第5章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)課件

1、第第5 5章章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)5 51 平面連桿機(jī)構(gòu)的概述平面連桿機(jī)構(gòu)的概述5 52 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式和演化平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式和演化5 53 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)5 54 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)本章重點(diǎn)和難點(diǎn)本章重點(diǎn)和難點(diǎn)1.平面平面四桿機(jī)構(gòu)的分類和判別；四桿機(jī)構(gòu)的分類和判別；4.掌握行程速比系數(shù)法來設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)。掌握行程速比系數(shù)法來設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)。2.曲柄存在的條件及應(yīng)用；曲柄存在的條件及應(yīng)用；3.傳動(dòng)角、壓力角、死點(diǎn)、傳動(dòng)角、壓力角、死點(diǎn)、極位極位夾角和行程速比系數(shù)夾角和行程速比系數(shù)等含義和確定方法；等含義和確

2、定方法；平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu):指同一平面或相互平行平面內(nèi)若干構(gòu)件指同一平面或相互平行平面內(nèi)若干構(gòu)件 全部用低副聯(lián)接起來的機(jī)構(gòu)。全部用低副聯(lián)接起來的機(jī)構(gòu)。5 51 1 平面連桿機(jī)構(gòu)的概述平面連桿機(jī)構(gòu)的概述一、平面連桿機(jī)構(gòu)定義一、平面連桿機(jī)構(gòu)定義 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)二二、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)1.優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):1）由于運(yùn)動(dòng)副均是面接觸，）由于運(yùn)動(dòng)副均是面接觸，故壓強(qiáng)低，磨損小，并且可故壓強(qiáng)低，磨損小，并且可以承受較大的沖擊載荷以承受較大的沖擊載荷 ；2.缺點(diǎn)缺點(diǎn):1）由于運(yùn)動(dòng)副中存在間隙，且不易消除，會(huì)引起運(yùn)動(dòng)誤差；）由于運(yùn)動(dòng)副中存在間隙，且不易消除，會(huì)

3、引起運(yùn)動(dòng)誤差；2）由于設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，不易精確地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，）由于設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，不易精確地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，一般只能近似地得以滿足其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。一般只能近似地得以滿足其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2）由于運(yùn)動(dòng)副的接觸面為圓）由于運(yùn)動(dòng)副的接觸面為圓柱面和平面，故制造容易柱面和平面，故制造容易,加工加工簡便，易獲得較高的加工精度。簡便，易獲得較高的加工精度。3)為了滿足設(shè)計(jì)的要求，往往要增加構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副數(shù)目，為了滿足設(shè)計(jì)的要求，往往要增加構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副數(shù)目，使機(jī)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，有可能會(huì)產(chǎn)生自鎖和慣性力等，所以連使機(jī)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，有可能會(huì)產(chǎn)生自鎖和慣性力等，所以連桿機(jī)構(gòu)桿機(jī)構(gòu)不宜用于高速運(yùn)動(dòng)不宜用于高速運(yùn)動(dòng)。 在平面連

4、桿機(jī)構(gòu)中，在平面連桿機(jī)構(gòu)中，其中最簡單其中最簡單、最基本的最基本的機(jī)構(gòu)是由四個(gè)構(gòu)件組成機(jī)構(gòu)是由四個(gè)構(gòu)件組成的的平面四桿機(jī)構(gòu)平面四桿機(jī)構(gòu)。本章任務(wù)本章任務(wù):介紹平面四桿機(jī)構(gòu)類型、特性及其設(shè)計(jì)方法介紹平面四桿機(jī)構(gòu)類型、特性及其設(shè)計(jì)方法 連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用十分廣泛，常常應(yīng)用于各種工作機(jī)和儀連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用十分廣泛，常常應(yīng)用于各種工作機(jī)和儀器中。例如空氣壓縮機(jī)中的曲柄連桿機(jī)構(gòu)；牛頭刨床機(jī)構(gòu)器中。例如空氣壓縮機(jī)中的曲柄連桿機(jī)構(gòu)；牛頭刨床機(jī)構(gòu)中的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、折疊傘的收放機(jī)構(gòu)等。中的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、折疊傘的收放機(jī)構(gòu)等。 在平面四桿機(jī)構(gòu)中在平面四桿機(jī)構(gòu)中,若運(yùn)動(dòng)副若運(yùn)動(dòng)副都是轉(zhuǎn)動(dòng)副，此機(jī)構(gòu)稱為都是轉(zhuǎn)動(dòng)副，此機(jī)構(gòu)稱為平面鉸平面鉸

