第3章平面連桿機構(gòu)

1、1動畫第3章 平面連桿機構(gòu)(planar linkage mechanism)機械設(shè)計基礎(chǔ) 2第 3 章 平 面 連連 桿桿 機 構(gòu)- - 低 副 連接組成的平面機構(gòu)。優(yōu)點：低副低副 壓強小，易潤滑，耐磨損； 加工簡單，易獲得較高制造精度。缺點：低副低副存在間隙，數(shù)目較多時 會引起運動累計誤差； 設(shè)計復雜，不易精確 實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律。 3平面連桿機構(gòu) 平面四桿機構(gòu) 平面鉸鏈四桿機構(gòu) (四個構(gòu)件)(轉(zhuǎn)動副)43-1 平面連桿機構(gòu)的類型、應用和演化機機 架架：固定構(gòu)件曲柄搖桿機構(gòu)連連 架架 桿桿：-與機架相連的桿件 曲柄：整周轉(zhuǎn)動 搖桿：不能整周轉(zhuǎn)動連連 桿桿： 不與機架直接相連的桿件曲柄搖桿機

2、構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)一 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式6一般情況下， 曲柄為原動件，作勻速轉(zhuǎn)動； 搖桿為從動件，作變速往復擺動。應用 A、牛頭刨床橫向自動進給機構(gòu) B、雷達調(diào)整機構(gòu) 動畫 C、縫紉機踏板機構(gòu) 動畫 D、攪拌機構(gòu) 動畫 E、拉片機構(gòu) 動畫 F、傳送機構(gòu)（一）、曲 柄 搖 桿 機 構(gòu)一 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式曲 柄 搖 桿 機 構(gòu) 動畫7衛(wèi)衛(wèi) 星星 接接 收收 裝置裝置動畫動畫曲柄搖桿機構(gòu)應用實例8牛頭刨床橫向自動進給機構(gòu)9縫紉機踏板機構(gòu) 動畫10攪 拌 機 構(gòu)連桿曲線雨刷曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙搖桿

3、機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)13（二）、雙 曲 柄 機 構(gòu)兩個連架桿均為曲柄慣性篩14 平行四邊形機構(gòu) 動畫（二）、雙 曲 柄 機 構(gòu)裝載機裝載機構(gòu)（二）、雙 曲 柄 機 構(gòu)平行四邊形機構(gòu) 16注意：平行四邊形機構(gòu)運動不確定性17注意：平行四邊形機構(gòu)運動不確定性機車車輪聯(lián)動機構(gòu)動畫動畫18 反平行四邊形機構(gòu) 動畫 公共汽車車門啟閉機構(gòu) 動畫19（三）、雙 搖 桿 機 構(gòu)兩個連架桿均為搖桿。應用1、飛機起落架機構(gòu)2、汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)3、鶴式起重機4、造型機翻轉(zhuǎn)機構(gòu)動畫20（三）、雙搖桿機構(gòu)飛機起落架機構(gòu) 21（三）、雙搖桿機構(gòu)動 畫n汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 平面連桿機構(gòu)平面連桿

4、機構(gòu)特殊機構(gòu)特殊機構(gòu) 等腰梯形機構(gòu)等腰梯形機構(gòu) 實例實例: : 汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)24是否有 整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副 取決于 各桿的相對長度各桿的相對長度A為整轉(zhuǎn)副的條件：占據(jù)與與ADAD桿共線桿共線的兩個位置AB和AB二平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件25 BCDa+db+c （1） BCD b （d a） +c 即 a+ b d+c（2）c （d a） + b即 a+ c d+ b（3）廣 義 曲 柄 存 在 的 條 件a aba aca adbbccAB桿為最短桿26廣 義 曲 柄 存 在 的 條 件A為整轉(zhuǎn)副的條件：1、桿長條件：最短桿和最長桿的長度和應小于或等于其他兩桿的長度和。2、組

