東北石油大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)平面連桿機構(gòu)

1、機械科學(xué)與工程學(xué)院機械科學(xué)與工程學(xué)院平面連桿機構(gòu)及其傳動特點平面連桿機構(gòu)及其傳動特點 平面連桿機構(gòu)：各構(gòu)件都是用平面低副（回轉(zhuǎn)副和移動平面連桿機構(gòu)：各構(gòu)件都是用平面低副（回轉(zhuǎn)副和移動副）聯(lián)接起來的機構(gòu)。又稱平面低副機構(gòu)。副）聯(lián)接起來的機構(gòu)。又稱平面低副機構(gòu)。 優(yōu)點：優(yōu)點：1.1.面接觸，壓強小面接觸，壓強小, ,承受大載荷，制造、承受大載荷，制造、潤滑容易。潤滑容易。2.2.通過改變各構(gòu)件相對長度可使從動件通過改變各構(gòu)件相對長度可使從動件獲得不同的運動規(guī)律，實現(xiàn)不同的軌跡獲得不同的運動規(guī)律，實現(xiàn)不同的軌跡。 缺點：缺點：1.1.運動鏈長，產(chǎn)生積累誤差，效率低。運動鏈長，產(chǎn)生積累誤差，效率低。2

2、.2.存在動載荷，不宜高速傳動存在動載荷，不宜高速傳動組成：組成：構(gòu)件構(gòu)件1 1，3 -3 -構(gòu)件構(gòu)件 2 -2 -構(gòu)件構(gòu)件 4 - 4 - 2-1 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用與機架組成整轉(zhuǎn)副的連架桿。與機架組成整轉(zhuǎn)副的連架桿。與機架組成擺動副的連架桿與機架組成擺動副的連架桿. .組成轉(zhuǎn)動副的兩構(gòu)件能作整周相對轉(zhuǎn)動。組成轉(zhuǎn)動副的兩構(gòu)件能作整周相對轉(zhuǎn)動。不能做整周轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)副稱為擺轉(zhuǎn)副。不能做整周轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)副稱為擺轉(zhuǎn)副。一、一、鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)1432O1ABO2鉸鏈四桿機構(gòu)：全部用轉(zhuǎn)動副相連的鉸鏈四桿機構(gòu)：全部用轉(zhuǎn)動副相連的平面四桿機構(gòu)平面四桿機構(gòu)。2

3、-1 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用鉸鏈四桿機構(gòu)可分為三種基本形式：鉸鏈四桿機構(gòu)可分為三種基本形式： 曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)1、曲柄搖桿機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)兩個連架桿中，一個為曲柄，一個為搖桿兩個連架桿中，一個為曲柄，一個為搖桿2-1 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用2、雙曲柄機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)傳動特點：傳動特點：原動件曲柄勻速轉(zhuǎn)動時從動件曲柄為非勻速轉(zhuǎn)動原動件曲柄勻速轉(zhuǎn)動時從動件曲柄為非勻速轉(zhuǎn)動2-1 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用2、雙曲柄機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)慣

4、性篩慣性篩平行四邊形機構(gòu)：雙曲柄機構(gòu)中，相平行四邊形機構(gòu)：雙曲柄機構(gòu)中，相對的兩桿平行且相等。對的兩桿平行且相等。天平應(yīng)用傳動特點傳動特點：主動曲柄和從動曲柄均以相：主動曲柄和從動曲柄均以相同角速度轉(zhuǎn)動。同角速度轉(zhuǎn)動。平行四邊形機構(gòu)的位置不確定性及解決平行四邊形機構(gòu)的位置不確定性及解決2-1 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用2、雙曲柄機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)平行四邊形機構(gòu)的位置不確定性及解決平行四邊形機構(gòu)的位置不確定性及解決解快方法：解快方法： （1）加慣性輪）加慣性輪 利用慣性維持從利用慣性維持從動曲柄轉(zhuǎn)向不變。動曲柄轉(zhuǎn)向不變。 （2）加虛約束）加虛約束 通過虛約束保持通

5、過虛約束保持平行四邊形，如機車車輪聯(lián)動的平行平行四邊形，如機車車輪聯(lián)動的平行四邊形機構(gòu)。四邊形機構(gòu)。2-1 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用2、雙曲柄機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)反平行四邊形機構(gòu)：反平行四邊形機構(gòu)：鉸鏈四桿機構(gòu)中兩連架桿的長度相等但不鉸鏈四桿機構(gòu)中兩連架桿的長度相等但不平行。平行。汽車車門開閉機構(gòu)汽車車門開閉機構(gòu)2-1 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用3、雙搖桿機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)：雙搖桿機構(gòu)：鉸鏈四桿機構(gòu)中，兩連架桿均為搖桿。鉸鏈四桿機構(gòu)中，兩連架桿均為搖桿。鶴式起重機鶴式起重機傳動特點：傳動特點：兩搖桿不能整周回轉(zhuǎn)，但是連桿

