機械設(shè)計基礎(chǔ) 第2章

1、22 鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件,23 平面四桿機構(gòu)的演化,24 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,第2章 平面連桿機構(gòu),21 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和特性,飛剪,二、應(yīng)用實例：,平面連桿機構(gòu),一、連桿機構(gòu),由若干構(gòu)件用低副（轉(zhuǎn)動副、移動副）聯(lián)接而成的機構(gòu)，也稱為低副機構(gòu)。,契貝謝夫四足步行機,利用連桿曲線特性，當(dāng)一對角足處在曲線的直線段時則著地并靜止不動，而另一對角足則處在曲線段作邁足運動。,平面連桿機構(gòu),三、平面連桿機構(gòu)的特點：,運動副為面接觸、承載大、不易磨損，壽命長； 接觸面為圓柱面或平面，易加工，容易獲得較高的制造精 度，加工成本低； 能實現(xiàn)較復(fù)雜的運動及較大的行程； 構(gòu)件間的接觸靠幾何封閉，不需

2、彈簧等附件。,較難準(zhǔn)確實現(xiàn)預(yù)定的連續(xù)的運動規(guī)律，設(shè)計方法復(fù)雜； 慣性力難以平衡； 運動副有間隙，磨損后間隙難以補償。,平面連桿機構(gòu),機架-作為參考坐標(biāo)系的構(gòu)件；,連架桿-與機架相連的桿；,曲柄：能作360轉(zhuǎn)動,搖桿：在360范圍內(nèi)擺動。,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和特性,一、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式,機架-作為參考坐標(biāo)系的構(gòu)件；,連架桿-與機架相連的桿；,曲柄：能作360轉(zhuǎn)動,搖桿：在360范圍內(nèi)擺動。,連桿-作平面運動的構(gòu)件。 （連接兩個連架桿）,鉸鏈四桿機構(gòu)的三種型式：,曲柄搖桿機構(gòu),一、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和特性,機架-作為參考坐標(biāo)系的構(gòu)件；,連架桿-與機架相

3、連的桿；,曲柄：能作360轉(zhuǎn)動,搖桿：在360范圍內(nèi)擺動。,連桿-作平面運動的構(gòu)件。 （連接兩個連架桿）,雙曲柄機構(gòu),雙搖桿機構(gòu),一、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式,鉸鏈四桿機構(gòu)的三種型式：,曲柄搖桿機構(gòu),21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和特性,曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)用,雷達(dá)天線俯仰機構(gòu),21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,二、鉸鏈四桿機構(gòu)的應(yīng)用,縫紉機踏板機構(gòu),曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)用,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,縫紉機踏板機構(gòu),曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)用,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,抓片機構(gòu),曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)用,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,旋轉(zhuǎn)式葉片泵,雙曲柄機構(gòu)的應(yīng)用,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,慣

4、性篩,雙曲柄機構(gòu)的應(yīng)用,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,火車輪,雙曲柄機構(gòu)特例1：平行四邊形機構(gòu),特征：兩曲柄同向同速轉(zhuǎn)動,升降平臺,天平,兩連架桿等長且平行，連桿作平動,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,播種機料斗機構(gòu),雙曲柄機構(gòu)特例1：平行四邊形機構(gòu),21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,繪圖儀,雙曲柄機構(gòu)特例1：平行四邊形機構(gòu),21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,平行四邊形機構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運動不確定。,動畫演示,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,雙曲柄機構(gòu)特例2：反向平行四邊形機構(gòu),車門開閉機構(gòu),21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,鶴式起重機,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,雙搖桿機構(gòu)的應(yīng)

5、用,電扇搖頭機構(gòu),雙搖桿機構(gòu)的應(yīng)用,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu),雙搖桿機構(gòu)特例：等腰梯形機構(gòu)-兩搖桿長度相等。,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,1、改變構(gòu)件的形狀和相對尺寸-轉(zhuǎn)動副變?yōu)橐苿痈?偏心曲柄滑塊機構(gòu),對心曲柄滑塊機構(gòu),曲柄搖桿機構(gòu),曲柄弧形滑塊機構(gòu),雙滑塊機構(gòu),=l sin ,三、平面四桿機構(gòu)的演化型式,動畫演示,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,2、機架置換（選取不同的構(gòu)件為機架）,AB為曲柄，CD為搖桿,曲柄搖桿機構(gòu),21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,2、機架置換（選取不同的構(gòu)件為機架）,AB為曲柄，CD為搖桿,A、B-周轉(zhuǎn)副（整轉(zhuǎn)副）,C、D-擺轉(zhuǎn)副,曲柄