5、鏈四桿機(jī)構(gòu)鏈四桿機(jī)構(gòu),它是平面四桿機(jī)構(gòu)的它是平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式基本形式。曲柄曲柄繞機(jī)架作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿繞機(jī)架作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿1 1；連桿連桿不不與機(jī)架相連的構(gòu)件與機(jī)架相連的構(gòu)件2；連架桿連架桿與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件1 1、3；搖桿搖桿繞機(jī)架來回繞機(jī)架來回?cái)[動(dòng)的擺動(dòng)的連架桿連架桿3；5 52 2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式和演化平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式和演化一一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式曲柄搖桿機(jī)構(gòu).pps周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副能作能作360360度相對轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副度相對轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副,如轉(zhuǎn)動(dòng)副如轉(zhuǎn)動(dòng)副A；擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副只能作有限角度來回?cái)[動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副只能作有限角度來回?cái)[動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)

6、副,如轉(zhuǎn)動(dòng)副如轉(zhuǎn)動(dòng)副D 。1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu):作用：作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)或正搖桿的往復(fù)擺動(dòng)或正好相反好相反,即將搖桿的往復(fù)擺動(dòng)即將搖桿的往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)榍恼芑剞D(zhuǎn)。曲柄的整周回轉(zhuǎn)。 ABDC1243雷達(dá)天線裝置雷達(dá)天線裝置縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若一個(gè)連架桿為在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若一個(gè)連架桿為曲柄曲柄，另一，另一個(gè)連架桿為個(gè)連架桿為搖桿搖桿。2)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu):慣性篩慣性篩作用：作用：將曲柄將曲柄2 2的的等速回轉(zhuǎn)等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榍D(zhuǎn)變?yōu)榍? 4的的等速等速或或變速變速回回轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。雙曲柄機(jī)構(gòu).pps雙曲

7、柄振動(dòng)篩.exe在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為曲柄曲柄。特例特例1：平行四邊形機(jī)構(gòu)：平行四邊形機(jī)構(gòu)如機(jī)構(gòu)中如機(jī)構(gòu)中ABCD， 故有故有1= 3特例特例2：反平行四邊機(jī)構(gòu)：反平行四邊機(jī)構(gòu)如機(jī)構(gòu)中如機(jī)構(gòu)中ABCD， 故有故有1= -3132反平行四邊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用反平行四邊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用: :車門開閉系統(tǒng)車門開閉系統(tǒng)3 3）雙搖桿機(jī)構(gòu)）雙搖桿機(jī)構(gòu): :造型翻箱機(jī)構(gòu)造型翻箱機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu).pps作用：作用：將搖桿將搖桿BCBC的的等速等速往復(fù)往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閿[動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿搖桿AD的的變變速速往復(fù)往復(fù)擺動(dòng)擺動(dòng)。在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為搖桿

8、搖桿。二二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式 1. 擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副 如果將曲柄如果將曲柄1端部的轉(zhuǎn)動(dòng)副端部的轉(zhuǎn)動(dòng)副B的半徑加大至超過的半徑加大至超過曲柄曲柄1的長度的長度AB，便得到如圖（，便得到如圖（b）所示的）所示的偏心輪偏心輪機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)。 作者：潘存云教授 2. 2. 改變構(gòu)件的形狀和尺寸改變構(gòu)件的形狀和尺寸曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu).pps導(dǎo)路中心線導(dǎo)路中心線ABCABLeL對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 在在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中中,根據(jù)導(dǎo)路中心線是否通過轉(zhuǎn)動(dòng)副中心根據(jù)導(dǎo)

