機械設計基礎-第三章

機械設計基礎

多媒體課件第三章平面連桿機構3.1

鉸鏈四桿機構的基本型式和特性3.2

鉸鏈四桿機構的演化3.3

鉸鏈四桿機構的一些基本知識連桿機構：由低副構成的機構一、平面連桿機構：所有構件均在相互平行的平面內(nèi)運動的連桿機構。二、平面四桿機構：最簡單的平面連桿機構是由四個構件組成的,簡稱平面四桿機構。平面四桿機構是組成多桿機構的基礎三、連桿機構的特點

1、低副機構，運動副為面接觸，壓強小，承載能力大，耐沖擊。2、其運動副元素多為平面或圓柱面，制造比較容易，而靠其本身的幾何封閉來保證構件運動，結構簡單,工作可靠。3、可以近似實現(xiàn)不同的運動要求及給定點的軌跡的要求。3.1鉸鏈四桿機構的基本類型和特性鉸鏈四桿機構：全部運動副為轉(zhuǎn)動副的四桿機構稱為鉸鏈四桿機構，它是平面四桿機構的最基本型式a-曲柄:與機架相聯(lián)并且作整周轉(zhuǎn)動的構件;b_連桿:不與機架相聯(lián)作平面運動的構件;c_搖桿:與機架相聯(lián)并且作往復擺動的構件;d_機架：

a、c_連架桿鉸鏈四桿機構的三種基本型式：

曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構1、曲柄搖桿機構：鉸鏈四桿機構的兩連架桿中一個能作整周轉(zhuǎn)動另一個只能作往復擺動的機構雷達調(diào)整機構攪拌機機構2.雙搖桿機構:

鉸鏈四桿機構中的兩連架桿均不能作整周轉(zhuǎn)動的機構搖桿機構的應用：鶴式起重機3.雙曲柄機構鉸鏈四桿機構的兩連架桿均能作整周轉(zhuǎn)動的機構。平行雙曲柄機構也稱平行四邊形機構：當桿AB等角速轉(zhuǎn)動時，桿CD也以相同的角速度同向轉(zhuǎn)動，而連桿BC作平移運動平行雙曲柄機構的應用：蒸汽機車驅(qū)動裝置攝影機平臺升降機構3.2鉸鏈四桿機構的演化一、曲柄滑塊機構（改變相對桿長轉(zhuǎn)動副演化為移動副）二、導桿機構（曲柄滑塊機構取不同構件為機架）轉(zhuǎn)動導桿機構擺動導桿機構三、搖塊機構和定塊機構（取不同構件為機架）搖塊機構定塊機構搖塊機構手搖唧筒機構即定塊機構四：雙滑塊機構：具有兩個移動副的四桿機構

（四桿機構的兩桿機構長度趨于無限長）

雙滑塊機構的應用橢圓儀五、偏心輪機構（擴大轉(zhuǎn)動副徑向尺寸）曲柄滑塊機構3.3鉸鏈四桿機構的一些基本知識一具有整轉(zhuǎn)副的條件

AB整周轉(zhuǎn)動B1C1D和B2C2D成立整轉(zhuǎn)副存在條件：四桿長度滿足桿長條件：最短桿與最長桿長度之和小于或等于其他兩桿之和。構成整轉(zhuǎn)副的構件中必有一個是最短桿。滿足桿長條件時，最短桿兩端分別是兩個整轉(zhuǎn)副。此時，若以最短桿或其相鄰桿作機架，機構都存在曲柄。不滿足桿長條件則沒有整轉(zhuǎn)副，獲得雙搖桿機構。以最短桿AB為機架雙曲柄機構以最短桿AB相鄰構件AD(orBC)為機架曲柄搖桿機構以最短桿AB對面構件CD為機架雙搖桿機構桿長條件不成立時雙搖桿機構Grashoff

