第8章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計

第7章連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計§7－1

連桿機(jī)構(gòu)及其傳動特點(diǎn)§7－2

平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用§7－3

有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識§7－4

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授應(yīng)用實例：特征：有一作平面運(yùn)動的構(gòu)件，稱為連桿。特點(diǎn)：▲采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精度?！淖儣U的相對長度，從動件運(yùn)動規(guī)律不同?！B桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。定義：由低副（轉(zhuǎn)動、移動）連接組成的平面機(jī)構(gòu)?！?－1

連桿機(jī)構(gòu)及其傳動特點(diǎn)內(nèi)燃機(jī)、鶴式吊、火車輪、手動沖床、牛頭刨床、橢圓儀、機(jī)械手爪、開窗戶支撐、公共汽車開關(guān)門、折疊傘、折疊床、單車制動操作機(jī)構(gòu)等。安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授缺點(diǎn)：▲構(gòu)件和運(yùn)動副多，累積誤差大、運(yùn)動精度低、效率低?！a(chǎn)生動載荷（慣性力），不適合高速?！O(shè)計復(fù)雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。分類: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)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)。安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授基本型式－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。名詞解釋：曲柄—作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件；（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)特征：曲柄＋搖桿作用：將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動。如雷達(dá)天線。連桿—作平面運(yùn)動的構(gòu)件；連架桿—與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件；搖桿—作定軸擺動的構(gòu)件；周轉(zhuǎn)副—能作360?相對回轉(zhuǎn)的運(yùn)動副；擺轉(zhuǎn)副—只能作有限角度擺動的運(yùn)動副。曲柄連桿搖桿§7－2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用1.平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABC1243DABDC1243（2）雙曲柄機(jī)構(gòu)特征：兩個曲柄作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn)。雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu)曲柄主動縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)應(yīng)用實例：如葉片泵、慣性篩等。2143搖桿主動3124安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授ADCB1234旋轉(zhuǎn)式葉片泵作者：潘存云教授ADCB123ABDC1234E6慣性篩機(jī)構(gòu)31安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABCD耕地料斗DCAB作者：潘存云教授耕地料斗DCAB實例：火車輪特例：平行四邊形機(jī)構(gòu)AB=CD特征：兩連架桿等長且平行，連桿作平動BC=ADABDC攝影平臺作者：潘存云教授ADBC作者：潘存云教授B’C’天平播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu)安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授反平行四邊形機(jī)構(gòu)--車門開閉機(jī)構(gòu)反向F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCG平行四邊形機(jī)構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運(yùn)動不確定。采用兩組機(jī)構(gòu)錯開排列?；疖囕啺不展こ炭萍紝W(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABDCE（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)特征：兩個搖桿應(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)、風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)B’C’ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿電機(jī)ABDCEABDCE電機(jī)ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿電機(jī)ABDC風(fēng)扇座蝸輪蝸桿ABDC安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授(1)

改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動尺寸偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu)

正弦機(jī)構(gòu)s=lsinφ↓∞

→∞φl2.平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授(2)改變運(yùn)動副的尺寸(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架偏心輪機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授牛頭刨床應(yīng)用實例:作者：潘存云教授ABDC1243C2C1小型刨床作者：潘存云教授ABDCE123456安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授應(yīng)用實例B234C1A自卸卡車舉升機(jī)構(gòu)(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架ACB1234應(yīng)用實例B34C1A2應(yīng)用實例4A1B23C應(yīng)用實例13C4AB2應(yīng)用實例A1C234Bφ導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC搖塊機(jī)構(gòu)314A2BC安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授(3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架314A2BC直動滑桿機(jī)構(gòu)手搖唧筒這種通過選擇不同構(gòu)件作為機(jī)架以獲得不同機(jī)構(gòu)的方法稱為：機(jī)構(gòu)的倒置BC3214A導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)314A2BC曲柄滑塊機(jī)構(gòu)314A2BC搖塊機(jī)構(gòu)314A2BCABC3214安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授橢圓儀機(jī)構(gòu)實例：選擇雙滑塊機(jī)構(gòu)中的不同構(gòu)件作為機(jī)架可得不同的機(jī)構(gòu)作者：潘存云教授1234正弦機(jī)構(gòu)3214(4)運(yùn)動副元素的逆換將低副兩運(yùn)動副元素的包容關(guān)系進(jìn)行逆換，不影響兩構(gòu)件之間的相對運(yùn)動。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)4321搖塊機(jī)構(gòu)3214安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授abdcC’B’AD平面四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副→可能存在曲柄。b≤(d–a)+c則由△B’C’D可得：則由△B”C”D可得：a+d≤b+cc≤(d–a)+bAB為最短桿最長桿與最短桿的長度之和≤其他兩桿長度之和→a+b≤c+d§7－3有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識1.平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件C”abdcADd-

