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1、設(shè)計(jì):潘存云,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),計(jì)算180(K-1)/(K+1);,已知:CD桿長(zhǎng),擺角及K, 設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。步驟如下:,任取一點(diǎn)D,作等腰三角形 腰長(zhǎng)為CD,夾角為;,作C2PC1C2,作C1P使,作P C1C2的外接圓,則A點(diǎn)必在此圓上。,選定A,設(shè)曲柄為l1 ,連桿為l2 ,則:,以A為圓心,A C2為半徑作弧交于E,得: l1 =EC1/ 2 l2 = A C1EC1/ 2,A C2=l2- l1,= l1 =( A C1A C2)/ 2,C2C1P=90,交于P;,A C1= l1+l2,設(shè)計(jì):潘存云,設(shè)計(jì):潘存云,2) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),分析: 由于
2、與導(dǎo)桿擺角相等,設(shè)計(jì)此 機(jī)構(gòu)時(shí),僅需要確定曲柄 a。,計(jì)算180(K-1)/(K+1);,任選D作mDn,,取A點(diǎn),使得AD=d, 則: a=dsin(/2)。,作角分線;,已知:機(jī)架長(zhǎng)度d,K,設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。,設(shè)計(jì):潘存云,3) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu),已知K,滑塊行程H,偏距e,設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu) 。,計(jì)算: 180(K-1)/(K+1);,作C1 C2 H,作射線C1O 使C2C1O=90,以O(shè)為圓心,C1O為半徑作圓。,以A為圓心,A C1為半徑作弧交于E,得:,作射線C2O使C1C2 O=90。,作偏距線e,交圓弧于A,即為所求。,l1 =EC2/ 2,l2 = A C2EC2/ 2,設(shè)計(jì):潘存云,二、
3、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。,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(wú)窮多組解。,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(guò) 得到的。,低副可逆性; 機(jī)構(gòu)在某一瞬時(shí),各構(gòu)件相對(duì)位置固定不變,相當(dāng)于一個(gè)剛體,其形狀不會(huì)隨著參考坐標(biāo)系不同而改變。,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
4、AB1C1D,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 。,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(dòng)搖桿處于兩極限位置時(shí),原動(dòng)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(dòng)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。,例如,一個(gè)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),因其極位夾角 機(jī)構(gòu)就沒(méi)有急回特性
5、;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(dòng)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(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)就沒(méi)有急回特性 。,2.壓力角與傳動(dòng)角:在四桿機(jī)構(gòu)中,當(dāng)不計(jì)摩擦?xí)r,主動(dòng)件通過(guò)連桿作用在從動(dòng)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(dòng)搖桿所夾的銳角,稱為傳動(dòng)角。,它們常用來(lái)衡量機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能。傳動(dòng)角愈大,即壓力角愈小,機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能愈好,效率愈高。,多數(shù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中的傳動(dòng)角是變化的。為了使機(jī)構(gòu)傳動(dòng)質(zhì)量良好,一般規(guī)定機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角 。為了檢查機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角,需要確定最小傳動(dòng)角的位置。通過(guò)分析可知:曲柄搖
6、桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)角都等于90o。,3. 死點(diǎn):當(dāng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)傳動(dòng)角 時(shí),其壓力角=90o,作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)件通過(guò)連桿作用于從動(dòng)曲柄上的力恰好通過(guò)從動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)副中心,致使從動(dòng)件不能轉(zhuǎn)動(dòng),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(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng);死點(diǎn)是指不計(jì)摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)所處的特殊位置,可,借助慣性或采用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列的方法,使機(jī)構(gòu)
7、能順利通過(guò)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(dòng)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(wú)法運(yùn)動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)的幾何關(guān)系通過(guò)作圖來(lái)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。,1)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(zhǎng)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(zhǎng)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
8、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(huà)圓,A 點(diǎn)即在此圓上,可由其它附加條件確定。,2)用作圖法按兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置 設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)方法是:此類問(wèn)題剛固反轉(zhuǎn)法進(jìn)行設(shè)計(jì) (重點(diǎn)),3)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(wèn)題可用求圓心法來(lái)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
