第2章 平面連桿機(jī)構(gòu).

1、1第二章第二章 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)n【能力目標(biāo)】n【案例導(dǎo)入】n【知識要點(diǎn)】n2.1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)n2.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式與應(yīng)用n2.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本型式的判別n2.4曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性分析n2.5平面四桿機(jī)構(gòu)的演化n2.6平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)n【能力訓(xùn)練】n第1章小結(jié)2【能力目標(biāo)能力目標(biāo)】 n1. 掌握平面連桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用；n2. 掌握曲柄存在的條件及曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性；n3. 了解平面連桿機(jī)構(gòu)的演化n4. 會用作圖法設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)n （1） 按給定行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) n （2） 按給定連桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 返回目錄3【案例導(dǎo)入案例導(dǎo)入】 返回目錄圖

2、圖2-1腳踏砂輪機(jī)構(gòu)及機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖腳踏砂輪機(jī)構(gòu)及機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖圖圖2-2-鶴式起重機(jī)起吊機(jī)構(gòu)及機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖鶴式起重機(jī)起吊機(jī)構(gòu)及機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖由若干構(gòu)件用低副連接起來的平面機(jī)構(gòu)，稱為由若干構(gòu)件用低副連接起來的平面機(jī)構(gòu)，稱為平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu). 42.1平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 平面連桿機(jī)構(gòu)具有什么特點(diǎn)呢？平面連桿機(jī)構(gòu)具有什么特點(diǎn)呢？返回目錄2）轉(zhuǎn)動副和移動副的接觸表面是圓柱面或平面，便）轉(zhuǎn)動副和移動副的接觸表面是圓柱面或平面，便于制造于制造；3）低副中存在間隙，低副數(shù)目較多時(shí)會使得從動件）低副中存在間隙，低副數(shù)目較多時(shí)會使得從動件的運(yùn)動累積誤差較大；的運(yùn)動累積誤差較大；4）平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜

3、，不易精確地實(shí)現(xiàn)）平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，不易精確地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律。復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律。5）不適用于動載荷較大高速運(yùn)轉(zhuǎn)的場合。）不適用于動載荷較大高速運(yùn)轉(zhuǎn)的場合。1）構(gòu)件間的低副連接是面接觸，接觸面上壓強(qiáng)小，易潤滑，）構(gòu)件間的低副連接是面接觸，接觸面上壓強(qiáng)小，易潤滑，因此磨損較小，可以承受較大載荷；因此磨損較小，可以承受較大載荷；52.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式與應(yīng)用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式與應(yīng)用 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)四個(gè)構(gòu)件由轉(zhuǎn)動副連接起來的平面四桿機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)動副連接起來的平面四桿機(jī)構(gòu)。平面四桿機(jī)構(gòu)是最基本的連桿機(jī)構(gòu)，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)又是平平面四桿機(jī)構(gòu)是最基本的連桿機(jī)構(gòu)，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)又是平面四桿機(jī)構(gòu)的最

4、基本、最簡單的形式，其他平面四桿機(jī)構(gòu)面四桿機(jī)構(gòu)的最基本、最簡單的形式，其他平面四桿機(jī)構(gòu)都可以看作由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而來。都可以看作由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而來。返回目錄平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 根據(jù)連架桿運(yùn)動形式的不同，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可分為：1. 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(crank-rocker mechanism)2. 雙曲柄機(jī)構(gòu)(double crank mechanism)3. 雙搖桿機(jī)構(gòu)(double rocker mechanism) 平行四邊形機(jī)構(gòu) 6平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)連架桿連架桿機(jī)架機(jī)架連架桿連架桿連桿連