9、路中心線是否通過轉(zhuǎn)動(dòng)副中心A點(diǎn)點(diǎn), 它可分為兩種類型它可分為兩種類型:曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu):偏心距偏心距e=0偏置（或偏心）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置（或偏心）曲柄滑塊機(jī)構(gòu):偏心距偏心距e0 在在偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，為了能使連架桿中，為了能使連架桿AB繞固定鉸鏈中繞固定鉸鏈中心心A作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，就必須滿足下述條件：作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，就必須滿足下述條件：3. 3. 選不同的構(gòu)件為機(jī)架選不同的構(gòu)件為機(jī)架導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)314A2BC314A2BC定塊

10、機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu).pps12 在導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，在導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，桿桿2為原動(dòng)件可繞為原動(dòng)件可繞B點(diǎn)點(diǎn)作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)L1 L2時(shí)，桿時(shí)，桿4也可以繞也可以繞A點(diǎn)作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，此點(diǎn)作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，此種導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)稱為種導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)稱為轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) ，反之，反之，稱為稱為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 。牛頭刨床牛頭刨床應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例:作者：潘存云教授ABDC1243C2C1ABC3214手搖抽水筒手搖抽水筒（定塊機(jī)構(gòu)（定塊機(jī)構(gòu)) )( (擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)) )作者：潘存云教授abdcCBADb(d a)+ c則由則由BCD可得：可得：則由則由B”C”D可得：可得：a+d b +

11、cc(d a)+ bAB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 a+b c + d5 53 3 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)一一、平面四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件平面四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件C”abdcADd- - a若若adad，同理有：，同理有： da, db, dcAD為最短桿為最短桿ad中必有一個(gè)是機(jī)架將以上三式兩兩相加得：將以上三式兩兩相加得： a b, ac, ad 2）曲柄為）曲柄為最短桿件或最短桿件或最短桿的相鄰桿件。最短桿的相鄰桿件。 由上可知：由上可知：(1)(1)在平面四桿機(jī)構(gòu)中，若滿足桿長條在平面四桿機(jī)構(gòu)中，若滿足桿長條件時(shí)，有最短桿參與構(gòu)成的

12、轉(zhuǎn)動(dòng)副都是件時(shí)，有最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是周轉(zhuǎn)副周轉(zhuǎn)副(如圖中如圖中的的A、B副副)，而其余的轉(zhuǎn)動(dòng)副，而其余的轉(zhuǎn)動(dòng)副(如如C、D副副)則是則是擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副。 曲柄存在的條件曲柄存在的條件（必同時(shí)滿足下述二個(gè)條件）（必同時(shí)滿足下述二個(gè)條件）：1）最長桿與最短桿的長度之和應(yīng)最長桿與最短桿的長度之和應(yīng)其他兩桿長度之和其他兩桿長度之和 稱為稱為桿長條件桿長條件。作者：潘存云教授ABCDabcd(2)在平面四桿機(jī)構(gòu)中，在平面四桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)滿足當(dāng)滿足桿長條件桿長條件時(shí)，選擇不同的時(shí)，選擇不同的構(gòu)件作為機(jī)架，可得不同的機(jī)構(gòu)。構(gòu)件作為機(jī)架，可得不同的機(jī)構(gòu)。討論：討論：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)1曲柄搖桿曲柄搖

13、桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)2 （1）若滿足桿長條件時(shí)，當(dāng)取與最短桿件）若滿足桿長條件時(shí)，當(dāng)取與最短桿件AB相鄰相鄰的桿件的桿件AD 或桿件或桿件BC為機(jī)架時(shí)，則得到為機(jī)架時(shí)，則得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 雙曲柄雙曲柄機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu) （2）若滿足桿長條件時(shí)，當(dāng)取最短桿件）若滿足桿長條件時(shí)，當(dāng)取最短桿件AB為機(jī)架時(shí)，為機(jī)架時(shí)，則得到則得到雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)，此時(shí)兩連架桿，此時(shí)兩連架桿BC和和AD均為曲柄。均為曲柄。 （3）若滿足桿長條件時(shí)，當(dāng)取最短桿件）若滿足桿長條件時(shí)，當(dāng)取最短桿件AB的對邊桿的對邊桿件件CD為機(jī)架時(shí)，則得到為機(jī)架時(shí)，則得到雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)。 （4）在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若不滿