a設(shè)a<d,連架桿若能整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機(jī)架共線→a+c≤b+d三角形任意兩邊之和大于第三邊若設(shè)a>d，同理有：

d≤a,d≤b,d≤cAD為最短桿ad中必有一個是機(jī)架將以上三式兩兩相加得：

a≤b,a≤c,a≤d安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授▲連架桿或機(jī)架之一為最短桿。可知：當(dāng)滿足桿長條件時，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副都是整轉(zhuǎn)副。曲柄存在的條件：▲最長桿與最短桿的長度之和應(yīng)≤其他兩桿長度之和此時，鉸鏈A為整轉(zhuǎn)副。若取BC為機(jī)架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈B也是整轉(zhuǎn)副。稱為桿長條件。作者：潘存云教授ABCDabcd安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授當(dāng)滿足桿長條件時，說明存在整轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的構(gòu)件作為機(jī)架時，可得不同的機(jī)構(gòu)。如：

曲柄搖桿1、曲柄搖桿2、雙曲柄、雙搖桿機(jī)構(gòu)。安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABCD2.急回運(yùn)動與行程速比系數(shù)在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時，搖桿位于兩個極限位置，簡稱極位。當(dāng)曲柄以ω逆時針轉(zhuǎn)過180°+θ時，搖桿從C1D位置擺到C2D。所花時間為t1,平均速度為V1,那么有：B1C1AD曲柄搖桿機(jī)構(gòu)3Dθ180°＋θωC2B2此兩處曲柄之間的夾角θ

稱為極位夾角。安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授B1C1ADC2當(dāng)曲柄以ω繼續(xù)轉(zhuǎn)過180°-θ時，搖桿從C2D,置擺到C1D，所花時間為t2,平均速度為V2,那么有：

180°-θ因曲柄轉(zhuǎn)角不同，故搖桿來回擺動的時間不一樣，平均速度也不等。顯然：t1>t2V2>V1搖桿的這種特性稱為急回運(yùn)動。用以下比值表示急回程度稱K為行程速比系數(shù)。且θ越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯。只要

θ

≠0，

就有

K>1所以可通過分析機(jī)構(gòu)中是否存在θ以及θ的大小來判斷機(jī)構(gòu)是否有急回運(yùn)動或運(yùn)動的程度。設(shè)計新機(jī)械時，往往先給定K值，于是:安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性應(yīng)用：節(jié)省返程時間，如牛頭刨、往復(fù)式輸送機(jī)等。θ180°＋θ180°-θ導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的急回特性θ180°＋θ180°-θ思考題：

對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性如何？對于需要有急回運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，常常是根據(jù)需要的行程速比系數(shù)K,先求出θ，然后在設(shè)計各構(gòu)件的尺寸。安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授αFγF’F”當(dāng)∠BCD≤90°時，γ＝∠BCD3.壓力角和傳動角壓力角：從動件驅(qū)動力F與力作用點(diǎn)絕對速度之間所夾銳角。設(shè)計時要求:

γmin≥50°γmin出現(xiàn)的位置：當(dāng)∠BCD>90°時，

γ＝180°-∠BCD切向分力:

F’=Fcosα法向分力:

F”=Fcosγγ↑→F’↑→對傳動有利。=Fsinγ稱γ為傳動角。此位置一定是：主動件與機(jī)架共線兩處之一。為了保證機(jī)構(gòu)良好的傳力性能ABCDCDBAFF”F’γ可用γ的大小來表示機(jī)構(gòu)傳動力性能的好壞,當(dāng)∠BCD最小或最大時，都有可能出現(xiàn)γmin安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授車門C1B1abcdDA由余弦定律有：∠B1C1D＝arccos[b2+c2-(d-a)2]/2bc