5、成該整轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為四桿中的最短桿。, 則沒有整轉(zhuǎn)副，得則沒有整轉(zhuǎn)副，得 雙搖桿雙搖桿機構(gòu)機構(gòu) - - Grashoff 定理定理27曲柄是連架桿，整轉(zhuǎn)副處于機架上整轉(zhuǎn)副處于機架上才能形成曲柄。曲 柄 存 在 的 條 件取不同構(gòu)件為機架：1、取最短桿為機架時，機架上有兩個整轉(zhuǎn)副，得到雙曲柄機構(gòu)；282、取最短桿的鄰邊為機架時，機架上只有一個整轉(zhuǎn)副，得到曲柄搖桿機構(gòu)；曲 柄 存 在 的 條 件293、取最短桿的對邊為機架時，機架上沒有整轉(zhuǎn)副，得到雙搖桿機構(gòu)。4、若不滿足桿長條件，只能得到。曲 柄 存 在 的 條 件低副運動可逆性-以低副相連接的兩構(gòu)件間的相對運動關(guān)系，不因機架的不同而改變

6、。 實例實例試確定該機構(gòu)分別以AD、AB、CD、BC各桿為機架時，各屬何機構(gòu)？ 解：a+bc+d滿足曲柄存在充要條件1，因而可能有曲柄存在。 當以最短桿AB為機架時，連架桿BC和AD均滿足條件2，故為雙曲柄機構(gòu)。 以AD為機架時，曲柄搖桿機構(gòu)。 以CD為機架時，雙搖桿機構(gòu)。 以BC為機架時，曲柄搖桿機構(gòu)。 a=30b=50c=40d=45ABCD31三 鉸 鏈 四 桿 機 構(gòu) 的 演 化演化途徑： 變更機架變更機架 用移動副代替轉(zhuǎn)動副用移動副代替轉(zhuǎn)動副 變更桿件長度 擴大轉(zhuǎn)動副機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)1B2C34AD曲線導軌曲柄滑塊機構(gòu)曲線導軌曲柄滑塊機構(gòu)lCD e

7、01B24AC3偏置式曲柄滑塊機構(gòu)偏置式曲柄滑塊機構(gòu)對心式曲柄滑塊機構(gòu)對心式曲柄滑塊機構(gòu)1B24AC3e3D1B2C4A對對CD桿等效轉(zhuǎn)化桿等效轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)動副變成移動副轉(zhuǎn)動副變成移動副1、曲 柄 滑 塊 機 構(gòu)一）、變更桿件長度，用移動副代替轉(zhuǎn)動副1 1 曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu) 動畫動畫(Slider-crank Mechanism)(Slider-crank Mechanism) AB1234eC偏置偏置曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)BA1234C對心對心曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)BA1234C對心曲柄滑塊機構(gòu)對心曲柄滑塊機構(gòu)2、用兩個移動副代替轉(zhuǎn)動副A、正 切 機 構(gòu)兩移動副不相鄰BB、正正 弦弦

8、機機 構(gòu)構(gòu) 兩移動副相鄰B動畫動畫2、用兩個移動副代替轉(zhuǎn)動副37二）、曲柄滑塊機構(gòu) 動畫例 牛頭刨床定塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)導桿機構(gòu)38例子導桿機構(gòu)定塊機構(gòu)動畫搖塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)例 子機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計基礎(chǔ) 平面連桿機構(gòu)平面連桿機構(gòu)擴大回轉(zhuǎn)副擴大回轉(zhuǎn)副 曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)(擴大回轉(zhuǎn)副擴大回轉(zhuǎn)副) 偏心輪機構(gòu)偏心輪機構(gòu)偏心輪機構(gòu)偏心輪機構(gòu) 曲柄搖桿機構(gòu)中，將曲柄上的曲柄搖桿機構(gòu)中，將曲柄上的轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副B B的半徑擴大至超過曲柄的半徑擴大至超過曲柄的長度，曲柄變成一個幾何中的長度，曲柄變成一個幾何中心與回轉(zhuǎn)中心不重合的圓盤，心與回轉(zhuǎn)中心不重合的圓盤，稱為偏心輪。稱為偏心輪。 提高偏心軸的強度和提高

9、偏心軸的強度和剛度、簡化結(jié)構(gòu)剛度、簡化結(jié)構(gòu)三）三） 改變改變 運動副的尺寸運動副的尺寸偏偏 心心 輪輪破碎機破碎機 動畫動畫三）三） 改變改變 運動副的尺寸運動副的尺寸3-2 平 面 四 桿 機 構(gòu) 的 基 本 特 性一 急回運動和行程速比系數(shù)（以曲柄搖桿機構(gòu)為例）（以曲柄搖桿機構(gòu)為例）從動桿從動桿往復運動的平均速度不等的現(xiàn)象稱為機構(gòu)的 急回特性急回特性.ABCD 極位夾角極位夾角0 0對應從動桿的兩個極限位置, 主動件兩相應位置所夾銳角銳角.ABCDabcd C2B2 1 2 B1C1 工作行程工作行程（慢）（慢）回程（快）回程（快）行程速比系數(shù)行程速比系數(shù)=V回V工K=V快V慢C1C2 /

