四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)：潘存云Eφθθ一、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)①計(jì)算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD桿長，擺角φ及K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。步驟如下：②任取一點(diǎn)D，作等腰三角形腰長為CD，夾角為φ;③作C2P⊥C1C2，作C1P使④作△PC1C2的外接圓，則A點(diǎn)必在此圓上。⑤選定A，設(shè)曲柄為l1

，連桿為l2

，則:⑥以A為圓心，AC2為半徑作弧交于E,得：

l1=EC1/2

l2=AC1－EC1/2,AC2=l2-l1=>l1=(AC1－AC2)/2

∠C2C1P=90°－θ,交于P;90°-θPAC1=l1+l2DAC1C22021/6/271設(shè)計(jì)：潘存云設(shè)計(jì)：潘存云ADmnφ=θD2)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析：

由于θ與導(dǎo)桿擺角φ相等，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄

a。①計(jì)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)架長度d，K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。2021/6/272設(shè)計(jì)：潘存云E2θ2ae3)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)H已知K，滑塊行程H，偏距e，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。①計(jì)算:

θ＝180°(K-1)/(K+1);②作C1C2

＝H③作射線C1O

使∠C2C1O=90°－θ,④以O(shè)為圓心，C1O為半徑作圓。⑥以A為圓心，AC1為半徑作弧交于E,得：作射線C2O使∠C1C2O=90°－θ。

⑤作偏距線e，交圓弧于A，即為所求。C1C290°-θo90°-θAl1=EC2/2l2=AC2－EC2/22021/6/273設(shè)計(jì)：潘存云二、按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)a)給定連桿兩組位置有唯一解。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(jì)要求。b)給定連桿上鉸鏈BC的三組位置有無窮多組解。A’D’B2C2B3C3ADB1C1B1C12021/6/274剛化反轉(zhuǎn)法

以CD桿為機(jī)架時(shí)看到的四桿機(jī)構(gòu)ABCD的位置相當(dāng)于把以AD為機(jī)架時(shí)觀察到的ABCD的位置剛化，以D軸為中心轉(zhuǎn)過得到的。低副可逆性；機(jī)構(gòu)在某一瞬時(shí)，各構(gòu)件相對位置固定不變，相當(dāng)于一個(gè)剛體，其形狀不會隨著參考坐標(biāo)系不同而改變。2021/6/275第1步：選B點(diǎn)，以I位置為參考位置，DF1為機(jī)架第2步：用剛化反轉(zhuǎn)法求出B2、B3的轉(zhuǎn)位點(diǎn)第3步：做中垂線，找C1點(diǎn)第4步：聯(lián)接AB1C1D2021/6/2762021/6/277教學(xué)基本要求2.能根據(jù)四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件，熟練判斷鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型。1.了解組成鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件的名稱，熟悉鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的等基本概念。3.掌握按行程速比系數(shù)和給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)

構(gòu)的作圖法。2021/6/278重點(diǎn)與難點(diǎn)分析本章重點(diǎn)：平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性及其設(shè)計(jì)；本章難點(diǎn)：用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。1.極位夾角：機(jī)構(gòu)中從動搖桿處于兩極限位置時(shí)，原動曲柄的相應(yīng)兩位置之間所夾的銳角。

，表示機(jī)構(gòu)具有急回特性，且極位夾角愈大，機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動就愈顯著，所以，要判斷一個(gè)機(jī)構(gòu)是否有急回特性，就要找出極位夾角。

2021/6/279例如，一個(gè)對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，因其極位夾角機(jī)構(gòu)就沒有急回特性；但一個(gè)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，因其極位夾角，機(jī)構(gòu)就有急回特性；擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的擺角與其極位夾角相等，它有急回特性，但轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)就沒有急回特性

。2.壓力角與傳動角：在四桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)不計(jì)摩擦?xí)r，主動件通過連桿作用在從動件上的力的作用線與其受力點(diǎn)出的速度方向之間所夾的銳角，稱為機(jī)構(gòu)在此位置的壓力角，而把壓力角的余角，即連桿與從動搖桿所夾的銳角，稱為傳動角。2021/6/2710

