機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)3第三章平面連桿機(jī)構(gòu)

1、第三章 平面連桿機(jī)構(gòu)第一節(jié) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)第二節(jié) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件 及其基本類型的判別第三節(jié) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化第五節(jié) 平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法第四節(jié) 平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)應(yīng)用實(shí)例：內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、鶴式起重機(jī)、火車輪、機(jī)械手爪、雙滑塊機(jī)構(gòu)、鑄造翻箱機(jī)、橢圓儀、齒輪連桿組合變行程沖床、揉面機(jī)、車門、開窗、折疊傘、折疊床等特征：有一作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，稱為連桿。優(yōu)點(diǎn)：面接觸，壓強(qiáng)小，潤(rùn)滑方便，磨損較小，易制造，本身幾何封閉，不需其他零部件。 定義：由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接所組成的機(jī)構(gòu)稱為平面連桿機(jī)構(gòu)，也稱為低副機(jī)構(gòu)。 缺點(diǎn)：機(jī)構(gòu)復(fù)雜，會(huì)產(chǎn)生自瑣現(xiàn)象，構(gòu)件運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生慣性

2、，磨損后調(diào)整困難。分類:平面連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)常以構(gòu)件數(shù)命名：四桿機(jī)構(gòu)、多桿機(jī)構(gòu)。本章重點(diǎn)內(nèi)容是介紹四桿機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用： 1）、向較遠(yuǎn)處傳遞運(yùn)動(dòng)的操縱機(jī)構(gòu) 如自行車手閘機(jī)構(gòu)、車床和汽車上的離合器的操縱機(jī)構(gòu)； 2）、轉(zhuǎn)變運(yùn)動(dòng)形式的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 如牛頭刨床的橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)，擺動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)；縫紉機(jī)上的踏板機(jī)構(gòu)，擺動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)； 3）、直接進(jìn)行工作的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 如汽車前窗的刮雨器機(jī)構(gòu)，公共汽車的開門機(jī)構(gòu)等。1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在兩連架桿中，一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿。 根據(jù)連架桿運(yùn)動(dòng)形式的不同，可分為三種基本形式。4機(jī)架1,3連架桿定軸轉(zhuǎn)動(dòng)2連桿平面運(yùn)動(dòng)組成：固定不動(dòng)作整周轉(zhuǎn)動(dòng)曲柄作往復(fù)擺動(dòng)搖桿也可搖桿主動(dòng),曲柄從

3、動(dòng)一般 曲柄主動(dòng)，作等速回轉(zhuǎn)（畫出軌跡圓） 搖桿從動(dòng)，作變速往復(fù)擺動(dòng)連架桿1機(jī)架4連架桿3連桿2第一節(jié) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本型式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，其它四桿機(jī)構(gòu)都是由它演變得到的可動(dòng)畫演示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用二、雙曲柄機(jī)構(gòu)特征：兩個(gè)曲柄作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn)。如慣性篩等。雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)曲柄主動(dòng)ABDC1243ABDC12432143縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)搖桿主動(dòng)3124插床機(jī)構(gòu)ABDC1234E6實(shí)例：火車輪慣性篩機(jī)構(gòu)特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)AB = CD特征：兩連架桿等長(zhǎng)且平行，連桿作平動(dòng)BC = ADABCD31BC、攝影升降臺(tái)為避免在共線位置出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定，采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列。反平行四邊形機(jī)構(gòu)

4、-車門開閉機(jī)構(gòu)反向AEDGBFCABEFDCGABDCE 三、雙搖桿機(jī)構(gòu)特征：兩個(gè)搖桿應(yīng)用舉例：鑄造翻箱機(jī)構(gòu)特例：等腰梯形機(jī)構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)ABDCEABDCE面包車后窗機(jī)構(gòu)第二節(jié) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件及其基本類型的判別觀看曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，可以看出要想讓AB桿成為曲柄 ，可把B點(diǎn)拆開，然后轉(zhuǎn)動(dòng)AB桿，不管AB桿（1桿）轉(zhuǎn)到何處，2、3桿都能裝上，也就是AB桿（1桿）能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，即為曲柄。也可以這樣說，不論構(gòu)件AB轉(zhuǎn)到什么地方位置，B、C、D三點(diǎn)組成的三角形BCD都應(yīng)存在。一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件 通過分析，可得出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件是：（1）最短桿與

5、最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和。（桿長(zhǎng)條件）（2）連架桿或機(jī)架中必有一桿為最短桿。二、判斷鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是何種機(jī)構(gòu)的方法1、先判斷機(jī)構(gòu)是否滿足桿長(zhǎng)條件，如不滿足，則該機(jī)構(gòu)是雙搖桿機(jī)構(gòu)；2、如滿足桿長(zhǎng)條件，要看何桿為機(jī)架。 最短桿為機(jī)架，機(jī)構(gòu)是雙曲柄機(jī)構(gòu)； 最短桿的鄰桿為機(jī)架，機(jī)構(gòu)是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)； 最短桿的對(duì)桿為機(jī)架，機(jī)構(gòu)是雙搖桿機(jī)構(gòu)。 第三節(jié)、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化演化的方法有三種：1）變轉(zhuǎn)動(dòng)副為移動(dòng)副對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu) 正弦機(jī)構(gòu)ss=l sin 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)副D移動(dòng)副曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用1對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用2 2)擴(kuò)大回轉(zhuǎn)副曲柄滑快機(jī)構(gòu) 擴(kuò)大回轉(zhuǎn)副B偏心輪