14、足桿長條件時(shí)，則不）在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若不滿足桿長條件時(shí)，則不論取哪個(gè)桿件作為機(jī)架，均無曲柄存在，該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)論取哪個(gè)桿件作為機(jī)架，均無曲柄存在，該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)必定是必定是雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)。例例1：根據(jù)下圖中注明的尺寸（單位為：根據(jù)下圖中注明的尺寸（單位為mm），試判斷），試判斷各鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型。各鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型。解解:(略略)作者：潘存云教授ABCD二二、急回運(yùn)動(dòng)與行程速比系數(shù)急回運(yùn)動(dòng)與行程速比系數(shù) 在在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時(shí)，中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時(shí)，搖桿位于兩個(gè)極限位置，搖桿位于兩個(gè)極限位置， 當(dāng)曲柄以當(dāng)曲柄以逆時(shí)針轉(zhuǎn)過逆時(shí)針轉(zhuǎn)過180180+

15、時(shí)，搖桿從時(shí)，搖桿從C1D位置擺到位置擺到C2D。所花時(shí)間為所花時(shí)間為t1 , , 平均速度為平均速度為V1, ,那么有：那么有：/ )180(1t1211tCCV )180/(21CCB1C1AD曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)180180C2B2此兩處曲柄之間此兩處曲柄之間所夾的銳角所夾的銳角 稱為稱為極位夾角極位夾角。極位夾角：極位夾角：從從動(dòng)件位于兩個(gè)動(dòng)件位于兩個(gè)極限位置時(shí)，極限位置時(shí)，原動(dòng)件兩位置原動(dòng)件兩位置所夾之銳角，所夾之銳角，用用表示。表示。作者：潘存云教授B1C1ADC2 當(dāng)曲柄以當(dāng)曲柄以繼續(xù)轉(zhuǎn)過繼續(xù)轉(zhuǎn)過180180-時(shí)，搖桿從時(shí)，搖桿從C2D,置置擺到擺到C1D，所花時(shí)間為所花時(shí)間

16、為t2 , ,平均速度為平均速度為V2 , ,那么有：那么有： 180180-/)180(2t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特性急回特性。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 KK111180KK2212tCCV)180/(21CC121221tCCtCC作者：潘存云教授作者：潘存云教授曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性180180180180-導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的急

17、回特性的急回特性 180180180180-特點(diǎn)特點(diǎn):在導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中在導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中,極位夾角極位夾角= 搖桿擺角搖桿擺角例例2：一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)如下圖所示，根據(jù)下圖中注明的：一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)如下圖所示，根據(jù)下圖中注明的尺寸（單位為尺寸（單位為mm），試求該機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)），試求該機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K。解解:(略略)作業(yè)布置作業(yè)布置P126 5-5第二講第二講54 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)53 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)（續(xù)）平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)（續(xù)）作者：潘存云教授FF F”一一、壓力角和傳動(dòng)角壓力角和傳動(dòng)角壓力角壓力角：作用在從動(dòng)件上的力作用在從動(dòng)件上的力F與其作用點(diǎn)速度方向之與其作用

18、點(diǎn)速度方向之間所夾的銳角間所夾的銳角，常記為常記為F= FcosF= FcosF”= FsinF”= Fsin FF傳力性能越好傳力性能越好, ,對傳動(dòng)對傳動(dòng)越有利越有利。ABCDCDBAFF”F 因此，可用因此，可用的的大小來表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)大小來表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞力性能的好壞。有效分力有效分力:有害分力有害分力:5 53 3 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)（續(xù)）平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)（續(xù)）V作者：潘存云教授FF F”當(dāng)當(dāng)BCD90BCD90時(shí)，時(shí)， BCDBCD因此，設(shè)計(jì)時(shí)要求因此，設(shè)計(jì)時(shí)要求: : minmin5050minmin出現(xiàn)的位置：出現(xiàn)的位置：當(dāng)當(dāng)BCD90BCD90時(shí)，時(shí)， 180

