機(jī)械原理連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析5

1、內(nèi)部講義，請(qǐng)勿流傳第五講 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)：1因?yàn)槠溥\(yùn)動(dòng)副一般為低副，為面接觸，故相同載荷下，兩元素壓強(qiáng)小，故可承受較大載荷；低副元素便于潤(rùn)滑，不易磨損；低副元素幾何形狀簡(jiǎn)單，便于制造。2當(dāng)原動(dòng)件以同樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，若改變各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度，可使從動(dòng)件得到不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3利用連桿曲線滿足不同的規(guī)矩要求。4增力、擴(kuò)大行程、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)（主要指多桿機(jī)構(gòu)）。缺點(diǎn)：1較長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)鏈，使各構(gòu)件的尺寸誤差和運(yùn)動(dòng)副中的間隙產(chǎn)生較大的積累誤差，同時(shí)機(jī)械效率也降低。2會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)慣性力，一般的平衡方法難以消除，會(huì)增加機(jī)構(gòu)動(dòng)載荷，不適于高速傳動(dòng)。平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用一、平面四桿機(jī)構(gòu)的

2、基本型式1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2雙曲柄機(jī)構(gòu) 3雙搖桿機(jī)構(gòu)二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式1改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) -曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 2改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸偏心輪機(jī)構(gòu)可認(rèn)為是將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)副的半徑擴(kuò)大，使之超過(guò)曲柄的長(zhǎng)度演化而成的。3選用不同的構(gòu)件為機(jī)架（a） 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) （b）AB<BC為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（AB>BC為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）（c）曲柄搖塊機(jī)構(gòu)（d）直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)（定塊機(jī)構(gòu)）平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件（1）存在周轉(zhuǎn)副的條件是：，此條件稱為桿長(zhǎng)條件。組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿。（意即：連架桿和機(jī)架中必有一桿是最短桿

3、）2滿足桿長(zhǎng)條件下，不同構(gòu)件為機(jī)架時(shí)形成不同的機(jī)構(gòu)以最短構(gòu)件的相鄰兩構(gòu)件中任一構(gòu)件為機(jī)架時(shí)，則最短桿為曲柄，而與機(jī)架相連的另一構(gòu)件為搖桿，即該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。以最短構(gòu)件為機(jī)架，則其相鄰兩構(gòu)件為曲柄，即該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)。以最短構(gòu)件的對(duì)邊為機(jī)架，則無(wú)曲柄存在，即該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。3.不滿足桿長(zhǎng)條件的機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。注：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：a + e b導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)：a < b時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)； a > b時(shí)，擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。例題：（中礦）（山科）6. 圖示導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，已知LAB=40mm，偏距e=10mm，試問(wèn)：1）欲使其為曲柄擺導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，LAC的最小值為多少；2）若LAB不

4、變，而e=0，欲使其為曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，LAC的最小值為多少；3）若LAB為原動(dòng)件，試比較在e > 0和e=0兩種情況下，曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角，哪個(gè)是常數(shù)，哪個(gè)是變數(shù)，哪種傳力效果好？解答：1），即LAC的最小值為50mm。2）當(dāng)e=0時(shí)，該機(jī)構(gòu)成為曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，必有LAC<LAB=40mm，即LAC的最大值為40mm。3）對(duì)于e=0時(shí)的擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)角=90º、壓力角均為一常數(shù)，對(duì)于e>0時(shí)的擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，其導(dǎo)桿上任何點(diǎn)的速度方向不垂直于導(dǎo)桿，且隨曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)而變化，而滑塊作用于導(dǎo)桿的力總是垂直于導(dǎo)桿，故壓力角不為零，而傳動(dòng)角且是變化的。從傳力效果看，e

