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1、第十章第十章 平面連桿機構平面連桿機構101 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性鉸鏈四桿機構的基本型式和特性102 鉸鏈四桿機構有整轉(zhuǎn)副的條件鉸鏈四桿機構有整轉(zhuǎn)副的條件103 鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構的演化104 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計應用實例：應用實例：內(nèi)燃機內(nèi)燃機、鶴式吊鶴式吊、火車輪火車輪、急回沖床急回沖床、牛頭刨床牛頭刨床、翻箱機翻箱機、橢圓儀橢圓儀、機械手爪機械手爪、開窗、車門、折疊傘、折疊床、牙膏筒開窗、車門、折疊傘、折疊床、牙膏筒拔管機、單車等。拔管機、單車等。特征：特征：有一作平面運動的構件，稱為連桿。有一作平面運動的構件，稱為連桿。特點：特點： 采用低副。面接觸
2、、承載大、便于潤滑、不易磨損采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損 形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精度。形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精度。改變桿的相對長度，從動件運動規(guī)律不同。改變桿的相對長度，從動件運動規(guī)律不同。連桿曲線豐富。可滿足不同要求。連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。定義：定義：由低副（轉(zhuǎn)動、移動）連接組成的平面機構。由低副（轉(zhuǎn)動、移動）連接組成的平面機構。101 鉸鏈四桿機構的基本型式和特性鉸鏈四桿機構的基本型式和特性缺點：缺點：構件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、效率低構件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、效率低。產(chǎn)生動載荷（慣性力），不適合高速。產(chǎn)生動載荷
3、（慣性力），不適合高速。設計復雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。設計復雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。分類分類:平面連桿機構平面連桿機構空間連桿機構空間連桿機構常以構件數(shù)命名：常以構件數(shù)命名：四桿機構四桿機構、多桿機構多桿機構。本章重點內(nèi)容是介紹本章重點內(nèi)容是介紹四桿機構。四桿機構。平面四桿機構的基本型式平面四桿機構的基本型式: :基本型式基本型式鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構，其它四桿機構都是由它演變得到的。，其它四桿機構都是由它演變得到的。名詞解釋：名詞解釋：曲柄曲柄作整周定軸回轉(zhuǎn)的構件；作整周定軸回轉(zhuǎn)的構件；三種基本型式：三種基本型式：（1 1）曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構特征：特征：曲柄搖桿曲柄搖桿作用：作用：將
4、曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復擺動。將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復擺動。 如雷達天線。如雷達天線。連桿連桿作平面運動的構件；作平面運動的構件；連架桿連架桿與機架相聯(lián)的構件；與機架相聯(lián)的構件；搖桿搖桿作定軸擺動的構件；作定軸擺動的構件；周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副能作能作360 360 相對回轉(zhuǎn)的運動副；相對回轉(zhuǎn)的運動副；擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副只能作有限角度擺動的運動副。只能作有限角度擺動的運動副。曲柄曲柄連桿連桿搖桿搖桿ABC1243DABDC1243（2 2）雙曲柄機構雙曲柄機構特征特征：兩個曲柄：兩個曲柄作用：作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閷⒌人倩剞D(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人俚人倩蚧蜃兯僮兯倩剞D(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)。雷達天線俯仰機構雷達天線俯仰機構曲
5、柄主動曲柄主動縫紉機踏板機構縫紉機踏板機構應用實例：應用實例：如如葉片泵葉片泵、慣性篩慣性篩等。等。2143搖桿主動搖桿主動3124A AD DC CB B1 12 23 34 4旋轉(zhuǎn)式葉片泵旋轉(zhuǎn)式葉片泵A AD DC CB B1 12 23 3ABDC1234E6慣性篩機構慣性篩機構31ABCD耕地耕地料斗料斗DCAB耕地耕地料斗料斗DCAB實例：實例：火車輪火車輪特例：特例：平行四邊形機構平行四邊形機構AB = CD特征：特征：兩連架桿等長且平行，兩連架桿等長且平行， 連桿作平動連桿作平動BC = ADABDC攝影平臺攝影平臺ADBCBC天平天平播種機料斗機構播種機料斗機構反平行四邊形機構
