機(jī)械原理（第5版）課件：連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)

連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)機(jī)械原理第一節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的類型及其演化第二節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性第三節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)第四節(jié)多桿機(jī)構(gòu)本章內(nèi)容提要平面連桿機(jī)構(gòu)

將若干個(gè)構(gòu)件用低副連接起來并作平面運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，稱為平面連桿機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)也稱為低副機(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

雷達(dá)天線機(jī)構(gòu)第一節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的類型及其演化運(yùn)動(dòng)副為面接觸，壓強(qiáng)小，承載能力大，耐沖擊。平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特定軌跡要求。構(gòu)件可以很長，用于遠(yuǎn)距離的操作。運(yùn)動(dòng)副的形狀簡單、規(guī)則，容易制造。5.運(yùn)動(dòng)傳遞路線較長，易產(chǎn)生累積誤差。6.慣性力難以平衡，不易于高速運(yùn)動(dòng)。用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作及受力大的場合挖掘機(jī)用于受力大的場合破碎機(jī)攪拌機(jī)實(shí)現(xiàn)給定軌跡用于實(shí)現(xiàn)各種不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求

慣性篩鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

全部運(yùn)動(dòng)副都為轉(zhuǎn)動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)。連桿：不與機(jī)架相連并作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。一、基本類型四桿機(jī)構(gòu)

由四個(gè)構(gòu)件組成的平面連桿機(jī)構(gòu)。機(jī)架：支承傳動(dòng)零件。曲柄：與機(jī)架相連并作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件。搖桿：與機(jī)架相連并作往復(fù)擺動(dòng)的構(gòu)件。曲柄、搖桿——連架桿曲柄機(jī)架連桿搖桿1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿中，一個(gè)作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，一個(gè)作往復(fù)擺動(dòng)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用顎式破碎機(jī)構(gòu)四桿破碎機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用雷達(dá)天線機(jī)構(gòu)攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)2.雙曲柄機(jī)構(gòu)兩連架桿均能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)。雙曲柄機(jī)構(gòu)的應(yīng)用正平行四邊形機(jī)構(gòu)機(jī)車車輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)攝影平臺升降機(jī)構(gòu)車門機(jī)構(gòu)3.雙搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿均不能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)。雙搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用鶴式起重機(jī)構(gòu)1.改變運(yùn)動(dòng)副尺寸——曲柄演化為偏心輪二、演化形式當(dāng)曲柄的實(shí)際尺寸很短并傳遞較大的動(dòng)力時(shí),可將曲柄做成幾何中心與回轉(zhuǎn)中心距離等于曲柄長度的圓盤，常稱此機(jī)構(gòu)為偏心輪機(jī)構(gòu)。偏心輪機(jī)構(gòu)的演化曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙偏心輪機(jī)構(gòu)

在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若搖桿的桿長增大至無窮長，則其與機(jī)架相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化成移動(dòng)副。2.改變構(gòu)件形狀——轉(zhuǎn)動(dòng)副演化為移動(dòng)副單移動(dòng)副機(jī)構(gòu)雙移動(dòng)副機(jī)構(gòu)1)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（固定導(dǎo)桿）3.選用不同構(gòu)件為機(jī)架對心式偏置式2)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)（固定與滑塊相對轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件）自卸卡車3)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

(固定與滑塊不相連的構(gòu)件)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿擺動(dòng)導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用4)定塊機(jī)構(gòu)（固定滑塊）

唧筒定塊機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)的基本形式

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)

課堂小結(jié)2.四桿機(jī)構(gòu)的演化形式

偏心輪與轉(zhuǎn)動(dòng)副的關(guān)系移動(dòng)副與轉(zhuǎn)動(dòng)副的關(guān)系曲柄滑塊機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)一、曲柄存在的條件第二節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性

曲柄整周轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄AB必須順利通過與機(jī)架AD共線的兩個(gè)位置AB1和AB2。當(dāng)曲柄處于AB2時(shí)，有

b≤(d－a)＋c

a＋b≤c＋d

c≤(d－a)＋b

a＋c≤b＋d

a＋d≤b＋c

當(dāng)曲柄處于AB1時(shí)，有前三式兩兩相加可得

轉(zhuǎn)動(dòng)副成為周轉(zhuǎn)副的條件:

(2)組成周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為四桿中的最短桿。(1)桿長條件：最短桿與最長桿的長度和應(yīng)小于或等于其余兩桿的長度和。同時(shí)即最短桿為機(jī)架——雙曲柄機(jī)構(gòu)最短桿為連桿——雙搖桿機(jī)構(gòu)(2)當(dāng)時(shí)：雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)(1)當(dāng)時(shí)：最短桿為連架桿——曲柄搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判斷方法：無論何桿為機(jī)架——均為雙搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)例4-1圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，BC=50mm，CD=35mm，

AD=30mm，AD為機(jī)架，若為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，

試討論AB的取值范圍。解：ABCD若為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，則AB必為最短桿，由桿長條件得AB+BC≤CD+AD所以，AB≤CD＋AD－BC=(35＋30－50)mm=15mm即AB≤15mm時(shí)，該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。二、急回運(yùn)動(dòng)特性——原動(dòng)件勻速連續(xù)回轉(zhuǎn)，從動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度不同的性質(zhì)。機(jī)構(gòu)極位——曲柄與連桿兩次共線時(shí)的位置。極位夾角——原動(dòng)件曲柄在機(jī)構(gòu)極位時(shí)所夾的銳角