5、桿ABD 能繞其軸線轉(zhuǎn)能繞其軸線轉(zhuǎn)360的的連架桿連架桿。僅能繞其軸線作往復(fù)擺動的僅能繞其軸線作往復(fù)擺動的連架桿。連架桿。 曲柄曲柄搖桿搖桿連架桿連架桿返回目錄7返回目錄在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿中一個(gè)為曲柄，在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿中一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿，則此四桿機(jī)構(gòu)稱為另一個(gè)為搖桿，則此四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。機(jī)。機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為原動件，搖桿為從動件時(shí)，可將曲柄構(gòu)中，當(dāng)曲柄為原動件，搖桿為從動件時(shí)，可將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)變成搖桿的往復(fù)擺動。的連續(xù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)變成搖桿的往復(fù)擺動。1. 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖圖2-5 雷達(dá)天線俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)雷達(dá)天線俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu) 圖

6、圖2-6 縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)腳踏板機(jī)構(gòu) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)82. 雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿都是曲柄，則稱在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿都是曲柄，則稱為為雙曲柄機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)。圖圖2-7 慣性篩機(jī)構(gòu)慣性篩機(jī)構(gòu)E圖圖2-8 平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)圖圖2-9 消除運(yùn)動不確定的方法消除運(yùn)動不確定的方法返回目錄雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)92. 雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)n在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，用的較多的是平行雙曲柄機(jī)構(gòu)，又稱為平行四邊形機(jī)構(gòu)。n平行四邊機(jī)構(gòu)平行四邊機(jī)構(gòu)： 這種機(jī)構(gòu)對邊桿長度（即轉(zhuǎn)動副之間的距離）相等，組成平行四邊形。當(dāng)桿AB等角速轉(zhuǎn)

7、動時(shí)，桿CD也以相同角速度同向轉(zhuǎn)動，連桿BC則做平動。這種這種機(jī)構(gòu)可以保持等傳動比。機(jī)構(gòu)可以保持等傳動比。n平行四邊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不確定性平行四邊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動不確定性： 當(dāng)平行四邊機(jī)構(gòu)的四個(gè)鉸鏈中心處以同一直線上時(shí)，將出現(xiàn)運(yùn)動不確定狀態(tài)：此時(shí)機(jī)構(gòu)有可能正常運(yùn)動下去，有可能反轉(zhuǎn)，還有可能卡死不動。n消除運(yùn)動不確定性消除運(yùn)動不確定性： 消除這種運(yùn)動不確定性，可以在主、從曲柄上錯(cuò)開一定角度再安裝一組平行四邊形。如圖2-9所示，當(dāng)上面一組平行四邊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)到ABCD共線位置時(shí)，下面一組平行四邊機(jī)構(gòu)AB1C1D卻處于正常位置，故機(jī)構(gòu)仍然保持確定運(yùn)動。102. 雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿都

8、是曲柄，則稱在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿都是曲柄，則稱為為雙曲柄機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)。圖圖2-7 慣性篩機(jī)構(gòu)慣性篩機(jī)構(gòu)E圖圖2-8 平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)圖圖2-9 消除運(yùn)動不確定的方法消除運(yùn)動不確定的方法返回目錄雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)113. 雙雙搖機(jī)構(gòu)搖機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩連架桿都是搖桿，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩連架桿都是搖桿，則稱為則稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)。 圖圖2-2 鶴式起重機(jī)起吊機(jī)構(gòu)鶴式起重機(jī)起吊機(jī)構(gòu) 及機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖及機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖圖圖2-10 車輛的前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)車輛的前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)返回目錄123. 雙雙搖機(jī)構(gòu)搖機(jī)構(gòu)n等腰梯形機(jī)構(gòu)等腰梯形機(jī)