它們常用來衡量機(jī)構(gòu)的傳動性能。傳動角愈大，即壓力角愈小，機(jī)構(gòu)的傳動性能愈好，效率愈高。

多數(shù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動中的傳動角是變化的。為了使機(jī)構(gòu)傳動質(zhì)量良好，一般規(guī)定機(jī)構(gòu)的最小傳動角。為了檢查機(jī)構(gòu)的最小傳動角，需要確定最小傳動角的位置。通過分析可知：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與導(dǎo)路垂直的位置；導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在任何位置最小傳動角都等于90o。2021/6/27113.死點(diǎn)：當(dāng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)傳動角時(shí)，其壓力角α=90o，作往復(fù)運(yùn)動的原動件通過連桿作用于從動曲柄上的力恰好通過從動件的轉(zhuǎn)動副中心，致使從動件不能轉(zhuǎn)動，機(jī)構(gòu)的這種位置，稱為死點(diǎn)位置。在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)或曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若以搖桿或滑塊為主動件，則曲柄與連桿共線的位置，就是死點(diǎn)位置。注意：死點(diǎn)、自鎖與機(jī)構(gòu)自由度小于等于零的區(qū)別。自由度小于等于零，表明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間不可作相對運(yùn)動；死點(diǎn)是指不計(jì)摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)所處的特殊位置，可2021/6/2712借助慣性或采用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列的方法，使機(jī)構(gòu)能順利通過死點(diǎn)位置而正常運(yùn)轉(zhuǎn)；而自鎖是指機(jī)構(gòu)在考慮摩擦的情況下，當(dāng)驅(qū)動力的作用方向滿足一定的幾何條件時(shí)，雖然機(jī)構(gòu)的自由度大于零，但機(jī)構(gòu)仍無法運(yùn)動的現(xiàn)象。4.平面四桿機(jī)構(gòu)的作圖法：用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)是根據(jù)設(shè)計(jì)要求及各鉸鏈之間相對運(yùn)動的幾何關(guān)系通過作圖來確定四個(gè)鉸鏈的位置。

根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)可分為三種類型。2021/6/27131）按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（重點(diǎn)）

已知：行程速比系數(shù)K，搖桿CD的長度lCD

，搖桿的擺角，設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是：確定曲柄的固定鉸鏈中心A

的位置，進(jìn)而定出其余三桿長度。設(shè)計(jì)方法是：先根據(jù)行程速比系數(shù)K

由公式求出極位夾角，根據(jù)幾何條件作出搖桿的兩個(gè)極限位置C1D和C2D；由C1、C2點(diǎn)各作與C1C2

連線夾角為的直線相交于O點(diǎn)；以O(shè)點(diǎn)為圓心，OC1為半徑畫圓，A

點(diǎn)即在此圓上，可由其它附加條件確定。2021/6/27142）用作圖法按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

設(shè)計(jì)方法是：此類問題剛固反轉(zhuǎn)法進(jìn)行設(shè)計(jì)（重點(diǎn)）2021/6/27153）按預(yù)定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)：

設(shè)計(jì)方法是：此類問題可用求圓心法來解決，即作鉸鏈B各位置點(diǎn)連線B1B2

、B2B3的中垂線，兩中垂線的交點(diǎn)即為固定鉸鏈中心A。同理，作鉸鏈C各位置點(diǎn)連線C1C2、C2C3的中垂線，兩中垂線的交點(diǎn)即為固定鉸鏈中心D。已知：連桿BC的三個(gè)預(yù)定位置B1C1、B2C2和B3C3設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是：求固定鉸鏈中心的位置若僅給定連桿BC的兩個(gè)預(yù)定位置，則設(shè)計(jì)的四桿機(jī)構(gòu)有無窮多解。2021/6/2716典型例題分析

例2-1在圖2-1a所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，已知各桿長度為lAB=20mm，lBC=60mm，lCD=85mm，

lAD=50mm，

1、試判斷該機(jī)構(gòu)是否有曲柄；

2、判斷此機(jī)構(gòu)是否存在急回特性？若存在，試確定其極位夾角，并估算行程速比系數(shù)；3、若以構(gòu)件AB為主動件，畫出機(jī)構(gòu)的最小傳動角的位置；4、在什么情況下機(jī)構(gòu)存在死點(diǎn)位置？圖2-12021/6/2717解：1、因?yàn)閘AB+lCD=20+85=105mm<lBC+lAD=60+50=110mm

且連架桿AB為最短桿故，AB桿就是曲柄，該機(jī)構(gòu)是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2、取比例尺=1mm/mm，作搖桿CD處在兩個(gè)極限位置時(shí)的機(jī)構(gòu)位置圖AB1C1D和AB2C2D，如圖b所示。圖中，∠C1

AC2

為極位夾角θ。

由圖中量得：θ=59o

故該機(jī)構(gòu)有急回特性。

故，可求得：K=(180o+θ)/(180o–θ)=(180o+59o)/(180o-59o)=1.983、若以曲柄AB為主動件，則機(jī)構(gòu)在曲柄AB與機(jī)架AD共線的兩個(gè)位置之一存在最小傳動角γmin