10、 t工C2C1 / t回=t工t回=（ K 1 ） = 180 K - 1K + 1= 180 + 1180 - 1= 180 + 180 - K = 180 + 180 - ABCDabcd C2B2 1 2 B1C1 如果 改變曲柄的轉(zhuǎn)向，急回特性 ？（以曲柄搖桿機構(gòu)為例）（以曲柄搖桿機構(gòu)為例）ABCDabcd C2B2 B1C1 （快）（快）（慢）（慢）46偏置曲柄滑塊機構(gòu)急急 回回 運運 動動21180180vKv47對心曲柄滑塊機構(gòu)急急 回回 運運 動動21180180vKv180180曲柄滑塊機構(gòu)的極位夾角180180擺動導桿機構(gòu)的極位夾角擺動導桿機構(gòu) 慢行程快行程慢行程快行程思考

11、對心式曲柄滑塊機構(gòu)的極位夾角二、壓 力 角 和 傳 動 角49有用分量 F=Fcos F有害分量 F=FsinF壓力角：從動件受力方向與受力點絕對速度之間的銳角二力桿傳動角傳動角 壓力角的余角.(連桿軸線與從動桿軸線所夾銳角) 40 壓力角壓力角 FV 傳動角傳動角 dd d 1800 dvFd 鈍角d 銳角52 40 曲柄搖桿機構(gòu) 出現(xiàn)在 曲柄與機架共線的位置 壓力角壓力角 傳動角傳動角 vFvF 54例題：確定曲柄滑塊機構(gòu)的壓力角、傳動角例題：確定曲柄滑塊機構(gòu)的壓力角、傳動角最小傳動角最小傳動角min二 壓力角和傳動角vF55ADBCVB =0F 曲柄搖桿機構(gòu)中，以搖桿為主動件，當連桿與從

12、動連桿與從動曲柄共線曲柄共線時，由于連桿加給曲柄的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心A，出現(xiàn)頂死現(xiàn)象，機構(gòu)此位置就稱為死點。 三 什么是死點？三 死 點死點 與 機構(gòu)的極限位置 有何關(guān)系 ？相同：是機構(gòu)的同一位置不同：原動件不同 死點：曲柄為從動件 極限位置：曲柄為原動件不管在主動件上作用多大的驅(qū)動力，都不能在從動件上產(chǎn)生有效分力的機構(gòu)位置，稱為機構(gòu)的死點位置。死點分析死點分析（1 1）曲柄為主動件時，機構(gòu)無死點位置；）曲柄為主動件時，機構(gòu)無死點位置；（2 2）滑塊為主動件時，機構(gòu)有兩個死點）滑塊為主動件時，機構(gòu)有兩個死點位置（圖中虛線位置）位置（圖中虛線位置） 曲柄或?qū)U為為主動件時，機構(gòu)曲柄或?qū)U為為主

13、動件時，機構(gòu)均無死點位置；均無死點位置；（1 1）曲柄為主動件時，機構(gòu)無死點位置；）曲柄為主動件時，機構(gòu)無死點位置；（2 2）導桿為主動件時，機構(gòu)有兩個死點）導桿為主動件時，機構(gòu)有兩個死點位置（圖中虛線位置）位置（圖中虛線位置）偏置偏置曲柄曲柄滑塊滑塊機構(gòu)機構(gòu)擺動擺動導桿導桿機構(gòu)機構(gòu)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動導桿導桿機構(gòu)機構(gòu)59解決辦法：從動件施加外力從動件施加外力借助慣性力借助慣性力多套機構(gòu)交錯排列多套機構(gòu)交錯排列縫紉機如如 何何 克克 服服 死死 點點動畫死點的死點的2方面方面死死 點點 有害有害60機車聯(lián)動機構(gòu)從動件施加外力借助慣性力多套機構(gòu)交錯排多套機構(gòu)交錯排列列如如 何何 克克 服服 死死 點點61利