6、反平行四邊形機構-車門開閉機構車門開閉機構反向反向FAEDGBCABEFDCG平行四邊形機構在共線位置出現(xiàn)運平行四邊形機構在共線位置出現(xiàn)運動不確定。動不確定。采用兩組機構錯開排列。采用兩組機構錯開排列。ABDCE（3 3）雙搖桿機構雙搖桿機構特征：特征：兩個搖桿兩個搖桿應用舉例：應用舉例：鑄造翻箱機構鑄造翻箱機構特例：特例：等腰梯形機構汽車轉(zhuǎn)向機構等腰梯形機構汽車轉(zhuǎn)向機構、風扇搖頭機構、風扇搖頭機構BCABDC風扇座風扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機電機ABDCEABDCE電機電機ABDC風扇座風扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機電機ABDC風扇座風扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿ABDCABCDB1C1AD1.1.急回運
7、動急回運動在在曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構中，當曲柄與連桿兩次共線時，搖桿中，當曲柄與連桿兩次共線時，搖桿位于兩個極限位置，簡稱極位。位于兩個極限位置，簡稱極位。當曲柄以當曲柄以逆時針轉(zhuǎn)過逆時針轉(zhuǎn)過180180+時，搖桿從時，搖桿從C1D位置位置擺到擺到C2D。 所花時間為所花時間為t1 , , 平均速度為平均速度為V1, ,那么有：那么有：/ )180(1t1211tCCV 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構 3D此兩處曲柄之間的夾角此兩處曲柄之間的夾角 稱為稱為極位夾角極位夾角。180180C2B2)180/(21CCB1C1ADC2當曲柄以當曲柄以繼續(xù)轉(zhuǎn)過繼續(xù)轉(zhuǎn)過180180-時，搖桿從時，搖桿從C2
8、D,置擺到置擺到C1D，所所花時間為花時間為t2 , ,平均速度為平均速度為V2 , ,那么有：那么有： 180180-/)180(2t因曲柄轉(zhuǎn)角不同，故搖桿來回擺動的時間不一樣，平均速度也不等。顯然：顯然：t t1 1 tt2 2 V V2 2 V V1 1搖桿的這種特性稱為搖桿的這種特性稱為急回運動急回運動。用以下比值表示急回程度稱稱K為為行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)。12VVK 18018021tt且且越大，越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。值越大，急回性質(zhì)越明顯。 只要只要 0 ， 就有就有 KK1所以可通過分析機構中是否存在以及的大小來判斷機構是否有急回運動或運動的程度。11180KK設計
9、新機械時，往往先給定設計新機械時，往往先給定K值，于是值，于是: 2212tCCV)180/(21CC121221tCCtCCFF F”當當BCD90BCD90時，時， BCDBCD2. .壓力角和傳動角壓力角和傳動角壓力角壓力角：從動件驅(qū)動力從動件驅(qū)動力F與力作用點絕對速度之間所夾銳角。與力作用點絕對速度之間所夾銳角。ABCD設計時要求設計時要求: : minmin5050minmin出現(xiàn)的位置：出現(xiàn)的位置：當當BCD90BCD90時，時， 180180- BCD- BCD切向分力切向分力: : F F= Fcos= Fcos法向分力法向分力: : F F”= Fcos= Fcos F F對
10、傳動有利對傳動有利。=Fsin=Fsin稱稱為為傳動角傳動角。此位置一定是：此位置一定是：主動件與機架共線兩處之一。主動件與機架共線兩處之一。CDBAF可用可用的大小來表示機構傳動力性能的好壞的大小來表示機構傳動力性能的好壞, ,F”F當當BCDBCD最小或最大時，都有可能出現(xiàn)最小或最大時，都有可能出現(xiàn)minmin為了保證機構良好的傳力性能為了保證機構良好的傳力性能C1B1abcdDA車門車門由余弦定律有：由余弦定律有： B B1 1C C1 1D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d-a)-(d-a)2 2/2bc/2bc BB2 2C C2 2D Darccosbarc
11、cosb2 2+c+c2 2-(d+a)-(d+a)2 2/2bc/2bc若若B B1 1C C1 1D90D90, ,則則若若B B2 2C C2 2D90D90, , 則則1 1B B1 1C C1 1D D2 2180180-B-B2 2C C2 2D D機構的傳動角一般在運動鏈最終機構的傳動角一般在運動鏈最終一個從動件上度量。一個從動件上度量。v1 1minminBB1 1C C1 1D, 180D, 180-B-B2 2C C2 2DDminminC2B22 2F FF3. .機構的死點位置機構的死點位置搖桿為主動件，搖桿為主動件，且連桿與曲柄兩且連桿與曲柄兩次共線次共線時時，有：，
12、有：此時此時機構不能運動機構不能運動. .避免措施：避免措施： 兩組機構錯開排列，如兩組機構錯開排列，如火車輪機構火車輪機構; ;稱此位置為：稱此位置為：“死點死點”0 0靠靠飛輪的慣性飛輪的慣性（如內(nèi)燃機、縫紉機等）。（如內(nèi)燃機、縫紉機等）。FAEDGBCABEFDCG0 0F0 0工件工件ABCD1234PABCD1234工件工件P鉆孔夾具鉆孔夾具=0=0TABDC飛機起落架飛機起落架ABCD=0=0F也可以利用死點進行工作也可以利用死點進行工作：飛機起落架、鉆夾具起落架、鉆夾具等。等。l1l2l4l3CBAD平面平面四桿機構四桿機構具有具有整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副可能存在可能存在曲柄。曲柄。桿桿1
