第2章平面連桿機(jī)構(gòu)

§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)§2-1概述

第2章平面連桿機(jī)構(gòu)§2-1概述機(jī)架——固定不動(dòng)的構(gòu)件。平面連桿機(jī)構(gòu)——各構(gòu)件由低副連接組成的平面機(jī)構(gòu)。常見(jiàn)的是平面四桿機(jī)構(gòu)，如：123４連桿——不與機(jī)架直接連接的構(gòu)件。連架桿——與機(jī)架相連的構(gòu)件。曲柄：能繞機(jī)架整周回轉(zhuǎn)搖桿：只能在一定范圍擺動(dòng)§2-1概述

連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）低副，面接觸承載能力大、磨損小、利于潤(rùn)滑；2）運(yùn)動(dòng)副幾何形狀簡(jiǎn)單，便于加工；3）連桿上各點(diǎn)的軌跡曲線和從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律多樣；4）可實(shí)現(xiàn)增力、擴(kuò)大行程和遠(yuǎn)距離傳動(dòng)等目的。缺點(diǎn)：1）低副中存在間隙，構(gòu)件數(shù)多運(yùn)動(dòng)累積誤差、效率降低；2）構(gòu)件作變速運(yùn)動(dòng)慣性力，動(dòng)載荷不宜用于高速；3）不易準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)——四個(gè)運(yùn)動(dòng)副都是轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)。§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用一.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式三種基本型式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)?！?-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)——兩連架桿，一為曲柄，一為搖桿。縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)油田抽油機(jī)§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用雷達(dá)調(diào)整機(jī)構(gòu)物料運(yùn)輸機(jī)構(gòu)拉膠片機(jī)構(gòu)攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用雙曲柄機(jī)構(gòu)——兩連架桿均為曲柄慣性篩機(jī)構(gòu)——主動(dòng)曲柄勻速，從動(dòng)曲柄變速?！?-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特征：1）連桿作平移；2）主、從動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)速相同。攝影平臺(tái)升降機(jī)構(gòu)車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)ABCDAB=CDBC=ADB’C’§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用注意：平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不確定性反平行四邊形機(jī)構(gòu)措施：1）利用從動(dòng)曲柄本身的慣性（或加飛輪）；2）多組相同機(jī)構(gòu)彼此錯(cuò)開(kāi)（或加虛約束）。GG’EFE’F’設(shè)計(jì)：潘存云§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用反平行四邊形機(jī)構(gòu)的應(yīng)用：車門開(kāi)閉機(jī)構(gòu)兩曲柄轉(zhuǎn)向相反§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用雙搖桿機(jī)構(gòu)——兩連架桿均為搖桿飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)鶴式起重機(jī)§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等腰梯形機(jī)構(gòu)§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用二.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化型式1.改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸四桿機(jī)構(gòu)的演化，不僅是為了滿足運(yùn)動(dòng)方面的要求，還往往是為了改善受力狀況以及滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的需要等。2.改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸3.選用不同構(gòu)件為機(jī)架（機(jī)構(gòu)倒置）§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸1B2C34AD鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲線導(dǎo)軌曲柄滑塊機(jī)構(gòu)變3構(gòu)件形狀3Dr1B2C4Ar

e=01B24AC3偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1B24AC3e①§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1B24AC3

變2,3構(gòu)件形狀s=lABsin正弦機(jī)構(gòu)1B4A32Csr3C2r1B4A②§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1B24AC3h=2lAB偏心輪機(jī)構(gòu)

B副擴(kuò)大4C231BA§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用選用不同構(gòu)件為機(jī)架（機(jī)構(gòu)倒置）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)4AD1231作機(jī)架4AD123雙曲柄機(jī)構(gòu)２作機(jī)架曲柄搖桿機(jī)構(gòu)4AD23雙搖桿機(jī)構(gòu)14AD233作機(jī)架①§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用②A41B2C3１作機(jī)架A41B2C3§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用②牛頭刨床§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用②A413B2CA41B2C32作機(jī)架§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用②3作機(jī)架§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用

變3,4構(gòu)件形狀③§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用③動(dòng)畫(huà)§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)

①鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有周轉(zhuǎn)副的條件1.曲柄存在條件不同的四桿機(jī)構(gòu)，具有不同的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性；一．運(yùn)動(dòng)特性周轉(zhuǎn)副——兩構(gòu)件能相對(duì)整周轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副。BCDAabcd若要轉(zhuǎn)動(dòng)副A為周轉(zhuǎn)副不出現(xiàn)如下情況BCDAabcdBCDAabcdb、c不能共線，即ΔBCD始終存在同一種四桿機(jī)構(gòu)，不同的運(yùn)動(dòng)尺寸，具有不同的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性?！?-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)

BCDAabcd若fC’B’C”B”將上式分別兩兩相加同理，若則：即a為最短桿即最短桿+最長(zhǎng)桿≤其余兩桿之和且：BDAabcdC§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)結(jié)論：存在周轉(zhuǎn)副的條件是：1）最短桿+最長(zhǎng)桿≤其余兩桿之和；（桿長(zhǎng)條件）推論：BCDAabcd滿足桿長(zhǎng)條件時(shí)，有最短桿參與的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是周轉(zhuǎn)副。即：2）該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿是最短桿。（最短桿條件）1）若a為最短桿，則A、B為周轉(zhuǎn)副，C、D為擺轉(zhuǎn)副；2）若d為最短桿，則A、D為周轉(zhuǎn)副，B、C是擺轉(zhuǎn)副?！?-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)②鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件固定最短桿能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿存在曲柄的充要條件是：1）機(jī)架和連架桿中必有一桿是最短桿；2）最短桿+最長(zhǎng)桿≤其余兩桿之和。推論：最短桿+最長(zhǎng)桿≤其余兩桿之和固定最短桿的鄰桿固定最短桿的對(duì)桿雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)最短桿+最長(zhǎng)桿>其余兩桿之和雙搖桿機(jī)構(gòu)特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)在任何情況下均為雙曲柄機(jī)構(gòu)BCDAabcd§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)③其它四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件對(duì)于含移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)，根據(jù)機(jī)構(gòu)演化原理，可以認(rèn)為是轉(zhuǎn)動(dòng)中心在無(wú)窮遠(yuǎn)處的轉(zhuǎn)動(dòng)副，而將機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。討論：下列機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件？aBbAC①aBbAC∞∞D(zhuǎn)Dab§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)aBbACeabe②③aBbACe總之，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件：a≤b-eBabACe∞-eD∞D(zhuǎn)§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)④aCABd任何情況下都存在曲柄a<d時(shí)，擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)a≥d時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)⑤aCABdea<d時(shí)，∞e+∞a≥d時(shí)，擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)

例：2.急回特性極位牛頭刨工作要求慢快極位夾角θ——機(jī)構(gòu)處于兩個(gè)極位時(shí)，對(duì)應(yīng)曲柄的一個(gè)位置與另一個(gè)位置的反向所夾的角度。0?<θ<180?擺角ψ——搖桿兩極限位置之間的夾角。極位夾角>90§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)

若ω1=常數(shù)行程速比系數(shù)KC1B1C2B2BDACφ2φ11v2v1反之：注意：1）θ在主動(dòng)件上；2）ω1的轉(zhuǎn)向；3）若K=1，θ=0，無(wú)急回特性?！?-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)討論：下列機(jī)構(gòu)有無(wú)急回特性？若有，標(biāo)出極位夾角?！?-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)二．動(dòng)力特性壓力角α——機(jī)構(gòu)在不計(jì)摩擦力、重力和慣性力時(shí)，從動(dòng)件所受的驅(qū)動(dòng)力與力作用處從動(dòng)件的速度方向之間所夾的銳角。1.壓力角和傳動(dòng)角ABCD機(jī)構(gòu)傳力性能有效分力無(wú)用分力傳動(dòng)角一般要求：γmin？v§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線時(shí)。重疊共線時(shí)：拉直共線時(shí)：§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)克服死點(diǎn)的措施：1）利用從動(dòng)件和飛輪的慣性；縫紉機(jī)2）錯(cuò)位排列；機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)3）對(duì)從動(dòng)件施加額外的力。死點(diǎn)位置——機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角