19、180- BCD- BCD此位置一定是：此位置一定是：主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一。主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一。ABCDCDBAFF”F當(dāng)當(dāng)BCDBCD為最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)為最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)minmin 由于由于計(jì)算不便計(jì)算不便,常用壓力角常用壓力角的余角的余角（稱為稱為傳動(dòng)傳動(dòng)角角），來表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞來表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞。90 FF 傳力性能越好傳力性能越好。 作者：潘存云教授C1B1abcdDA由余弦定律有：由余弦定律有： BB1 1C C1 1D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d-a)-(d-a)2 2/2bc/2bc BB2 2C C

20、2 2D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d+a)-(d+a)2 2/2bc/2bc若若BB1 1C C1 1D90D90, ,則則若若BB2 2C C2 2D90D90, , 則則1 1BB1 1C C1 1D D2 2180180-B-B2 2C C2 2D D1 1minmin 1, , 2 minminC2B22 2例例3:試確定曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中試確定曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中最小傳動(dòng)角最小傳動(dòng)角的位置？的位置？答答:例例4:試分析下列機(jī)構(gòu)圖示瞬時(shí)的壓力角與傳動(dòng)角大小試分析下列機(jī)構(gòu)圖示瞬時(shí)的壓力角與傳動(dòng)角大小(用圖表示用圖表示)。ACBDFaAB134Cb12FvB3F0B12

21、31ACvB作者：潘存云教授F二二、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置若以搖桿為原動(dòng)件，當(dāng)連若以搖桿為原動(dòng)件，當(dāng)連桿與曲柄兩次共線時(shí)，有：桿與曲柄兩次共線時(shí)，有：此時(shí)機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)此時(shí)機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)。避免措施：避免措施： 1)1)采用兩組對稱機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列，如采用兩組對稱機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列，如火車輪機(jī)構(gòu)火車輪機(jī)構(gòu); ;此位置稱為此位置稱為“死點(diǎn)死點(diǎn)”0 02)2)靠靠飛輪的慣性飛輪的慣性（如內(nèi)燃機(jī)、縫紉機(jī)等）。（如內(nèi)燃機(jī)、縫紉機(jī)等）。FAEDGBCABEFDCG0 0F0 0曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)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=0TAB

22、DC飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架ABCD=0=0F也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作：飛機(jī)起落架、夾具起落架、夾具等。等。2aAB134Cbvc例例5:試確定下列機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置在哪里試確定下列機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置在哪里?B123AC5 54 4 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一、解析法一、解析法二、圖解法二、圖解法三、實(shí)驗(yàn)法三、實(shí)驗(yàn)法四、最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法四、最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 常用的設(shè)計(jì)方法有以下幾種：常用的設(shè)計(jì)方法有以下幾種： 所謂平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)就是根據(jù)工作條件和要所謂平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)就是根據(jù)工作條件和要求求,來確定各桿件長度或運(yùn)動(dòng)副相對位置的過程來確定各桿件長度或運(yùn)動(dòng)副相對位置的過程。一

23、、一、 用解析法設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)用解析法設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)下面以下面以鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行說明為例進(jìn)行說明解析法解析法的應(yīng)用。的應(yīng)用。112233設(shè)已知兩連架桿設(shè)已知兩連架桿AB和和CD的三組對應(yīng)轉(zhuǎn)角的三組對應(yīng)轉(zhuǎn)角 ； ；和機(jī)架長度和機(jī)架長度d ，試求其它構(gòu)，試求其它構(gòu)件的長度件的長度a、b和和c 。 求解時(shí)，將各構(gòu)件分別用求解時(shí)，將各構(gòu)件分別用矢量矢量 、 、 和和 表示。表示。abcdsinsinsincoscoscoscbacdbadcba 將上述矢量方程分別將上述矢量方程分別向向x軸和軸和y 軸投影，則得軸投影，則得桿長矢量方程桿長矢量方程其中其中 與本設(shè)計(jì)題目無關(guān)，應(yīng)消去，