9、構(gòu)： 兩搖桿長度相等的雙搖桿機(jī)構(gòu)稱為等腰梯形機(jī)構(gòu)。n車輛的前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)即是等腰梯形機(jī)構(gòu)。13 2.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本型式的判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本型式的判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)都是四個(gè)構(gòu)件用轉(zhuǎn)動副連接起來，但有不同的型式來實(shí)現(xiàn)不同的功能。他們與構(gòu)件尺寸有何關(guān)系？現(xiàn)在讓我們來分析曲柄存在的條件。返回目錄1. 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)只存在一個(gè)曲柄的條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)只存在一個(gè)曲柄的條件（1）其中一個(gè)連架桿最短；）其中一個(gè)連架桿最短；（2）最短桿和最長桿之和大于或等于另兩桿之和。）最短桿和最長桿之和大于或等于另兩桿之和。 利用三角形任意兩邊之和大于（極限情況等于）第三邊，可利用三角形任意兩邊之和大于（極限情況等

10、于）第三邊，可以證明鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)只存在一個(gè)曲柄的條件。以證明鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)只存在一個(gè)曲柄的條件。14返回目錄證明證明： n設(shè)AD=L1,AB=L2,BC =L3 ,CD=L4,若連架桿L2為曲柄，且作整圓周運(yùn)動,則它應(yīng)順利通過與機(jī)架AD共線的兩個(gè)位置AB1和AB2 ，機(jī)構(gòu)在這兩個(gè)位置分別構(gòu)成B1C1D和B2C2D。利用三角形任意兩邊之和大于（極限情況等于）第三邊的性質(zhì)有以下證明。 圖圖2-112-11 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在B1C1D中: L3(L1 L2)+ L4 L4(L1 L2)+L3即: L2 + L3 L1+ L4 L2 + L4 L1 + L3 在B2C2D中: L1 +L2 L

11、3 + L4 + 得 L2 L1 + 得 L2 L4 + 得 L2 L3 所以在L1、L2、L3和L4四個(gè)構(gòu)件中曲柄L2最短。由式可知：最短桿+任一桿長其余兩桿之和，所以最短桿+ 最長桿 另兩桿之和。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,存在一個(gè)曲柄的條件為：（1）曲柄最短;（2）最短桿與最長桿之和小于或等于其余兩桿之和.152鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本型式的判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本型式的判別返回目錄當(dāng)最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其它兩桿長度之和當(dāng)最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其它兩桿長度之和(即滿足桿長條即滿足桿長條件件) 時(shí)時(shí): 最短桿為連架桿最短桿為連架桿-曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(slider-cr

12、ank mechanism) 最短桿為機(jī)架最短桿為機(jī)架 -雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)(double crank mechanism) 最短桿為連桿最短桿為連桿-雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)(double rocker mechanism) 當(dāng)當(dāng) 最短桿與最長桿的長度之和大于其它兩桿長度之和最短桿與最長桿的長度之和大于其它兩桿長度之和-雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)(double rocker mechanism)162.4曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性分析曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性分析曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD，原動曲柄轉(zhuǎn)，原動曲柄轉(zhuǎn)動一周過程中，有兩次與連桿共線，動一周過程中，有兩次與連桿共線，即重疊共線和拉直共線，搖桿

13、兩個(gè)即重疊共線和拉直共線，搖桿兩個(gè)極限位置分別為極限位置分別為C1D和和C2D。 返回目錄圖2-13 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性1.急回特性急回特性 曲柄曲柄AB以等角速度以等角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)過順時(shí)針轉(zhuǎn)過1角由位置角由位置AB1轉(zhuǎn)到位置轉(zhuǎn)到位置AB2，搖桿從，搖桿從C1D擺到擺到C2D,擺角為擺角為，所需時(shí)間為，所需時(shí)間為t1，C點(diǎn)平均速度為點(diǎn)平均速度為V1。當(dāng)曲柄繼續(xù)。當(dāng)曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)過角轉(zhuǎn)過角2 ，搖桿從，搖桿從C2D返回到返回到C1D, 所需時(shí)間為所需時(shí)間為t2，C點(diǎn)平均速度為點(diǎn)平均速度為V2。 因?yàn)橐驗(yàn)?2 ，t1t2，所以，所以v190BCD90時(shí)，時(shí)， 180180- BCD- BCD切向分