5、=0的方案好。二、急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)1極位與極位夾角（1）極位：機(jī)構(gòu)的極限位置（即搖桿兩極限位置，曲柄與連桿兩次共線位置）。（2）極位夾角：搖桿處于兩極限位置時(shí)，曲柄與連桿兩次共線位置之間的夾角。（會(huì)作圖求極位夾角）（3）擺角：搖桿兩極限位置之間的夾角。2急回運(yùn)動(dòng)在一周中，曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)，但搖桿是不等速的：，搖桿的這種運(yùn)動(dòng)性質(zhì)稱為急回運(yùn)動(dòng)。3行程速比系數(shù)K：衡量急回運(yùn)動(dòng)的程度。 4結(jié)論：（1），即，即機(jī)構(gòu)有急回特性。可通過(guò)此判定曲柄的轉(zhuǎn)向。（2）當(dāng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)極位夾角時(shí)，機(jī)構(gòu)便具有急回運(yùn)動(dòng)特性。（注：對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：無(wú)急回特性； b：偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：有急回特性。）（3），

6、機(jī)構(gòu)急回運(yùn)動(dòng)也越顯著。所以可通過(guò)分析及的大小，判斷機(jī)構(gòu)是否有急回運(yùn)動(dòng)及急回運(yùn)動(dòng)的程度。雷達(dá)天線的俯仰傳動(dòng)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性。（4）急回運(yùn)動(dòng)的作用：在一些機(jī)械中可以用來(lái)節(jié)省動(dòng)力和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。三、四桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角與死點(diǎn)1壓力角和傳動(dòng)角(會(huì)作圖)（1）壓力角：從動(dòng)桿件受力方向和受力作用點(diǎn)速度方向之間所夾的銳角。（2）傳動(dòng)角：壓力角的余角，。實(shí)際就是連桿與從動(dòng)桿件之間所夾的銳角。（3）結(jié)論：越小，機(jī)構(gòu)的傳力性能越好?？梢?jiàn)是判斷機(jī)構(gòu)傳力性能是否良好的標(biāo)志。相應(yīng)有越大，機(jī)構(gòu)的傳力性能越好。最小傳動(dòng)角出現(xiàn)的位置或：或：。和中小者為即出現(xiàn)在主動(dòng)曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一。注：導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角： 傳動(dòng)

7、角，且恒等于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的 2死點(diǎn)在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，搖桿CD為主動(dòng)件，連桿與從動(dòng)曲柄共線時(shí)，曲柄AB不能轉(zhuǎn)動(dòng)而出現(xiàn)頂死的現(xiàn)象。這個(gè)位置稱為死點(diǎn)。（1）原因：連桿作用曲柄的力通過(guò)回轉(zhuǎn)中心A，對(duì)A點(diǎn)無(wú)矩，不能驅(qū)使其轉(zhuǎn)動(dòng)。傳動(dòng)角（2）改善方法：目的：使機(jī)構(gòu)能夠順利通過(guò)死點(diǎn)而正常運(yùn)轉(zhuǎn)。1.錯(cuò)列2.裝飛輪加大慣性已知圖示六桿機(jī)構(gòu)，原動(dòng)件AB作等速回轉(zhuǎn)。試用作圖法確定：（1）滑塊5的沖程 H；（2）滑塊5往返行程的平均速度是否相同？行程速度變化系數(shù)K值；（3）滑塊處的最小傳動(dòng)角（保留作圖線）。（北交2008年）解：（1）m（2）不相等。（3）題8-5圖解用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1按連桿預(yù)定的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（

8、1）已知活動(dòng)鉸鏈中心的位置當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)的四個(gè)鉸鏈中心確定后，其各桿長(zhǎng)度也就相應(yīng)確定了，所以根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定各桿的長(zhǎng)度，可以通過(guò)確定四個(gè)鉸鏈中心的位置來(lái)確定。例：要求連桿占據(jù)三個(gè)位置，求所對(duì)應(yīng)的四桿機(jī)構(gòu)。分析：該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題是確定兩固定鉸鏈A，D點(diǎn)的位置。由于B，C兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓，該圓的中心就是固定鉸鏈的位置。解：連中垂線 連中垂線 - A 連中垂線 連中垂線 - D就可得四桿機(jī)構(gòu)。（2）已知固定鉸鏈中心位置（河北工業(yè)）2.按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu):原理：，已知K，則等于已知，那么，利用機(jī)構(gòu)在極位時(shí)的幾何關(guān)系，再結(jié)合其它輔助條件即可進(jìn)行設(shè)計(jì)。（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：(中礦2011)