γ=00時(shí)的位置。2.死點(diǎn)§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)克服死點(diǎn)的措施：1）利用從動(dòng)件和飛輪的慣性；如縫紉機(jī)2）錯(cuò)位排列；如聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)3）對(duì)從動(dòng)件施加額外的力。§2-3平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)死點(diǎn)的利用：1）飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)2）夾具機(jī)構(gòu)3）折疊家具機(jī)構(gòu)=00注意：1）α與γ的分析都在從動(dòng)件上；2）死點(diǎn)發(fā)生在以有極限位置的構(gòu)件為主動(dòng)件時(shí)γ=00的位置。作業(yè)一作業(yè)一作業(yè)一：P35Homework2－1、2－3§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一.連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題實(shí)現(xiàn)預(yù)定的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律（再現(xiàn)函數(shù)）1.設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求，選定機(jī)構(gòu)的類型；確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)；檢驗(yàn)是否滿足結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力條件。如：運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)、曲柄存在條件、最小傳動(dòng)角、運(yùn)動(dòng)連續(xù)性等。2.一般設(shè)計(jì)類型實(shí)現(xiàn)預(yù)定的連桿位置（剛體導(dǎo)引）實(shí)現(xiàn)預(yù)定的軌跡要求（再現(xiàn)軌跡）3.設(shè)計(jì)方法作圖法實(shí)驗(yàn)法解析法§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的連桿位置飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)要求實(shí)現(xiàn)機(jī)輪放下和收起兩個(gè)位置。鑄造翻砂機(jī)構(gòu)要求實(shí)現(xiàn)兩個(gè)翻轉(zhuǎn)位置?！?-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律（位置、速度或加速度）車門開(kāi)閉機(jī)構(gòu)要求實(shí)現(xiàn)車門兩組對(duì)應(yīng)位置，及轉(zhuǎn)向相反。要求實(shí)現(xiàn)一定的急回特性。牛頭刨慢快§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的軌跡要求鶴式起重機(jī)攪拌器機(jī)構(gòu)要求連桿上某點(diǎn)能生成近似直線軌跡要求連桿按某種軌跡攪拌材料§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)二.平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1.按給定連桿位置設(shè)計(jì)（作圖法）設(shè)計(jì)步驟：①選定連桿上兩活動(dòng)鉸鏈的位置。②用三點(diǎn)定心法確定兩固定鉸鏈A、D。B1B2B3C2C3C1DA若已知連桿的三位置：§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)注意：1）若連桿長(zhǎng)度給定，已知三位置，有唯一解；2）若已知兩位置，有無(wú)窮多解；3）若已知四位置，BC不能任意選定。但總可以在連桿上找到一些點(diǎn)，其四個(gè)位置在同一圓上，涉及布爾梅斯特爾理論。4）若已知五位置，可能有解，也可能無(wú)解。ψC2C1D§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.按急回特性要求設(shè)計(jì)（作圖法）1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)已知：搖桿長(zhǎng)CD、擺角ψ和行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)思路？r=EF900-圓心oFB1AC1B1C2B2BDACψθ900-設(shè)計(jì)步驟：②作出搖桿兩極限位置；③作圓O；①求極位夾角④定A；⑤EB2討論：1）無(wú)其它條件，有無(wú)窮多解；2）有其它條件，如最小傳動(dòng)角要求時(shí)，要檢驗(yàn)最小傳動(dòng)角?！?-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)已知：滑塊行程H，行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)步驟：②作出滑塊兩極限位置；③作圓O；①求極位夾角④定A；⑤C2C1r=EF900-圓心oFB1A900-EB2H討論：1）無(wú)其它條件，有無(wú)窮多解；2）有其它條件，如偏距e時(shí)，解數(shù)受限。ψ§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)已知：機(jī)架長(zhǎng)AC，行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)步驟：②作出導(dǎo)桿兩極限位置③作圓A①求極位夾角B1B2B1B2ψCA設(shè)計(jì)思路？CA§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.按給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)1）作圖法倒置ABCDABCDψ3ψ2ψ1φ3φ2φ1E1E2E3C1C2C3DB1B2B3A-ψ12-ψ13設(shè)計(jì)思路？關(guān)鍵：反轉(zhuǎn)法作圖。已知：機(jī)架長(zhǎng)AD，兩連架桿對(duì)應(yīng)位置§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)B1B2B3ADB２’B３’C1作圖步驟：②采用反轉(zhuǎn)法作圖。①選定連架桿AB長(zhǎng)度；§2-4平面四桿機(jī)構(gòu)