14、力切向分力: : F= FcosF= Fcos法向分力法向分力: : F”= FcosF”= Fcos FF 對傳動有利對傳動有利。=Fsin=Fsin稱稱為為傳動角傳動角。此位置一定是：主動件與機(jī)架共線兩處之一。此位置一定是：主動件與機(jī)架共線兩處之一。CDBAF可用可用的大小來表示機(jī)構(gòu)傳動力性能的好壞的大小來表示機(jī)構(gòu)傳動力性能的好壞, ,F”F當(dāng)當(dāng)BCDBCD最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)minmin為了保證機(jī)構(gòu)良好的傳力性能在連桿設(shè)計(jì)中，為了度量方便，習(xí)慣用壓力角的余角來判斷傳力性能，稱為傳動角傳動角。 返回目錄213止點(diǎn)位置止點(diǎn)位置v 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD中，搖桿C

15、D為主動件。當(dāng)機(jī)構(gòu)處于連桿與從動曲柄共線的兩個(gè)位當(dāng)機(jī)構(gòu)處于連桿與從動曲柄共線的兩個(gè)位置時(shí)置時(shí)，出現(xiàn)了傳動角=0，壓力角=90的情況。主動件CD通過連桿作用于從動件AB的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，不能使AB桿轉(zhuǎn)動，機(jī)構(gòu)此位置稱為死點(diǎn)死點(diǎn)(dead point)，也稱之為止點(diǎn)位置止點(diǎn)位置。 返回目錄圖2-15 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的止點(diǎn)位置v止點(diǎn)位置會使機(jī)構(gòu)的從動件出現(xiàn)卡死或運(yùn)動不確定現(xiàn)象。為了消除死點(diǎn)位置的不良影響，可以對從動曲柄施加外力，或利用飛輪及構(gòu)件自身的慣性作用，使機(jī)構(gòu)通過止點(diǎn)位置。22利用止點(diǎn)的實(shí)例利用止點(diǎn)的實(shí)例 工程實(shí)踐中，常利用死點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)特定的工作要求。 飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu) 在機(jī)輪放

16、下時(shí)，連桿BC桿與從動桿CD桿成一直線，機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，使降落更加安全可靠。 返回目錄232.5平面四桿機(jī)構(gòu)的演化平面四桿機(jī)構(gòu)的演化n鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可通過擴(kuò)大轉(zhuǎn)動副、變更構(gòu)件長度和變更機(jī)架等途徑演化出其他平面連桿機(jī)構(gòu)。242.5平面四桿機(jī)構(gòu)的演化平面四桿機(jī)構(gòu)的演化返回目錄1、改變構(gòu)件的形狀和尺寸、改變構(gòu)件的形狀和尺寸a）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)）曲柄搖桿機(jī)構(gòu) b）桿）桿3增至無限長增至無限長 c）對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) d）偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖圖2-16 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演變成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演變成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

17、252取不同構(gòu)件為機(jī)架取不同構(gòu)件為機(jī)架返回目錄a）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)）曲柄滑塊機(jī)構(gòu) b）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)c）搖塊機(jī)構(gòu)）搖塊機(jī)構(gòu) d）定塊機(jī)構(gòu)）定塊機(jī)構(gòu)圖圖2-17曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)26（1）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)取桿1為固定構(gòu)件，得到導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。桿4在機(jī)構(gòu)中與機(jī)架以轉(zhuǎn)動副連接，與滑塊以移動副相連接，該構(gòu)件稱為導(dǎo)桿。 返回目錄27轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄曲柄1和導(dǎo)桿導(dǎo)桿3都能作360周轉(zhuǎn)運(yùn)動，主動曲柄作等速轉(zhuǎn)動，從動導(dǎo)桿作變速轉(zhuǎn)動，l1l4。 轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)返回目錄28擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 曲柄曲柄1作360周轉(zhuǎn)運(yùn)動，擺動導(dǎo)桿擺動導(dǎo)桿3作往復(fù)擺動，l1l4，