定理a+e<b二、曲柄搖桿機構的主要特性：1、急回運動AB作等速運動時，CD作變速往復擺動AB與CD共線的兩個位置，搖桿CD處于兩個極限位置C1D與C2D：：搖桿的擺角（搖桿在兩極限位置的夾角）。：極位夾角（搖桿處于兩極限位置時曲柄所夾的銳角）。工作行程：回程：AB1AB2:1=180°+AB2AB1:2=180°-C1DC2D擺角，C2DC1D擺角，時間為t1時間為t2鉸鏈C點的平均速度為：v1=C1C2/t1v2=C1C2/t2

行程速比系數(shù):K=v2/v1=t1/t2=1/2=180°+/180°-

示意圖分析K=180°+/180°-越大，K越大，急回運動的性質(zhì)越顯著：=180°K-1/K+1；=0，K=1無急回特性判斷機構是否具有急回特性，判斷其是否等于零。例：曲柄搖桿機構轉(zhuǎn)化為曲柄滑塊機構偏置曲柄滑塊機構判斷其急回特性對心曲柄滑塊機構判斷其急回特性2，壓力角與傳動角壓力角：從動件上作用力與該力作用點的絕對速度之間所夾銳角.傳動角：壓力角的余角+=90°越小，越大，機構的傳力性能越好。最小傳動角：（一般min40°）3.死點位置：曲柄搖桿機構中以搖桿CD為原動件，則會出現(xiàn)連桿BC與曲柄AB共線的兩個位置，此時的傳動角為零，機構出現(xiàn)死點。利用構件慣性多套機構交錯排列飛機起落架機構工件夾緊機構3.4平面四桿機構的設計

設計類型：1.實現(xiàn)給定的運動規(guī)律：給定行程速比系數(shù)以實現(xiàn)預期的急回特性、實現(xiàn)連桿的幾組給定位置等。2.實現(xiàn)給定的運動軌跡：要求連桿上某點沿著給定軌跡運動等。設計目標：根據(jù)給定的運動條件，選定機構的類型，確定機構中各構件的尺寸參數(shù)。

設計方法：圖解法、實驗法和解析法等。

運動連續(xù)性

運動連續(xù)性：表示主動件連續(xù)運動時，從動件也能連

續(xù)占據(jù)各個預期的位置。從動件只能在某一可行域內(nèi)運動，而不能相互跨越。1急回機構的設計已知行程速比系數(shù)K，以及從動件兩個極限位置，設計四桿機構急回機構的設計思考：A點可以在FG弧上選取嗎？第1步：確定D、C1、C2點，計算q第2步：找A點第3步：找B點2要求：設計四桿機構，使得連桿通過I、II、III

三個位置第1步：選定B、C點位置第2步：找A、D點位置第3步：聯(lián)接A、B1、C1、D，獲得四桿機構三點唯一確定一個圓，B、C確定后，A、D是確定的；B、C的位置可以根據(jù)實際情況確定，滿足設計要求的四桿機構有無窮多個。急回機構的設計思考：A點可以在FG弧上選取嗎？第1步：確定D、C1、C2點，計算q第2步：找A點第3步：找B點按給定連桿兩個位置設計鉸鏈四桿機構有無窮多個解。實際上，還應考慮幾何、動力等輔助條件，例如各桿所允許的尺寸范圍、最小傳動角或其他結構上的要求，就可以合理選定A、D兩點的位置而得到確定的解。如果給定連桿三個、四個或五個位置呢？例：設計一鉸鏈四桿機構作為加熱爐爐門的啟閉機構。已知爐門上兩活動鉸鏈B、C的中心距為50。要求爐門打開后成水平位置，且熱面朝下（如虛線所示）。如果規(guī)定鉸鏈A、D安裝在爐體的y-y堅直線上，其相關尺寸如圖所示。用圖解法求此鉸鏈四桿機構其余三桿的尺寸。C2B1B2C1AD例：已知搖桿長度L=100，擺角=50和行程速比系數(shù)k=1.4，試設計曲柄搖桿機構。

解：由給定的行程速比系數(shù)求出極位夾角:=30DC2C190-A以A為圓心，AC1為半徑作圓弧交AC2與E，平分EC2得曲柄長度。再以A為圓心，為半徑作圓，交C1A的延長線和C2A于B1和B2，連桿長度