由圖可得：γmin=∠B’’C’’D=15o4、當(dāng)以搖桿CD為主動件，則從動件AB與連桿BC共線的兩個(gè)位置AB1C1D和AB2C2D，即為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。

2021/6/2718自測試題

一、判斷題（正確：T，錯(cuò)誤：F）1.平面連桿機(jī)構(gòu)是低副機(jī)構(gòu)，其接觸處壓強(qiáng)較小，因此適用于受力較大的場合。2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)通過機(jī)架的轉(zhuǎn)換，就一定可以得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。3.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)如有曲柄存在，則曲柄必為最短構(gòu)件。4.在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為主動件時(shí)，機(jī)構(gòu)沒有死點(diǎn)。

答案2021/6/27195.在擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為主動件時(shí)，曲柄在任何位置時(shí)其傳動角均相同。6.極位夾角θ

>0的四桿機(jī)構(gòu)，一定有急回特性。

7.在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，只有當(dāng)曲柄與滑塊導(dǎo)路垂直時(shí)，傳動角才可能出現(xiàn)最小值。

8.傳動角就是連桿與從動件的夾角。

9.連桿機(jī)構(gòu)任一位置的傳動角與壓力角之和恒等于90o。

10.從傳力效果來看，傳動角越大越好，壓力角越小越好。

答案2021/6/2720二、填空題1.平面連桿機(jī)構(gòu)是構(gòu)件用______連接而成的機(jī)構(gòu)，當(dāng)平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動副都是______，則稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本形式是____、____和___。它們是按照______來確定的。3.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，固定不動的桿稱為_

___，不與機(jī)架直接連接的桿稱為____，用轉(zhuǎn)動副與機(jī)架連接的桿稱為_____。4.機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置時(shí)，其傳動角等于__，壓力角等于___。2021/6/27215.平行四邊形機(jī)構(gòu)的極位夾角=___,它的行程速比系數(shù)K____。6.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化成其它形式的四桿機(jī)構(gòu)常有三種方法，它們是______、________和_______。7.一對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，若以滑塊為機(jī)架，則將演化成___________機(jī)構(gòu)。8.曲柄為主動件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)從動搖桿處于兩極限位置時(shí)，________在該位置所夾的銳角，稱為極位夾角。9.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，_____角越大，對機(jī)構(gòu)的傳動越有利。2021/6/272210.死點(diǎn)是指不計(jì)摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)所處的特殊位置，可借助_____或采用_____的方法使機(jī)構(gòu)能順利通過死點(diǎn)位置而正常運(yùn)轉(zhuǎn)。三、選擇題1.下面

不是平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。A.運(yùn)動副是面接觸，故壓強(qiáng)小、耐磨損；B.運(yùn)動副制造簡單，容易獲得較高的制造精度；C.容易實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動形式的轉(zhuǎn)換；D.容易精確地實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動規(guī)律。

答案2021/6/27232.四桿長度不等的雙曲柄機(jī)構(gòu)，若主動曲柄作連續(xù)勻速轉(zhuǎn)動則從動曲柄將________。A.勻速轉(zhuǎn)動B.間歇轉(zhuǎn)動C.周期變速轉(zhuǎn)動D.往復(fù)擺動3.平行雙曲柄機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動曲柄作勻速轉(zhuǎn)動，則從動曲柄將______。A.勻速轉(zhuǎn)動B.間歇轉(zhuǎn)動C.周期變速轉(zhuǎn)動D.往復(fù)擺動

答案2021/6/2724A.改變導(dǎo)桿長度B.改變曲柄長度C.改變機(jī)架長度D.改變曲柄轉(zhuǎn)速4.改變擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿擺角的有效方法是_____。5.桿長不等的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，若以最短桿為機(jī)架，則是___機(jī)構(gòu)。A.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)B.雙曲柄機(jī)構(gòu)C.雙搖桿機(jī)構(gòu)D.雙曲柄機(jī)構(gòu)或雙搖桿機(jī)構(gòu)

答案2021/6/27256.當(dāng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的原動曲柄位于_______時(shí)，機(jī)構(gòu)的傳動角最小。A.曲柄與連桿共線的兩個(gè)位置之一B.曲柄與機(jī)架相垂直的位置C.曲柄與機(jī)架共線的兩個(gè)位置之一D.搖桿與機(jī)架相垂直時(shí)對應(yīng)的曲柄位置7.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的壓力角是指，在不計(jì)摩擦情況下，連桿作用于______上的力與該力作用點(diǎn)的速度間所夾的銳角。A.主動件B.從動件