18、且有較大的急回運(yùn)動特性。 擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)返回目錄29（2）搖塊機(jī)構(gòu)）搖塊機(jī)構(gòu)圖2-17c中，取桿2為固定構(gòu)件，可得搖塊機(jī)構(gòu)。 搖塊機(jī)構(gòu)搖塊機(jī)構(gòu)圖圖2-18汽車自動卸料機(jī)構(gòu)汽車自動卸料機(jī)構(gòu)返回目錄30（3）定塊機(jī)構(gòu)）定塊機(jī)構(gòu)n圖2-17d中，若取構(gòu)件3為固定件，得到固定滑塊機(jī)構(gòu)或稱定塊機(jī)構(gòu)。 圖圖2-19 手壓抽水機(jī)手壓抽水機(jī)定塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu)返回目錄313.擴(kuò)大轉(zhuǎn)動副擴(kuò)大轉(zhuǎn)動副偏心輪偏心輪是回轉(zhuǎn)副B擴(kuò)大到包括回轉(zhuǎn)副A而形成的，偏心距e是曲柄的長度。當(dāng)曲柄長度很小時(shí)，通常把曲柄設(shè)計(jì)為偏心輪，這樣可以避免曲柄因長度過小，強(qiáng)度和剛度不足的問題。返回目錄a） b)圖圖2-20 偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)322.

19、6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)n設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的方法設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的方法有解析法、幾何法和實(shí)驗(yàn)法。n解析法解析法計(jì)算量大，精度高，適合于計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)；n圖解法圖解法直觀性強(qiáng)，簡單易行，但設(shè)計(jì)精度低，可以滿足一般機(jī)械的設(shè)計(jì)要求；n實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)法一般用于運(yùn)動要求比較復(fù)雜的四桿機(jī)構(gòu)。 這里主要介紹圖解法。332.6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)n四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以歸納為兩類： 位置設(shè)計(jì)問題位置設(shè)計(jì)問題按照給定從動件的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。 軌跡設(shè)計(jì)問題軌跡設(shè)計(jì)問題按照從動件的運(yùn)動軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。n四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容： 按照從動件的運(yùn)動形式選擇合理的機(jī)構(gòu)類型選擇合理的機(jī)構(gòu)類

20、型。 根據(jù)給定的運(yùn)動參數(shù)或其他條件（如最小傳動角、幾何條件等）確定機(jī)構(gòu)確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖的尺寸參數(shù)尺寸參數(shù)。34按給定行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)適用于具有急回特性的四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 。具有急回特性的四桿機(jī)構(gòu)有曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。2.6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)返回目錄352.6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) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)n已知條件：搖桿長度l3，擺角和行程速度變化系數(shù)K。返回目錄 設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是確定鉸鏈中心A點(diǎn)的位置，定出其他三桿的尺寸曲柄l1、連桿l2和機(jī)架l4。 11801kk312llC DC D圖2-21曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1）選作圖比例為u

21、l； 2）由給定的行程速度變化系數(shù)K，求出極位夾角3）如圖2-21所示，任選固定鉸鏈中心 D的位置，由搖桿長度l3和擺角，作出搖桿兩個(gè)極限位置C1D和C2D， 解解l36n4）連接C1和C2，并作 C1M C1C2。n 5）作C1C2N=90，C2N與C1M相交于P點(diǎn)，由圖可見，C1PC2=。n 6）作PC1C2的外接圓，在此圓周（C1C2和EF除外）上任取一點(diǎn)A作為曲柄的固定鉸鏈中心。連AC1和AC2，因同一圓弧的圓周角相等，故C1AC2=C1PC2=。n7）因極限位置處曲柄與連桿共線，故，從而得圖中曲柄長度，則曲柄實(shí)際長度。再以A為圓心和AB為半徑作圓，分別交C1A的延線于B1，交C2A于