24、為此將上式移項(xiàng)與本設(shè)計(jì)題目無關(guān)，應(yīng)消去，為此將上式移項(xiàng)sinsinsincoscoscosacbacdb將上式等號(hào)兩邊平方后相加，經(jīng)整理后得將上式等號(hào)兩邊平方后相加，經(jīng)整理后得)cos(=coscos+ac2cd2ad2bdca2222令 adRcdRacbdcaR32222212則上式（a）可寫為)cos(coscos321RRR（a）（b）（c）將三組對應(yīng)轉(zhuǎn)角分別代入上式（將三組對應(yīng)轉(zhuǎn)角分別代入上式（c），則得三個(gè)線性方程組），則得三個(gè)線性方程組)cos(coscos)cos(coscos)cos(coscos333332122232211113121RRRRRRRRR 聯(lián)立求解此方程組，

25、可求得聯(lián)立求解此方程組，可求得R1、R2和和R3，然后根據(jù)已知機(jī)架長，然后根據(jù)已知機(jī)架長度度d，由式，由式(b)便可求得其余構(gòu)件的尺寸。便可求得其余構(gòu)件的尺寸。1222232acRdcabRdcRda 1)若只給定連架桿的若只給定連架桿的兩組兩組對應(yīng)對應(yīng)轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角,該設(shè)計(jì)問題有該設(shè)計(jì)問題有無窮多個(gè)解無窮多個(gè)解。 2)若給定的兩連架桿的對應(yīng)轉(zhuǎn)若給定的兩連架桿的對應(yīng)轉(zhuǎn)角的組數(shù)角的組數(shù)大于大于3，因此方程式，因此方程式的數(shù)目比機(jī)構(gòu)待定的尺度參數(shù)的數(shù)目比機(jī)構(gòu)待定的尺度參數(shù)多，而使問題成為多，而使問題成為不可解不可解。 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)1)按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)a)若給定連桿

26、兩組位置若給定連桿兩組位置B2C2AD 原理：原理：欲確定各桿長度欲確定各桿長度,關(guān)鍵是確定運(yùn)動(dòng)副關(guān)鍵是確定運(yùn)動(dòng)副A、D的相的相對位置。由幾何學(xué)可知對位置。由幾何學(xué)可知:運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副副(或鉸鏈或鉸鏈)A、D必分別位于必分別位于B、C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡BB，CC連線連線的中垂線上。根據(jù)此原理便的中垂線上。根據(jù)此原理便可確定各桿的長度和運(yùn)動(dòng)副可確定各桿的長度和運(yùn)動(dòng)副A、D的相對位置。的相對位置。結(jié)論結(jié)論:若給定連桿兩組位置，若給定連桿兩組位置，則有無窮多組解。則有無窮多組解。ADB1C1二、用作圖法設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)二、用作圖法設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)CDBABCb)若給定連桿若給定連桿BC的三組位置的三組

27、位置結(jié)論結(jié)論:有唯一解。有唯一解。B2C2B3C3DAB1C12)按兩連架桿三組的對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿三組的對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)13 給整個(gè)機(jī)構(gòu)給整個(gè)機(jī)構(gòu)（包括機(jī)（包括機(jī)架）架）加上一個(gè)加上一個(gè)“-3”,此時(shí)此時(shí)CD桿不動(dòng)桿不動(dòng),可視為機(jī)架可視為機(jī)架；其它各桿均處于相對運(yùn)其它各桿均處于相對運(yùn)動(dòng)，動(dòng)，AB桿可視為連桿桿可視為連桿。由幾何學(xué)可知由幾何學(xué)可知: 運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副C點(diǎn)必位于點(diǎn)必位于B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡B1B2連線的中垂線上。連線的中垂線上。反轉(zhuǎn)法原理反轉(zhuǎn)法原理: 如已知連架桿如已知連架桿AB長度長度a、機(jī)架長度、機(jī)架長度d和兩連架桿三和兩連架桿三組對應(yīng)位置，試確定其它二桿的長度