13、1為曲柄，作整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機架共線為曲柄，作整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機架共線l2(l4 l1)+ l3則由則由BCD可得：可得：三角形任意兩邊之和大于第三邊則由則由B”C”D可得：可得：l1+ l4 l2 + l3l3(l4 l1)+ l2AB為最短桿為最短桿最長桿與最短桿的長度之和其他兩桿長度之和102 鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構存在存在曲柄曲柄的條件的條件 l1+ l2 l3 + l4C”l1l2l4l3ADl4- - l1將以上三式兩兩相加的：將以上三式兩兩相加的： l1 l2, l1 l3, l1 l4 l1+ l3 l2 + l42.連架桿或機架之一為最短桿。連架桿或機架之一為最短桿
14、?？芍寒敐M足桿長條件時，其最短桿參與構成的轉(zhuǎn)動可知：當滿足桿長條件時，其最短桿參與構成的轉(zhuǎn)動副都是整轉(zhuǎn)副。副都是整轉(zhuǎn)副。曲柄存在的條件：曲柄存在的條件：1. 最長桿與最短桿的長度之和應最長桿與最短桿的長度之和應其他兩桿長度之和其他兩桿長度之和此時，鉸鏈此時，鉸鏈A為整轉(zhuǎn)副。為整轉(zhuǎn)副。若取若取BC為機架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈為機架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈B也是整轉(zhuǎn)副。也是整轉(zhuǎn)副。 稱為稱為桿長條件桿長條件。ABCDl1l2l3l4當滿足桿長條件時，說明存在整轉(zhuǎn)副，當選擇不同當滿足桿長條件時，說明存在整轉(zhuǎn)副，當選擇不同的構件作為機架時，可得不同的機構。如：的構件作為機架時，可得不同的機構。如： 曲
15、柄搖桿曲柄搖桿、 雙曲柄雙曲柄、 雙搖桿機構雙搖桿機構。(1)(1) 改變構件的形狀和運動尺寸改變構件的形狀和運動尺寸偏心曲柄滑塊機構偏心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構雙滑塊機構雙滑塊機構 正弦機構正弦機構s=l sin l103 鉸鏈四桿機構的演化鉸鏈四桿機構的演化(2)(2)改變運動副的尺寸改變運動副的尺寸(3)(3)選不同的構件為機架選不同的構件為機架偏心輪機構偏心輪機構導桿機構導桿機構擺動導桿機構擺動導桿機構轉(zhuǎn)動導桿機構轉(zhuǎn)動導桿機構314A2BC曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構314A2BC牛頭刨床牛頭刨床應用實例應用實例:ABDC
16、1243C2C1小型刨床小型刨床ABDCE123456應用實例應用實例B234C1A自卸卡車舉升機構自卸卡車舉升機構(3)(3)選不同的構件為機架選不同的構件為機架ACB1234應用實例應用實例B34C1A2應用實例應用實例4A1B23C應用實例應用實例13C4AB2應用實例應用實例A1C234B導桿機構導桿機構314A2BC曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構314A2BC搖塊機構搖塊機構314A2BC(3)(3)選不同的構件為機架選不同的構件為機架314A2BC直動滑桿機構直動滑桿機構手搖唧筒手搖唧筒這種通過選擇不同構件作為機架以獲得不同機構的這種通過選擇不同構件作為機架以獲得不同機構的方法稱為：方法
17、稱為：機構的倒置機構的倒置BC3214A導桿機構導桿機構314A2BC曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構314A2BC搖塊機構搖塊機構314A2BCABC3214橢圓儀機構橢圓儀機構例：選擇雙滑塊機構中的不同構件例：選擇雙滑塊機構中的不同構件 作為機架可得不同的機構作為機架可得不同的機構1234正弦機構正弦機構3214104 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計 連桿機構設計的基本問題連桿機構設計的基本問題 機構選型機構選型根據(jù)給定的運動要求選擇機根據(jù)給定的運動要求選擇機 構的類型；構的類型；尺度綜合尺度綜合確定各構件的尺度參數(shù)確定各構件的尺度參數(shù)(長度長度 尺寸尺寸)。 同時要滿足其他輔助條件：同時要
18、滿足其他輔助條件：a)結(jié)構條件（如要求有曲柄、桿長比恰當、結(jié)構條件（如要求有曲柄、桿長比恰當、 運動副結(jié)構合理等）運動副結(jié)構合理等）;b)動力條件（如動力條件（如minmin）;c)運動連續(xù)性條件等。運動連續(xù)性條件等。飛機起落架飛機起落架ADCBBC三類設計要求：三類設計要求：1)滿足預定的運動規(guī)律滿足預定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應，如，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應，如: 飛機起落架、函數(shù)機構。飛機起落架、函數(shù)機構。函數(shù)機構函數(shù)機構要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足函數(shù)滿足函數(shù) y=logxxy=logxABCD三類設計要求：三類設計要求：1)滿足預定的運動規(guī)律滿足預定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應
