiàn)象這個(gè)位置被稱為死點(diǎn)位置機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置主動(dòng)件234AD1曲柄與連桿共線位置原動(dòng)件為搖桿g

=

0o兩個(gè)條件同時(shí)滿足死點(diǎn)位置CD2g

=

0o主動(dòng)件3B1A4機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄與連桿共線位置兩個(gè)條件同時(shí)滿足死點(diǎn)位置原動(dòng)件為滑塊機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄與導(dǎo)桿垂直位置兩個(gè)條件同時(shí)滿足死點(diǎn)位置原動(dòng)件為導(dǎo)桿機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment機(jī)構(gòu)死點(diǎn)位置的克服多組機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列通過死點(diǎn)位置借助慣性或外力通過死點(diǎn)位置機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment機(jī)構(gòu)死點(diǎn)位置的利用飛機(jī)起落架收放機(jī)構(gòu)課堂測(cè)試

2：云班課-活動(dòng)-04-04

5分鐘機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment機(jī)械原理：難也？不難也？感興趣嗎？?

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment1.

連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題是根據(jù)給定的要求選定機(jī)構(gòu)的型式，確定各構(gòu)件的尺寸，同時(shí)還要滿足結(jié)構(gòu)條件、動(dòng)力條件和運(yùn)動(dòng)連續(xù)條件等。（1）滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求例1流量指示機(jī)構(gòu)例2牛頭刨床機(jī)構(gòu)即滿足兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置要求

（又稱實(shí)現(xiàn)函數(shù)的問題)；滿足給定行程速比系數(shù)K的要求等。（2）滿足預(yù)定的連桿位置要求即要求連桿能占據(jù)一系列預(yù)定位置

（又稱剛體導(dǎo)引問題）。例3

小型電爐門的開閉機(jī)構(gòu)機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment（3）滿足預(yù)定的軌跡要求即要求在機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程中，連桿上某些點(diǎn)的軌跡能滿足預(yù)定的軌跡要求。例4鶴式起重機(jī)例5攪拌機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法有：圖解法、解析法和實(shí)驗(yàn)法。機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment2.

用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)2.1

圖解設(shè)計(jì)的基本原理?圖解設(shè)計(jì)問題——作圖求解各鉸鏈中心的位置問題。FiCiEiBiADi=1、2、···、N?各鉸鏈間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系：固定鉸鏈

A、D：圓心圓或圓弧活動(dòng)鉸鏈

B、C：機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment2.2圖解設(shè)計(jì)的具體方法（1）按連桿預(yù)定的位置設(shè)計(jì)1）已知活動(dòng)鉸鏈中心位置?機(jī)構(gòu)的倒置原理為了求活動(dòng)鉸鏈的位置，可將待求活動(dòng)鉸鏈所在的桿視作新機(jī)架，而將其相對(duì)的桿視為新連桿。接下來，將原機(jī)構(gòu)的各位置的構(gòu)型均視為剛體，并向某一選定位置相對(duì)移動(dòng)，使新機(jī)架的各桿位置重合，便可得新連桿相對(duì)于新機(jī)架的各個(gè)位置，即實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的倒置。這樣，就將求活動(dòng)鉸鏈的位置問題轉(zhuǎn)化為求固定鉸鏈的位置問題了。這種方法又稱為反轉(zhuǎn)法。機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment2）已知固定鉸鏈中心的的位置求解條件討論：當(dāng)N＝3時(shí)，當(dāng)N＝2時(shí)，當(dāng)N＝4時(shí)，有唯一解；有無窮多解；可能有無窮多解；可能有解或無解；當(dāng)N＝5時(shí)，（2）按兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1）已知兩連架桿三對(duì)對(duì)應(yīng)位置2）已知兩連架桿四對(duì)對(duì)應(yīng)位置機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment?

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)課堂測(cè)試1：云班課-04-05

3分鐘?

習(xí)題討論?

本章小結(jié)機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment分

析上節(jié)課堂測(cè)試2：云班課-04-04

機(jī)構(gòu)的傳力特性

5分鐘本節(jié)課堂測(cè)試1：云班課-04-05機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment解：畫圖可知，??

=

22.24??,

??

=

52.25??機(jī)電工程系

Mechanical

andElectrical

EngineeringDepartment解：?

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180°=

60°?

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60°故，???

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