清華大學(xué)機(jī)械原理課件第2章 連桿機(jī)構(gòu)

1、第2章 連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)的根本形式與特性平面連桿機(jī)構(gòu)中存在曲柄的條件平面連桿機(jī)構(gòu)的演化形式平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)空間連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介2.1平面連桿機(jī)構(gòu)的類型平面四桿機(jī)構(gòu)的根本形式4 機(jī)架(固定件)，1,3 連架桿，2 連桿A,B,C,D 四個(gè)鉸鏈1. 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)根本運(yùn)動(dòng)形式：等速回轉(zhuǎn)往復(fù)擺動(dòng)特性1急回運(yùn)動(dòng)行程速比系數(shù)K2. 雙曲柄機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式主動(dòng)件等速回轉(zhuǎn)從動(dòng)件變速回轉(zhuǎn)例：慣性篩機(jī)構(gòu)三桿共線時(shí)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定，怎么辦？特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)三桿共線時(shí)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定，怎么辦？應(yīng)用實(shí)例：例1：機(jī)車(chē)驅(qū)動(dòng)輪聯(lián)動(dòng)裝置例2：兩錯(cuò)開(kāi)排列的平行四邊形機(jī)構(gòu)例3：反平行四邊形機(jī)構(gòu)車(chē)門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)例4：繪圖儀3.雙搖桿機(jī)

2、構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式兩連架桿均為搖桿的機(jī)構(gòu)例1：鶚式起重機(jī)例2：飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)如何形成這三種根本形式？ 平面連桿機(jī)構(gòu)的演化1.轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副當(dāng)CD趨于無(wú)窮大時(shí)，機(jī)構(gòu)變成了什么樣？1偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)當(dāng)e=0時(shí)，如何？思考：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)最大壓力角的位置，急回特性？2對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)當(dāng)BC時(shí)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化為什么機(jī)構(gòu)？3正弦機(jī)構(gòu)2.選取不同構(gòu)件為機(jī)架1導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中， 傳動(dòng)角=？搖塊機(jī)構(gòu)2搖塊機(jī)構(gòu)與定塊機(jī)構(gòu)1搖塊機(jī)構(gòu)2定塊機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)例1：牛頭刨床急回運(yùn)動(dòng)？機(jī)構(gòu)類型？例2：轉(zhuǎn)缸式徑向柱塞泵機(jī)構(gòu)類型？例3：自動(dòng)貨車(chē)翻斗機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)類型？3.變換構(gòu)件的形態(tài)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)4.擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)副尺

3、寸偏心輪機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：小行程大出力多桿機(jī)構(gòu) 實(shí)際應(yīng)用中，單個(gè)的四桿機(jī)構(gòu)很難滿足運(yùn)動(dòng)的要求，往往是多個(gè)機(jī)構(gòu)的組合。例：牛頭刨床2.2 平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性2.2.1 運(yùn)動(dòng)特性1.轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副的條件 把構(gòu)件用鉸鏈或銷軸聯(lián)接，使兩構(gòu)件能相互運(yùn)動(dòng)，形成動(dòng)聯(lián)接運(yùn)動(dòng)副 回轉(zhuǎn)副 能夠相互回轉(zhuǎn)一整周的回轉(zhuǎn)副叫整轉(zhuǎn)副(1)構(gòu)成整轉(zhuǎn)副的兩個(gè)構(gòu)件中，必有一個(gè)最短桿；(2)最短桿與最長(zhǎng)桿桿長(zhǎng)之和其余兩桿之和。 推論：(1)假設(shè)A是整轉(zhuǎn)副，B必定是整轉(zhuǎn)副；(2)具有兩個(gè)整轉(zhuǎn)副的構(gòu)件必為最短桿，并滿足桿長(zhǎng)和條件；(3)CD不是整轉(zhuǎn)副；(4)整轉(zhuǎn)副條件不滿足時(shí)，機(jī)構(gòu)總的各構(gòu)件只能擺動(dòng)。曲柄存在條件整轉(zhuǎn)副？ 機(jī)架？行程速度變