22、B2，即得連桿實(shí)際長度；機(jī)架實(shí)際長度。 注意：1122,AB BCB CAD其中 分別是曲柄、連桿和機(jī)架在圖中的長度，因此可在圖中直接量出。 返回目錄372.6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) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)n由于A點(diǎn)是外接圓上任選的點(diǎn)，所以僅按行程速度變化系數(shù)K設(shè)計(jì)，可得無窮多的解。nA點(diǎn)位置不同，機(jī)構(gòu)傳動角的大小也不同。如欲獲得良好的傳動質(zhì)量，可按照最小傳動角最優(yōu)或其他輔助條件來確定A點(diǎn)的位置。38給定連桿的兩個(gè)位置給定連桿的兩個(gè)位置B1C1和和B2C2設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)圖解過程如下圖解過程如下:1）選定長度比例尺，繪出連桿的兩個(gè)位置）選定長度比例尺，繪出連桿的兩個(gè)位置B1C1

23、、B2C2。2）連接）連接B1B2、 C1C2，分別作線段，分別作線段B1B2和和C1C2的垂直平分線的垂直平分線B12和和C12，分別在，分別在B12和和C12上任意取上任意取A、D兩點(diǎn)，兩點(diǎn)，A、D兩點(diǎn)即是兩個(gè)連兩點(diǎn)即是兩個(gè)連架桿的固定鉸鏈中心。連接架桿的固定鉸鏈中心。連接AB1、C1D即為所求即為所求的四桿機(jī)構(gòu)。的四桿機(jī)構(gòu)。（1）按給定連桿的兩位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)）按給定連桿的兩位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)圖2-24 按給定連桿的兩位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)由于由于A、D點(diǎn)可任意選取，所以有無窮解。在實(shí)際設(shè)計(jì)中可根據(jù)其他輔助條件，點(diǎn)可任意選取，所以有無窮解。在實(shí)際設(shè)計(jì)中可根據(jù)其他輔助條件，例如限制最小傳動角或者例

24、如限制最小傳動角或者A、D的安裝位置來確定鉸鏈的安裝位置來確定鉸鏈A、D的安裝位置。的安裝位置。注意：注意：返回目錄39n按結(jié)定連桿三個(gè)位置，要求設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)過程與上述基本相同。如圖2-25所示，由于B1、B2、B3三點(diǎn)位于以A為圓心的同一圓弧上，故運(yùn)用已知三點(diǎn)求圓心的方法，作B1B2和B2B3的垂直平分線，其交點(diǎn)就是固定鉸鏈中心A。用同樣方法，作C1C2和C2C3的垂直平分線，其交點(diǎn)便是另一固定鉸鏈中心 D。 AB1C1D即為所求四桿機(jī)構(gòu)。（2）按給定連桿的三位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)）按給定連桿的三位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)圖2-25 按給定連桿的三位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)返回目錄402.7 應(yīng)用舉例n例2-

25、1 在圖2-26所示的鉸鏈機(jī)構(gòu)中，已知：LBC=50mm，LCD=35mm，LAD=30mm，AD為固定件。n1）要是機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，且AB是曲柄，求LAB的極限值。n2）要使機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)，求LAB的取值范圍。n3）要使機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，求LAB的取值范圍。412.7 應(yīng)用舉例解：1）要使機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)， 則機(jī)構(gòu)必須滿足“桿長之和條件”， 且AB應(yīng)為最短桿，即LAB30mm。 再根據(jù)LBC+LABLAD+LCD， 即：50mm+LAB30mm+35mm， 得：LAB15mm。422.7 應(yīng)用舉例n2）要使機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)，則機(jī)構(gòu)必須滿足“桿長之和條件”，且AD

