模塊4 平面連桿機構(gòu)

1、模塊模塊4 4 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu) v學(xué)習(xí)情境1 學(xué)習(xí)情境1 鉸鏈四桿機構(gòu)v學(xué)習(xí)情境2 含有一個移動副的平面四桿機構(gòu)v學(xué)習(xí)情境3 平面四桿機構(gòu)的基本特性 v學(xué)習(xí)情境4 平面連桿機構(gòu)的設(shè)計方法v【知識目標】【知識目標】v認知平面四桿機構(gòu)的各種類型；認知平面四桿機構(gòu)的各種類型；v理解平面四桿機構(gòu)的基本特性，了解這些特性在理解平面四桿機構(gòu)的基本特性，了解這些特性在工程實際中的應(yīng)用；工程實際中的應(yīng)用；v理解平面四桿機構(gòu)的設(shè)計方法。理解平面四桿機構(gòu)的設(shè)計方法。模塊模塊4 4 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu) v【技能目標】【技能目標】v根據(jù)機構(gòu)要實現(xiàn)的運動，選擇平面連桿機構(gòu)的類型；v根據(jù)已設(shè)計的機構(gòu)，分析

2、其能實現(xiàn)的運動及特性；v給定的行程速度變化系數(shù)或連桿位置，能夠設(shè)計簡單的平面四桿機構(gòu)。模塊模塊4 4 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu) v若干構(gòu)件通過低副（轉(zhuǎn)動副或移動副）聯(lián)接所組成的機構(gòu)稱作連桿機構(gòu)。它廣泛用于各種機器中，如圖4-1所示。根據(jù)所含有構(gòu)件的數(shù)目，平面連桿機構(gòu)可分為平面四桿機構(gòu)、平面多桿機構(gòu)(五桿機構(gòu)、六桿機構(gòu)) 模塊模塊4 4 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu) 學(xué)習(xí)情境1 鉸鏈四桿機構(gòu)4.1.1鉸鏈四桿機構(gòu)的組成v鉸鏈四桿機構(gòu)是由轉(zhuǎn)動副連接而成的封閉四桿系統(tǒng)（即四構(gòu)件系統(tǒng)），其中一個桿固定， 曲柄搖桿機構(gòu)是鉸鏈四桿機構(gòu)的一種形式。如圖4-3所示。 4.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用v1.曲柄搖

3、桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu) 若在鉸鏈四桿機構(gòu)的兩個連架桿中，一個為曲柄，另一個為搖桿，則此四桿機構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu)。其運動特點是: 當(dāng)曲柄為主動件做等速轉(zhuǎn)動時，搖桿為從動件做往復(fù)擺動，如圖4-3所示。 4.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用v2. 雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu) 如果兩個連架桿均為曲柄， 都能作360整周轉(zhuǎn)動， 則該鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。其運動特點是: 當(dāng)主動曲柄做勻速轉(zhuǎn)動時, 從動曲柄做周期性的變速轉(zhuǎn)動, 以滿足機器的要求。如圖4-5所示4.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用v2. 雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu) 在雙曲柄機構(gòu)中, 若相對的兩桿長度分別相等, 則稱為平行雙曲柄機構(gòu)，或稱平行四邊形機構(gòu)。在機

4、構(gòu)運動的過程中，當(dāng)曲柄與連桿共線時，機構(gòu)將會出現(xiàn)四個鉸鏈中心處于同一直線上的情況，如圖4-6所示， 此時機構(gòu)的位置是AB1C1D。 4.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用v2. 雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu) 為了消除平行四邊形機構(gòu)的這種運動不確定的狀態(tài)，以保證機構(gòu)具有確定的運動，可以在機構(gòu)中添加附加構(gòu)件以增加虛約束。圖4-7所示的機車車輪聯(lián)動機構(gòu)就是平行四邊形機構(gòu)。 4.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用v3. 雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu) 兩個連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)，如圖4-8所示。圖4-9所示的飛機起落架收放機構(gòu)即為雙搖桿機構(gòu)。 4.1.2鉸鏈四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用v3. 雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)

5、如圖4-10所示的起重機機構(gòu)也是比較典型的雙搖桿機構(gòu)。在雙搖桿機構(gòu)中，如果兩個搖桿的長度相等，則稱為等腰梯形機構(gòu)，如圖4-11。 4.1.3鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件 鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件（桿長之和條件）為：v(1) 最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其他兩桿的長度之和；v(2) 連架桿或機架中必有一桿是最短桿。 以上的兩個條件必須同時滿足，否則機構(gòu)中不存在曲柄。但對鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本形式的具體判別，除了滿足鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件外，還與固定不同桿作機架有關(guān)。【例4.1】在圖4-12所示四鉸鏈機構(gòu)中，已知：b50mm，c35 mm，d30mm，AD為固定件。 (1) 如果能成為曲柄搖桿機