.EB1B23

按兩連架桿預定的位置設計四桿機構已知固定鉸鏈點A、D，設計四桿機構，使得兩個連架桿可以實現(xiàn)三組對應關系d剛化反轉(zhuǎn)法以CD桿為機架時看到的四桿機構ABCD的位置相當于把以AD為機架時觀察到的ABCD的位置剛化，以D軸為中心轉(zhuǎn)過得到的。低副可逆性；機構在某一瞬時，各構件相對位置固定不變，相當于一個剛體，其形狀不會隨著參考坐標系不同而改變。第1步：選B點，以I位置為參考位置，DF1為機架第2步：用剛化反轉(zhuǎn)法求出B2、B3的轉(zhuǎn)位點第3步：做中垂線，找C1點第4步：聯(lián)接AB1C1D

｛圖解法：速度瞬心法矢量方程圖解法

§3-5速度瞬心及其在機構速度分析中的應用

1、速度瞬心由理力知，當兩構件1、2作平面相對運動時在任一瞬時，都可以認為它們饒某一點作相對轉(zhuǎn)動，而該點則稱為瞬時速度中心，簡稱瞬心。P12（P21）

瞬心－互相作平面相對運動的兩構件上，瞬時相對速度為零的點（等速重合點）。Pij

絕對瞬心:P12點絕對速度為零

相對瞬心:P12點絕對速度不為零12A2(A1)B2(B1)P21

VA2A1VB2B1

2、機構中瞬心的數(shù)目因為每兩個構件就有一個瞬心，所以由N個構件（含機架）組成的機構，其總的瞬心數(shù)，根據(jù)排列組合的知識為

k=N×（N-1）/2

構件數(shù)4568瞬心數(shù)6101528

3、機構中瞬心位置的確定

3.1通過運動副直接相聯(lián)的構件的瞬心。

1）以轉(zhuǎn)動副相連的兩構件如圖所示轉(zhuǎn)動副的中心即為其瞬心P12。2）以移動副相聯(lián)結的兩構件，如圖所示因兩構件件任一重合點的相對速度方向均平行于導路，故其瞬心P12必位于移動副導路的垂直方向上的無窮遠處。3）平面高副相連接的構件

如圖A所示如果兩高副之間為純滾動（ω12為相對滾動的角速度），則其兩元素的接觸點M即為瞬心P12；AB如圖B所示如果兩高副元素之間既作相對滾動，又有相對滑動（VM1M2為兩元素接觸點處地相對滑動速度），則瞬心P12必位于高副兩元素在接觸點處的公法線nn上，具體位置尚需根據(jù)其他條件來確定。

3.2用三心定理確定兩構件的瞬心

三心定理—三個彼此作平面平行運動的構件的瞬心必位于同一條直線上。設構件1、2、3為彼此作平面平行運動的三個構件，它們共有3×2/2=3個瞬心，即P12、P13、P23。其中P12、P13

分別處于兩轉(zhuǎn)動副的中心處，故可直接求出，現(xiàn)證明P23必位于P12及P13的連線上。證明：設構件1固定，于是2及3上任一點的速度必分別與該點至P12取及P13的連線相垂直。如圖所示，則任取一重合點k，則

和的方向顯然不同，而瞬心P23應是構2與3的等速重合點，故P23必定不在K點只有當P23位于P12和P13的連線上時構件2重合點的速度方向才能一致，故知P23與P13必在同一直線上。

例：求平面四桿機構圖3—5圖示位置時全部瞬心。N=4，K=6，即P12、P13、

P14、

P23、

P24、

P34其中P12、P23、

P34、

P14分別為四個轉(zhuǎn)動副的中心直接定出。而P13、P24由三心定理求出。

＜＜P12、P23P14、P34P12、P14P23、P34

4、速度瞬心在機構速度分析中的應用利用速度瞬心對某些機構進行速度分析既直觀，又方便?，F(xiàn)舉例說明如下。

例1、圖3—5所示平面四桿機構中已知各構件尺寸又知原動件2以角速度ω2沿順時針方向回轉(zhuǎn)，現(xiàn)需確定機構在圖