26、應(yīng)為最短桿，所以LABLAD=30mm。 (1)LAB50mm時(shí)，BC為最長桿。 根據(jù)桿長之和條件： LBC+LADLAB+LCD， 即50mm+30mmLAB+35mm， 得：LAB45mm， 所以：45mmLAB50mm (2)LAB50mm時(shí)，AB為最長桿。 根據(jù)桿長之和條件： LAB+LADLBC+LCD， 即LAB+30mm50mm+35mm， 得：LAB55mm， 所以：50mmLAB55mmn結(jié)合(1)和(2)分析，要使機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)則須滿足45mmLAB55mm432.7 應(yīng)用舉例n3）要使機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)要使機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，則機(jī)構(gòu)必須滿足“桿長之和條件”，且連桿BC應(yīng)為最

27、短桿或者機(jī)構(gòu)應(yīng)該不滿足“桿長之和條件”。顯然，BC不是最短桿，所以機(jī)構(gòu)應(yīng)該不滿足“桿長之和條件”。n(1)LAB30mm+35mm， 得：LAB15mm， 所以：15mmLAB30mm442.7 應(yīng)用舉例n(2)50mmLAB30mm時(shí)，AD為最短桿，BC為最長桿。 根據(jù)桿長之和條件： LBC+LADLAB+LCD， 即50mm+30mmLAB+35mm， 得：LAB45mm， 所以：30mmLAB50mm時(shí)，AB為最長桿，AD為最短桿。 根據(jù)桿長之和條件： LAB+LADLBC+LAD， 即LAB+30mm50mm+35mm， 得：LAB50mmn(4) 還需要滿足三角形的邊長關(guān)系。 LAB

28、LBC+LCD+LAD=50mm+35mm+30mm=115mm 故綜合(1)、(2)、(3)、(4)分析可得，要使機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，則須滿足15mmLAB45mm或55mmLAB115mm。45【能力訓(xùn)練能力訓(xùn)練】n1. 問題提出問題提出n試設(shè)計(jì)一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，已知行程速比系數(shù)K=1.5，搖桿的長度 ，機(jī)架的長度為 ，機(jī)架處于水平位置時(shí)搖桿的一個(gè)極限位置與機(jī)架之間的夾角為1=45。n（1）用圖解法求該機(jī)構(gòu)的曲柄長度lAB和連桿的長度lBC（只求一解即可）；n（2）設(shè)計(jì)出該四桿機(jī)構(gòu)，畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖；n（3）用圖解法求最小傳動角； n（4）根據(jù)設(shè)計(jì)獲得各桿的長度，判別該機(jī)構(gòu)是否符合存在一個(gè)曲柄

29、的條件； 返回目錄圖圖2-27 機(jī)構(gòu)運(yùn)動示意圖機(jī)構(gòu)運(yùn)動示意圖75cdlmm100ADlmm462. 解決方案解決方案n解：（1）求該機(jī)構(gòu)的曲柄長度）求該機(jī)構(gòu)的曲柄長度lAB和連桿的長度和連桿的長度lBCn 根據(jù)實(shí)際尺寸確定適當(dāng)?shù)拈L度比例尺 25；n 根據(jù)給定的系數(shù)K，計(jì)算出機(jī)構(gòu)的極位夾角n作水平線AD，且 ；以D為圓心， （mm）為半徑畫圓弧，使得C1DA=1=45。連接C1D；以AC1為一邊作C1AC2=36，此角的另一邊交圓弧于C2和C2點(diǎn)。n計(jì)算長度n若將DC1視為搖桿的右極限位置，則DC2即為搖桿的左極限位置。因而測得AC1=2.8，AC2=6.8，因極限位置處曲柄與連桿共線，故AC1B1C1AB1，AC2AB2+B2C2；而AB=AB1=AB2，BC=B1C1=B2C2，從而得曲柄長度 。于是曲柄AB實(shí)際長度 50 mm。 。于是連桿BC實(shí)際長度n mm。n若將DC1視為搖桿的左極限位置，則DC2即為搖桿的右極限位置。同理可以求解，過程略。l11.5 11801803611.5 1kk4251001