14、 用 死 點動畫死點的死點的2方面方面實例實例v飛機起落架機構(gòu)飛機起落架機構(gòu)=00 利 用 死 點 633-3 平 面 四 桿 機 構(gòu) 的 設(shè) 計根據(jù)給定的運動條件，確定機構(gòu)運動簡圖的尺寸參數(shù)1、按照給定 從動件的運動規(guī)律從動件的運動規(guī)律（位置、速度、加速度）設(shè)計四桿機構(gòu)。2、按照 給定點的運動軌跡 設(shè)計四桿機構(gòu)。圖解法 -直觀解析法 -精確實驗法 -簡便。一、圖圖 解解 法法 設(shè)計四桿機構(gòu)設(shè)計四桿機構(gòu) （二）、按 給定連桿位置給定連桿位置 設(shè)計四桿機構(gòu)（三）（三） 、實現(xiàn)連架桿預定對應位置、實現(xiàn)連架桿預定對應位置（一） 、按照 給定的行程速度變化系數(shù)給定的行程速度變化系數(shù)B2C21） 給定

15、K、LCDABCDO2 180K-1K+1 分析.900 - B1ADC1一、圖圖 解解 法法（一） 、按照 給定的行程速度變化系數(shù)給定的行程速度變化系數(shù) 設(shè)計四桿機構(gòu)C2DC1900 - 2OAEBCAC1=BC- -ABAC2=BC+ +ABAB = AC2-AC12BC = AC2+AC12曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu) ABCDABCD 為所求為所求. . 設(shè)計.以 mL =作圖.LAB= mLAB = 、 LBC= mLBC = . 1800 =K-1K+1實現(xiàn)剛體給定位置的設(shè)計實現(xiàn)剛體給定位置的設(shè)計如實現(xiàn)預定的連桿位置要求如實現(xiàn)預定的連桿位置要求機構(gòu)能引導剛體（一般為連桿）通過一系列給定

16、位置機構(gòu)能引導剛體（一般為連桿）通過一系列給定位置例：例：飛機起落架機構(gòu)飛機起落架機構(gòu): :v要求實現(xiàn)機輪放下要求實現(xiàn)機輪放下和收起兩個位置和收起兩個位置（二）、按 給定連桿位置給定連桿位置 設(shè)計四桿機構(gòu)鑄造翻砂機構(gòu)鑄造翻砂機構(gòu): :v要求實現(xiàn)兩個翻轉(zhuǎn)位置要求實現(xiàn)兩個翻轉(zhuǎn)位置68已知：連桿三個位置B1C1，B2C2 ，B3C3（二）、按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)實現(xiàn)連桿給定的三個位置實現(xiàn)連桿給定的三個位置B1C1B2C2B3C3AD四桿機構(gòu)四桿機構(gòu) ABAB1 1C C1 1D D 為所求為所求. .唯一解唯一解 D 設(shè)計一四桿機構(gòu)設(shè)計一四桿機構(gòu), ,實現(xiàn)連桿的實現(xiàn)連桿的2 2個給定位置個給定位

17、置 已知活動鉸點已知活動鉸點B B、C C中心位置，求固定鉸鏈中心位置，求固定鉸鏈A A、D D中心位置。中心位置。B1C1B2C2四桿機構(gòu)四桿機構(gòu) ABAB1 1C C1 1D D 為所求為所求. .無窮解無窮解A （三）（三） 實現(xiàn)實現(xiàn) 連架桿連架桿 預定對應位置預定對應位置AB D1234B1f10B2f12E112E2EAD1 1） 用用求相對位置、求相對位置、 相對運動軌跡相對運動軌跡 。B2C2 f fAB1C1DB2AC2B1B2f10f1212AD10E1E2B2 試設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu)試設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu), , 實現(xiàn)連架桿實現(xiàn)連架桿兩兩對對應位置對對應位置. .12 C1例例. . 已知已知: LAB、LAD、f f10、f f12、 10、 12 . ABCD1234鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu) ABAB1 1C C1 1D D 為所求為所求. .以 mL =作圖作圖. .LBC= mLB1C1 = 、 LCD= mLC1D = . 已知點已知點( (B)B)繞未知點繞未知點( (C)C)的轉(zhuǎn)動中心的轉(zhuǎn)動中心( (D)D)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn). .B1B2f10f1212AD10E1E2E313f13B312B2 13B3C1設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu)設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu), ,實現(xiàn)實現(xiàn) 連架桿連架桿 三三