9、例題：圖示為一用于雷達(dá)天線俯仰傳動(dòng)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。已知天線俯仰的范圍為30°，lCD=525mm，lAD=800mm。試求： （1）曲柄和連桿的長(zhǎng)度lAB和lBC ； （2）校驗(yàn)傳動(dòng)角是否大于等于40度 （北交2007） 解：（1）由于雷達(dá)天線俯仰傳動(dòng)時(shí)不應(yīng)有急回作用，故有： （2）選取比例尺l1mm/mm，并利用已知條件作圖如下： 四、（20分）圖4所示，現(xiàn)欲設(shè)計(jì)一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，設(shè)已知搖桿的長(zhǎng)度為，行程速度變化系數(shù)，機(jī)架的長(zhǎng)度為，搖桿的一個(gè)極限位置與機(jī)架間的夾角為。試求曲柄的長(zhǎng)度和連桿的長(zhǎng)度。（2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)已知： ，要求：設(shè)計(jì)一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。分析：關(guān)鍵求；認(rèn)識(shí)到相當(dāng)于曲柄搖桿機(jī)

10、構(gòu)中的。設(shè)計(jì)一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，已知曲柄長(zhǎng)度mm，偏距mm，要求最小傳動(dòng)角。（1）確定連桿的長(zhǎng)度;（2）畫出滑塊的極限位置；（3）標(biāo)出極位夾角及行程H;（4）確定行程速比系數(shù)K。題8-10圖三、（20分）在圖示插床機(jī)構(gòu)中，滑塊5的移動(dòng)導(dǎo)路ee通過(guò)鉸鏈中心C，且垂直于AC。B、C、D三點(diǎn)共線。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)ABC的兩連架桿可作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，AB為原動(dòng)件，以等速轉(zhuǎn)動(dòng)。（1）在機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖上繪出滑塊上E點(diǎn)的二極限位置E1、E2，并作出曲柄的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角、；（2）若要求滑塊的行程，行程速比系數(shù)，B點(diǎn)軌跡與導(dǎo)路ee的交點(diǎn)、之間距。試計(jì)算AB，AC的長(zhǎng)度；（3）若壓力角，試計(jì)算連桿DE的長(zhǎng)度。（1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)CDE中，當(dāng)C、

11、D、E共線時(shí)，滑塊處在極限位置，即AB轉(zhuǎn)至AB1時(shí)，則CD轉(zhuǎn)至CD1，此時(shí)滑塊處于右邊極限位置E1。當(dāng)AB繼續(xù)轉(zhuǎn)至AB2時(shí)，則CD逆時(shí)針轉(zhuǎn)至CD2，此時(shí)滑塊處于左邊極限E2。曲柄AB對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角、如圖所示。（6分）（2）對(duì)心曲柄滑塊CDE中：極位夾角（7分）（3）在對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)CDE中，當(dāng)曲柄與導(dǎo)路ee垂直時(shí)，出現(xiàn)，（7分）（3）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)已知：d，。練習(xí)題：答：汽車前輪轉(zhuǎn)向使用了雙搖桿機(jī)構(gòu)，兩前輪分別和AB和CD相連。直線運(yùn)行時(shí)兩輪軸線平行，轉(zhuǎn)向后兩輪軸線不平行，其交點(diǎn)P理論上應(yīng)落在后輪軸軸的延長(zhǎng)線上。汽車后輪驅(qū)動(dòng)橋采用采用汽車差速器，它的作用就是在向兩邊半軸傳遞動(dòng)力的同時(shí)，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)