6、構(gòu)，且AB是曲柄，求a的極限值；(2) 如果能成為雙曲柄機構(gòu)，求a的取值范圍。 v解：解：(1) 若能成為曲柄搖桿機構(gòu)，則機構(gòu)必須滿足“桿長之和的條件”，且AB應(yīng)為最短桿。 因此b+ac+d 50+a35+30 所以a15mm v解：(2) 若能成為雙曲柄機構(gòu)，則應(yīng)滿足“桿長之和的條件”， 且AD必須為最短桿。這時，應(yīng)考慮下述兩種情況： a50 mm時，BC為最長桿，應(yīng)滿足b+dac50+30a+35 所以a45 mm 45mma50mm a50mm時，AB為最長桿，應(yīng)滿足 a+db+c a+3050+35 所以a55 mm 50 mma55mm 將兩種情況下得出的結(jié)果綜合起來，即得a的取值范

7、圍為：45 mma55 mm。 學(xué)習(xí)情境2 含有一個移動副的平面四桿機構(gòu)4.2.1 曲柄滑塊機構(gòu)及其應(yīng)用v曲柄滑塊機構(gòu)可以看成是由曲柄搖桿機構(gòu)演化而來的。如圖4-13所示。4.2.1 曲柄滑塊機構(gòu)及其應(yīng)用v曲柄滑塊機構(gòu)用途很廣，主要用于將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)運動的場合。 自動送料機構(gòu)(如圖4-14所示)、 沖壓機構(gòu)(如圖4-15所示) 4.2.2 偏心輪機構(gòu) 在曲柄搖桿、曲柄滑塊或其他帶有曲柄的機構(gòu)中，如果曲柄很短，當(dāng)在曲柄兩端各有一個軸承時，則加工和裝配工藝困難，同時還影響構(gòu)件的強度。因此，在這種情況下，往往采用如圖3-15所示的偏心輪機構(gòu)。 4.2.3導(dǎo)桿機構(gòu)v當(dāng)改變曲柄滑塊機構(gòu)中的固定構(gòu)件

8、時，可得到各種形式的導(dǎo)桿機構(gòu)。導(dǎo)桿為能在滑塊中作相對移動的構(gòu)件。如圖4-17所示 。4.2.3導(dǎo)桿機構(gòu) 牛頭刨床的主運動機構(gòu)利用了擺動導(dǎo)桿機構(gòu), 如圖4-18所示。如圖4-19所示為電氣開關(guān)機構(gòu)。 4.2.4 搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu)v1.搖塊機構(gòu)搖塊機構(gòu) 當(dāng)取曲柄滑塊機構(gòu)中的連桿2為機架時，則成為搖塊機構(gòu)如圖4-20所示。曲柄搖塊機構(gòu)常應(yīng)用于各種液壓和氣動裝置上。如圖4-21所示 。4.2.4 搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu)v2.定塊機構(gòu)定塊機構(gòu) 如果將滑塊作為機架，則可得到如圖4-22(a)所示的定塊機構(gòu)。這種機構(gòu)常用于老式的手動抽水機和抽油泵中。如圖4-22(b)所示的抽水唧筒中采用的就是這種機構(gòu)。學(xué)習(xí)情

9、境3 平面四桿機構(gòu)的運動特性4.3.1 急回特性v如圖4-23所示的曲柄搖桿機構(gòu)中， 設(shè)曲柄AB為主動件， 以角速度1作順時針轉(zhuǎn)動， 搖桿CD為從動件并作往復(fù)擺動。平面四桿機構(gòu)有無急回作用取決于極位夾角。 若0， 則K1， 表明機構(gòu)有急回特性； 且越大， K值就越大， 機構(gòu)的急回特性就越顯著。 若=0， 則K=1， 表明機構(gòu)沒有急回特性。v在設(shè)計機器時，利用這個特性，可以使機器在工作行程速度小些，以減小功率消耗；而空回行程時速度大些， 以縮短工作時間，提高機器的生產(chǎn)率。 4.3.2 傳力特性v在工程實踐中，不僅要求連桿機構(gòu)能實現(xiàn)預(yù)期的運動規(guī)律，同時希望傳力性能良好(運動輕便、效率較高)。因此需

10、要分析和認識機構(gòu)的傳力特性。 v1.壓力角和傳動角壓力角和傳動角4.3.2 傳力特性v1.壓力角和傳動角壓力角和傳動角 如圖4-25所示出現(xiàn)最小傳動角min。如圖4-26所示傳動角恒等于90。這說明擺動導(dǎo)桿機構(gòu)具有良好的傳力性能。 4.3.2 傳力特性v2.死點位置死點位置4.3.2 傳力特性v2.死點位置死點位置 縫紉機借助帶輪的慣性使機構(gòu)通過死點位置的, 如圖4-28所示。 4.3.2 傳力特性v2.死點位置死點位置 工程上有時也利用機構(gòu)的死點位置來滿足某些工作要求。如圖4-29所示為飛機的起落架機構(gòu)，當(dāng)飛機準備著陸時，機輪被放下，此時BC桿與CD桿共線，機構(gòu)處于死點位置，使飛機著陸可靠。

