平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(改)

常用的機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)輪系連桿機(jī)構(gòu)若干剛性構(gòu)件通過低副連接組成的機(jī)構(gòu)，稱為連桿機(jī)構(gòu)或低副機(jī)構(gòu)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（對心）牛頭刨床連桿機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)：（2）低副不易磨損而又易于加工連桿機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)：（1）連桿機(jī)構(gòu)作變速運(yùn)動的構(gòu)件慣性力及慣性力矩難以完成平衡。（2）連桿機(jī)構(gòu)較難準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律，設(shè)計方法也較復(fù)雜。（1）能夠?qū)崿F(xiàn)多種運(yùn)動軌跡曲線和運(yùn)動規(guī)律。

根據(jù)其構(gòu)件間的相對運(yùn)動分為平面或空間連桿機(jī)構(gòu)?！?平面連桿機(jī)構(gòu)類型及其應(yīng)用平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計§2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性§3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計根據(jù)構(gòu)件數(shù)目分為四桿機(jī)構(gòu)、多桿機(jī)構(gòu)…。廣泛應(yīng)用的是平面四桿機(jī)構(gòu)，而且它是構(gòu)成和研究平面多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。本章主要討論平面四桿機(jī)構(gòu)?！?平面連桿機(jī)構(gòu)類型及其應(yīng)用一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式——鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)§1平面連桿機(jī)構(gòu)類型及其應(yīng)用1、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)3、搖塊機(jī)構(gòu)4、定塊機(jī)構(gòu)二、其它型式的平面四桿機(jī)構(gòu)一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式——鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)連架桿機(jī)架連架桿連桿能繞其軸線轉(zhuǎn)360o的連架桿。僅能繞其軸線作往復(fù)擺動的連架桿。曲柄搖桿連架桿曲柄搖桿機(jī)構(gòu)按照兩連架桿的運(yùn)動形式的不同，可將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)分為：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)ABCD耕地料斗DCAB耕地料斗DCAB特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)AB=CD特征：兩連架桿等長且平行，連桿作平動BC=ADABDC攝影平臺ADBCB’C’天平播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)實(shí)例：火車輪雙搖桿機(jī)構(gòu)CABD1234C3AB124eAB1234C對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)AB1234eCABD1234C1、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)－－曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化成移動副的演化二、其它型式的平面四桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（對心）曲柄當(dāng)滑塊機(jī)構(gòu)（偏心）對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)AB1234CAB1234eC還可以轉(zhuǎn)化為雙滑塊機(jī)構(gòu)1234ABC3AB124eAB1234eC2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)－－取曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中不同的構(gòu)件為機(jī)架的演化BA1234C(a)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(b)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)BA1234C(c)擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿:組成移動副的兩活動構(gòu)件，畫成桿狀的構(gòu)件稱為導(dǎo)桿?；剞D(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)l1

<

l2時，轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)l1>l2時，擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動3、搖塊機(jī)構(gòu)－－取曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中不同 的構(gòu)件為機(jī)架的演化BA1234C(a)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(b)搖塊機(jī)構(gòu)A1234CB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搖塊機(jī)構(gòu)314A2BC4、定塊機(jī)構(gòu)－－取曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中不同 的構(gòu)件為機(jī)架的演化BA1234C曲柄滑塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)(移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu))A234CB1手搖唧筒手搖唧筒這種通過選擇不同構(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BC3214AABC3214§2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有周轉(zhuǎn)副的條件四、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置二、急回運(yùn)動三、壓力角和傳動角周轉(zhuǎn)副：作整周轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動副夾角范圍：00～3600擺轉(zhuǎn)副：在一定范圍轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副A、B夾角范圍：3600轉(zhuǎn)動副C、D§2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有周轉(zhuǎn)副的條件周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副設(shè)a<d，連架桿1整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機(jī)架共線。

a+b≤c+d

a+c≤b+da+d≤b+c由△B2C2D可得：由△B1C1D可得：b≤(d–a)+cc≤(d–a)+b將以上三式兩兩相加得：

即：桿1為最短桿§2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有周轉(zhuǎn)副的條件周轉(zhuǎn)副：A、B周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副a≤ba

≤c

a≤d即：桿1為最短桿鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有周轉(zhuǎn)副的條件：l）最短桿和最長桿長度之和小于或等于其他兩桿長度之和,稱為桿長條件。2）組成周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿.