19、，如，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應，如: 飛機起落架飛機起落架、函數(shù)機構。函數(shù)機構。前者要求兩連架桿轉(zhuǎn)角對應，后者要求急回運動2)滿足預定的連桿位置要求，如滿足預定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構鑄造翻箱機構。要求連桿在兩個位置要求連桿在兩個位置垂直地面且相差垂直地面且相差180 BCABDC鶴式起重機鶴式起重機攪拌機構攪拌機構要求連桿上要求連桿上E點的軌點的軌跡為一條卵形曲線跡為一條卵形曲線要求連桿上要求連桿上E點的軌點的軌跡為一條水平直線跡為一條水平直線QQABCDECBADE三類設計要求：三類設計要求：1)滿足預定的運動規(guī)律滿足預定的運動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應，如，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應，如: 飛機起落架飛
20、機起落架、函數(shù)機構。函數(shù)機構。2)滿足預定的連桿位置要求，如滿足預定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構。鑄造翻箱機構。3)滿足預定的軌跡要求，如滿足預定的軌跡要求，如: 鶴式起重機鶴式起重機、攪拌機等。、攪拌機等。給定的設計條件：給定的設計條件：1)幾何條件幾何條件（給定連架桿或連桿的位置）（給定連架桿或連桿的位置）2)運動條件運動條件（給定（給定K）3)動力條件動力條件（給定（給定minmin）設計方法：設計方法：圖解法、解析法、實驗法圖解法、解析法、實驗法E 一、按給定的行程速比系數(shù)一、按給定的行程速比系數(shù)K設計四桿機構設計四桿機構1) 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構計算計算180(K-1)/(K+
21、1);已知：已知：CD桿長，擺角桿長，擺角及及K， 設計此機構。步驟如下：設計此機構。步驟如下：任取一點任取一點D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰長為腰長為CDCD，夾角為，夾角為;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P P C1C2的外接圓，則的外接圓，則A A點必在此圓上。點必在此圓上。選定選定A A，設曲柄為，設曲柄為l1 ，連桿為，連桿為l2 ，則，則: :以以A A為圓心，為圓心，A A C2為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得： l1 =EC1/ 2 l2 = A = A C1EC1/ 2,A,A C2= =l2- - l1= = l1 =( A A C1A A C2
22、)/ 2 C2C1P=90, ,交于交于P;P; 90-P A A C1= = l1+ +l2C1C2DAmn=D2) 導桿機構導桿機構分析：分析： 由于由于與與導桿擺角導桿擺角相等，設計此相等，設計此 機構時，僅需要確定曲柄機構時，僅需要確定曲柄 a。計算計算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);任選任選D D作作mDnmDn， 取取 A A 點 ， 使 得點 ， 使 得 A D = d , A D = d , 則則 : : a=dsin(a=dsin(/2)/2)。=Ad作角分線作角分線; ;已知：已知：機架長度機架長度d，K，設計此機構。設計此機構。ADE2 22a
23、e3) 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構H已知已知K K，滑塊行程，滑塊行程H H，偏，偏距距e e，設計此機構，設計此機構 。計算計算: 180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);作作C1 C2 H H作射線作射線C1O O 使使C2C1O=90, , 以以O O為圓心，為圓心，C1O O為半徑作圓。為半徑作圓。以以A A為圓心，為圓心，A A C1為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,E,得：得：作射線作射線C2O O使使C1C2 O=90。 作偏距線作偏距線e e，交圓弧于，交圓弧于A A，即為所求。，即為所求。C1C29090-o9090-Al1 =EC2/ 2l2 = A = A C2EC2/ 2二、按預定連桿位置設計四桿機構二、按預定連桿位置設計四桿機構a)給定連桿兩組位置給定連桿兩組位置有唯一解。有唯一解。B2C2AD將鉸鏈將鉸鏈A、D分別選在分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意位置都能滿連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設計要求。足設計要求。b)給定連桿上鉸鏈給定連桿上鉸鏈BC的三組位置的三組位置有無窮多組解。有無窮多組解。ADB2C2B3C3ADB1C1B1C1
機械設計基礎PPT課件第10章平面連桿機構