6、卻能整周回轉(zhuǎn)。兩搖桿不能整周回轉(zhuǎn)，但是連桿卻能整周回轉(zhuǎn)。 如果將連桿作為機架，則雙搖桿機構(gòu)變?yōu)殡p曲柄機構(gòu)。如果將連桿作為機架，則雙搖桿機構(gòu)變?yōu)殡p曲柄機構(gòu)。2-1 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用三種鉸鏈四桿機構(gòu)的對比三種鉸鏈四桿機構(gòu)的對比雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)三個機構(gòu)實際上是一種機構(gòu)，只是三個機構(gòu)實際上是一種機構(gòu)，只是選擇了不同的構(gòu)件作機架選擇了不同的構(gòu)件作機架。在三種機構(gòu)形式中，四個運動副的在三種機構(gòu)形式中，四個運動副的性質(zhì)都沒有變化（整轉(zhuǎn)副、擺動副）性質(zhì)都沒有變化（整轉(zhuǎn)副、擺動副）曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)2-1 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用平

7、面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用二、含一個移動副的四桿機構(gòu)二、含一個移動副的四桿機構(gòu)搖桿尺寸趨于無窮大搖桿尺寸趨于無窮大1 1、曲柄滑塊機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)2-1 平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用平面四桿機構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用二、含一個移動副的四桿機構(gòu)二、含一個移動副的四桿機構(gòu)2、導(dǎo)桿機構(gòu)、導(dǎo)桿機構(gòu)(曲柄滑塊機構(gòu)演化曲柄滑塊機構(gòu)演化)a)a)曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)b)b)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，1 1為原動件為原動件c)c)搖塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)d)d)定塊機構(gòu)定塊機構(gòu)當(dāng)當(dāng)l l11 B B2 2 轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過 而搖桿而

8、搖桿 C C1 1 C C2 21回程時：回程時： 曲柄曲柄: B: B2 2 B B1 1 轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過 而搖桿而搖桿 C C2 2 C C1 12極回運動的極回程度用行程速比系數(shù)極回運動的極回程度用行程速比系數(shù) k k 衡量衡量度從動件工作行程平均速從動件空行程平均速度12vvk2-2 平面四桿機構(gòu)的基本特性平面四桿機構(gòu)的基本特性二、急回特性二、急回特性極回運動的大小可以根據(jù)極位夾角的大小來判斷，極回運動的大小可以根據(jù)極位夾角的大小來判斷，極位夾角越大，急回特性越明顯。極位夾角越大，急回特性越明顯。試判斷對心曲柄滑塊機構(gòu)的急回運動試判斷對心曲柄滑塊機構(gòu)的急回運動 180180212112122

9、112tttCCtCCvvk弧弧弧弧11180 kk 2-2 平面四桿機構(gòu)的基本特性平面四桿機構(gòu)的基本特性二、二、急回特性急回特性作者：潘存云教授偏置曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)的急回特性的急回特性作者：潘存云教授180180180180-導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)的急回特性的急回特性 180180180180-思考題：思考題： 對心曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)的急回特性如何？的急回特性如何？2-2 平面四桿機構(gòu)的基本特性平面四桿機構(gòu)的基本特性三、壓力角和傳動角三、壓力角和傳動角壓力角壓力角：從動件所受到的作用力的方從動件所受到的作用力的方向與力作用點速度方向所夾的銳角向與力作用點速度方向所夾的銳角FC

10、OSFt有效分力：有效分力：傳動角傳動角:壓力角的余角為傳動角。壓力角的余角為傳動角。傳動角越大、壓力角越小，機構(gòu)傳動角越大、壓力角越小，機構(gòu)的傳動性能越好。通常要求：的傳動性能越好。通常要求：40min 高速、大功率傳動要求高速、大功率傳動要求：50min 機構(gòu)中最小傳動角的計算機構(gòu)中最小傳動角的計算：機構(gòu)中機構(gòu)中最小傳動角最小傳動角的位置一定在曲柄轉(zhuǎn)到與機架重疊共線或拉直共的位置一定在曲柄轉(zhuǎn)到與機架重疊共線或拉直共線兩種情況之一。線兩種情況之一。2-2 平面四桿機構(gòu)的基本特性平面四桿機構(gòu)的基本特性四、死點位置四、死點位置死點：死點：曲柄搖桿機構(gòu)中，如曲柄搖桿機構(gòu)中，如果以搖桿為原動件，在曲

11、柄果以搖桿為原動件，在曲柄與連桿共線的兩個位置，由與連桿共線的兩個位置，由于傳動角為于傳動角為0 0，使機構(gòu)處于，使機構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)的位置為靜止?fàn)顟B(tài)的位置為死點死點。機構(gòu)正常運轉(zhuǎn)時應(yīng)設(shè)法避開死點機構(gòu)正常運轉(zhuǎn)時應(yīng)設(shè)法避開死點，如縫紉機靠飛輪通過死點。如縫紉機靠飛輪通過死點。有些機構(gòu)靠死點來工作有些機構(gòu)靠死點來工作，如飛機的起落架。，如飛機的起落架。2-2 平面四桿機構(gòu)的基本特性平面四桿機構(gòu)的基本特性四、死點位置四、死點位置避免措施：避免措施： 兩組機構(gòu)錯開排列，如兩組機構(gòu)錯開排列，如火車輪機構(gòu)火車輪機構(gòu); ;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）。FAEDGBCA