a+b≤c+da+c≤b+da+d≤b+ca≤ba

≤c

a≤d當(dāng)滿足桿長條件時，說明存在周轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的構(gòu)件作為機(jī)架時，可得不同的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。如：曲柄搖桿、雙曲柄、雙搖桿機(jī)構(gòu)。BACDABCDABCD●當(dāng)最短桿為連架桿時，該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)成為●以最短桿為機(jī)架，則得●以最短桿的對邊為機(jī)架，則得▲若最短桿和最長桿長度之和小于或等于其他兩桿長度之和，則▲若最短桿和最長桿長度之和大于其他兩桿長度之和，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)。則無論取何桿為機(jī)架均得雙搖桿機(jī)構(gòu)。二、急回運(yùn)動●曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，原動件AB以等速轉(zhuǎn)動B2C2B1C1(1)搖桿CD的兩極限位置當(dāng)AB與BC兩次共線時，搖桿CD處于兩極限位置。曲柄轉(zhuǎn)角對應(yīng)的時間搖桿點(diǎn)C的平均速度極位夾角：當(dāng)搖桿處于兩極限位置時，對應(yīng)的曲柄位置線所夾的銳角。A21C34BDabcd擺角極位夾角v1v2))1、急回運(yùn)動搖桿對應(yīng)的時間搖桿點(diǎn)C的平均速度))曲柄轉(zhuǎn)角則可見：))搖桿往復(fù)擺動搖桿點(diǎn)C的平均速度為v1和v2<當(dāng)主動件曲柄等速轉(zhuǎn)動時，從動件搖桿擺回的平均速度大于擺出的平均速度，搖桿的這種運(yùn)動特性稱為急回運(yùn)動。搖桿B2C2B1C1曲柄轉(zhuǎn)角對應(yīng)的時間搖桿點(diǎn)C的平均速度A21C34BDabcd擺角極位夾角v1v2))★工程上，把曲柄轉(zhuǎn)過1800+θ時，搖桿從動件由C1D擺到C2D的過程，稱為工作行程；★把曲柄轉(zhuǎn)過1800-θ時，搖桿從動件由C2D擺回到C1D的過程，稱為空回行程；搖桿2.搖桿從動件的行程速度變化系數(shù)K：空回行程平均速度v2與工作行程平均速度v1之比。))由公式可知，行程速比系數(shù)K隨極位夾角θ增大而增大，換句話說，θ值愈大，急回運(yùn)動特性愈明顯。在很多機(jī)器中利用機(jī)構(gòu)的急回特性節(jié)省空回行程的時間，從而節(jié)省動力并提高了生產(chǎn)率。如牛頭刨床中用的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)就起到了這種作用。平面四桿機(jī)構(gòu)具有急回運(yùn)動的條件：（1）原動件作等速整周轉(zhuǎn)動；（2）輸出件作往復(fù)運(yùn)動；（3）C1B1B2HC2偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2AB134eCab,有急回特性?！駭[動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)B2B1有急回特性。B1B2H

,無急回特性。314A對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)B2CabC1C2AB●曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，原動件AB以等速轉(zhuǎn)動三、壓力角與傳動角在不計摩擦力、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。壓力角：傳動角：壓力角的余角。ACBDvBFvcFFtFn1ABCD234FvcaAB134Cb2越小，受力越好。越大，受力越好。由力的分解可以看出，沿著速度方向的有效分力Ft＝Fcosα，垂直Ft的分力Fn＝Fsinα，力Fn只能使鉸鏈C、D對桿CD產(chǎn)生壓力，希望它能越小越好，也就是Ft愈大愈好，這樣可使其傳動靈活效率高?？偠灾窍Ｍ麎毫铅猎叫≡胶?。Ft＝FcosαFn＝Fsinαδ§2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性FvB3B123AC??F

B132C2aAB134Cbvc畫出壓力角v由上面分析可知，傳動角γ愈大(α愈小)對傳動愈有利。所以為了保證所設(shè)計的機(jī)構(gòu)具有良好的傳動性能，通常應(yīng)使最小傳動角γmin≥400，在傳遞力矩較大的情況下，應(yīng)使γmin≥500。在具體設(shè)計鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)時，一定要校驗(yàn)最小傳動角γmin是否滿足要求。當(dāng)∠BCD≤90°時，γ＝∠BCD因此設(shè)計時一般要求:γmin≥40°。當(dāng)∠BCD＞90°時，γ＝180°-∠BCD當(dāng)∠BCD最小或最大時，即在主動曲柄與機(jī)架共線的位置，都有可能出現(xiàn)γmin由于在機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中，γ角是變化的，γmin出現(xiàn)的位置：四、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置死點(diǎn)：當(dāng)機(jī)構(gòu)處于傳動角（或壓力角）的位置B2C2vB踏板縫紉機(jī)主運(yùn)動機(jī)構(gòu)腳AB1C1DFB