。擺角——從動(dòng)件搖桿兩極限位置的夾角

。擺角

,時(shí)間t1擺角

,時(shí)間t2因?yàn)棣?＞α2且曲柄勻速所以t1＞t2

曲柄搖桿

原動(dòng)件勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度快慢不同，稱為急回運(yùn)動(dòng)特性。故搖桿C點(diǎn)平均速度

四桿機(jī)構(gòu)從動(dòng)件空回行程平均速度與工作行程平均速度的比值稱為行程速比系數(shù)，用K表示：

（2）當(dāng)

>0°，K>1，機(jī)構(gòu)有急回作用。因此，（1）當(dāng)

=0°，K=1，機(jī)構(gòu)無急回作用。壓力角——從動(dòng)件在Ｃ點(diǎn)的受力方向與該點(diǎn)速度方向所夾的銳角，稱機(jī)構(gòu)在此位置的壓力角，用

表示。有效分力有害分力

壓力角

越小，推動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的有效分力越大，故壓力角越小越好。三、壓力角和傳動(dòng)角F

Fn

vFtFABCD

傳動(dòng)角

越大，推動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的有效分力越大，故傳動(dòng)角越大越好。

min

40°大功率機(jī)械：

min

50°

min的位置：曲柄與機(jī)架兩共線位置之一——最小傳動(dòng)角位置。對

min的要求：

傳動(dòng)角：壓力角的余角，用

表示。（圖示∠

B1C1D=

min）死點(diǎn)位置:機(jī)構(gòu)頂死，不能運(yùn)動(dòng)；或出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定。四、死點(diǎn)位置死點(diǎn)位置的危害：從動(dòng)件的傳動(dòng)角

等于零時(shí)機(jī)構(gòu)所處的位置。

克服死點(diǎn)的措施：1.利用慣性,如飛輪。2.采用幾套相同的機(jī)構(gòu)錯(cuò)位。3.利用虛約束,如蒸汽機(jī)車中的平行四邊形機(jī)構(gòu)。死點(diǎn)位置的利用夾緊機(jī)構(gòu)

從動(dòng)件不能在兩個(gè)不連通的可行域內(nèi)連續(xù)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)的不連續(xù)一般稱為錯(cuò)位不連續(xù)；C2B1AC1DB2BC

'

五、運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性從動(dòng)件不能違反運(yùn)動(dòng)順序，否則稱為錯(cuò)序不連續(xù)。設(shè)計(jì)任務(wù)：根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選定機(jī)構(gòu)的型式,并確定其各構(gòu)件的尺寸參數(shù)。設(shè)計(jì)的基本問題:滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求:

要求原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律一定的條件下，從動(dòng)件滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求。（圖解法、解析法）滿足預(yù)定的軌跡要求:

要求連桿上某些點(diǎn)的軌跡能符合預(yù)定的要求，稱為軌跡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。（解析法、實(shí)驗(yàn)法）滿足預(yù)定的連桿位置要求:

要求連桿能順序地實(shí)現(xiàn)一些給定位置，稱為導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。（圖解法、解析法）繼續(xù)第三節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一、圖解法

1.按連桿預(yù)定的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1）作出已知的連桿位置B1C1、B2C2、B3C3；2）分別連接B1B2、B2B3、C1C2、C2C3；3）分別作B1B2、B2B3、C1C2、C2C3的垂直平分線,取對應(yīng)的交點(diǎn)為A與D；4）連接AB1、C1D，并求得各構(gòu)件尺寸長度。已知條件：連桿長度lBC和連桿的三個(gè)給定位置B1C1、B2C2、B3C3。應(yīng)用于車門裝置、爐門裝置等。返回爐門裝置2.按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知條件：機(jī)架長度lAD和兩連架桿的三個(gè)對應(yīng)位置AB1、ID和AB2、IID及AB3、IIID。C1B2'-

12B3'-

131）作出兩連架桿的幾個(gè)對應(yīng)位置；2）連接B2D，繞D點(diǎn)轉(zhuǎn)-

12角，得B2'點(diǎn)；3）連接B3D，繞D點(diǎn)轉(zhuǎn)-

13角，得B3'點(diǎn)；4）分別作B1B2'、B2'B3'的垂直平分線，兩線交于ⅠD桿上C1點(diǎn)；5）確定連桿BC和連架桿CD的長度。

12

13ⅠⅡⅢD

12

13B2B3AB13.按給定的行程速比系數(shù)Ｋ設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知條件：擺角

設(shè)計(jì)關(guān)鍵：找鉸鏈中心A點(diǎn)的位置。C1

D

A

？搖桿長度和行程速比系數(shù)Ｋ。

C2

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(jī)架長度或位置確定A點(diǎn);4)連接AC1、AC2，

C1AC2=θ;5)確定曲柄、連桿長度。設(shè)計(jì)方法：90－θ圖解法思路：（4）利用其他輔助條件完成設(shè)計(jì)。（3）利用幾何關(guān)系尋找問題的關(guān)鍵；（2）將運(yùn)動(dòng)條件轉(zhuǎn)化為幾何條件；（1）將已知的幾何條件盡可能畫出；返回二、解析法

1.按預(yù)定的兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)令令返回由上兩式分別消去

和

得