6、搖桿機構(gòu),21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,2、機架置換（選取不同的構(gòu)件為機架）,AB為曲柄，CD為搖桿,A、B-周轉(zhuǎn)副（整轉(zhuǎn)副）,C、D-擺轉(zhuǎn)副,雙曲柄機構(gòu),曲柄搖桿機構(gòu),雙搖桿機構(gòu),曲柄搖桿機構(gòu),21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,曲柄滑塊機構(gòu),導(dǎo)桿機構(gòu),轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu),擺動導(dǎo)桿機構(gòu),定塊機構(gòu),搖塊機構(gòu),21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,擺動導(dǎo)桿機構(gòu),轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu),21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,牛頭刨床,小型刨床,導(dǎo)桿機構(gòu)的應(yīng)用,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,搖塊機構(gòu)的應(yīng)用,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,手搖唧筒,定塊機構(gòu)的應(yīng)用,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,雙移動副四桿機構(gòu),

7、雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu),雙滑塊機構(gòu),正弦機構(gòu),21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)的應(yīng)用,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)的應(yīng)用,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,雙滑塊機構(gòu)的應(yīng)用,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,偏心輪機構(gòu),三、轉(zhuǎn)動副擴大,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,偏心輪機構(gòu),三、轉(zhuǎn)動副擴大,21鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和演化,22 鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件,運動副A成為周轉(zhuǎn)副的條件：,若A為周轉(zhuǎn)副，則B繞A可到達(dá)任意位置，不應(yīng)出現(xiàn)B、C、D三點共線的情況，此時，機構(gòu)不能轉(zhuǎn)動。,一、鉸鏈四桿機構(gòu),由BCD可得：,由BCD可得：,+,同理，可得：,運動副A成為周轉(zhuǎn)副的條件：,

8、22 鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件,一、鉸鏈四桿機構(gòu),運動副A成為周轉(zhuǎn)副的條件為：,最短桿與最長桿的長度和小于等于其余兩桿長度和桿長條件； 組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿。,同理，運動副B所鉸接的兩個構(gòu)件有一個為最短構(gòu)件，且滿足桿長條件，B也為周轉(zhuǎn)副。,推論：四桿機構(gòu)滿足桿長條件時，其最短桿兩端均為周轉(zhuǎn)副。,22 鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件,鏈鉸四桿機構(gòu)曲柄存在條件為：, lmin+lmax l余1+l余2；, 最短桿為機架或連架桿。,討論,N，無整轉(zhuǎn)副,Y，存在整轉(zhuǎn)副,22 鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件,若為平行四邊形機構(gòu)，則不論取哪個構(gòu)件為機架，均為雙曲柄機構(gòu)。,22 鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)

9、副的條件,二、導(dǎo)桿機構(gòu),若A、D整周轉(zhuǎn)動，應(yīng)滿足：,22 鉸鏈四桿機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件,一、急回特性和行程速比系數(shù),當(dāng)主動曲柄等速轉(zhuǎn)動時，作往復(fù)運動的從動件，在工作行程有較慢的平均速度，而在回程有較快的平均速度。,23 平面四桿機構(gòu)的特性,曲柄搖桿機構(gòu) 1=C，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)動一周，曲柄與連桿共線兩次，搖桿處于兩極限位置。,一、急回特性和行程速比系數(shù),23 平面四桿機構(gòu)的特性,搖桿處于極限位置時曲柄之間所夾銳角。,曲柄搖桿機構(gòu) 1=C，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)動一周，曲柄與連桿共線兩次，搖桿處于兩極限位置。,定義：,行程速比系數(shù) K,23 平面四桿機構(gòu)的特性,極位夾角 ,一般為銳角，,原動件等速整周轉(zhuǎn)動； 輸出構(gòu)件往

10、復(fù)運動； 0。,討論,=0,機構(gòu)輸出構(gòu)件具有急回特性的條件：,23 平面四桿機構(gòu)的特性,偏置曲柄滑塊機構(gòu),對心曲柄滑塊機構(gòu),曲柄滑塊機構(gòu),工作行程,23 平面四桿機構(gòu)的特性,擺動導(dǎo)桿機構(gòu), = , 0 K1,23 平面四桿機構(gòu)的特性,1)壓力角：不計摩擦?xí)r，從動件受力方向與受力點絕對速度方向之間所夾銳角。,-徑向分力，F(xiàn)n，運動副摩擦,-切向分力，有效分力，推動CD桿轉(zhuǎn)動。,在機構(gòu)運動過程中是變化的。,2)傳動角：受力與受力點絕對速度垂直之間所夾銳角。,設(shè)計時應(yīng)滿足：,三、四桿機構(gòu)的壓力角和傳動角,23 平面四桿機構(gòu)的特性,的位置：,令連桿與搖桿的夾角為，如圖：,若,若,23 平面四桿機構(gòu)的特