4、化系數(shù)：極位夾角：2.急回運(yùn)動(dòng)特性K 由工作要求提出思考： 能否實(shí)現(xiàn) K=1 ? 以搖桿為主動(dòng)件時(shí)，vm1=vm2 ,曲柄的運(yùn)動(dòng)？3.運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)時(shí),必須檢查所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是否滿足運(yùn)動(dòng)連續(xù)性的要求2.2.2 傳力特性1.壓力角與傳動(dòng)角 從動(dòng)件受到驅(qū)動(dòng)力的問(wèn)題條件：不計(jì)摩擦力當(dāng)計(jì)摩擦力時(shí)， 90時(shí)卡死自鎖傳動(dòng)角 = 90- 角度按銳角計(jì)為了防止機(jī)構(gòu)卡死：=40 ，高速和大功率=50 儀表機(jī)構(gòu)可小些思考:1太小怎么辦？ 2與各桿長(zhǎng)之間的關(guān)系？2.死點(diǎn)位置搖桿為主動(dòng)件，曲柄與連桿重合時(shí)，運(yùn)動(dòng)不確定= 0或= 180 例：縫紉機(jī)主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)死點(diǎn)位置：出現(xiàn)踏不動(dòng)或倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象對(duì)從動(dòng)件施加外力；利用從

5、動(dòng)件本身的慣性或在從動(dòng)件上加裝飛輪(縫紉機(jī)，單缸柴油機(jī))；采用多組同樣的機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)和錯(cuò)開(kāi)死點(diǎn)位置蒸汽機(jī)車(chē)。通過(guò)死點(diǎn)位置的措施：蒸汽機(jī)車(chē)車(chē)輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)死點(diǎn)位置的利用：夾具工件厚度有誤差怎么辦？飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)：2.4 平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 分析機(jī)構(gòu)的位移包括軌跡、速度和加速度等運(yùn)動(dòng)情況目的：為機(jī)械運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能研究提供必要的依據(jù)。 位移速度加速度方法：圖解法：簡(jiǎn)單方便，但精度有限。解析法：計(jì)算精度高，但數(shù)學(xué)模型繁雜，計(jì)算工作量大。2.4.1 瞬心法及其應(yīng)用1.速度瞬心 相互作平面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩構(gòu)件上在任意瞬時(shí)其相對(duì)速度為零的重合點(diǎn)速度瞬心(1) 絕對(duì)瞬心與相對(duì)瞬心假設(shè)構(gòu)件1不動(dòng)時(shí)， 為絕對(duì)瞬心，否那么

6、， 為相對(duì)瞬心。2. 機(jī)構(gòu)中瞬心的數(shù)目n個(gè)構(gòu)件組成的機(jī)構(gòu)：3. 機(jī)構(gòu)中瞬心位置確實(shí)定(1)通過(guò)運(yùn)動(dòng)副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心1)轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián) 絕對(duì)瞬心 相對(duì)瞬心2)移動(dòng)副相聯(lián) 3)平面高副相聯(lián) 純滾動(dòng) 接觸點(diǎn)M 滾動(dòng)+滑動(dòng) 公法線nn上 (2)不直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心三心定理：三個(gè)作平面平行運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件共有三個(gè)瞬心，且位于同一直線上。即瞬心與 、 位于同一直線上。 4.瞬心在速度分析中的應(yīng)用： 和長(zhǎng)度比例求： 、 和 為構(gòu)件2和4的瞬心，那么： 結(jié)論：傳動(dòng)比等于兩構(gòu)件的絕對(duì)瞬心至其相對(duì)瞬心距離的反比。傳動(dòng)比推廣： C點(diǎn)的速度即為瞬心 的速度2.4.2 桿組法及其應(yīng)用自學(xué)1. 桿組法2.桿組法在運(yùn)動(dòng)分

7、析中的應(yīng)用2.5 平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2.5.1 根本問(wèn)題及方法1. 設(shè)計(jì)的根本問(wèn)題實(shí)現(xiàn)剛體預(yù)定位置的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡的設(shè)計(jì)2. 設(shè)計(jì)的根本方法圖解法解析法實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)時(shí)選用哪種方法應(yīng)視具體情況而定2.5.2 急回機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題：行程速比系數(shù)K，搖桿長(zhǎng)度l3，擺角設(shè)計(jì)過(guò)程求極位夾角確定D，C1，C2的位置求曲柄轉(zhuǎn)軸A的位置求曲柄長(zhǎng)度即確定B點(diǎn)的位置設(shè)計(jì)結(jié)果曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法？2.5.3 剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作要求連桿能通過(guò)三個(gè)位置，設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)以上要求的連桿機(jī)構(gòu)假設(shè)四桿機(jī)構(gòu)已經(jīng)設(shè)計(jì)完成如下：選定鉸鏈B、C的位置，確定連桿BC的長(zhǎng)度求鉸鏈A、D的位置連接AB1C1D即為所