11、 學(xué)習(xí)情境4 平面連桿機構(gòu)的設(shè)計方法4.4.1運動設(shè)計的類型與方法 在實際生產(chǎn)中， 對機構(gòu)的設(shè)計要求是多種多樣的， 給定的條件也各不相同。 歸納起來， 設(shè)計的類型一般可以分為兩類： (1) 按照給定的運動規(guī)律(位置、 速度、 加速度)設(shè)計四桿機構(gòu)，稱為位置設(shè)計； (2) 按照給定的點的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)，稱為軌跡設(shè)計。4.4.2 按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計v在設(shè)計具有急回特性的平面四桿機構(gòu)時，通常按照實際的工作需要，先確定行程速度變化系數(shù)K的數(shù)值，并計算出極位夾角，然后利用機構(gòu)在極限位置時幾何關(guān)系，再結(jié)合其它有關(guān)的附加條件進行四桿機構(gòu)的設(shè)計，從而求出機構(gòu)中各個構(gòu)件的尺寸參數(shù)。v1.曲柄搖桿

12、機構(gòu)設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu)設(shè)計 【例4.2】如圖4-31所示，已知曲柄搖桿機構(gòu)中搖桿CD的長度lCD、 擺角和行程速比系數(shù)K， 試設(shè)計該機構(gòu)（即確定曲柄AB、 連桿BC和機架AD的長度）。 v解 (1) 由給定的行程速比系數(shù)K， 可以算出極位夾角。 (2) 任選一固定鉸鏈點D，選取長度比例尺l，并按搖桿長lCD和擺角作出搖桿的兩個極限位置C1D和C2D，如圖6-25所示。 (3) 連接C1、 C2兩點， 并自C1（或C2）作C1C2的垂線C1H。11180KKv解(4) 作C1C2J=90-，則直線C2J與C1H相交于P點。 在直角三角形C1PC2中， C1PC2=。 (5) 以C2P為直徑作直角三

13、角形C1PC2的外接圓k， 在圓周上任取一點A作為曲柄AB的固定鉸鏈中心， 連接AC1和AC2。 因同一圓弧的圓周角相等， 故C1AC2=C1PC2=。 (6) 由圖可知， 搖桿在兩極限位置時曲柄和連桿共線， 故有各構(gòu)件長度關(guān)系：和。 (7) 在圖上測得各構(gòu)件實際長度為： lAB=llAB；lDC=llDC； lAD=llADv2.曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計 【例43】 如圖4-32所示，已知偏置曲柄滑塊機構(gòu)的行程速度變化系數(shù)K、 滑塊的行程H和偏距e， 試設(shè)計此機構(gòu)。 v解 (1) 根據(jù)給定的行程速度變化系數(shù)K，計算極位夾角。 (2) 畫出滑塊的極限位置。 選取適當(dāng)?shù)拈L度比例尺l， 按

14、滑塊的行程H畫出線段C1C2, 得到滑塊的兩個極限位置C1和C2， 如圖4 - 26所示。 (3) 作P C1C2 及其外接圓。 作圖方法同例4.2中的步驟(4)和(5)。 11180KKv解(4) 確定曲柄與機架的固定鉸鏈中心A。 作C1C2的平行線，與C1C2的距離為偏距e，該直線與P C1C2的外接圓的交點即為曲柄的轉(zhuǎn)動中心點A。 (5) 確定曲柄和連桿的尺寸。方法同例4.2（6）、（7）。 (6) 在曲柄的運動軌跡上，任取一點A，按各構(gòu)件的尺寸畫出機構(gòu)ABC，即為該機構(gòu)在某個位置時的運動簡圖。 v4.4.3按給定的連桿位置設(shè)計v 【例【例4.4】如圖4-33（a）所示，已知機構(gòu)的長度比

15、例尺為l， 鉸鏈四桿機構(gòu)中連桿BC的長度為l2， B和C分別是連桿上的兩個鉸鏈， 給定連桿的三個位置B1C1、 B2C2和B3C3， 試設(shè)計該鉸鏈四桿機構(gòu)。 【例【例4.4】v解解 設(shè)計要解決的問題就是確定連架桿與機架組成的固定鉸鏈中心A和D的位置， 并求出機構(gòu)中其余三個構(gòu)件的長度l1、 l3和l4。 由于連桿上的兩個鉸鏈中心B、 C的運動軌跡都是圓弧，它們的圓心就是兩固定鉸鏈中心A和D，圓弧的半徑即為兩個連架桿的長度l1和l3， 所以運用已知三點求圓心的方法即可設(shè)計出所求的機構(gòu)，而且作圖過程比較簡單。【例【例4.4】v解解 具體設(shè)計步驟如下： (1) 分別作B1與B2、 B2與B3連線的中垂線b12和b23， 其交點就是所要求的固定鉸鏈中心A。 (2) 同理, 作C1與C2、 C2與C3連線的中垂線c12和c23， 其交點就是另一固