11、性,搖桿為主動件，且連桿與曲柄兩次共線時，有：,此時機構(gòu)不能運動，稱此位置為：,定義：,“死點”,克服的方法：,安裝飛輪，利用慣性克服死點（例如：內(nèi)燃機、縫紉機） 多個機構(gòu)錯位排列（例如：火車車輪）,12,四、死點位置,23 平面四桿機構(gòu)的特性,動畫演示,火車,23 平面四桿機構(gòu)的特性,飛機起落架,(3)死點的利用：例如：飛機起落架、夾具等。,23 平面四桿機構(gòu)的特性,夾具,23 平面四桿機構(gòu)的特性,一、連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題,機構(gòu)選型根據(jù)給定的運動要求選擇機構(gòu)的類型；,尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)(長度尺寸)。,同時要滿足其他輔助條件：,a)結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長比恰當(dāng)、運動副結(jié)構(gòu)合理

12、等）;,b)動力條件（如min）;,c)運動連續(xù)性條件等。,24 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,1、設(shè)計的內(nèi)容：,24 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,2、設(shè)計問題的類型：,實現(xiàn)預(yù)定的運動規(guī)律,要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足函數(shù) y=logx,24 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,要求滿足連桿的預(yù)定位置,如：造型機翻轉(zhuǎn)機構(gòu),24 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,攪拌機,要求連桿上E點的軌跡為一條卵形曲線,實現(xiàn)預(yù)定的運動軌跡,24 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,鋼材輸送機,E,二、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計,1、曲柄搖桿機構(gòu),計算,已知：搖桿CD長，擺角及K,任取一點D，作搖桿CD的兩極限位置，夾角為 ；,作C2PC1C2，,作P C1C2的外接圓，,步驟：

13、,24 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,分析：,K，,關(guān)鍵是求滿足角的A點,作C1P使,則A點必在此圓上。,13,有無窮多解,注意:,A點不能選在FG劣弧段上,否則機構(gòu)將不滿足運動連續(xù)性條件。,E,選定A，設(shè)曲柄為l1，連桿為l2，則:,或作圖： 以A為圓心，AC2為半徑作弧交AC1于E，得：,24 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,B1,13,l1=EC1/ 2 l2 = AC1EC1/ 2,一、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計,1、曲柄搖桿機構(gòu),已知：搖桿CD長，擺角及K,步驟：,分析：,K，,關(guān)鍵是求滿足角的A點,24 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,13,作求A的輔助圓，有無窮多解。,B1,B2,已知機架的長度l4,要求min,

14、min,A點選在C1G、 C2F兩弧段上，則當(dāng)A向G(F)靠近時，機構(gòu)的最小傳動角將隨之減小而趨向零，故A應(yīng)適當(dāng)遠(yuǎn)離G(F)點較為有利。,利用其他輔助條件確定A，得到其中一解，例：,檢驗條件（校核條件）,分隔17,一、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計,1、曲柄搖桿機構(gòu),已知：搖桿CD長，擺角及K,步驟：,分析：,K，,關(guān)鍵是求滿足角的A點,2、曲柄滑塊機構(gòu),已知：K，滑塊行程H，偏距e。,計算:,作C2 C1 H,作射線C2O 使C1C2O=90,以O(shè)為圓心，C1O為半徑作圓。,以A為圓心，AC2為半徑作弧交于E,得：,作射線C1O使C2C1 O=90。,作偏距線e，交圓弧于A，即為所求。,步驟：,

15、24 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,分析：,K，,關(guān)鍵是求滿足角的A點,3、導(dǎo)桿機構(gòu),分析：由于與導(dǎo)桿擺角相等，設(shè)計此 機構(gòu)時，僅需要確定曲柄a。, 計算, 任選D作mDn，, 取A點，使得AD=l4，則 : l1=l4sin(/2)。,作角平分線；,已知：機架長度d，K，設(shè)計此機構(gòu)。,步驟：,24 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,若已知曲柄l1，則作mD的垂線AB=l1 ， 則 : l4= l1/sin(/2)。,B,l1,24 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,二、按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu),已知活動鉸鏈中心的位置 (由B、C（動點）求A、D（定點）,分析：,A點是Bi點的軌跡中心,D點是Ci點的軌跡中心,步驟：,連接B1B2，作中垂線,連接B2B3，作中垂線,相交得A點,同理作Ci點的中垂線求得D點。,方法：,作垂直平分線（中垂線）,？,？,24 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,C2,A,若給定連桿三個位置，有唯一解； 若C1、C2、C3位于一條直線上，D,則桿CD是滑塊； 設(shè)計后要檢驗運動連續(xù)性（ C1、C2、C3應(yīng)在同一可行域內(nèi)）。,討論,若給定連桿兩個位置，則有無窮多解；,借助于輔助條件求得A或D,B1,C1,分隔16,24 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,已知：,求：各桿長度l1、l2、l3、l4,解：,四桿機構(gòu)兩轉(zhuǎn)角的對應(yīng)關(guān)，取決于各桿的相對尺寸。,令,消去i，則有：,令,則有：,四、按