機械設(shè)計基礎(chǔ)-第三章

機械設(shè)計基礎(chǔ)

多媒體課件第三章平面連桿機構(gòu)3.1

鉸鏈四桿機構(gòu)的基本型式和特性3.2

鉸鏈四桿機構(gòu)的演化3.3

鉸鏈四桿機構(gòu)的一些基本知識連桿機構(gòu)：由低副構(gòu)成的機構(gòu)一、平面連桿機構(gòu)：所有構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運動的連桿機構(gòu)。二、平面四桿機構(gòu)：最簡單的平面連桿機構(gòu)是由四個構(gòu)件組成的,簡稱平面四桿機構(gòu)。平面四桿機構(gòu)是組成多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)三、連桿機構(gòu)的特點

1、低副機構(gòu)，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(gòu)件運動，結(jié)構(gòu)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(gòu)的基本類型和特性鉸鏈四桿機構(gòu)：全部運動副為轉(zhuǎn)動副的四桿機構(gòu)稱為鉸鏈四桿機構(gòu)，它是平面四桿機構(gòu)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(gòu)件;b_連桿:不與機架相聯(lián)作平面運動的構(gòu)件;c_搖桿:與機架相聯(lián)并且作往復擺動的構(gòu)件;d_機架：

a、c_連架桿鉸鏈四桿機構(gòu)的三種基本型式：

曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)1、曲柄搖桿機構(gòu)：鉸鏈四桿機構(gòu)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(gòu)雷達調(diào)整機構(gòu)攪拌機機構(gòu)2.雙搖桿機構(gòu):

鉸鏈四桿機構(gòu)中的兩連架桿均不能作整周轉(zhuǎn)動的機構(gòu)搖桿機構(gòu)的應(yīng)用：鶴式起重機3.雙曲柄機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿均能作整周轉(zhuǎn)動的機構(gòu)。平行雙曲柄機構(gòu)也稱平行四邊形機構(gòu)：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(gòu)的應(yīng)用：蒸汽機車驅(qū)動裝置攝影機平臺升降機構(gòu)3.2鉸鏈四桿機構(gòu)的演化一、曲柄滑塊機構(gòu)（改變相對桿長轉(zhuǎn)動副演化為移動副）二、導桿機構(gòu)（曲柄滑塊機構(gòu)取不同構(gòu)件為機架）轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)擺動導桿機構(gòu)三、搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu)（取不同構(gòu)件為機架）搖塊機構(gòu)定塊機構(gòu)搖塊機構(gòu)手搖唧筒機構(gòu)即定塊機構(gòu)四：雙滑塊機構(gòu)：具有兩個移動副的四桿機構(gòu)

（四桿機構(gòu)的兩桿機構(gòu)長度趨于無限長）

雙滑塊機構(gòu)的應(yīng)用橢圓儀五、偏心輪機構(gòu)（擴大轉(zhuǎn)動副徑向尺寸）曲柄滑塊機構(gòu)3.3鉸鏈四桿機構(gòu)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(gòu)成整轉(zhuǎn)副的構(gòu)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(gòu)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(gòu)。以最短桿AB為機架雙曲柄機構(gòu)以最短桿AB相鄰構(gòu)件AD(orBC)為機架曲柄搖桿機構(gòu)以最短桿AB對面構(gòu)件CD為機架雙搖桿機構(gòu)桿長條件不成立時雙搖桿機構(gòu)Grashoff

定理a+e<b二、曲柄搖桿機構(gòu)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(gòu)是否具有急回特性，判斷其是否等于零。例：曲柄搖桿機構(gòu)轉(zhuǎn)化為曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)判斷其急回特性對心曲柄滑塊機構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)出現(xiàn)死點。利用構(gòu)件慣性多套機構(gòu)交錯排列飛機起落架機構(gòu)工件夾緊機構(gòu)3.4平面四桿機構(gòu)的設(shè)計

設(shè)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(yù)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(shè)計目標：根據(jù)給定的運動條件，選定機構(gòu)的類型，確定機構(gòu)中各構(gòu)件的尺寸參數(shù)。

設(shè)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(yù)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(gòu)的設(shè)計已知行程速比系數(shù)K，以及從動件兩個極限位置，設(shè)計四桿機構(gòu)急回機構(gòu)的設(shè)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(shè)計四桿機構(gòu)，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(gòu)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(shè)計要求的四桿機構(gòu)有無窮多個。急回機構(gòu)的設(shè)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(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu)有無窮多個解。實際上，還應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shè)計一鉸鏈四桿機構(gòu)作為加熱爐爐門的啟閉機構(gòu)。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(guān)尺寸如圖所示。用圖解法求此鉸鏈四桿機構(gòu)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(shè)計曲柄搖桿機構(gòu)。

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(yù)定的位置設(shè)計四桿機構(gòu)已知固定鉸鏈點A、D，設(shè)計四桿機構(gòu)，使得兩個連架桿可以實現(xiàn)三組對應(yīng)關(guān)系d剛化反轉(zhuǎn)法以CD桿為機架時看到的四桿機構(gòu)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(gòu)在某一瞬時，各構(gòu)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(gòu)速度分析中的應(yīng)用

1、速度瞬心由理力知，當兩構(gòu)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(gòu)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(gòu)中瞬心的數(shù)目因為每兩個構(gòu)件就有一個瞬心，所以由N個構(gòu)件（含機架）組成的機構(gòu)，其總的瞬心數(shù)，根據(jù)排列組合的知識為

k=N×（N-1）/2

構(gòu)件數(shù)4568瞬心數(shù)6101528

3、機構(gòu)中瞬心位置的確定

3.1通過運動副直接相聯(lián)的構(gòu)件的瞬心。

1）以轉(zhuǎn)動副相連的兩構(gòu)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(jié)的兩構(gòu)件，如圖所示因兩構(gòu)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(gòu)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(gòu)件的瞬心

三心定理—三個彼此作平面平行運動的構(gòu)件的瞬心必位于同一條直線上。設(shè)構(gòu)件1、2、3為彼此作平面平行運動的三個構(gòu)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(shè)構(gòu)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(yīng)是構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)速度分析中的應(yīng)用利用速度瞬心對某些機構(gòu)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(gòu)中已知各構(gòu)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(gòu)在圖