∠B2C2D＝arccos[b2+c2-(d+a)2]/2bc若∠B1C1D≤90°,則若∠B2C2D>90°,則γ1＝∠B1C1Dγ2＝180°-∠B2C2D機(jī)構(gòu)的傳動角一般在運(yùn)動鏈最終一個從動件上度量。vγγ1γmin＝[∠B1C1D,180°-∠B2C2D]minC2B2γ2αF安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授F4.機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置搖桿為主動件，且連桿與曲柄兩次共線時，有：此時機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動.避免措施：兩組機(jī)構(gòu)錯開排列，如火車輪機(jī)構(gòu);稱此位置為：“死點(diǎn)”γ＝0靠飛輪的慣性（如、縫紉機(jī)等）。F’A’E’D’G’B’C’ABEFDCGγ＝0Fγ＝0安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授工件ABCD1234PABCD1234工件P鉆孔夾具γ=0TABDC飛機(jī)起落架ABCDγ=0F也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作：飛機(jī)起落架、鉆夾具等。安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授5.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動連續(xù)性指連桿機(jī)構(gòu)能否連續(xù)實現(xiàn)給定的各個位置。可行域：搖桿的運(yùn)動范圍。不可行域：搖桿不能達(dá)到的區(qū)域。設(shè)計時不能要求從一個可行域跳過不可行域進(jìn)入另一個可行域。稱此為錯位不連續(xù)。錯序不連續(xù)設(shè)計連桿機(jī)構(gòu)時，應(yīng)滿足運(yùn)動連續(xù)性條件。C1C2C’1C’2C’CADBDAB1C1B2C2B3C3DAB1C1B2C2B3C3安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授§7－4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計一、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的基本問題機(jī)構(gòu)選型－根據(jù)給定的運(yùn)動要求選擇機(jī)構(gòu)的類型；尺度綜合－確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)(長度尺寸)。

同時要滿足其他輔助條件：a)結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長比恰當(dāng)、運(yùn)動副結(jié)構(gòu)合理等）;b)動力條件（如γmin）;c)運(yùn)動連續(xù)性條件等。γ安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授ADCB飛機(jī)起落架B’C’三類設(shè)計要求：1)滿足預(yù)定的運(yùn)動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如:飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu)。函數(shù)機(jī)構(gòu)要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足函數(shù)y=logxxy=logxABCD安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授三類設(shè)計要求：1)滿足預(yù)定的運(yùn)動規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，如:飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu)。前者要求兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng)，后者要求急回運(yùn)動2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機(jī)構(gòu)。3)滿足預(yù)定的軌跡要求要求連桿在兩個位置垂直地面且相差180?B’C’ABDC安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授給定的設(shè)計條件：1)幾何條件（給定連架桿或連桿的位置）2)運(yùn)動條件（給定K）3)動力條件（給定γmin）設(shè)計方法：圖解法、解析法安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授1)按預(yù)定連桿位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)a)給定連桿兩組位置有唯一解。B2C2AD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)計要求。b)給定連桿上鉸鏈BC的三組位置有無窮多組解。A’D’B2C2B3C3DB1C1二、用作圖法設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)AB1C1安徽工程科技學(xué)院專用作者：潘存云教授作者：潘存云教授Eφθθ2)按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)(1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)①計算θ＝180°(K-1)/(K+1);已知：CD桿長，擺角φ及K，設(shè)計此機(jī)構(gòu)。步驟如下：②任取一點(diǎn)D，作等腰三角形腰長為CD，夾角為φ;③作C2P⊥C1C2，作C1P使④作△PC1C2的外接圓，則A點(diǎn)必在此圓上。

∠C2C1P=90°－θ,交于P;90°-θPDAC1C2⑤選定A，設(shè)曲柄為a

，連桿為b

，則:b=（AC1+AC2）

/2,AC2=b-a=>a=(AC1－AC2)/2AC1=a+b安徽工程科技學(xué)院專用