不管在主動件上作用多大的驅(qū)動力，都不能在從動件上產(chǎn)生有效分力的機(jī)構(gòu)位置，稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。Ft=Fcosα=Fcos90=0Fn=Fsinα=Fsin90=FB2C2vB踏板縫紉機(jī)主運(yùn)動機(jī)構(gòu)腳AB1C1DFB

對于傳動機(jī)構(gòu)在死點(diǎn)位置時，驅(qū)動從動件的有效回轉(zhuǎn)力矩為零，可見機(jī)構(gòu)出現(xiàn)死點(diǎn)對于傳動是很不利的。在實(shí)際設(shè)計中，應(yīng)該采取措施使其能順利地通過死點(diǎn)位置。B2C2vB踏板縫紉機(jī)主運(yùn)動機(jī)構(gòu)腳AB1C1DFB

死點(diǎn)的避免：1、利用慣性通過死點(diǎn)縫紉機(jī)借助于帶輪的慣性通過死點(diǎn)。單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)借助飛輪的慣性通過死點(diǎn)位置；2、利用機(jī)構(gòu)錯位排列通過死點(diǎn)如圖所示的蒸汽機(jī)車車輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)，左右車輪兩組聯(lián)動機(jī)構(gòu)中，曲柄AB與A’B’位置錯開900。機(jī)構(gòu)中死點(diǎn)位置并非總是起消極作用。在工程實(shí)際中，也常利用死點(diǎn)位置來實(shí)現(xiàn)一定工作要求。例如飛機(jī)的起落架機(jī)構(gòu)飛機(jī)著陸時機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，從而便于支承飛機(jī)。ABDC利用死點(diǎn)位置飛機(jī)起落架工件PABCD1234工件ABCD1234工件P鉆孔夾具

T

0ABCDFF

02aAB134Cbvc請思考：下列機(jī)構(gòu)有沒有死點(diǎn)位置？有的話，死點(diǎn)位置在哪里；怎樣使機(jī)構(gòu)通過死點(diǎn)位置。B123AC一、平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)根據(jù)機(jī)構(gòu)所要完成的功能運(yùn)動而提出的設(shè)計條件（運(yùn)動條件、幾何條件和傳力條件等），確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸（一般又稱為尺度綜合），畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。設(shè)計的問題概括成下述兩個基本問題：（2）實(shí)現(xiàn)已知軌跡問題（1）實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動規(guī)律問題（1）實(shí)驗(yàn)法；（2）幾何法（作圖法）；（3）解析法§3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計二、平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的基本問題▲實(shí)現(xiàn)連桿占有若干指定的位置?！咕哂屑被剡\(yùn)動的從動件實(shí)現(xiàn)指定的行程速比系數(shù)?！鴮?shí)現(xiàn)主動連架桿轉(zhuǎn)角與從動連架桿轉(zhuǎn)角之間指定的對應(yīng)關(guān)系。三、平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的方法ABDC飛機(jī)起落架ABCDFF

0AB1C1DB2C2地面攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)鶴式起重機(jī)雙搖桿機(jī)構(gòu)

(一）按預(yù)定連桿位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)a)給定連桿兩個位置有唯一解。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)計要求。b)給定連桿上鉸鏈BC的三個位置有無窮多組解。A’D’B1C1四、設(shè)計實(shí)例(1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)已知：CD桿長，擺角φ及K，設(shè)計此機(jī)構(gòu)。步驟如下：①計算θ＝180°(K-1)/(K+1);②任取一點(diǎn)D，作腰長為CD

的等腰三角形，夾角為ψ;③作C1F⊥C1C2，作C2F使∠C1C2F=90°－θ,兩線交于P;④作△FC1C2的外接圓，A點(diǎn)必在此圓上。⑤選定A，設(shè)曲柄為a，連桿為b，以A為圓心，AC2為半徑作弧交于E,得：

a=EC2/2

b=AC2－EC2/2(二）按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)(2)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)已知K，滑塊行程H，偏距e，設(shè)計此機(jī)構(gòu)。①計算

θ＝180°(K-1)/(K+1)；②作C1C2＝H；③作射線C2M，

使∠C1C2M=90°－θ，

④以C2P為直徑作圓；⑥以A為圓心，AC1為半徑作弧交于E,得：作射線C1N垂直于C1C2

，⑤作與C1C2平行且偏距為e的直線，交圓于A或A’，即為所求。l1=EC2/2l2=AC2－EC2/2兩條射線交于P點(diǎn)；ADmnφ=θD3)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析：

θ與導(dǎo)桿擺角φ相等，設(shè)計此機(jī)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(diǎn)，使得AD=d,則:

a=dsin(φ/2)。θφ=θAd作角分線;已知：機(jī)