6、機(jī)構(gòu)3)取不同的構(gòu)件為機(jī)架鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 3)取不同的構(gòu)件為機(jī)架導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(固定AB構(gòu)件）314A2BC314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（固定AC構(gòu)件）擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) L1L2轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) L1L2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿刨床牛頭刨床應(yīng)用實(shí)例ABDCE123456ABDC1243C2C1 3)取不同的構(gòu)件為機(jī)架314A2BCACB1234應(yīng)用實(shí)例B234C1A自卸卡車舉升機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例B34C1A2應(yīng)用實(shí)例4A1B23C應(yīng)用實(shí)例13C4AB2應(yīng)用實(shí)例A1C234B 搖塊機(jī)構(gòu)（固定BC構(gòu)件）314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（固定AC構(gòu)件）3)取不同的構(gòu)件為機(jī)架314A2BC手動(dòng)抽水機(jī)ABC32

7、14314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（固定AC構(gòu)件） 定塊機(jī)構(gòu)（固定C滑塊）圖326a)擺動(dòng)式液壓泵B2C2B1C1當(dāng)AB與BC兩次共線時(shí)，輸出件CD處于兩極限位置。動(dòng)畫演示曲柄轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的時(shí)間極位夾角：曲柄在搖桿處于兩極限位置時(shí)所夾的銳角(C1AC2)。A21C34BD擺角極位夾角v1v2搖桿點(diǎn)C的平均速度)以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例設(shè)：曲柄以1等速轉(zhuǎn)動(dòng)擺角：搖桿在兩極限位置間的夾角(C1DC2)。第四節(jié) 平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題一、急回特性和行程速比系數(shù) t1 t2 V2 V1 搖桿的這種運(yùn)動(dòng)特性稱為急回運(yùn)動(dòng)。用以下比值表示急回程度：稱K為行程速比系數(shù)。且越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。只要 0 ，

8、就有 K1 具有急回特性的機(jī)構(gòu)有： 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、 牛頭刨床、 偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)應(yīng)用：空行程節(jié)省運(yùn)動(dòng)時(shí)間，如牛頭刨床思考：對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性如何？壓力角：外力作用方向與被推動(dòng)件在力的作用點(diǎn)處的絕對(duì)速度方向間所夾的銳角。傳動(dòng)角是壓力角的余角ACBDvBF vcFFtFn1ABCD234FvcAB134C2越小,傳力性能越好。越大,傳力性能越好。有效分力法向分力外力F二.壓力角和傳動(dòng)角FtvcDFCABFn1234當(dāng)為銳角時(shí)，傳動(dòng)角當(dāng)為鈍角時(shí)，傳動(dòng)角以AB為原動(dòng)件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)， 當(dāng)曲柄和機(jī)架處于兩共線位置時(shí)，連桿與輸出件間的夾角最小和最大（ ）。平面四桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角位

9、置4vcABCDF123B2 DAC2B1C1P三、四桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)搖桿為主動(dòng)件，且連桿與曲柄兩次共線時(shí)，有：此時(shí)機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng).避免措施： 兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列，如機(jī)車機(jī)構(gòu);P稱此位置為：“死點(diǎn)”0靠飛輪的慣性（如內(nèi)然機(jī)、縫紉機(jī)等）。AEDGBFCABEFDCGABCD1234P鉆孔夾具也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作： 起落架、鉆夾具等。工件ABCD1234工件P=0TABDC飛機(jī)起落架ABCDF=0第五節(jié) 平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一般可歸納為兩類問題：按給定從動(dòng)件的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，稱為位置設(shè)計(jì)。按給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，稱為軌跡設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方法有圖解法、解析法和實(shí)驗(yàn)法三種。圖解法簡(jiǎn)單直

10、觀，本章主要介紹圖解法。用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)一、按給定連桿的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1、給定連桿兩個(gè)位置有唯一解。B1C1B2C2AD 將鉸鏈A、D分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設(shè)計(jì)要求。2、給定連桿上鉸鏈BC的三組位置有無窮多組解。ADB1C1B2C2B3C3AD二、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1、 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)計(jì)算180(K-1)/(K+1);已知：CD桿長(zhǎng)，擺角及K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。步驟如下：任取一點(diǎn)D，作等腰三角形腰長(zhǎng) 為CD，夾角為;連接C1C2，作C1PC1C2，作C2P使作P C1C2的外接圓，則A點(diǎn)必在此圓上。通過分析，可知，LAC1LBC-LAB, L

11、AC2LBC+LAB，則90-PAC2C1LAB=( LAC2LAC1)/ 2, LBC=( LAC2+LAC1)/ 2D C1C2P=90,交于P;A點(diǎn)的選擇是有條件的，否則會(huì)有無窮多解。2C1C2e按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)2、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)S90-oA已知K，滑塊行程S，偏距e，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu) 。計(jì)算180(K-1)/(K+1);作C1 C2 S作射線C1O 使C2C1O=90,以O(shè)為圓心，C1O為半徑作圓。作射線C2O使C1C2 O=90。90-作偏距線e，交圓弧于A，即為所求。通過分析，可知，LAC1LBC-LAB, LAC2LBC+LAB，則LAB=( LAC2LAC1)/ 2, LBC=( LAC2+LAC1)/ 2mnAC=C按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)3、 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)由于與導(dǎo)桿擺角相等，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄 AB。計(jì)算180(K-1)/(K+1);任選C作mCn，取A點(diǎn)，取機(jī)