8、求四桿機(jī)構(gòu)討論：連桿上B、C位置要根據(jù)實(shí)際需要確定，所以，滿足以上設(shè)計(jì)命題的解有無(wú)窮多個(gè)；A、D點(diǎn)重合的問(wèn)題？連桿的兩個(gè)位置或更多的位置？2.5.4 函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 四桿機(jī)構(gòu)中兩固定鉸鏈A、D的位置，要求所設(shè)計(jì)的四桿機(jī)構(gòu)兩連架桿的轉(zhuǎn)角能實(shí)現(xiàn)三組對(duì)應(yīng)關(guān)系。1.圖解法(剛化反轉(zhuǎn)法)以AD為機(jī)架時(shí)，觀察到ABCD的兩個(gè)位置圖以CD為機(jī)架時(shí)，觀察到ABCD的兩個(gè)位置圖 以DF為機(jī)架時(shí)，連桿AE的相對(duì)位置 AE上選定B鉸鏈，DF為機(jī)架，I位置為參考位置。 用剛化反轉(zhuǎn)法求 的轉(zhuǎn)位點(diǎn) 作 及 的中垂線，其交點(diǎn)為所求鉸鏈點(diǎn) 即為所求鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)討論：AB桿的長(zhǎng)度，無(wú)窮多解。 2.解析法(按兩連架桿預(yù)定的對(duì)

9、應(yīng)位置來(lái)設(shè)計(jì))自學(xué)3.解析法(按給定的函數(shù)要求來(lái)設(shè)計(jì))自學(xué) 2.5.5 按給定軌跡設(shè)計(jì)連桿曲線：連桿上任意點(diǎn)的軌跡是一個(gè)封閉曲線1. 解析法略2. 圖譜法簡(jiǎn)介軌跡形狀相同或相似的連桿曲線相應(yīng)的各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度比例放大(或縮小)3. 實(shí)驗(yàn)法 設(shè)計(jì)一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，使其連桿上一點(diǎn)M的軌跡與給定軌跡近似。 構(gòu)件AB為長(zhǎng)度可調(diào)的構(gòu)件，構(gòu)件BC為具有假設(shè)干分支桿的構(gòu)件，其各分支桿不僅長(zhǎng)度可調(diào)，且相互之間的夾角也可調(diào)。假設(shè)在這些曲線中找到直線或近似直線的軌跡，那么所求的四桿機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。2.6 空間連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介2.6.1 空間機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副球面運(yùn)動(dòng)副S柱面運(yùn)動(dòng)副C球銷運(yùn)動(dòng)副S移動(dòng)運(yùn)動(dòng)副P(pán)螺旋運(yùn)動(dòng)副H轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)

10、動(dòng)副R2.空間連桿機(jī)構(gòu)RSSRRSSPPRSR球面4R空間連桿機(jī)構(gòu)有許多特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)平面連桿機(jī)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)或根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，因此在工程實(shí)際中也得到了較多的應(yīng)用。張啟先編著，?空間機(jī)構(gòu)的分析與綜合(上)?，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984謝存禧等編著，?空間機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)?， 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社本章總結(jié)1. 重點(diǎn)內(nèi)容(1)掌握鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種根本形式及其演 化形式機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，運(yùn)動(dòng)形式擺動(dòng)往復(fù)移動(dòng)回轉(zhuǎn)根本特性運(yùn)動(dòng)特性：急回運(yùn)動(dòng)，死點(diǎn)位置與運(yùn)動(dòng)不確定性及克服的方法。傳動(dòng)特性：壓力角或傳動(dòng)角與自鎖。重點(diǎn)：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，其它都可演化而來(lái)。了解演化方法有助于理解。兩個(gè)根本規(guī)律： 同一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)或曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，通過(guò)改變機(jī)架和各桿長(zhǎng)度可得其它機(jī)構(gòu)； 整轉(zhuǎn)副存在的條件，整轉(zhuǎn)副存在與否與機(jī)架無(wú)關(guān)，曲柄存在與否不僅與整轉(zhuǎn)副有關(guān)，還與機(jī)架有關(guān)。注重實(shí)際應(yīng)用，逐漸學(xué)會(huì)自己分析