28、組對應(yīng)位置，試確定其它二桿的長度b、c。關(guān)鍵：關(guān)鍵：欲確定其它二桿的長度欲確定其它二桿的長度,關(guān)關(guān)鍵是確定運(yùn)動(dòng)副鍵是確定運(yùn)動(dòng)副C的相對位置。的相對位置。-3作者：潘存云教授B22B22E21B11E1根據(jù)已知條件根據(jù)已知條件，可確可確定定B點(diǎn)三個(gè)位置點(diǎn)三個(gè)位置Bl、B2 、B3 和E點(diǎn)三個(gè)位置點(diǎn)三個(gè)位置El、E2 、E3 ；連接兩線段連接兩線段B2 E2、DB2，得三角形得三角形B2 E2D；將將B2 E2D繞繞D點(diǎn)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角度（角度（1 1 -2 2 ），得反得反轉(zhuǎn)后的位置轉(zhuǎn)后的位置B2點(diǎn)點(diǎn)；AdDB333E3設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟： 反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法a例例:已知連架桿已知連架桿AB長度長度a、機(jī)

29、架長度、機(jī)架長度d和兩連架桿三組對和兩連架桿三組對應(yīng)位置，應(yīng)位置，(其中其中El、E2 、E3點(diǎn)為點(diǎn)為CD桿上任意選取的一桿上任意選取的一點(diǎn)點(diǎn)E的三個(gè)位置的三個(gè)位置) 。作者：潘存云教授連接兩線段連接兩線段B3 E3、DB3得三角形得三角形B3 E3D；將三角形將三角形B3E3D繞繞D旋轉(zhuǎn)角度（旋轉(zhuǎn)角度（1 1 -3 3 ) ) ，得得反轉(zhuǎn)后的位置反轉(zhuǎn)后的位置B3點(diǎn)點(diǎn)；2B22E21B11E1AdDB333E3B2B3設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟： 作者：潘存云教授2B22E21B11E1AdDB333E3B2B3作作B1 B2 、 B 2 B3 線段的中垂線線段的中垂線，此二條中垂線此二條中垂線的交點(diǎn)

30、便是的交點(diǎn)便是C1 的位置的位置。最后連接。最后連接ABAB1 1C C1 1DEDE1 1便是所要便是所要設(shè)計(jì)的四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的四桿機(jī)構(gòu)。C1B2C2B3C3設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟： 3)按給定的行程速比系數(shù)按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)若已知若已知CD桿的長度桿的長度c、擺角擺角及及K，設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)。B1C1ADC2B2 原理：原理：欲確定其它桿件的長度欲確定其它桿件的長度a、b、d，關(guān)鍵是確關(guān)鍵是確定運(yùn)動(dòng)副定運(yùn)動(dòng)副A、D點(diǎn)的相對位置，尤其是運(yùn)動(dòng)副點(diǎn)的相對位置，尤其是運(yùn)動(dòng)副A點(diǎn)的相點(diǎn)的相對位置。由極位夾角定義可知對位置。由極位夾角定義可知:運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副(或鉸鏈或

31、鉸鏈)A點(diǎn)必點(diǎn)必分別位于分別位于AC1、AC2兩條直線的交點(diǎn)上。或者說若兩條直線的交點(diǎn)上?；蛘哒f若A、C1、C2三點(diǎn)共圓三點(diǎn)共圓,此圓上任意兩條直線此圓上任意兩條直線AC1、AC2的夾的夾角等于極位夾角角等于極位夾角 ，根據(jù)此原理便可確定各桿的長度。，根據(jù)此原理便可確定各桿的長度。作者：潘存云教授 (1) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)計(jì)算計(jì)算180(K-1)/(K+1);已知：已知：CD桿長度桿長度c，擺角，擺角及及K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。步驟如下：步驟如下：任取一點(diǎn)任取一點(diǎn)D D，作等腰三角形，作等腰三角形, , 其腰長為其腰長為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(diǎn)必在此圓上。點(diǎn)必在此圓上。 C2C1P=90, ,交于交于P;P; 90-PDAC1C2選定選定A A點(diǎn)