9、: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(wú)窮多解。,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(zhǎng)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(dòng)件,畫(huà)出機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角的位置; 4、在什么情況下機(jī)構(gòu)存在死點(diǎn)位置?,圖2-1,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
10、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。,由圖中量得:=59o,故該機(jī)構(gòu)有急回特性。,故,可求得:K= ( 180o+ ) / ( 180o ) = ( 180o + 59o) / ( 180o - 59o) = 1.98,3、若以曲柄AB為主動(dòng)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(dòng)角min,由圖可得:min= BCD =15o,4、當(dāng)以搖桿CD為主動(dòng)件,則從動(dòng)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。,自 測(cè) 試
11、 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(chǎng)合。,2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)通過(guò)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(dòng)件時(shí),機(jī)構(gòu)沒(méi)有死點(diǎn) 。,答 案,5.在擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中,當(dāng)曲柄為主動(dòng)件時(shí),曲柄在任何位置時(shí)其傳動(dòng)角均相同 。,6.極位夾角 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(dòng)角才可能出現(xiàn)最小值。,8.傳動(dòng)角就是連桿與從動(dòng)件的夾角。,9.連桿機(jī)構(gòu)任一位置的傳動(dòng)角與壓力角之和恒
12、等于90o。,10.從傳力效果來(lái)看,傳動(dòng)角越大越好,壓力角越小越好。,答 案,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(dòng)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(lái)確定的。,3.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,固定不動(dòng)的桿稱為_(kāi) _ ,不與機(jī)架直接連接的桿稱為_(kāi) ,用轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)架連接的桿稱為_(kāi)。,4.機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置時(shí),其傳動(dòng)角等于_,壓力角等于_。,5.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(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),若以滑塊為機(jī)架,則將
13、演化成_機(jī)構(gòu)。,8.曲柄為主動(dòng)件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中,當(dāng)從動(dòng)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(duì)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)越有利。,10.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(guò)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(dòng)副是面接觸,故壓強(qiáng)小、耐磨損; B. 運(yùn)動(dòng)副制造簡(jiǎn)單,容易獲得較高的制造精度; C. 容易實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換; D. 容易精確地實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,答 案,2.四桿長(zhǎng)度不等的雙曲柄機(jī)構(gòu),若主動(dòng)曲柄作連續(xù)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)則從動(dòng)曲柄將_。,A. 勻速轉(zhuǎn)動(dòng) B. 間歇轉(zhuǎn)動(dòng) C.
14、 周期變速轉(zhuǎn)動(dòng) D. 往復(fù)擺動(dòng),3.平行雙曲柄機(jī)構(gòu),當(dāng)主動(dòng)曲柄作勻速轉(zhuǎn)動(dòng),則從動(dòng)曲柄將_。,A. 勻速轉(zhuǎn)動(dòng) B. 間歇轉(zhuǎn)動(dòng) C. 周期變速轉(zhuǎn)動(dòng) D. 往復(fù)擺動(dòng),答 案,A. 改變導(dǎo)桿長(zhǎng)度 B. 改變曲柄長(zhǎng)度 C. 改變機(jī)架長(zhǎng)度 D. 改變曲柄轉(zhuǎn)速,4.改變擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿擺角的有效方法是_。,5.桿長(zhǎng)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,6.當(dāng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的原動(dòng)曲柄位于_時(shí),機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)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
15、置之一 D. 搖桿與機(jī)架相垂直時(shí)對(duì)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(dòng)件 B. 從動(dòng)件 C. 機(jī)架 D. 連架桿,答 案,A. 2 個(gè) B. 3 個(gè) C. 4 個(gè) D. 5 個(gè),A. 90 B. 45 C. 60 D. 30,10.下列機(jī)構(gòu)中:1) 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、2) 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、3) 平行雙曲柄機(jī)構(gòu)、4) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、5) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu),當(dāng)原動(dòng)件均為曲柄時(shí),上述_機(jī)構(gòu)有急回運(yùn)動(dòng)特性。,9.擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K=2, 則該機(jī)構(gòu)的擺角為_(kāi)。,8. 有一對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),曲柄長(zhǎng)為100mm,則滑塊的行程是_。,A. 50mm B. 100mm C. 200mm D. 400mm,答 案,一、判斷題 T、F、F、T、 T 、6T 、7F 、8F 、9T 、10T,答 案,三、選擇題 1D、 C、A、 B、D 、 6C 、7B 、 8C 、9C 、10B,