12、BEFDCG2-2 平面四桿機構(gòu)的基本特性平面四桿機構(gòu)的基本特性四、死點位置四、死點位置作者：潘存云教授作者：潘存云教授工件工件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(jìn)行工作：也可以利用死點進(jìn)行工作：飛機起落架、鉆夾具飛機起落架、鉆夾具等。等。一、平面四桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題一、平面四桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題 機構(gòu)選型機構(gòu)選型根據(jù)給定的運動要求選擇根據(jù)給定的運動要求選擇 機構(gòu)的類型；機構(gòu)的類型；尺度綜合尺度綜合確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)( (長長 度尺寸度尺寸) )。 同時要滿足其他輔助條件：同

13、時要滿足其他輔助條件：a)a)結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長比恰當(dāng)、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)合理等）運動副結(jié)構(gòu)合理等）; ;b)b)動力條件（如動力條件（如 minmin）; ;c)c)運動連續(xù)性條件等。運動連續(xù)性條件等。2-3 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計三類設(shè)計要求三類設(shè)計要求作者：潘存云教授作者：潘存云教授ADCB飛機起落架飛機起落架BC1)1)實現(xiàn)給定的運動規(guī)律實現(xiàn)給定的運動規(guī)律 飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。飛機起落架、函數(shù)機構(gòu)。函數(shù)機構(gòu)函數(shù)機構(gòu)要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角對應(yīng)要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角對應(yīng)的弧長滿足的弧長滿足 y=logxy=logxxy=logxABCD2-3

14、 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計三類設(shè)計要求三類設(shè)計要求2)2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構(gòu)。滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構(gòu)。要求連桿在兩個位置垂直地面要求連桿在兩個位置垂直地面BCABDC3) 3) 實現(xiàn)預(yù)定的軌跡，如攪拌機。實現(xiàn)預(yù)定的軌跡，如攪拌機。2-3 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計給定的設(shè)計條件：給定的設(shè)計條件：1)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)2)運動條件運動條件（給定（給定K K）3)3)動力條件動力條件（給定（給定 minmin）設(shè)計方法：設(shè)計方法：圖解法、解析法、實驗法圖解法、解析法、實驗法思路：思路

15、：首先建立包含機構(gòu)的各尺度參數(shù)和運動變量在內(nèi)的解析關(guān)系首先建立包含機構(gòu)的各尺度參數(shù)和運動變量在內(nèi)的解析關(guān)系式，然后根據(jù)已知的運動變量求解所需的機構(gòu)尺度參數(shù)。式，然后根據(jù)已知的運動變量求解所需的機構(gòu)尺度參數(shù)。用解析法設(shè)計四桿機構(gòu)用解析法設(shè)計四桿機構(gòu)2-3 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計二、圖解法設(shè)計四桿機構(gòu)二、圖解法設(shè)計四桿機構(gòu)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連連線的垂直平分線上任意位置都能滿足線的垂直平分線上任意位置都能滿足設(shè)計要求。設(shè)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

16、無窮多組解。有無窮多組解。ADB2C2B3C3DB1C1AB1C11 要求實現(xiàn)連桿的預(yù)定位置要求實現(xiàn)連桿的預(yù)定位置2-3 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計二、圖解法設(shè)計四桿機構(gòu)二、圖解法設(shè)計四桿機構(gòu) 2 2、要求實現(xiàn)兩連架桿轉(zhuǎn)角的對應(yīng)關(guān)系、要求實現(xiàn)兩連架桿轉(zhuǎn)角的對應(yīng)關(guān)系123123O1O2A1A2A3B1B2B3A2B1A3已知已知O O1 1、 O O2 2的位置、的位置、O O1 1A A1 1的長度和兩連的長度和兩連架桿的三個對應(yīng)位架桿的三個對應(yīng)位置，設(shè)計該四桿機置，設(shè)計該四桿機構(gòu)。構(gòu)。2-3 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計平面四桿機構(gòu)的設(shè)計二、圖解法設(shè)計四桿機構(gòu)二、圖解法設(shè)計四桿機構(gòu)3 要求實現(xiàn)預(yù)定的行程速比系數(shù)要求實現(xiàn)預(yù)定的行程速比系數(shù)作者：潘存云教授E (1) 曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)計算計算180(K-1)/(K+1);已知已知：CD桿長，擺角桿長，擺角及及K， 設(shè)計此機構(gòu)。步驟如下：設(shè)計此機構(gòu)。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，